“十四五”生态环境大数据应用研究与展望_谭文津.pdf

2023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-02-26作者简介：谭文津（1984），男，研究生，硕士，高级工程师，主要从事生态环境大数据、环境信息化、政务数据等领域研究工作。“十四五”生态环境大数据应用研究与展望谭文津1付忠诚2陈英1王国锋1（1江西省生态环境科学研究与规划院江西南昌3300772江西省生态环境监测中心江西南昌330077）摘要近年来，大数据、物联网、云计算等技术在生态环境领域应用不断深化，在污染源在线自动监控、城市空气环境质量预报、水环境管理、土壤环境管理、危险废物监管、企业公众服务等方面获得明显效益，推进了生态环境治理现代化能力提升，生态环境数字化、智能化治理体系更加完善，但在数据共享、智能应用分析、宏观决策能力等方面应用仍存在不足。该文结合“十三五”期间内蒙古自治区、福建省、海南省、山东省以及江西省等省区生态环境大数据建设、应用情况及存在的问题，探讨“十四五”生态环境大数据应用与发展方向。关键词十四五生态环境大数据应用数据开放共享预警预测中图分类号：X830.3文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)0312604“十三五”时期，我国在运用大数据、“互联网”、云计算等技术提升生态环境治理现代化能力、生态环境治理现代化体系过程中不断探索，生态环境智能监管、在线监测、预警预测能力大幅提升，尤其是在重点排污单位在线自动监控、生态环境执法监察、城市空气质量预报、地表水环境质量在线自动监测、土壤环境管理、危险废物监管、企业公众服务等方面获得明显效益，但在生态环境数据资源共享、生态环境智能应用分析、宏观科学决策等方面仍有不足，一定程度制约了生态环境大数据精准决策、科学决策能力。本文将结合主要省份“十三五”期间生态环境大数据建设及应用情况，探索“十四五”期间生态环境大数据应用与发展方向。1生态环境大数据概念生态环境大数据是为生态环境监管、决策问题提供服务的大数据集、大数据技术和大数据应用的总称1。即来源于与生态环境相关的不同部门和领域，结构各异、类型丰富的海量数据，同时把大数据的核心理念和关键技术应用到生态环境领域，对海量的生态环境数据进行整合、存储、分析与应用等2，以发现新知识、创造新价值和提高新能力。2生态环境大数据应用情况2.1主要省份大数据建设情况“十三五”期间，党中央、国务院高度重视大数据的发展和应用，全面推进和加快数据强国建设，大数据建设成为国家战略，并在社会治理、公共安全、公众服务、气象、交通、医疗、通信等领域得到了有效应用。在国家大数据发展战略的支持下，原环境保护部于2016年发布了生态环境大数据建设总体方案，以推进全国生态环境大数据建设。自此，全国各省、自治区、直辖市纷纷推进生态环境大数据平台、生态云建设，并逐步在重点排污单位监管、环境质量在线监测、城市空气质量预测、行政许可审批、环境执法等方面发挥了重要作用。内蒙古自治区、福建省和海南省等省份探索运用大数据技术提升生态环境现代化监管能力水平。2018年，内蒙古自治区启动建设生态环境大数据建设（二期）项目，用于生态环境质量总体改善、污染源在线监控、环境监察执法、目标评估考核等领域的大数据分析。项目以生态环境大数据管理平台为依托，共收集内、外部数据139个，实现与气象、经济与信息化、自然资源等部门间数据共享，形成了“一图一档一平台”的区域生态环境管理新格局。该项目实现了12个盟市、564家污染源企业环境监测在线数据实时显示，污染源监控管理、大气环境质量、地表水环境质量统计图表清晰展现；实现了内蒙古乌海市及周边地区生态环境大数据分析、企业自行监测数据可靠性评估、企业治污设施用电分析等面向行业、面向区域、面向流域污染治理分析与应用3-4，为内蒙古全面推动生态环境保护工作提供坚实的科技支撑。2018年，福建省按照“大平台、大整合、高共享”的集约化建设思路，在全国率先启动建设省级“生态云平台”5，依托福建省政府电子政务云平台和生态环境监测物联网，建成覆盖全省的生态环境大数据云平台。“生态云平台”按照“一个中心、一个平台、两类应用、两个支撑”的总体技术架构，整合各类生态环境监测数据、环境监管服务数据、生态环境管理数据、互联网数据和外部共享数据（海洋、气象、水文、人口和交通等），构建覆盖省、市两级的省级生态云平台和生态环境大数据应用系统。该项目构建了纵向连接国家、省、市三级，横向覆盖生态环境所有相关部门的监测网络数据，包括水、大气、土壤、噪声、核和辐射等环境要素数据收集、汇总和分析，并充分结合了互联网、公众舆论和遥感卫星数据。它不仅为政府部门决策提供支持，还为政府监管对象和服务对象提供服务，可环 境 大 视 野1262023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK以最大程度联通“数据烟囱”和“信息孤岛”，实现科学的生态环境综合决策、精准监管和公共服务6。“生态云平台”实现了“横向到边、纵向到底”的数据集成、聚合和共享，集成水、大气、土壤等108个专题层，利用大数据技术进行环境质量动态监测、污染物扩散模拟、敏感点识别；运用网格化管理平台划分了16 567个生态环境监管网格单元，通过大数据平台和卫星遥感技术定期摸排检查疑似问题，形成全覆盖、快速响应的“监管天网”；将生态环境督察、投诉举报热线、执法检查、监测预警等各种问题线索纳入平台，建立工业园区和重点监管企业数字档案，形成线上协调指挥、线下精准治理新格局。2018年，海南省建设生态环境综合监管平台项目，平台采用“互联网+环境监管”的思想，服务于海南全省各级生态环境职能部门、环境管理对象以及社会公众，覆盖省级和市县级用户，为各类用户提供“一站式、浸入式”的环境信息服务，通过一个平台完成不同环境业务的在线办理、数据报送以及信息公开工作。平台主要建设内容概括为“3+1+2+N”工程，在环境信息标准规范、安全保障、运行维护三大体系之上，构建1个环境服务中心、2个基础平台以及服务于N个环保业务的特色应用，通过对各业务系统数据的采集，收录4大类56小类365子类的环境信息资源，汇聚4.9亿条数据，非结构化数据3.3万个，污染源库共16 302家。各应用系统以“任务”为驱动，打通环境管理各个环节，实现高效的部门联动、业务协同、数据共享和决策分析7。2019年，山东省建设生态环境大数据软件平台，打通了省生态环境厅及21个兄弟厅局数据壁垒，构建了大气、水、土壤、生态、辐射、执法、公众服务七大主题库以及一企一档、生态环境一张图、生态红线管理、环境影响评价管理等系统，系统汇聚污染源在线监控、空气环境质量在线监测、水环境质量监测、土壤环境管理、机动车尾气排放监测、环境执法监管等数据约366亿条，形成了13个专题数据库，实现了部门之间数据互联互通8。2019年，重庆市建立“1+5+N”生态环境大数据系统架构，即建立一个全面覆盖的生态环境大数据平台，深化和扩展五类生态环境大数据综合应用系统，建立和完善一批生态环境业务应用系统，建立了涵盖“作战地图”和“数据舱”大气污染防治平台，实现 城市 空气国 控 站和 市 控站 空 气质 量指 标（AQI）、污染因子、主要污染物、超标因子等数据分级和分层应用。建立了涵盖水质问题和污染源清单功能的水污染防治系统平台，实现了国家考核、市级考核断面、饮用水源地等水质的动态监测管理，实现了区域、流域、断面水质的数据统计、溯源追踪、超标突变预警和临界突变预警9。2020年，甘肃省构建云上生态环境大数据平台，按照“大数据、大系统、大平台”的建设理念，综合运用物联网、大数据、云计算、区块链等信息技术，开展“生态环境监测大数据管理平台”建设。总体建设目标是建立一个比较完善的全省生态环境监测管理大数据体系，全面推进全省生态环境数据资源共享和业务协同联动，不断提高生态环境数据资源共享利用、科学决策分析、政务服务和信息化支撑保障能力，为全面提高甘肃省生态环境质量、支撑打好污染防治攻坚战、生态文明体系创建提供有力支撑。甘肃生态环境大数据平台全面摸清生态环境质量和污染源排放情况，有效提高精准预测能力、精细监管水平和科学决策水平10。2021年，江西省依托省政务云、电子政务外网，按照“一套标准、两个中心、三大类应用”建设思路，建成生态环境大数据资源中心，支撑部、省、市、县4级环境数据纵向贯通、与自然资源、农业、林业等部门数据横向联通，形成了数据资源采集、存储、治理、安全管理等能力，汇聚数据26亿条；建成生态环境大数据智能服务中心，提供统一规范化数据共享、数据分析、模型服务、功能组件等共性开发支撑；建设了水、气、土、气候、监测、辐射、环评、固废、执法、监测等18个大数据创新应用子系统，提升了目标管理、业务协同、公共服务能力，形成了“用数据管理、用数据决策、用数据服务”信息化支撑保障服务能力。2.2大数据技术在生态环境领域应用情况（1）数据采集方面。通过各类生态环境在线监测设备、视频监控、无人机、卫星、雷达等物联感知技术，借助网络数据实时高速传输技术，实现对城市空气、地表水、地下水、污染源企业废水、废气等相关数据的长期监测及自动传输，将大气、水、土壤与辐射等多种环境要素及各种污染源数据有机汇聚在一起，形成海量生态环境数据，在生态环境在线监测监控中发挥出了重要作用11。（2）环境监管方面。运用构建数学模型、人工神经网络、机器学习、识别与算法等技术，对获取的海量生态环境数据进行治理、分析应用，实时了解、掌握、判断地表水环境质量、大气环境质量、土壤、辐射、固体废物以及重点排污单位污染物排放等环境状况，为水环境治理、大气环境治理、土壤修复等方面提供高效云上监管方式12。（3）预警预测方面。通过云计算、人工智能、机器学习、预测分析模型等技术手段，将采集的海量生态环境数据转化为知识，提高生态环境综合决策的准确性和科学性，最大化生态环境大数据价值。如：2013年大气十条发布以来，中国环境监测总站、中科院大气物理研究所与有关研究机构联合研发了国际先进的城市空气环境质量数值预报系统，利用国家城市空气质量实时监测网数据、国内外主流气象预报数据、国家大气污染源排放清单等基础信息，每天对未来710 d的大气污染状况进行分析研判13。3生态环境大数据应用存在的不足“十三五”以来，内蒙古、福建、海南、山东、江西等省区按照国家大数据发展战略，不断推进大数据技术在生态环境治理中的作用。利用云计算、物联网、大数据、机器学习等技术手段在环境监测、数据共享、环境监管、溯源分析、预警预测等方面提供科技支撑，生态环境数据资源基本得到共享和开放，生态环境大数据技术体系架构基本建立。生态环境各方面工作得到大数据、云计算、物联网等信息化技术支撑，生态环境治理现代化能力大幅度提升，但在数据共享、智能应用、宏观决策等方面仍存在一些需要完善、深入推进的地方14。3.1数据共享不全面近年来，国家先后发布了国务院关于印发政务信息资源环 境 大 视 野1272023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK共享管理暂行办法的通知（国发 201651号）、国务院办公厅关于印发政务信息整合共享实时方案的通知（国发201739号），数据共享机制、体制基本健全。各省根据国家数据共享相关管理规章制度，依托省级政务云、政务网，推进国家、市、县及相关兄弟部门之间的数据共享工作。但数据共享仍然存在不彻底、不完整的情况，一些结果型数据、开放性政务数据可以得到充分共享，但很多部门的基础数据、核心数据仍存在一定程度的“数据保护主义”，担心数据共享后会给本部门的利益、地位造成影响，阻碍了数据共享的进程15。部门间、上下级数据壁垒问题仍在部分地区存在。如：江西省依托生态环境大数据平台实现“横向到边、纵向到底”数据共享，但生态环境方面的基础地理信息、遥感、视频、图像等基础性、过程性数据存在更新不及时、共享难度大等问题，数据无法得到全面、及时共享。3.2智能应用分析不足内蒙古、福建、海南、山东、江西等省区生态环境部门按照满足自身基础业务需求出发，推进系统整合、数据共享、业务协同等工作。但当前大数据智能化技术应用水平总体不高，数据分析应用不深、预测能力不全面。虽然在城市空气质量预测预报、重点排污单位在线监测数据超标、突变告警等领域应用较深入16，但在数据关联性分析、智能判断分析、预测等应用还不全面，在视频AI识别、图像识别、图像对比等方面还存在一定应用空白。如：结合污染源企业的用水、用电、信用、工商、税务、质检、工信等信息，开展大数据关联分析，推进环保、公安、电力、税务、银行等多部门联合打击、制约企业污染环境违法行为。准确打击污染源企业超标排污、偷排漏排、未批先建等违法行为，主动发现企业潜在违法违规行为风险，支持生态环境行政执法部门由被动追查跟踪转向主动查处违法行为，实现对各类污染源排污企业违法行为的差异化、准确化、精细化管理方面还有很大不足。3.3宏观决策能力有待提高从内蒙古、福建、海南、山东、江西等省区生态环境大数据平台建设情况可以看出，大数据技术应用模式较为基础、算法较为简单，多停留在单一生态环境要素的治理本身，难以真正发挥生态环境大数据对政府环境治理决策的支撑工作17。如：在生态环境变化形势研判方面，加强生态环境质量、污染源、污染物、环境承载力等数据的相关性分析和综合研究判断，加强社会经济、基础地理信息、气象、水文、农业等数据资源和信息服务的整合和利用，为制定生态环境政策法规、规划方案、标准和规范提供支持还不够。对开展生态环境保护情况、规划实施情况、资金实施情况、绩效评价情况进行动态监测与评价，支持建立以提高生态环境质量为核心的专业化、精细化的生态环境管理体系，提高管理决策的可预测性、针对性和及时性还存在不足。在政企、政民亲清服务关系方面，还无法根据企业生产经营状况、企业污染治理成本、治理工艺等情况，主动提供科学精准政策、生态环境技术等服务，未达到从人找政策到政策找人智能化过程的转变；在社会整体经济、工业、能源、产业结构调整方面，无法结合当前生态环境质量承载力现状、不同行业排污企业污染物因子特征、环境容量、产能情况、能源消耗、社会贡献等情况为企业工业、能源、经济结构调整提供科学、合理、精准决策等。4生态环境大数据发展应用展望4.1加强数据开放共享（1）依托国家、省政府数据共享机制、体制，以数据实际需求和应用为导向，梳理生态环境相关基础性数据、过程性数据共享目录、开放目录，并定期对数据共享目录、开放目录进行更新。（2）依托国家或省级政府构建统一的电子政府数据共享统一交换平台，与发展改革委、自然资源、林业、农业、水利、交通、工商、税务、公安、电力、供水等部门、企业建立生态环境数据共享、数据开放更新机制、考核机制、应用机制，推进各相关部门产生的生态环境监测、遥感、图像、视频等生态环境核心基础数据、原始数据、审核数据以及生态环境管理相关经济、行政管理、行政服务、社会管理等数据全面开放共享。4.2提升智能应用分析能力（1）加强生态环境预警预测应用。大数据进行多维度数据关联，组成生态环境管理数据链，实现预警预测功能。如：在环评审批方面，通过区域污染物排放总量控制数据动态更新，当区域污染物排放总量数据达到阈值，自动向环评审批部门发送预警，辅助当地环评审批部门决策，暂停该区域该行业新增环评项目审批。在养殖产业审批和管控方面，与“三线一单”“GIS地图”和农业数据相互关联，当禁养区域内新增畜产养殖机构时，自动告警，为审批人员或执法人员决策提供依据。（2）提升生态环境精准执法。在治理排污企业违法偷排漏排方面，通过与企业用电、用水、产品生产销售、税收、财务等数据进行关联分析，结合企业污染治理设备工艺特点，对比污染源在线监控数据，实现偷排、漏排等违法行为自动预警。通过机器学习，结合污染源排污企业相关生产、治理设备工况数据，自动识别非正常数据及超标数据，24 h自动告警提示生态环境行政执法人员，做到精准打击数据造假、超标排放等违法问题。4.3提升宏观决策能力通过大数据、GIS、云计算等技术对环境规划、功能区划、“三线一单”等数据进行数字化、可视化处理，对比单个企业资源消耗情况、污染排放情况、经济贡献、社会贡献等数据，同时结合区域资源承载能力、环境容量等数据，为工业产业结构宏观调控、经济结构调整提供数字化、可视化支撑，为实现“绿水青山就是金山银山”转化提供科技技术保障。在宏观经济效益方面，进一步降低生态环境行政管理成本，促进社会经济转型和绿色高水平发展。在生态效益和环境效益方面，全面提高生态环境监测和管理能力，提高生态环境保护和治理现代化能力。在社会效益方面，提高保障生态环境质量总体改善的能力，丰富生态文明建设体系。5结语“十三五”期间我国各省在应用生态环境大数据技术方面，已取得一定成效，提升了我国生态环境科学化、精准化、精细化监管能力。生态环境大数据体系基本建成，各类生态环境数据基本得到共享与应用，生态环境监测、城市空气质量预环 境 大 视 野1282023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK测、土壤、环评、辐射、执法监管以及政府服务能力得到进一步提升，但在仍生态环境数据共享、开放、智能分析、科学决策，特别是宏观决策等方面存在一些不足、不完善情况。在“十四五”期间全国各地依然要继续深入贯彻国家大数据、数字政府、数字经济发展理念，深化大数据技术在生态环境领域应用，继续推进各行各业生态环境全生命周期数据共享与开放，不断挖掘数据价值，推进各部门各行业协同监管能力，提升为企为民智能服务能力，实现生态环境综合决策科学化、监管精准化、公众服务便民化，以云计算、物联网、人工智能等科技技术手段提升生态环境治理现代化和治理能力，为绿色生产生活、碳减排、生态环境根本好转及美丽中国建设提供科技支撑。参考文献1蒋洪强，卢亚灵，周思，等.生态环境大数据研究与应用进展J.中国环境管理，2019（06）：11-15.2常杪，冯雁，郭培坤，等.环境大数据概念、特征及在环境管理中的应用J.中国环境管理，2015（06）：26-30.3赵春胜，陈俊杰.内蒙古自治区生态环境保护大数据研究J.环境与发展，2018（03）：12-13.4陈磊，安路蒙.内蒙古运用生态环境大数据保护碧水蓝天EB/OL.（2018-01-03）2023-02-25.https：/ 境 大 视 野129