王威，朱京海

(1.遼寧省環(huán)境監(jiān)控中心，沈陽　110033； 2.遼寧省環(huán)境保護廳，沈陽　110033)

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基于大數(shù)據(jù)的遼寧智慧環(huán)保新思路

王威1，朱京海2

(1.遼寧省環(huán)境監(jiān)控中心，沈陽110033； 2.遼寧省環(huán)境保護廳，沈陽110033)

摘要：智慧環(huán)保是主要基于大數(shù)據(jù)等新型技術支撐體系的智能化環(huán)保決策手段，是數(shù)字環(huán)保的延伸，并在內(nèi)涵上有著深刻的變革。通過簡述遼寧省從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的發(fā)展歷程，以及遼寧環(huán)保大數(shù)據(jù)目前存在的問題，總結環(huán)保大數(shù)據(jù)的關鍵技術，提出環(huán)保大數(shù)據(jù)應用新思路及基于大數(shù)據(jù)的遼寧“智慧環(huán)?！苯鉀Q方案。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；數(shù)字環(huán)保；智慧環(huán)保；遼寧

隨著中國工業(yè)化、城市化進程的不斷推進，生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)境保護面臨嚴峻挑戰(zhàn)。要說清污染源狀況、環(huán)境質量現(xiàn)狀及變化趨勢、環(huán)境潛在風險，提高政府管理能力，滿足社會公眾需求，就要求測得準、傳得快、管得好。測得準：用透徹的感知，摸清環(huán)境赤字，遏制生態(tài)惡化；傳得快：用全面的互聯(lián)，轉變政府職能，促進信息交互；管得好：用深入的智能，服務環(huán)境預警，支撐決策行動。隨著環(huán)保工作的智慧化建設和精細化管理要求，數(shù)字環(huán)保對提升環(huán)境監(jiān)測監(jiān)管能力的作用尤為突出，加快建設數(shù)字環(huán)保的同時進一步整合與利用環(huán)境信息，不斷加強環(huán)境生態(tài)資源及環(huán)境狀況分析和評估成為當務之急[1]。

智慧環(huán)保是數(shù)字環(huán)保的進一步發(fā)展[2]，是環(huán)境管理工作發(fā)展的新興模式，其本質在于數(shù)字化與互聯(lián)網(wǎng)的高度結合，是環(huán)境信息化向更高、更深層次發(fā)展的表現(xiàn)，而大數(shù)據(jù)技術是智慧環(huán)保的關鍵支撐技術之一。2015年8月19日，國務院發(fā)布《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，要求推動政府信息系統(tǒng)和公共數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，消除信息孤島，加快整合各類政府信息平臺，避免重復建設和數(shù)據(jù)“打架”，增強政府公信力，促進社會信用體系建設。這標志著中國大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略地位的正式形成，環(huán)?！按髷?shù)據(jù)時代”正式到來。

1從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的發(fā)展進程

數(shù)字環(huán)保是智慧環(huán)保的準備和必經(jīng)階段[3]，通過制定標準規(guī)范、建立應用支撐系統(tǒng)以及業(yè)務系統(tǒng)來夯實智慧環(huán)保的基礎，經(jīng)過長期、大量數(shù)據(jù)的累積完成環(huán)境信息化建設的初級階段，進而向智慧環(huán)保邁進。智慧環(huán)保是數(shù)字環(huán)保概念的延伸和拓展，其借助物聯(lián)網(wǎng)技術[4]，把傳感器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象中，通過超級計算機和云計算將環(huán)保領域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，可以實現(xiàn)人類社會與環(huán)境業(yè)務系統(tǒng)的整合，以更加精細和動態(tài)的方式實現(xiàn)環(huán)境管理和決策。

智慧環(huán)保有6個層面：感知層、傳輸網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層、應用層、決策層。在感知層面上，遼寧省已經(jīng)建設了強大的監(jiān)控一體化平臺，但是面對諸多瞬息萬變的環(huán)境要素，環(huán)境監(jiān)測任務越來越繁重，除此之外，環(huán)境監(jiān)測工作對監(jiān)測精度和監(jiān)測種類也提出了更高的要求，環(huán)境要素的全面感知工程是非常浩大的。工業(yè)集中地污染源監(jiān)測監(jiān)控、化工園區(qū)廠界監(jiān)管、VOC回收治理，這些都是未來智慧環(huán)保感知網(wǎng)絡需要觸及的環(huán)境要素。

要實現(xiàn)從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的跨越，關鍵是在原有數(shù)字環(huán)保的基礎上，重點加強感知層與智慧層的建設。一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術，建設實時、自適應進行環(huán)境參數(shù)感知的感知系統(tǒng)；二是利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，整合現(xiàn)有信息資源，建設具有高速計算能力、海量存儲能力和并行處理能力的智能環(huán)境信息處理平臺，為最終實現(xiàn)智慧環(huán)保的各項應用服務提供平臺支撐與信息服務。

做好智慧環(huán)保，應堅持：

(1)四個智慧方向：模式與時俱進(簡潔管用、模式創(chuàng)新、網(wǎng)絡創(chuàng)新)，服務整合互聯(lián)(功能政府，業(yè)務協(xié)同、企業(yè)管理與服務)，資源有效共享(盤活信息資源、確保信息質量、敏捷決策)，信息交互透明(信息公開、在線服務、政民互動)；

(2)四個智慧支撐：配套政策法規(guī)環(huán)境，新一代基礎設施和感知設備，信息資源體系，智慧支撐平臺。

2基于大數(shù)據(jù)的智慧環(huán)保

2.1遼寧環(huán)保大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問題

從遼寧省智慧環(huán)保建設考慮大數(shù)據(jù)技術發(fā)展面臨的困擾。一是大量的歷史數(shù)據(jù)，其真實性、準確性都很低，不同部門間的數(shù)據(jù)存在很多差異、矛盾，基礎數(shù)據(jù)需要清理、凈化；二是從事數(shù)據(jù)挖掘、分析的專業(yè)人才極度短缺，大數(shù)據(jù)深度挖掘分析工作仍面臨極大挑戰(zhàn)；三是各類環(huán)境要素的前端感知設備投入不足，監(jiān)測點位數(shù)量很少，數(shù)據(jù)采集的廣度和深度不夠，數(shù)據(jù)獲取的覆蓋度和動態(tài)性均滿足不了實際管理需要；四是環(huán)境信息化整體發(fā)展水平不高，數(shù)據(jù)分析內(nèi)容、數(shù)據(jù)分析模型、數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)分析標準等不明確；五是這些環(huán)境數(shù)據(jù)如何為預測預報以及決策分析提供服務，管理者、決策者、研究者、公眾需要的數(shù)據(jù)有什么區(qū)別，以及如何對這些數(shù)據(jù)進行分析等相關問題，遼寧省相關部門還沒有解決這類問題的經(jīng)驗，這將是下一步攻克的重點。

2.2環(huán)保大數(shù)據(jù)處理的關鍵技術

大數(shù)據(jù)處理關鍵技術[5- 6]一般包括：大數(shù)據(jù)收集、分析、應用、共享、儲存。

第一，大數(shù)據(jù)的收集。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，將海量數(shù)據(jù)收集起來并存儲于設備上。為了獲取更多更準的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)收集的時間頻度要大一些，盡可能收集全面的數(shù)據(jù)，而非樣本數(shù)據(jù)。

第二，大數(shù)據(jù)的分析。通過大數(shù)據(jù)技術從大量結構化和非結構化的數(shù)據(jù)中，挖掘、分析、攫取出有用的信息，這是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法的極大擴充。

第三，大數(shù)據(jù)的應用。大數(shù)據(jù)應用的根本是預測[7]。政府、環(huán)保機構等相關決策人員，需要一種更科學的思維方式和一套更完美的解決方案，建立相關數(shù)據(jù)分析模型，尋找相關性，掌握問題發(fā)展的趨勢。

第四，大數(shù)據(jù)的共享。政府部門、環(huán)保機構各部門之間，只有實現(xiàn)數(shù)據(jù)公開、信息共享，才能掌握所有數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能聯(lián)動。

第五，大數(shù)據(jù)的儲存。結構化的數(shù)據(jù)，可以存放在各類型的數(shù)據(jù)庫中，而非結構化的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、圖片、文檔，可以以文件的格式來存儲。為防止數(shù)據(jù)丟失、泄密和被篡改，要做好數(shù)據(jù)的容災、備份，同時要防止數(shù)據(jù)跨境流動。

最后，還要減少資源浪費，避免重復建設。目前各地耗費大量資金建立容災中心、云計算中心等，而實際存儲的數(shù)據(jù)不到200T，一個機柜就可以存儲容納。我們需站在以小成本解決大問題的角度，用新科技助力環(huán)保大事業(yè)。

針對遼寧省環(huán)保大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀，應當從智慧環(huán)保的實際需求出發(fā)，采取滿足智慧環(huán)保發(fā)展趨勢的措施，采集并集中數(shù)據(jù)，通過數(shù)字環(huán)保項目，建立各類業(yè)務系統(tǒng)，逐步將業(yè)務數(shù)據(jù)電子化；轉變思維方式、創(chuàng)新工作方法，將信息對內(nèi)共享，對外公開，通過梳理，再造業(yè)務流程。隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，運用大數(shù)據(jù)技術在云計算環(huán)境下分析、預測，得出精準的決策，實現(xiàn)可視化的展示。

2.3大數(shù)據(jù)技術應用的新思路

環(huán)保大數(shù)據(jù)主要可應用于經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的關系、污染源排放和環(huán)境質量變化的關系、環(huán)境影響評價與環(huán)境目標管理的關系、潛在環(huán)境風險和環(huán)境安全的關系等方面。

在2015年全國“兩會”上，各地代表再次將關注點轉向環(huán)境問題，人大代表提出468件議案，其中有54件議案交由全國人大環(huán)境與資源保護委員會審議，此外還有近600件政協(xié)提案與環(huán)境相關。由此可以看出，隨著社會公眾與霧霾等惡劣天氣的頻繁接觸和極端天氣情況的屢次出現(xiàn)，環(huán)境保護已不再僅僅是環(huán)保機構的職責，而是與全國所有人民息息相關的社會問題，需要政府、環(huán)保部門、企業(yè)、公眾等社會各方共同參與行動。面對日益復雜的環(huán)境污染形勢，怎樣利用現(xiàn)代信息技術手段，改革現(xiàn)有的環(huán)境保護方法，創(chuàng)新環(huán)保解決方案，提高環(huán)境治理水平，從而化解新一輪環(huán)境危機[8]，是當前和未來一段時間內(nèi)構建現(xiàn)代化環(huán)境保護體系時不可忽視的重要課題。

當前，主要思路是以大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡監(jiān)測體系建設、大氣預報預警中心建設、生態(tài)監(jiān)測體系建設、監(jiān)測設備研發(fā)、監(jiān)測隊伍建設五項舉措為載體，提升數(shù)據(jù)資源的采集獲取能力，提高數(shù)據(jù)綜合分析和利用水平，充分挖掘數(shù)據(jù)資源的創(chuàng)新支撐潛力，促進環(huán)境保護工作的創(chuàng)新升級，探索環(huán)境管理新模式。

大數(shù)據(jù)技術能夠彌補采用傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)分析工具的不足。通過大數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)環(huán)保領域中以往不易被發(fā)現(xiàn)的各種相關性，預測到各種環(huán)境要素的多種變化趨勢，由此能夠更加具有針對性地制定環(huán)境污染防治策略，及時阻止發(fā)生新的環(huán)境破壞行為，將環(huán)境污染和破壞遏制在萌芽狀態(tài)，提煉新的環(huán)保創(chuàng)意，形成更科學、更與時俱進的環(huán)保方案，使環(huán)境保護做到見微知著，一覽無余，使環(huán)保工作事半功倍。

以大數(shù)據(jù)在建設項目環(huán)評管理中的應用為例，由于建設項目的系統(tǒng)性和復雜性，大數(shù)據(jù)挖掘為環(huán)評審批提供了新的提升路徑。大數(shù)據(jù)挖掘技術可以從龐大的數(shù)據(jù)庫中找到相關性顯著的關鍵指標，并對環(huán)保大數(shù)據(jù)進行深度智能分析、建模以及環(huán)境承載能力分析等，為決策者提供有效的信息支撐。

未來對大數(shù)據(jù)的挖掘分析還將應用到大氣、河流、海洋、固廢管理等環(huán)保領域，對大氣環(huán)境、水質健康、固廢處置、污染排放等提供更及時、更準確、更科學、更多維的預測。同時也必須意識到，即使在大數(shù)據(jù)時代，對大數(shù)據(jù)的挖掘開發(fā)利用也僅提供了一種環(huán)境問題的解決手段，以便制定更有效的環(huán)保方案，但解決環(huán)境污染問題、改善環(huán)境現(xiàn)狀的關鍵，依然需要政府部門、企業(yè)以及社會公眾的共同努力。

2.4基于大數(shù)據(jù)的智慧環(huán)保解決方案

智慧環(huán)保是互聯(lián)網(wǎng)技術與環(huán)境信息化相結合的概念，借助物聯(lián)網(wǎng)技術，把感應器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象中，通過超級計算機和云計算將環(huán)保領域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，構建一個開放性并集智能感知能力、人機互動智能處理能力、智慧專家指揮能力、專業(yè)政務工作綜合管理能力于一體的新一代智慧環(huán)保服務平臺，將大數(shù)據(jù)的采集、管理、分析及利用等優(yōu)點融為一體，并輔以其他業(yè)務管理平臺協(xié)助控制，做到環(huán)境決策科學化、管理體系化、服務公眾化、監(jiān)控可視化和排放減少信用化，以更加精細和動態(tài)的方式實現(xiàn)環(huán)境管理和決策，實現(xiàn)環(huán)境與人、經(jīng)濟乃至整個社會的和諧發(fā)展。

對于如何實現(xiàn)大數(shù)據(jù)全盤應用，真正邁向智慧環(huán)保，遼寧省還有相當長的路要走。結合遼寧省目前發(fā)展狀況，建議重點考慮以下三項工作：

(1)大數(shù)據(jù)要從大局出發(fā)，通盤考慮，不能局限于自身的“一畝三分地”。例如省里做大數(shù)據(jù)，同時要考慮省、市、縣各級數(shù)據(jù)的聯(lián)通、互動，還要考慮與環(huán)保部數(shù)據(jù)的對接，否則就是無源之水、敝帚自珍。同時，還要考慮與氣象、水利、林業(yè)、工商、稅務等其他部門的對接協(xié)調(diào)，密切關注互聯(lián)網(wǎng)上的大量信息，視野一定要開闊。

(2)不斷加強環(huán)境信息化基礎設施建設，包括建立通暢的環(huán)境信息網(wǎng)絡傳輸體系，以及建立天、空、地一體化的環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)控數(shù)據(jù)獲取體系，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、3S、云計算等技術，推進環(huán)境自動化監(jiān)測網(wǎng)絡建設，獲取更多實時動態(tài)的環(huán)境大數(shù)據(jù)。

(3)建設并不斷完善環(huán)境大數(shù)據(jù)資源中心，加強各項業(yè)務數(shù)據(jù)梳理和融合，逐步消除部門信息資源壟斷，構建環(huán)境信息資源共享與服務體系，提供多層次、全方位的環(huán)境信息資源服務。同時以信息資源中心的整合建設為契機，大力培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析人才，管理和開發(fā)利用環(huán)境信息資源，深度挖掘信息資源的應用價值?？陕氏仍诃h(huán)境監(jiān)測、環(huán)境應急、監(jiān)察執(zhí)法、環(huán)境影響評價等重要領域推動大數(shù)據(jù)應用[9]，探索大數(shù)據(jù)技術與實際需求相結合的管理模式和實現(xiàn)途徑。

同時，智慧環(huán)保應當避免大而全，要宏觀與微觀結合，穩(wěn)中求進，堅持全面推進，重點突破。要能提供定制化服務，要落地，能實現(xiàn)業(yè)務化運行。促進環(huán)保部門內(nèi)部信息化資源的有效整合，逐步扭轉環(huán)境信息化各自為戰(zhàn)的不利局面，形成環(huán)保系統(tǒng)基礎信息庫(權威的“一套數(shù)”)，建立互聯(lián)互通的業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境管理和信息公開，更好地服務于公眾社會，提升信息中心的地位，發(fā)揮其應有的作用。

3結語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)保領域的廣泛應用，深入推進環(huán)境信息化建設，實現(xiàn)由數(shù)字環(huán)保向智慧環(huán)保的邁進，是當代信息技術發(fā)展的必然結果，也為新時期環(huán)境保護的科學發(fā)展提供了嶄新思路。采用大數(shù)據(jù)等新型技術支撐體系和智能化的環(huán)保決策手段，有效地推動了遼寧省環(huán)保大數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)展，促進了環(huán)境多元數(shù)據(jù)的充分融合，解決了環(huán)境問題的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了對環(huán)境多樣化的監(jiān)控及管理，為公眾參與城市環(huán)境管理監(jiān)督監(jiān)察提供了有效途徑。

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New Thinking on Liaoning’s Smart Environmental Protection Based on Big Data

WANG Wei1, ZHU Jing-hai2

(1.Environment Monitor Center of Liaoning Province, Shenyang 110033, China;2.Department of Environmental Protection of Liaoning Province, Shenyang 110033, China)

Abstract:“Smart environmental protection” is mainly based on new technologies such as big data. It is an extension and great change of the “digital environmental protection”. The development from “digital environmental protection” to “smart environmental protection” is described in this paper. By summarizing key big data technologies and the current problems in environment big data, new ideas about big data application in environmental protection and smart environmental protection solutions for Liaoning are proposed.

Key words:big data; digital environmental protection; smart environmental protection; Liaoning

收稿日期：2016-02-22

作者簡介：王威(1977—)，男，山東安丘人，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)境信息化及污染源自動監(jiān)控，E-mail：Weiwang007@qq.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.02.009

中圖分類號：X3

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6444(2016)02-0036-04