吳剛

（國家自然科學(xué)基金委員會管理科學(xué)部，北京 100085）

資源環(huán)境領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的研究與資助分析

吳剛

（國家自然科學(xué)基金委員會管理科學(xué)部，北京 100085）

摘 要大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用已引起學(xué)術(shù)界的廣泛研究興趣，本文從區(qū)域大氣污染防治與污染物減排研究、資源與能源市場復(fù)雜性研究、智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)研究、資源開發(fā)利用的大數(shù)據(jù)管理研究、全球氣候變化與溫室氣體減排研究等5個方面，梳理了資源環(huán)境領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的主要研究方向，介紹了國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”2015年度項目申請與資助情況，以及該重大研究計劃的核心科學(xué)問題，以期對資源環(huán)境領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的研究與申請?zhí)峁┬畔⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞大數(shù)據(jù)；資源管理；環(huán)境問題

責(zé)任作者： 吳剛（1977—），男，管理學(xué)博士，研究員，國家自然科學(xué)基金委員會管理科學(xué)部，主要研究方向為能源經(jīng)濟環(huán)境政策、基金項目管理研究。

引言

大數(shù)據(jù)作為互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算之后IT產(chǎn)業(yè)又一次顛覆性的技術(shù)變革，已經(jīng)在政府公共管理、醫(yī)療服務(wù)、零售業(yè)、制造業(yè)、以及資源環(huán)境等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的社會價值和產(chǎn)業(yè)空間[1]。2015年9月，國務(wù)院新出臺了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，旨在推動大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用，建立經(jīng)濟運行新機制，打造社會治理新模式。

“大數(shù)據(jù)”這一術(shù)語從2008年開始在科技領(lǐng)域中 出現(xiàn)。目前，大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用已引起學(xué)術(shù)界的廣泛研究興趣[1]。2008年和2011年，《Nature》與《Science》雜志分別出版?？癇ig Data: Science in the Petabyte Era”和“Dealing with Data”，從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟學(xué)、超級計算、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)藥等多個方面討論大數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用專題[2,3]。世界各國政府也高度重視大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的研究和探索，并從國家戰(zhàn)略的層面推出研究規(guī)劃以應(yīng)對其帶來的挑戰(zhàn)。

2012年3月，美國奧巴馬政府投資2億美元啟動“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃”，致力于提高從大型復(fù)雜數(shù)據(jù)集中提取知識和觀點的能力，并服務(wù)于能源、健康、金融和信息技術(shù)等領(lǐng)域的高科技企業(yè)；2012 年7月，日本推出“新ICT戰(zhàn)略研究計劃”，其中重點關(guān)注“大數(shù)據(jù)應(yīng)用”。同年，美國國家科學(xué)基金會（NSF）與國家衛(wèi)生研究院（NIH）聯(lián)合推出“促進大數(shù)據(jù)科學(xué)與工程的核心技術(shù)”項目，旨在促進對大規(guī)模數(shù)據(jù)集進行管理、分析、可視化并從中提取有用信息的核心科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。2015年7月，中國國家自然科學(xué)基金委員會投入1.6億元人民幣啟動了“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”重大研究計劃項目，執(zhí)行期限2016—2023年，該項目由管理科學(xué)部牽頭、信息科學(xué)部、數(shù)理科學(xué)部和醫(yī)學(xué)科學(xué)部參與，多個科學(xué)部共同完成。

雖然大數(shù)據(jù)研究已在全球范圍內(nèi)成為熱點和焦點，但是目前國內(nèi)外資源環(huán)境領(lǐng)域大數(shù)據(jù)相關(guān)的研究仍處于起步階段，面向資源環(huán)境的大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用研究則更是剛剛興起。

1 資源環(huán)境大數(shù)據(jù)面臨的問題與主要研究方向

1.1 區(qū)域大氣污染防治與污染物減排研究

改革開放以來，我國高消耗、高排放和高污染的粗放型發(fā)展模式，帶來經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的同時，也造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。據(jù)《2014中國環(huán)境公報》顯示，全國161個開展空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測的地級及以上城市中，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的城市比例僅為9.9%。2014年我國的中東部大部分地區(qū)被霧霾籠罩，特別是京津冀、長三角、珠三角城市群的區(qū)域成為“重災(zāi)區(qū)”。各級政府紛紛出臺大氣污染防治政策與規(guī)劃，2012年環(huán)境保護部、國家發(fā)展與改革委員會、財政部聯(lián)合印發(fā)《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的通知（環(huán)發(fā)〔2012〕130號）；國務(wù)院于2013 年9月12日發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》。為響應(yīng)國家大氣污染防治行動計劃，從2015年1月1日開始，全國338個地級及以上城市共1436個監(jiān)測點已全部開展空氣質(zhì)量監(jiān)測，并建立全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺，向社會發(fā)布實時數(shù)據(jù)。

大氣污染數(shù)據(jù)同時具有空間性和時間性兩個特征，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（GS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)的發(fā)展，大氣污染數(shù)據(jù)逐漸呈現(xiàn)出復(fù)雜的時間和空間關(guān)系，而且數(shù)據(jù)量非常大，如環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)等。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法處理大氣污染的時空數(shù)據(jù)面臨較多困難和局限。因此，大氣污染的時空數(shù)據(jù)分析一直是國內(nèi)外的研究難點和熱點。

區(qū)域大氣污染防治與污染物減排研究，主要涉及大氣污染物的動態(tài)時空演進過程建模與分析、大氣污染時空數(shù)據(jù)的挖掘與分析、區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機制與對策、大氣污染監(jiān)測與預(yù)警研究、區(qū)域大氣污染治理模式研究、極端氣象災(zāi)害應(yīng)急管理研究、以及二氧化硫等污染物減排策略研究等領(lǐng)域和方向。

1.2 資源與能源市場的復(fù)雜性研究

中東地區(qū)持續(xù)動蕩的局勢和復(fù)雜的國際地緣政治關(guān)系變化，進一步加劇了國際資源與能源市場的復(fù)雜性，重要資源與能源價格的波動，對社會經(jīng)濟產(chǎn)生較大影響，尤其是國際油價“過山車”式的劇烈波動，使得國際能源市場成為大數(shù)據(jù)研究分析的新熱點。石油期貨市場的快速發(fā)展使得石油的金融屬性不斷凸顯，石油已經(jīng)成為新的金融投資載體，石油市場的復(fù)雜性與石油金融已經(jīng)成為新的研究領(lǐng)域。但是與傳統(tǒng)的金融市場相比，石油市場有其獨特的復(fù)雜性特征和規(guī)律，石油市場更易受到地緣政治因素的影響，這使得石油市場的系統(tǒng)性風(fēng)險更大。2011 年的利比亞戰(zhàn)爭，對全球金融市場的影響很微弱，但對石油市場的影響巨大，導(dǎo)致油價劇烈波動，市場風(fēng)險加大，這一特點能夠反映Web 數(shù)據(jù)的傳染效應(yīng)和對市場情緒的影響。

國內(nèi)外關(guān)于資源與能源市場復(fù)雜性研究，主要集中在市場風(fēng)險測度與風(fēng)險管理理論、基于Web數(shù)據(jù)的風(fēng)險分析與預(yù)測理論、不同資源物價指數(shù)的測算、物價指數(shù)與其他經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)系研究、以及物價指數(shù)的波動與溢出效應(yīng)等方面。

大數(shù)據(jù)背景下，凸顯了信息競爭和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的重要地位，高頻監(jiān)測與交易、復(fù)雜的地緣政治關(guān)系變化、市場輿情分析等成為引領(lǐng)石油貿(mào)易的新因素。針對復(fù)雜多變的國際能源市場，國內(nèi)外學(xué)者對于市場經(jīng)濟條件下的能源價格指數(shù)行為分析進行了深入、持續(xù)的研究，研究的焦點集中在能源價格波動與預(yù)測，能源價格的經(jīng)濟與金融溢出效應(yīng)這三個方面。運用方法包括財富最大方法、數(shù)理統(tǒng)計方法、博弈論方法、計量經(jīng)濟學(xué)方法以及組合預(yù)測方法等。

1.3 智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)研究

電力作為社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活最密切的能源，電網(wǎng)蘊含了巨大的數(shù)據(jù)資源，據(jù)估算，電網(wǎng)的運行、管理、用戶、計量、資產(chǎn)等方面的數(shù)據(jù)已達(dá)到20PB，大數(shù)據(jù)為智能電網(wǎng)的發(fā)展和運營提供了全景性視角和綜合性分析方法。智能電網(wǎng)實現(xiàn)了各類分布式能源、新能源、各種儲能系統(tǒng)、以及需求側(cè)系統(tǒng)的接入，并借助信息通信系統(tǒng)對其進行綜合集成，實施高效的管理與決策。借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對電網(wǎng)運行的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行深層挖掘分析，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行的最優(yōu)管理與決策，提高智能電網(wǎng)的經(jīng)濟性、安全性與可靠性[4]。

近年來，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)已經(jīng)得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，自2008 年開始，美國電力研究協(xié)會（EPRI）、美國能源信息署（EIA）等機構(gòu)，法國、德國等電力公司，先后圍繞發(fā)電、輸電、配電、用電以及基于電網(wǎng)信息的政府管理與決策等領(lǐng)域的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)問題開展了大量的實證研究和示范應(yīng)用。國際電工委員會（IEC）研究并發(fā)布一系列統(tǒng)一的信息模型標(biāo)準(zhǔn)和接口標(biāo)準(zhǔn)，為電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的流通共享與信息交換奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)的一些專業(yè)機構(gòu)和高校也開展了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)理論和技術(shù)研究。

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究主要集中在電網(wǎng)系統(tǒng)的故障預(yù)測技術(shù)、故障診斷分析技術(shù)、電網(wǎng)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)故障診斷分析與預(yù)測建模、智能電網(wǎng)的需求側(cè)管理與決策研究、智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)、智能電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)測與預(yù)警研究等領(lǐng)域和研究方向。

1.4 資源開發(fā)利用的大數(shù)據(jù)管理研究

金屬礦產(chǎn)、煤炭、石油、天然氣等資源的開發(fā)利用是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，生產(chǎn)過程中面臨很多不確定的安全隱患和惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。我國每年都會發(fā)生多起資源開發(fā)利用過程中的重大安全生產(chǎn)事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失的同時，油氣等安全生產(chǎn)事故還會造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。隨著機械化和信息化生產(chǎn)線的大量使用，數(shù)字化礦山和數(shù)字化油氣田越來越多，我國資源開發(fā)利用過程中的大數(shù)據(jù)分析研究也開始起步。發(fā)達(dá)國家礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的機械化水平較高，很多大型機械裝備都裝有芯片，大大提高了礦山和油氣田的數(shù)字化程度，開展了大量的數(shù)字化礦山管理和大數(shù)據(jù)分析研究。

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的大數(shù)據(jù)研究主要涉及資源安全生產(chǎn)監(jiān)測與預(yù)警研究、基于大數(shù)據(jù)的資源開發(fā)流程的優(yōu)化與決策研究、數(shù)字化礦山生產(chǎn)事故的智能預(yù)測與預(yù)警系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)分析的一體化數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)等領(lǐng)域和研究方向。

1.5 全球氣候變化與溫室氣體減排研究

近年來，全球氣候變化已成為國際社會與學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的熱點問題，氣候變化研究是一個涉及氣象與大氣科學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、以及經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科交叉的領(lǐng)域。氣候變化及其引發(fā)的極端災(zāi)害事件，對農(nóng)業(yè)、水資源、人居環(huán)境和健康等已造成諸多不利影響，國際上氣候變化研究的熱潮始于1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》發(fā)布之后，1997年《京都議定書》的簽訂，引起了各簽約國、易受氣候變化影響的小島國家、碳排放大國的政府和學(xué)術(shù)界對氣候變化領(lǐng)域研究的重視，一些國際組織和研究機構(gòu)的學(xué)者從政策、技術(shù)、建模等不同領(lǐng)域和方向開展了大量的研究。2009年我國提出到2020年單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的減排目標(biāo)，一時間氣候變化問題成為我國政府和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的熱點問題，國家發(fā)展和改革委員會、科技部、環(huán)境保護部、中國科學(xué)院等部門紛紛啟動了一批關(guān)于氣候變化與碳減排政策的科技專項，國家自然科學(xué)基金委員會在氣候變化領(lǐng)域資助的項目數(shù)量也大幅增加。

全球氣候變化與溫室氣體減排領(lǐng)域的研究，主要集中在氣候變化影響與適應(yīng)的綜合評估研究、氣候變化政策建模、碳減排策略與政策、碳排放權(quán)分配方案與碳價、碳減排的經(jīng)濟影響與碳稅、國際貿(mào)易隱含碳測算、低碳技術(shù)綜合評價等領(lǐng)域和研究方向。

除了上述幾個比較大的研究領(lǐng)域之外，資源環(huán)境領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)研究還涉及水資源的資源優(yōu)化配置管理、區(qū)域水資源沖突管理（如南水北調(diào)）、區(qū)域水資源污染監(jiān)測與治理、污染物泄漏的監(jiān)測與治理等領(lǐng)域。

2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究的申請與資助情況

為了推動我國大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的發(fā)展，促進大數(shù)據(jù)研究更好的為社會經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)，國家自然科學(xué)基金委員會于2015年7月正式啟動了重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”。該重大研究計劃以大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策為研究對象，充分發(fā)揮管理、信息、數(shù)理、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科合作研究的優(yōu)勢，著重研究大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策理論范式、大數(shù)據(jù)資源治理機制與管理、大數(shù)據(jù)管理與決策價值分析與發(fā)現(xiàn)、大數(shù)據(jù)分析方法與支撐技術(shù)，并圍繞總體目標(biāo)集成相關(guān)研究成果。希望通過該重大研究計劃的執(zhí)行，使我國在大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究相關(guān)領(lǐng)域躋身國際前列，為國家在相關(guān)領(lǐng)域的管理決策和智庫建設(shè)提供支持。

2015年該重大研究計劃共收到395份申請書（培育項目347項，重點支持項目48項），研究領(lǐng)域涉及管理、信息、數(shù)理、醫(yī)學(xué)等6個科學(xué)部，如圖1所示。經(jīng)過同行評議和會議評審，該重大研究計劃2015年度共資助了3項重點支持項目（面向管理決策的非結(jié)構(gòu)化大數(shù)據(jù)分析方法與關(guān)鍵技術(shù)、金融大數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論與方法及在互聯(lián)網(wǎng)金融中的應(yīng)用、基于大數(shù)據(jù)的MSM艾滋病管理和決策范式研究）、25項培育項目，平均資助率7.08%，資助的項目主要集中在公共管理、大數(shù)據(jù)挖掘的理論方法與分析技術(shù)、醫(yī)療健康、商務(wù)和金融等領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)共享與治理技術(shù)領(lǐng)域資助的項目最少，詳細(xì)的分布情況如圖2所示。

該重大研究計劃在公共管理的資源環(huán)境領(lǐng)域申請了21項培育項目，約占申請量的5.3%，研究方向涉及大氣污染防治、能源市場風(fēng)險管理、溫室氣體減排、智能電網(wǎng)、污染物泄漏監(jiān)控與管理、環(huán)境治理與保護、以及水資源管理等7個研究領(lǐng)域，詳細(xì)如圖3所示。資源環(huán)境領(lǐng)域有3項培育項目獲得資助（支持應(yīng)急決策的氣象災(zāi)害大數(shù)據(jù)融合的方法研究、大數(shù)據(jù)驅(qū)動下石油市場微觀機理與風(fēng)險管理范式研究、基于大數(shù)據(jù)的微觀宏觀行為綜合分析），資助率14.3%，主要是研究氣象災(zāi)害與大氣污染的應(yīng)急管理、國際石油市場風(fēng)險管理和能源市場復(fù)雜性等公共管理問題。

圖1 重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”各學(xué)部項目申請情況（項目數(shù)）

圖2 重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”資助項目的領(lǐng)域分布（項目數(shù)）

圖3 重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”資源環(huán)境領(lǐng)域申請項目分布（項目數(shù)）

3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究的主要科學(xué)問題

資源環(huán)境管理是國家自然科學(xué)基金委員會管理科學(xué)部一個比較大的研究領(lǐng)域，每年資助的面上項目、青年基金項目和地區(qū)基金等自由探索項目幾十項，研究方向也涵蓋了本文中所列出的所有領(lǐng)域，隨著大數(shù)據(jù)的興起，越來越多的項目利用大數(shù)據(jù)分析方法開展資源環(huán)境管理研究。因此，資源環(huán)境領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)研究主要是應(yīng)用研究，對應(yīng)于重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”4個典型示范應(yīng)用領(lǐng)域的公共管理研究。

該項目是國家自然科學(xué)基金委員會在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域設(shè)立的第一個重大研究計劃項目，針對國內(nèi)外大數(shù)據(jù)環(huán)境下管理與決策基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用領(lǐng)域研究與發(fā)展的現(xiàn)狀和進一步發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)，面向國家重大戰(zhàn)略需求，本著有限目標(biāo)的原則，該重大研究計劃重點圍繞管理與決策范式轉(zhuǎn)型機理與理論、大數(shù)據(jù)資源協(xié)同管理與治理機制設(shè)計和領(lǐng)域?qū)虻拇髷?shù)據(jù)價值發(fā)現(xiàn)理論與方法三個關(guān)鍵科學(xué)問題展開。同時，在公共管理、商務(wù)、金融和醫(yī)療健康等領(lǐng)域開展典型示范應(yīng)用研究，總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 重大研究計劃“大數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策研究”總體結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

改革開放以來，我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，給資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，隨著工業(yè)化和信息化進程的推進，通過開展資源環(huán)境領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的研究，基于大數(shù)據(jù)的全景式管理模式將有助于緩解資源環(huán)境對我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的約束，同時將有利于實現(xiàn)資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化管理路徑。

參考文獻

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Analysis of Researches and Funded Projects for the Big Data in the Field of Resource and Environment

Wu Gang
(The Department of Management Sciences of National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085)

Abstract:The research and application of big data is attracting great attention of international academics. In this paper, the main research direction of big data in the fi eld of resource and environment was discussed, including the aspect of air pollution prevention and pollutant reduction, resource and energy market complexity, smart grid, resources exploitation and utilization, global climate change and greenhouse gas emission reduction etc. Then the application and fi nancing of the major research plan “Big Data-Driven Management and Decision Sciences Research” by the National Natural Science Foundation of China was introduced, so did its key scientific problems, aiming to provide helpful information for the studies and applications in this fi eld.

Keywords:big data; resources management; environmental problems

中圖分類號：F205;G311

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-6252(2015)06-0014-05