鄭石明, 劉佳俊

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基于大數(shù)據(jù)的空氣污染治理與政府決策

鄭石明, 劉佳俊

大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理相比，具有規(guī)模海量、類型多樣和流轉(zhuǎn)迅速等特點(diǎn)，能夠更好地幫助政府及相關(guān)部門做好空氣環(huán)境質(zhì)量管理。面對(duì)當(dāng)今空氣污染的嚴(yán)重態(tài)勢(shì)，應(yīng)基于空氣環(huán)境信息管理的特點(diǎn)、問題以及大數(shù)據(jù)的相關(guān)含義、特征和技術(shù)，結(jié)合云計(jì)算等新型技術(shù)，構(gòu)建空氣污染治理大數(shù)據(jù)平臺(tái)，集成與整合各類空氣環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合各種專業(yè)模型，對(duì)現(xiàn)有空氣環(huán)境數(shù)據(jù)資源進(jìn)行深度挖掘，形成空氣污染治理有效機(jī)制，最終為政府決策提供科學(xué)依據(jù)。

大數(shù)據(jù) 空氣污染治理 政府決策 環(huán)境治理

近年來，隨著城市化和工業(yè)化的不斷推進(jìn)，空氣環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重下降、污染程度急劇加深，空氣污染已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生存環(huán)境、危害了人們的身體健康，科學(xué)界和學(xué)術(shù)界都開始研究空氣污染治理問題?？諝馕廴揪臀：Χ灾饕腥N：一是因使用化石燃料排放的二氧化碳等溫室效應(yīng)氣體而導(dǎo)致全球變暖；二是由化學(xué)制品氟利昂等氣體而引起平流層中的臭氧層破壞；三是二氧化硫等酸性氣體廣為擴(kuò)散，形成酸雨等。

面對(duì)日益嚴(yán)重的空氣污染問題，世界各國(guó)都迫切需要提高環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境信息化能力，來為政府相關(guān)部門制定環(huán)境保護(hù)決策提供所需的信息支持。隨著科學(xué)研究、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用作為一種新興的數(shù)據(jù)管理模式有效地推動(dòng)了數(shù)據(jù)智能化管理，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，解決了以往數(shù)據(jù)存在的冗雜性問題，有效推動(dòng)了政府的改革。國(guó)務(wù)院辦公廳在2015年6月發(fā)布了《關(guān)于運(yùn)用大數(shù)據(jù)加強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)主體服務(wù)和監(jiān)管的若干意見》，其中指出政府要充分認(rèn)真學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的先進(jìn)理念，掌握運(yùn)用技術(shù)，整合數(shù)據(jù)資源，從而做到簡(jiǎn)政放權(quán)，有效推動(dòng)政府職能轉(zhuǎn)變，提升政府治理能力。國(guó)務(wù)院2015年7月在《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》中提出，政府要做好國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略頂層設(shè)計(jì)，有效推動(dòng)國(guó)家大數(shù)據(jù)能力建設(shè)工作。通過建立統(tǒng)一、開放的國(guó)家數(shù)據(jù)信息資源庫(kù)，出臺(tái)政府?dāng)?shù)據(jù)信息公開政策規(guī)定，開展數(shù)據(jù)開放改革試點(diǎn)。國(guó)務(wù)院在2015年8月印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，提出要進(jìn)一步把數(shù)據(jù)分析應(yīng)用到政府治理、政策制定、改革創(chuàng)新中去，突破原有的滾利機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的科學(xué)決策，將數(shù)據(jù)決策融入政府管理理念中去，變革政府治理模式，建設(shè)符合時(shí)代特點(diǎn)的創(chuàng)新、法制、廉潔的服務(wù)型政府，進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的發(fā)展[1]。政府可以通過大數(shù)據(jù)從空間性、時(shí)效性、多源性、直觀性等方面深入挖掘空氣環(huán)境信息，有效提高空氣污染防治能力，促進(jìn)政府決策科學(xué)化。

一、大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用

(一)大數(shù)據(jù)的含義和特征

2011年國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)指出，全球用戶使用和創(chuàng)造的數(shù)據(jù)總量規(guī)模是五年前的九倍。這樣的情況并非是偶然的，伴隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們使用的數(shù)據(jù)量一直呈指數(shù)式增長(zhǎng)，公司預(yù)測(cè)這一數(shù)字預(yù)計(jì)將每?jī)赡曛辽俜环?。?shù)據(jù)的增加不僅僅停留在數(shù)量上，數(shù)據(jù)種類也是越來越豐富，其中包括了醫(yī)療保健數(shù)據(jù)、環(huán)境保護(hù)數(shù)據(jù)、工業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)金融數(shù)據(jù)等，涵蓋了多種行業(yè)。面對(duì)如此龐大海量又充滿信息價(jià)值的數(shù)據(jù)，人們提出了“大數(shù)據(jù)”的概念。大數(shù)據(jù)不僅僅體量龐大，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)集合相比更突出了數(shù)據(jù)的時(shí)效性[2]，即包含了即時(shí)大量的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)猶如一片深海寶藏，吸引著政府、學(xué)者、公共組織等的目光，大家都希望能從大數(shù)據(jù)的挖掘中尋找到新的機(jī)遇。由于技術(shù)條件苛刻，現(xiàn)在主要是政府和相關(guān)大型互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)大數(shù)據(jù)做著實(shí)證研究，而學(xué)術(shù)界主要是對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行理論研究。

通過學(xué)術(shù)界的理論研究和相關(guān)的實(shí)證探索，大家普遍認(rèn)為大數(shù)據(jù)具有以下三方面的特征：數(shù)據(jù)規(guī)模大、信息種類多樣和傳播速度快[3]。目前，主流觀念認(rèn)為大數(shù)據(jù)巨大的數(shù)據(jù)信息集合還無(wú)法被當(dāng)前的軟件工具所管理、分析。而大數(shù)據(jù)豐富的內(nèi)在價(jià)值就是建立在數(shù)據(jù)規(guī)模龐大和信息種類多樣化的基礎(chǔ)上，高速性則是指大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度快、時(shí)效性強(qiáng)，這就對(duì)大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)提出了非常高的挑戰(zhàn)，這也是現(xiàn)在大數(shù)據(jù)研究者們都需要面對(duì)的難題[4]。

(二)大數(shù)據(jù)處理流程

現(xiàn)階段都借助于計(jì)算機(jī)等合適的工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，一般流程如下：首先，對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)源進(jìn)行收集和分類；然后，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)管理，根據(jù)研究對(duì)象的特征以及所需的分析目標(biāo)，進(jìn)行合理的流程設(shè)計(jì)，并采用最優(yōu)的算法模型和數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析；最后，通過文字、圖表、視頻等可視化方式將分析結(jié)果展現(xiàn)給終端用戶[4]。

第一步是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和存儲(chǔ)管理。在進(jìn)行存儲(chǔ)和處理之前，一般會(huì)采用 ETL 技術(shù)把有效數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源中抽取出來，然后通過轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)中心或者數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中?，F(xiàn)在Hadoop的分布式文件系統(tǒng)和谷歌文件系統(tǒng)是主流的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。由于是分布式架構(gòu)，這類存儲(chǔ)系統(tǒng)具有了很好的靈活性和擴(kuò)展性，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的訪問能力。

第二步是數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)處理。通過收集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并不能直接對(duì)其進(jìn)行分析挖掘，在這之前需要采取計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加載、提取和轉(zhuǎn)換，為下一步數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備。

第三步是數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的算法模型和數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，從中發(fā)現(xiàn)新的價(jià)值和知識(shí)。大數(shù)據(jù)的核心處理流程就是數(shù)據(jù)分析，它是大數(shù)據(jù)的價(jià)值體現(xiàn)。

最后是數(shù)據(jù)展現(xiàn)。通過數(shù)據(jù)分析和挖掘，大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵價(jià)值被發(fā)現(xiàn)，最后需要采取相關(guān)的可視化技術(shù)與 Web 技術(shù)，通過視頻、文字和圖表等方式以更直觀和互動(dòng)的模式將分析結(jié)果展示給人們，以便人們更好地獲取數(shù)據(jù)價(jià)值[5]。大數(shù)據(jù)處理流程圖如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)處理流程

(三)政府大數(shù)據(jù)的理論和實(shí)踐應(yīng)用

1.政府大數(shù)據(jù)的理論

高小平等學(xué)者認(rèn)為改革之所以艱難，在于“習(xí)慣成自然”，現(xiàn)有的利益格局束縛了社會(huì)創(chuàng)新的動(dòng)力，而大數(shù)據(jù)成為打破這一格局的潛在突破口。大數(shù)據(jù)引領(lǐng)了科技革命所蘊(yùn)含的智能化行政改革方向，帶來了“數(shù)據(jù)民主”，這對(duì)透明政府的建設(shè)、對(duì)國(guó)家治理能力構(gòu)建起到了重要的作用，為行政管理理論與實(shí)踐創(chuàng)新帶來了新的機(jī)遇[6]。劉葉婷、唐斯等認(rèn)為社會(huì)公眾需要建立系統(tǒng)、全面的大數(shù)據(jù)意識(shí)，這樣才能認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)給社會(huì)帶來的變革和創(chuàng)造的價(jià)值。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)使得政府信息化程度不斷提升，同時(shí)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、信息發(fā)布等新技術(shù)的快速發(fā)展，為政府治理實(shí)現(xiàn)“智能”化提供了技術(shù)支撐。政府作為社會(huì)治理的主導(dǎo)者，在大數(shù)據(jù)時(shí)代更應(yīng)率先進(jìn)行大數(shù)據(jù)研究，這能有效地推動(dòng)政府治理創(chuàng)新，促使政府改革原有的組織模式和政府形態(tài)，進(jìn)而激活政府固化的治理模式，優(yōu)化治理結(jié)構(gòu)[7]。不少學(xué)者都認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展必然對(duì)政府治理起到推動(dòng)變革的作用，其中曹勁松指出網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠幫助政府快速應(yīng)對(duì)社會(huì)問題和危機(jī)，推動(dòng)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展[8]。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)給社會(huì)管理帶來了變革，越來越多的學(xué)者投身到相關(guān)研究中去，希望能發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代社會(huì)管理的新模式。

2.政府大數(shù)據(jù)的實(shí)踐應(yīng)用

上海政府率先將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域。通過建設(shè)交通信息綜合平臺(tái)，上海交通部門可以從居民手機(jī)信號(hào)遷移、實(shí)時(shí)視頻、出租車GPS系統(tǒng)中收集到實(shí)時(shí)交通信息用于交通狀況分析，以便能夠更好地采取相關(guān)交通管控措施，減少交通擁堵，有效地提升了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的科學(xué)決策水平。武漢市把大數(shù)據(jù)技術(shù)充分運(yùn)用到城市規(guī)劃中，通過3S規(guī)劃系統(tǒng)合理布局城市基礎(chǔ)設(shè)施,科學(xué)規(guī)劃城市結(jié)構(gòu)。在厄爾多瓜進(jìn)行總統(tǒng)選舉的時(shí)候，北京的拓爾思公司通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)票數(shù)進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)，與實(shí)際情況基本吻合，這顯示了大數(shù)據(jù)輔助決策的潛力[9]。

美國(guó)紐約州能源研究和發(fā)展管理局(NYSERDA)已經(jīng)將大數(shù)據(jù)運(yùn)用到氣候變化評(píng)估中去。政府通過研究相關(guān)大數(shù)據(jù)對(duì)未來氣候變化做出預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)為能源、農(nóng)業(yè)、交通、公共運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)制定科學(xué)有效的措施來面對(duì)氣候變化帶來的影響[10]。美國(guó)的圣克魯斯警察局很早就開始運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，他們通過搜集各類社交網(wǎng)站上的信息數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析，可以從中發(fā)現(xiàn)犯罪動(dòng)機(jī)和犯罪方法，并有效地把握將來一段時(shí)間內(nèi)的犯罪趨勢(shì)[11]。

智慧城市，是一個(gè)基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的熱點(diǎn)研究項(xiàng)目。美國(guó)邁阿密戴德縣率先采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行了智慧城市的建設(shè)。IBM通過使用大數(shù)據(jù)，對(duì)戴德縣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并在云計(jì)算環(huán)境中為戴德縣提供了智能儀表盤，政府可以通過儀表盤實(shí)時(shí)觀測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化情況，這為政府梳理交通擁堵、治理環(huán)境污染問題、提升公共安全等提供了有效的信息支撐。同時(shí)，IBM將戴德縣35種關(guān)鍵縣政工作與邁阿密市緊密相連，使得政府部門間能夠信息共享，有效地提升了政府決策的科學(xué)性。通過智慧政府的建設(shè)，戴德縣在多方面都受益頗多，例如該縣公園管理部門通過大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效地發(fā)現(xiàn)了存在漏水問題的水管，并及時(shí)修復(fù)和置換，為戴德縣節(jié)約了將近100萬(wàn)美元的水費(fèi)[10]。

二、空氣污染治理：大數(shù)據(jù)應(yīng)用的可行性

(一)空氣環(huán)境管理信息的特點(diǎn)及問題

通過學(xué)者研究以及實(shí)踐操作發(fā)現(xiàn)空氣環(huán)境信息具有空間性、時(shí)效性、直觀性、多源性等特點(diǎn)，且包含的數(shù)據(jù)量巨大、冗雜，不容易分析研究。一直以來，各部門都積累了大量的空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)無(wú)法被有效使用，存在大量問題：傳統(tǒng)的空氣監(jiān)測(cè)和分析手段無(wú)法對(duì)圖片、視頻等大量非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，導(dǎo)致了海量數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)；不同部門間信息閉塞，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理組織，數(shù)據(jù)無(wú)法共享；各級(jí)政府由于異構(gòu)性問題，無(wú)法做出科學(xué)性的決策[12]。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)空氣環(huán)境信息進(jìn)行管理，通過集成現(xiàn)有的大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)一的分析處理，提煉出有效的價(jià)值信息，為政府進(jìn)行空氣污染治理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

(二)大數(shù)據(jù)在空氣污染治理中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)Ａ靠諝鈹?shù)據(jù)進(jìn)行集成、處理和分析，這種突破傳統(tǒng)信息處理的技術(shù)能夠給空氣污染聯(lián)防聯(lián)控、監(jiān)管等工作的開展帶來新的機(jī)遇。

1.基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)階段空氣污染監(jiān)測(cè)主要是對(duì)于單一污染物的監(jiān)測(cè)和控制，包括氮氧化物、溫室氣體、硫化物等，但是無(wú)法對(duì)多種污染物進(jìn)行協(xié)同監(jiān)測(cè)和分析。然而現(xiàn)實(shí)生活中往往是多種污染物同時(shí)出現(xiàn)并發(fā)生了相關(guān)的反應(yīng)，引發(fā)更嚴(yán)重的空氣污染事件[13]。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了當(dāng)前空氣監(jiān)測(cè)存在的問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以協(xié)同分析監(jiān)控視頻、圖片文字等非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)來了解空氣污染的區(qū)域范圍、污染源、污染物帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)等情況，為管理部門進(jìn)行空氣污染防治工作提供支持[14]。

2.通過大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與其他行業(yè)信息共享

現(xiàn)階段，主要還是由環(huán)境保護(hù)部門開展空氣污染信息管理工作，并沒有實(shí)現(xiàn)與氣象、林業(yè)、交通等部門的行業(yè)數(shù)據(jù)共享，為了提升空氣環(huán)境管理質(zhì)量，環(huán)境管理部門可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合分析林業(yè)、交通、水利等多行業(yè)的信息數(shù)據(jù)，從不同角度對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，這樣可以不斷提升空氣污染監(jiān)測(cè)效果、科學(xué)規(guī)劃空氣污染防治措施[15]。例如，通過獲取某區(qū)域的空氣污染排放物數(shù)據(jù)和行駛機(jī)動(dòng)車的數(shù)據(jù)，然后研究并設(shè)計(jì)出兩者的關(guān)系數(shù)據(jù)模型以及相關(guān)的預(yù)測(cè)模型，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用模型去計(jì)算出未來幾天的空氣污染狀況，這樣管理部門就可以給出科學(xué)的出行建議以及階段性機(jī)動(dòng)車限行管理措施。

3.大數(shù)據(jù)為決策分析提供支持

現(xiàn)階段，中國(guó)空氣質(zhì)量管理還是典型的屬地模式，不同屬地、各級(jí)部門間相互割裂、缺乏溝通，無(wú)法做到協(xié)同治理空氣污染問題[16]。隨著時(shí)代的進(jìn)步和理念的創(chuàng)新，京津冀地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)等發(fā)達(dá)城市群已經(jīng)開始著手進(jìn)行區(qū)域空氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作，但是這些好的經(jīng)驗(yàn)和做法還沒有得到很好的推廣[17]。區(qū)域空氣污染聯(lián)防聯(lián)控可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，綜合分析該區(qū)域內(nèi)的政府管理水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及空氣污染現(xiàn)狀等要素，在明確空氣保護(hù)質(zhì)量目標(biāo)和最大限度平衡各項(xiàng)要素的情況下制定科學(xué)性的決策，為各個(gè)地區(qū)建立相適應(yīng)的合作機(jī)制，共同構(gòu)建空氣污染聯(lián)防聯(lián)控監(jiān)管體系。

三、空氣污染治理大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建與政府決策支持

本文結(jié)合云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)，利用已有計(jì)算機(jī)資源建立統(tǒng)一的云計(jì)算平臺(tái)，以為環(huán)保部門、社會(huì)公眾提供空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和管理服務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合各種專業(yè)模型，對(duì)現(xiàn)有空氣環(huán)境數(shù)據(jù)資源進(jìn)行深度挖掘。空氣環(huán)境數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)主要分為云計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)層，如圖2所示。

圖2 空氣環(huán)境數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)

(一)云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)

基于大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生，變革了數(shù)據(jù)集成、儲(chǔ)存、處理模式。云計(jì)算通過虛擬化技術(shù)，有效整合了原有的硬件設(shè)備資源、系統(tǒng)軟件資源、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源、存儲(chǔ)資源等，降低了用戶對(duì)于設(shè)備的要求和操作難度，使得用戶通過瀏覽器和相關(guān)操作系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣環(huán)境數(shù)據(jù)的收集、分配和調(diào)度工作。云計(jì)算快速、便捷的特點(diǎn)必將推進(jìn)環(huán)保信息化的快速實(shí)現(xiàn)[18]。

(二)數(shù)據(jù)支撐與服務(wù)

數(shù)據(jù)支撐模塊主要是對(duì)空氣環(huán)境信息的處理和加工。該模塊通過構(gòu)建空氣環(huán)境數(shù)據(jù)分析模型，對(duì)存儲(chǔ)在云計(jì)算平臺(tái)上的空氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、分析，并在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)今后的空氣環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為空氣環(huán)境預(yù)防和治理工作提供更為完善的數(shù)據(jù)支撐。

首先是收集、集成空氣環(huán)境數(shù)據(jù)。主要是收集現(xiàn)有空氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、空氣環(huán)境質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、空氣環(huán)境污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境應(yīng)急管理、重金屬在線監(jiān)測(cè)、總量減排等環(huán)境業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，并且針對(duì)文字、圖片、影像等不同的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行集成化處理，形成最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)。然后是數(shù)據(jù)傳遞與共享。在集成空氣環(huán)境數(shù)據(jù)形成原始數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，云計(jì)算平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了進(jìn)一步精細(xì)化管理，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定與安全。各級(jí)環(huán)保部門、各個(gè)環(huán)保業(yè)務(wù)室都可以通過云計(jì)算平臺(tái)，便捷、快速、及時(shí)了解到各個(gè)區(qū)域的空氣環(huán)境信息狀況，有效避免了各級(jí)部門間的信息不對(duì)稱狀況。再者就是數(shù)據(jù)挖掘工作。結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深度發(fā)掘和分析，探索影響空氣環(huán)境質(zhì)量的主要因素，預(yù)測(cè)今后不同區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)，建立空氣環(huán)境污染預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空氣污染源追溯定位功能等，為空氣環(huán)保決策提供有效數(shù)據(jù)支撐。最后是管理空氣環(huán)境數(shù)據(jù)。主要工作是對(duì)云計(jì)算平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為應(yīng)用層的各個(gè)空氣環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)、查詢需求、網(wǎng)絡(luò)搜索提供個(gè)性化數(shù)據(jù)服務(wù)[12]。這樣的數(shù)據(jù)中心服務(wù)對(duì)象不再僅僅局限于各級(jí)環(huán)保部門，它同樣可以為社會(huì)公眾、監(jiān)管企業(yè)等提供查詢服務(wù)，使得空氣環(huán)境數(shù)據(jù)信息使用、管理更加透明化，促進(jìn)了政府信息公開。

(三)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

這一系列的數(shù)據(jù)處理分析都是為應(yīng)用系統(tǒng)研究和開發(fā)作基礎(chǔ)。經(jīng)過大數(shù)據(jù)技術(shù)處理后的數(shù)據(jù)都蘊(yùn)藏著豐富的價(jià)值信息，應(yīng)用系統(tǒng)層就是通過建設(shè)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)將這些價(jià)值信息充分展現(xiàn)給我們。建設(shè)空氣污染防控系統(tǒng)，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析挖掘，環(huán)保部門能夠清楚地掌握各區(qū)域各類空氣污染事件發(fā)生的時(shí)間、規(guī)模范圍、污染程度等共性特點(diǎn)，進(jìn)而針對(duì)這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)能夠及時(shí)預(yù)警的關(guān)鍵指標(biāo)和應(yīng)對(duì)的防治措施，提高空氣污染防治效率。建設(shè)空氣環(huán)境數(shù)據(jù)檔案體系，基于云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)集成特點(diǎn)，可以將各類空氣環(huán)境數(shù)據(jù)按照一定目錄體系，比如形成污染源信息一源一檔管理，實(shí)現(xiàn)污染產(chǎn)生、處理、注銷一體化監(jiān)測(cè)。同時(shí)，當(dāng)有新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息接入時(shí)，目錄系統(tǒng)可以快速生成，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，為政府環(huán)保部門決策提供數(shù)據(jù)支撐。建設(shè)空氣環(huán)保決策輔助系統(tǒng)，空氣環(huán)境數(shù)據(jù)中心作用不僅體現(xiàn)在集中各類環(huán)境業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，更為重要的是利用其大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量和污染源之間的關(guān)系進(jìn)行深度挖掘分析，并結(jié)合空氣質(zhì)量中的API指數(shù)變化分析，優(yōu)化政府環(huán)保部門空氣環(huán)境管理決策模式，提升空氣污染治理能力[19]。

(四)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)政府科學(xué)決策

面對(duì)日益嚴(yán)重的空氣污染問題，政府部門可以借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)加強(qiáng)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)能力，提升政府決策水平。首先，政府及環(huán)保部門在不斷增加大型監(jiān)控點(diǎn)的同時(shí)需要用低成本、小型化、低維護(hù)量的監(jiān)測(cè)設(shè)備作為現(xiàn)有大型設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)的補(bǔ)充，大批量地增加監(jiān)控點(diǎn)，形成囊括城市環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、廠界環(huán)境、交通道路、開放空間等的立體空間式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，能夠全面 、及時(shí)、有效地監(jiān)控、采集相關(guān)空氣環(huán)境質(zhì)量信息。面對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的龐大數(shù)據(jù)，管理部門可構(gòu)建相應(yīng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合云計(jì)算將數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)處理、篩選和存儲(chǔ)。隨后利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建相關(guān)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，管理部門可根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果掌握空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，應(yīng)對(duì)空氣問題突發(fā)狀況等，更為重要的是政府能夠通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來達(dá)到科學(xué)決策的目的。基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理和分析，政府部門可以更有效、清晰地認(rèn)清空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，并通過相關(guān)環(huán)境分析方法預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，為保護(hù)空氣環(huán)境質(zhì)量制定合理的環(huán)保政策、治理措施和治理目標(biāo)。隨著環(huán)保政策和治理措施的實(shí)施，空氣環(huán)境質(zhì)量必然會(huì)發(fā)生變化，隨之新的空氣質(zhì)量信息就會(huì)產(chǎn)生，并被采集，這樣就形成了一個(gè)閉合的回路。數(shù)據(jù)流的不斷更新和反饋勢(shì)必能夠幫助政府更好地管理空氣質(zhì)量環(huán)境，做好空氣污染防治工作，具體模式如圖3所示。

為了使大數(shù)據(jù)平臺(tái)得到有效利用，政府部門同樣需要全方位的變革。首先要重視大數(shù)據(jù)制度規(guī)范建設(shè)。通過對(duì)海量數(shù)據(jù)的深度挖掘、處理和分析來改變現(xiàn)狀是大數(shù)據(jù)的核心內(nèi)容，但同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)信息隱私性的保護(hù)。管理部門可以通過完善相關(guān)的管理制度來加大對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全管理，防止信息泄露。空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)極其容易在使用過程中被泄露，因此在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時(shí)一定要注意數(shù)據(jù)的安全性。針對(duì)數(shù)據(jù)安全問題的保護(hù)主要從隱私泄漏、外界攻擊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)三方面入手。其次要加強(qiáng)大數(shù)據(jù)人才隊(duì)伍建設(shè)。專業(yè)人才是開展大數(shù)據(jù)技術(shù)的重要保障，環(huán)境管理部門應(yīng)當(dāng)快速培養(yǎng)一批擁有大數(shù)據(jù)意識(shí)、掌握智能化管理操作、具備良好分析能力的專業(yè)化人才。只有這樣，面對(duì)海量的數(shù)據(jù)資源，管理部門才能及時(shí)進(jìn)行分析挖掘，充分利用數(shù)據(jù)資源，提升空氣環(huán)境質(zhì)量管理水平，達(dá)到空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理的目標(biāo)。最后要建立健全聯(lián)動(dòng)機(jī)制。政府應(yīng)當(dāng)主動(dòng)強(qiáng)化各環(huán)保部門間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，推動(dòng)各數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)共享，在整合空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)深入挖掘數(shù)據(jù)資源來揭示空氣保護(hù)領(lǐng)域的客觀規(guī)律，為政府實(shí)施科學(xué)性決策提供信息保障。

圖3 空氣污染治理的政府決策模型：基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)

四、大數(shù)據(jù)提升政府治理空氣污染的能力

如今，各界都認(rèn)為大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將成為政府管理體系的變革推手，它能有效提高政府的公共服務(wù)能力，促進(jìn)政府管理模式創(chuàng)新，推動(dòng)智慧政府的建設(shè)。日本通過大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略來促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；美國(guó)通過大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略來提升科研、教育水平；歐盟通過大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略提升政府治理透明度；韓國(guó)通過大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略推動(dòng)智慧城市建設(shè)[20—21]。同樣，將大數(shù)據(jù)平臺(tái)引入到政府空氣污染治理與決策中來，將有效地增強(qiáng)政府治理能力，提升治理效率。

第一，促進(jìn)空氣環(huán)境質(zhì)量精細(xì)化監(jiān)測(cè)?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)是空氣質(zhì)量管理的重要組成部分，是做好空氣質(zhì)量保護(hù)工作的基礎(chǔ)。空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的根本任務(wù)就是要實(shí)時(shí)掌握空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，把握空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)空氣污染源頭，明晰存在的污染風(fēng)險(xiǎn)。隨著空氣污染問題出現(xiàn)頻率不斷提高、出現(xiàn)形式不斷變化，政府亟須創(chuàng)新監(jiān)測(cè)模式，采取點(diǎn)面相結(jié)合的信息獲取渠道，發(fā)展靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相結(jié)合、手動(dòng)和自動(dòng)相結(jié)合的監(jiān)測(cè)模式，將監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大到天地一體化[22]。

第二，提高環(huán)保部門防治效率。環(huán)保部門可以通過創(chuàng)新式的精細(xì)化監(jiān)控模式在時(shí)間、空間上準(zhǔn)確把握空氣污染的污染源、污染范圍、污染持續(xù)性以及污染變化趨勢(shì)等情況，以便相關(guān)單位能夠及時(shí)并且有針對(duì)性地制定出污染治理措施，在解決空氣污染問題的同時(shí)，做好污染防治工作，有效提高空氣污染防治工作效率[23—24]。

第三，提供空氣污染事件應(yīng)急數(shù)據(jù)支撐。通過建設(shè)空氣環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以將各個(gè)類型的環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)急處理方法庫(kù)等共享融合，形成跨區(qū)域、全國(guó)性的空氣環(huán)境應(yīng)急防治數(shù)據(jù)庫(kù)。豐富、全面的數(shù)據(jù)能夠有效提升空氣污染預(yù)測(cè)模型推演結(jié)果的準(zhǔn)確性，為突發(fā)事件預(yù)防和處置提供大數(shù)據(jù)支撐[25]。

第四，增強(qiáng)公眾參與空氣環(huán)境保護(hù)的能力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)桨l(fā)關(guān)注自己生存的環(huán)境狀況，環(huán)保意識(shí)空前高漲?，F(xiàn)階段，人們主要通過各級(jí)環(huán)保部門的網(wǎng)站和相關(guān)環(huán)保研究院的網(wǎng)站來獲取相關(guān)的空氣質(zhì)量信息，對(duì)于空氣質(zhì)量保護(hù)的參與程度不高[26]?？諝獯髷?shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)有效地集成了各類空氣環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過文檔、圖片、視屏的形式為公眾提供廣泛的空氣環(huán)境信息，提高公眾環(huán)境意識(shí)和環(huán)境參與能力。

五、結(jié) 語(yǔ)

2015年，面對(duì)日益嚴(yán)重的空氣污染問題，中央修訂了《中華人民共和國(guó)空氣污染防治法》，對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量管理工作提出了更高的要求。同時(shí)出臺(tái)了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》分析了環(huán)保大數(shù)據(jù)的挖掘以及在環(huán)境治理方面的初步應(yīng)用。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以分析海量數(shù)據(jù)、深度挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵價(jià)值、協(xié)同分析多種數(shù)據(jù)關(guān)系，能夠有效地預(yù)測(cè)空氣污染突發(fā)事件，提高政府決策的科學(xué)性[26]。為了適應(yīng)新常態(tài)下社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和空氣環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，環(huán)保管理部門應(yīng)該盡快將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到空氣環(huán)境管理中來，及時(shí)培養(yǎng)相關(guān)人才，創(chuàng)新管理模式，幫助政府部門有效地提升空氣污染防治能力，提升政府決策的科學(xué)性。

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【責(zé)任編輯：于尚艷】

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“綠色創(chuàng)新政策對(duì)環(huán)境治理績(jī)效的影響：機(jī)制、路徑及其效應(yīng)”(71673308)；教育部人文社會(huì)科學(xué)研究重大攻關(guān)項(xiàng)目“我國(guó)社會(huì)治理體系構(gòu)建及其運(yùn)行機(jī)制研究”(16JZD026)；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的地方政府治理模式創(chuàng)新研究”(16BGL155)

2017-03-29

D63;X51

A

1000-5455(2017)04-0105-07

鄭石明，湖南永州人，華南理工大學(xué)公共管理學(xué)院教授；劉佳俊，湖南株洲人，中南大學(xué)公共管理學(xué)院學(xué)生。)