姜 潤(rùn) 陳俐偉 楊孝羅 郭 曉

（1 常州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心新北分中心 江蘇常州 213000 2 邦達(dá)誠(chéng)科技（常州）有限公司 江蘇常州 213000 3 北京百分點(diǎn)科技集團(tuán)股份有限公司 北京 100089）

引言

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，我國(guó)已進(jìn)入搶占大數(shù)據(jù)資源的“大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”時(shí)代[1]，數(shù)據(jù)強(qiáng)國(guó)不僅是技術(shù)層面的飛躍更新，更是一種思維模式的升級(jí)轉(zhuǎn)換[2]。以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控監(jiān)管也面臨著改革創(chuàng)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，環(huán)境保護(hù)發(fā)展離不開(kāi)信息化的支撐，生態(tài)環(huán)境與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的跨界融合已是大勢(shì)所趨[3]，在數(shù)據(jù)量級(jí)成倍增長(zhǎng)的今日，主動(dòng)去挖掘、定位、應(yīng)用大數(shù)據(jù)的產(chǎn)出成果，可為環(huán)境管理高質(zhì)量運(yùn)行與決策提供有益參考[4～6]。

黨中央、國(guó)務(wù)院和生態(tài)環(huán)境部高度重視大數(shù)據(jù)在打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的支撐作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用提出明確的要求[7]。在推進(jìn)國(guó)家生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)體系建設(shè)過(guò)程中，城市（區(qū)、縣級(jí)市）生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)和運(yùn)用是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[8]。區(qū)縣級(jí)生態(tài)環(huán)境管理部門(mén)作為生態(tài)環(huán)境管理體系中承上啟下的重要環(huán)節(jié)，承擔(dān)著區(qū)域環(huán)境質(zhì)量管理和污染源監(jiān)管的雙重責(zé)任。常州高新區(qū)（新北區(qū)）作為江蘇省常州市唯一的臨江板塊和長(zhǎng)江下游的重要節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)落實(shí)“共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)”的重要任務(wù)，長(zhǎng)三角一體化、美麗江蘇建設(shè)、常州“532”發(fā)展戰(zhàn)略等區(qū)域性戰(zhàn)略為全區(qū)發(fā)展帶來(lái)新的目標(biāo)與機(jī)遇。在此契機(jī)下，常州高新區(qū)（新北區(qū)）在推進(jìn)落實(shí)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系建設(shè)過(guò)程中，以打造天地空一體化的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，創(chuàng)新性引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)，建設(shè)污染防治攻堅(jiān)和長(zhǎng)江大保護(hù)背景下的新型一體化指揮中心，為大數(shù)據(jù)技術(shù)在區(qū)縣級(jí)的集成建設(shè)和應(yīng)用實(shí)踐提供有價(jià)值的參考。2021 年2 月，“常州市生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)中臺(tái)及監(jiān)測(cè)預(yù)警一體化平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目”入選IDC《中國(guó)智慧城市發(fā)展現(xiàn)狀、最佳實(shí)踐及趨勢(shì)分析報(bào)告》。

1 全景大數(shù)據(jù)中心框架的構(gòu)建

“十三五”以來(lái)，常州高新區(qū)（新北區(qū)）持續(xù)開(kāi)展大氣自動(dòng)站網(wǎng)建設(shè)、水質(zhì)自動(dòng)站網(wǎng)建設(shè)、污染源監(jiān)控能力建設(shè)、機(jī)動(dòng)車(chē)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控能力建設(shè)、固定式遙測(cè)點(diǎn)建設(shè)等一系列監(jiān)測(cè)監(jiān)控能力建設(shè)，已積累豐富的多要素、多指標(biāo)、多維度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控能力顯著提升。但生態(tài)環(huán)境業(yè)務(wù)由國(guó)家、省、市、區(qū)各級(jí)開(kāi)展，下沉到區(qū)縣級(jí)的應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)已突破20 余個(gè)，包括空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)（監(jiān)控）平臺(tái)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)（監(jiān)控）平臺(tái)、熱點(diǎn)網(wǎng)格平臺(tái)、污染地塊管理系統(tǒng)、污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)、污染源普查系統(tǒng)、危險(xiǎn)廢物管理系統(tǒng)等，已建軟件系統(tǒng)缺少總體規(guī)劃，業(yè)務(wù)系統(tǒng)“各自為戰(zhàn)”，數(shù)據(jù)“信息孤島”情況突出[9]。在指揮調(diào)度支撐方面，現(xiàn)有系統(tǒng)欠缺聯(lián)動(dòng)各子部門(mén)及解決綜合性問(wèn)題的能力[10]。

新北區(qū)生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)，充分考慮區(qū)級(jí)生態(tài)環(huán)境管理工作對(duì)數(shù)據(jù)管理、分析與應(yīng)用的迫切需求，建立包括數(shù)據(jù)匯聚、自動(dòng)建模等全過(guò)程的預(yù)警監(jiān)控，以區(qū)域環(huán)境監(jiān)管為業(yè)務(wù)中心，搭建智能化風(fēng)控、指揮中心和決策支撐系統(tǒng)在內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控一體化平臺(tái)（圖1），解決以往系統(tǒng)層級(jí)過(guò)多、末梢不暢、互動(dòng)不足、信息化支撐不夠等問(wèn)題。項(xiàng)目匯聚19 個(gè)子業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)平臺(tái)，形成集生態(tài)環(huán)境的管控成果展示、監(jiān)測(cè)監(jiān)控分析、問(wèn)題處理、應(yīng)急管理、數(shù)據(jù)分析等為一體的實(shí)時(shí)在線系統(tǒng)，具體細(xì)分為空間管控、污染源管理監(jiān)控、環(huán)境質(zhì)量管理監(jiān)控、問(wèn)題處理及應(yīng)急管理五大模塊（圖2），實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量及污染源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)污染源精準(zhǔn)追蹤、實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程調(diào)用輔助環(huán)境執(zhí)法、實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境工作檔案數(shù)字化、實(shí)現(xiàn)環(huán)境普法及咨詢網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)現(xiàn)多個(gè)平臺(tái)一體化六大功能。

圖1 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

圖2 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心模塊設(shè)計(jì)

空間管控細(xì)分為生態(tài)紅線、空間規(guī)劃布局、生物多樣性三部分，在當(dāng)前保護(hù)生物多樣性已成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)的背景下，生物多樣性模塊將打磨成長(zhǎng)為踐行綠色發(fā)展理念的有效載體。污染源管理管控將全區(qū)重點(diǎn)企業(yè)及有在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)施的企業(yè)全部納入平臺(tái)進(jìn)行管控，形成重點(diǎn)突出、區(qū)域分布均衡的實(shí)時(shí)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。環(huán)境質(zhì)量管理管控包括大氣、水、土壤三個(gè)專(zhuān)題，全部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)更新，時(shí)刻掌握環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，為全區(qū)環(huán)境質(zhì)量逐年改善提供基礎(chǔ)感知與數(shù)據(jù)支撐。問(wèn)題處理對(duì)環(huán)境質(zhì)量、污染源等監(jiān)測(cè)預(yù)警、管理處置過(guò)程進(jìn)行集中管理，包括任務(wù)辦理、報(bào)警信息處理、設(shè)備狀態(tài)報(bào)備與確認(rèn)以及數(shù)據(jù)申請(qǐng)與審批。應(yīng)急管理應(yīng)用于突發(fā)應(yīng)急事故場(chǎng)景，平臺(tái)能夠快速推送相關(guān)事故企業(yè)的環(huán)保統(tǒng)計(jì)信息，包括應(yīng)急預(yù)案、企業(yè)特征污染因子及化學(xué)特性、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)部門(mén)及人員信息、周?chē)心男?yīng)急物資庫(kù)可供調(diào)度等，進(jìn)一步推送事故地影響范圍涉及的敏感區(qū)域，包括氣體污染物傳輸?shù)南嘛L(fēng)向區(qū)域內(nèi)的敏感點(diǎn)如居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等人口密集區(qū)域，周?chē)恿髟谧柚顾h(huán)境污染物進(jìn)一步擴(kuò)散中有哪些閘壩，輔助現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、處置、指揮與決策等工作，平臺(tái)會(huì)不斷收集行業(yè)成功案例，建立案例庫(kù)，供類(lèi)似的突發(fā)應(yīng)急事故處置參考。

2 跨部門(mén)數(shù)據(jù)信息的拓展匯聚

在數(shù)據(jù)管理方面，平臺(tái)的建設(shè)嘗試探索生態(tài)環(huán)境監(jiān)管所需的跨部門(mén)數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享。一是采集多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，涵蓋環(huán)境質(zhì)量、污染源監(jiān)測(cè)及各項(xiàng)管理、自然生態(tài)、氣象、區(qū)域發(fā)展、企業(yè)工商等多個(gè)維度，數(shù)據(jù)接入方式包括接口對(duì)接、數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接與互聯(lián)網(wǎng)爬取等形式。二是形成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)工業(yè)信息化及生態(tài)環(huán)境行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的命名標(biāo)準(zhǔn)、詞根標(biāo)準(zhǔn)、代碼標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)規(guī)范和系統(tǒng)共享規(guī)范做進(jìn)一步細(xì)化。三是開(kāi)展數(shù)據(jù)治理，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步開(kāi)展數(shù)據(jù)質(zhì)量稽核、數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理等數(shù)據(jù)治理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使得不同來(lái)源的數(shù)據(jù)可以建立有效關(guān)聯(lián)和相互補(bǔ)充，打破業(yè)務(wù)煙囪和數(shù)據(jù)孤島（圖3）。四是設(shè)計(jì)賬戶和權(quán)限體系，針對(duì)不同部門(mén)的管理用戶、被監(jiān)管企業(yè)和公眾的需求場(chǎng)景，分配對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)權(quán)限，在保障數(shù)據(jù)安全的同時(shí)提供數(shù)據(jù)資源和服務(wù)。五是數(shù)據(jù)開(kāi)放共享，建立數(shù)據(jù)生產(chǎn)者與數(shù)據(jù)使用者的橋梁，通過(guò)數(shù)據(jù)申請(qǐng)與審批，滿足數(shù)據(jù)的跨部門(mén)應(yīng)用需求，釋放數(shù)據(jù)價(jià)值。

圖3 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)治理流程

面對(duì)多元匯集交叉冗亂的數(shù)據(jù)，如污染源各項(xiàng)管理中建設(shè)項(xiàng)目審批、排污許可等信息由于實(shí)際建設(shè)過(guò)程中建設(shè)時(shí)期、建設(shè)部門(mén)等的不同，使得同一個(gè)污染源的基本信息在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中不可避免地存在一些不一致的情況。本平臺(tái)通過(guò)建立污染源基本信息這一主數(shù)據(jù)，結(jié)合企業(yè)工商數(shù)據(jù)，確立污染源社會(huì)信用代碼這一數(shù)據(jù)唯一標(biāo)識(shí)碼，使得污染源各項(xiàng)管理數(shù)據(jù)能夠有效關(guān)聯(lián)，建立污染源的全生命周期檔案。同時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)末端硬件設(shè)備的合理布設(shè)，該檔案將持續(xù)在未來(lái)的污染源監(jiān)管中，不斷歸集、更新更多的環(huán)境管理行為數(shù)據(jù)，徹底打通環(huán)境管理脈絡(luò)（表1）。自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)組件進(jìn)行優(yōu)化，兼容國(guó)內(nèi)主流的數(shù)據(jù)庫(kù)、硬件廠商、已有的數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)，并支持基于中臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)，為未來(lái)復(fù)制推廣和豐富拓展打好基礎(chǔ)。

表1 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

3 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與延展

新北區(qū)“全景、全息、全過(guò)程”生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中臺(tái)支撐條線各要素管理、各級(jí)管理部門(mén)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)需求，力求達(dá)到：“數(shù)據(jù)可信、過(guò)程可控、風(fēng)險(xiǎn)可判、責(zé)任可溯”的管理目標(biāo)，通過(guò)大數(shù)據(jù)自動(dòng)建模和逐步優(yōu)化，形成一套智能化數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)，為管理者提供有效的信息支撐（圖4），智能化、共享化的結(jié)果應(yīng)用也將反向進(jìn)一步深化生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的數(shù)字化管理。

圖4 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心生物多樣性模塊展示

平臺(tái)在數(shù)據(jù)應(yīng)用分析方面充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，推動(dòng)綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)增值。一是形成融合、標(biāo)準(zhǔn)、高可用性的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，支撐業(yè)務(wù)和管理人員在全景角度通盤(pán)分析決策；二是提供數(shù)據(jù)基于GIS 引擎、報(bào)表等多種形式的直觀全息展示，對(duì)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)生命周期全過(guò)程進(jìn)行記錄、管理和追溯；三是通過(guò)高效的數(shù)據(jù)共享交換機(jī)制，可以快速、便捷、高效地搭建各類(lèi)生態(tài)環(huán)境管理應(yīng)用；四是以一張圖匯聚展示各層級(jí)環(huán)境質(zhì)量，并通過(guò)空間拓?fù)浞治?，建立環(huán)境質(zhì)量與污染源的響應(yīng)關(guān)系，利用機(jī)理模型及大數(shù)據(jù)分析雙重技術(shù)手段，精準(zhǔn)輔助環(huán)境問(wèn)題處理及監(jiān)察執(zhí)法（圖5）。

圖5 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)管支撐

平臺(tái)在落地監(jiān)管實(shí)效方面，一是建立環(huán)境質(zhì)量管控從數(shù)據(jù)研判、平臺(tái)輔助分析到分派處置的信息化處置機(jī)制，以解決層級(jí)過(guò)多、末梢不暢、互動(dòng)不足等問(wèn)題，提升行政管理效率；二是實(shí)現(xiàn)環(huán)統(tǒng)、減排、排污許可、建設(shè)項(xiàng)目審批數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新與聯(lián)動(dòng)的污染物排放總量一本賬動(dòng)態(tài)管理，為各項(xiàng)業(yè)務(wù)審批、監(jiān)管工作提供直觀的數(shù)據(jù)支撐；三是建立動(dòng)態(tài)更新、覆蓋全量環(huán)境管理行為的一企一檔，解決業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)回流困難，多部門(mén)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不共享不流通等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“多條線、一根針”一檔式管理，提升環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法效率、環(huán)境管理質(zhì)量以及企業(yè)滿意度。

平臺(tái)上線以來(lái)，依托于污染源全生命周期檔案的建立，有效輔助了針對(duì)污染源的各項(xiàng)監(jiān)督、檢查、管理等工作（圖6）。生態(tài)環(huán)境綜合行政執(zhí)法人員在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法檢查中，只需拿出手機(jī)，打開(kāi)APP，輸入企業(yè)名稱(chēng)，就可一鍵瀏覽企業(yè)的各項(xiàng)環(huán)境管理檔案，包括是否有建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)評(píng)報(bào)告、是否完成環(huán)評(píng)報(bào)告的審批、是否取得排污許可證、許可的各項(xiàng)污染物排放量是多少、是否有超標(biāo)排放記錄、是否有環(huán)境信訪記錄、是否有環(huán)保信用失信記錄、是否參加過(guò)企業(yè)安全生產(chǎn)的法律法規(guī)培訓(xùn)等各項(xiàng)信息。在大數(shù)據(jù)的支撐下，現(xiàn)場(chǎng)檢查的效率與針對(duì)性將得到充足保障。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)污染源環(huán)境行為的信息化積累與科學(xué)分析，將有望對(duì)綜合行政執(zhí)法的管理機(jī)制、管控措施和辦法優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

圖6 生態(tài)環(huán)境全景大數(shù)據(jù)中心污染源管理監(jiān)控

4 問(wèn)題與展望

新北區(qū)的實(shí)踐研究為區(qū)縣級(jí)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建提供了有價(jià)值的參考，但中心建成投運(yùn)時(shí)間短，數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的不斷磨合尚在起步，還存在一些不足，具體表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)的流線化、任務(wù)的并行化有待提升；建模的動(dòng)態(tài)調(diào)整及反哺優(yōu)化有待進(jìn)一步深入運(yùn)行融合；在數(shù)據(jù)資源共享的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)一體化管理所需求的團(tuán)隊(duì)力量及部門(mén)管理制度還有待完善等。未來(lái)幾年生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)仍需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）建立區(qū)縣級(jí)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)安全和使用規(guī)范體系，建立支持生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)發(fā)展的組織機(jī)構(gòu)并引入專(zhuān)業(yè)管理團(tuán)隊(duì)；

（2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口向多層級(jí)多角色用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，支撐環(huán)境監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境科研等領(lǐng)域，并進(jìn)一步推動(dòng)與水利、氣象、自規(guī)等相關(guān)部門(mén)的互聯(lián)互通及應(yīng)用共享；

（3）智能融合應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)智能化的污染物排放趨勢(shì)和污染溯源分析，構(gòu)建精準(zhǔn)管控措施和辦法，推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)為生態(tài)環(huán)境精細(xì)化監(jiān)管提供了新的思路和方向，常州高新區(qū)（新北區(qū)）生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，以大規(guī)模的數(shù)據(jù)并行實(shí)現(xiàn)可視化功能，建立環(huán)境質(zhì)量與污染源的響應(yīng)關(guān)系，利用機(jī)理模型及大數(shù)據(jù)分析雙重技術(shù)手段，精準(zhǔn)輔助環(huán)境問(wèn)題處理及監(jiān)察執(zhí)法。研究成果在實(shí)踐中具備可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)，有助于提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境的智慧監(jiān)管能力，有助于提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的預(yù)測(cè)溯源能力，有助于強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件的應(yīng)急處置能力，為環(huán)保人書(shū)寫(xiě)好“綠水青山就是金山銀山”這份答卷點(diǎn)一盞明燈、獻(xiàn)一份力量。