國家環境數據共享與服務體系研究

李 順 徐富春 王利強 孫 強 虞朝暉 張 波

（1 環境保護部信息中心， 北京 100029；2 北京師范大學資源學院，北京 100875）

1.環境數據共享與服務面臨的問題

我們的政府各級組成部門一般采取國家、省、地市、區縣四級的行政體制，橫向對本級政府主管部門負責，縱向為逐級業務指導關系。四級行政體制關系導致政府行業的信息化建設有其自身的特點，形成橫向相對松散、縱向相對緊密的樹狀結構。環保行業也不例外，這使環境數據共享與服務面臨如下問題：

1.1 網絡環境復雜

環境保護電子政務網絡由環境保護電子政務內網和環境保護政務專（外）網兩部分組成。電子政務內網是環境保護主管部門內部傳輸涉密信息的網絡，連接同級政府，但與國家環境保護政務專網物理隔離。

國家環境保護政務專網是環保行業的外部業務辦公網，是由環境保護部與各級環境保護行政主管部門的政務外網和直屬單位的辦公網絡組成。它是各級環保行業管理單位信息交流和開展業務應用的網絡系統，是環境保護系統內數據傳輸、共享交換的主要通道。主要采用SDH、VPN等技術實現網絡互聯，與互聯網（Internet）邏輯隔離。

環境保護公眾信息服務網絡依托互聯網建設，主要通過各級環保主管單位政府網站為社會公眾、企業等提供數據共享和信息服務。

1.2 橫向信息“孤島”

環境保護與管理是一個綜合性問題，從環保機構政府職能的角度看，環境管理涉及環境質量監測管理、污染源監督管理、生態環境保護、環境應急、核安全與輻射管理等諸多領域，各級環境保護政府部門又將這些領域（管理職能）細化分割到相應的業務司局、處室。各業務職能單位都從自身業務的視角孤立開展信息系統和數據資源建設，忽略了業務領域本身的協同和內在的聯系，沒有統一的信息資源規劃，營造了越來越多的信息孤島。四級環保管理機構自下而上由于管理協調難度的差異，信息孤島現象也越發嚴重。

1.3 縱向信息“煙囪”

環保機構也存在多套自下而上相對穩定的數據采集、報送體系和軟件系統，如污染源管理就存在環境統計、排污申報、排污收費、總量核查、污染源自動監控等，軟件系統一般由環保部相應的業務司局、處室組織開發設計、統一下發，部分省市參照國家軟件結合自身個性需求自行開發了適合自己的業務軟件。部級層面橫向的信息“孤島”現象，體現在四級數據采集報送上就形成了縱向信息“煙囪”。

1.4 數據傳輸渠道多樣、共享與服務質量參差不齊

國家環境信息化整體基礎能力薄弱，環境保護業務專網只延伸到省級，整個系統內沒有統一的主干網絡渠道，四級的數據傳輸形式多樣（基于VPN、電子郵件、FTP、光盤報送等多種方式）。各級環保機構內部橫向數據共享服務處于起步階段，四級環保機構系統內部縱向數據共享服務沒有開展，對社會的共享服務通過各級政府網站建設相對紅火。但內網、專網、互聯網三部分內容建設處于割裂狀態，缺少一體化的規劃設計，共享與服務質量也參差不齊。

“十一五”以來，國家污染物總量減排工作對環境信息化支撐能力提出了更高要求，各種污染源、環境質量自動監控設備，環境衛星遙感設備陸續推廣使用，環境數據采集、傳輸、處理、應用如何快速、準確，數據服務質量如何高效，是環境數據共享與服務面臨的新的挑戰。如圖1所示。

圖1 環境數據共享與服務的新需求

2.國家環境數據共享與服務體系提出的時代背景

2.1 數據應用的演變與環境信息化發展特點

數據資源一般指人類各種認識和改造世界的科技活動產生的原始性、基礎性數據及按照不同需求加工后的數據集和相關信息，它既包括各部門大規模觀測、探測、調查和試驗工作所獲得的長期積累和整編的海量科學數據，也包括廣大科技工作者長年累月的研究工作所產生的大量科學數據及數據產品。數據和信息作為一種資源，具體有以下特點：客觀性、長效性、長期積累性、公益性、共享性、非排他性、不對稱性、增值性、可傳遞性、資源性[1]。其中非排他性和不對稱性是數據資源相對于其他資源（如人力、物力、財力、自然資源等）所特有的特點。數據經過分析應用可以轉變為信息和知識，從而推動科技發展、社會進步，也可用于企業業務管理，提高企業的競爭能力。

數據應用的成熟度一般分為5個階段，如圖2。

圖2 數據應用的演變過程

第一階段為數據應用初級階段，數據用于支撐單一業務運行階段，數據的使用者主要關注業務的運行和業務報表，不同業務間數據資源封閉。

第二個階段的應用增加了對數據的分析，數據的交互和分析結果開始應用于指導業務管理。

第三個階段是數據資源的集成整合階段，強調相關業務間共用靈活穩定的數據架構、業務處理過程中可進行數據的互訪。

第四個階段強調信息資源規劃，數據是應用的核心，數據、數據流穩定，數據應用多變。多層次的數據分析應用促進業務創新。

第五個階段是數據應用的最成熟階段，強調數據的分析挖掘。數據已經成為用戶的戰略資產，成為數據使用者差異性競爭的關鍵。

我國環境信息化建設始于“七·五”期間，經過B-1、B-1擴、日本無償援助項目“中國100個城市環境信息系統建設”等項目的實施，已經取得了一定的成績。但還面臨著：總體信息化程度低、發展不均衡；信息缺乏共享交流、內容覆蓋面有限；信息服務能力不足，形式單一等諸多問題[2]。隨著“十一五”節能減排工作的大力開展，國家加大了對環境保護工作的投入，環境信息化工作也迎來“污染源自動監控項目”、“環境信息傳輸與統計能力建設項目”等重大專項，各省市也加大了環境信息化建設投入。從數據應用的成熟度來看，環保系統數據的應用主要處在第一、二個階段，部分發達省市處于第三個階段。環境信息化發展呈現如下趨勢和特點：

1）從注重基礎設施建設轉向注重服務與應用，注重信息資源開發和利用；

2）從注重內部服務應用，轉向對外服務和應用，從淺層次轉向深層次；

3）從外向驅動轉向內在需求；

4）從縱向業務系統轉向橫向互動。

我國環保系統環境數據應用的成熟度以及環境信息化發展現階段的特點為國家環境數據共享與服務提出了需求，奠定了基礎。

2.2 “國家環境信息與統計能力建設”項目實施為環境數據共享與服務帶來契機

2009年國家發改委正式批復了《國家環境信息與統計能力建設項目初步設計及概算》（發改投資[2009]659號文件，污染物減排專項），投資5.79億人民幣進行環境信息化基礎能力建設，主要建設內容設計為5個部分：1）制定27項與減排工作有關信息化標準與技術規范；2）建設覆蓋國家、省級、市級、縣級以及重點污染源的網絡系統；3）建立國家、省兩級綜合數據庫實現數據交換與共享（國家、省兩級環境數據中心的雛形）；4）建立國家、省兩級減排應用支撐平臺，開發環境統計管理系統、建設項目管理系統、減排數據管理與綜合分析系統，形成集成已有系統和支撐未來業務系統的能力；5）建立完善系統安全保障體系，系統運行維護管理體系。總體框架見圖3。

項目實施的實質和核心是建設四級國家環境保護業務專網，并在此基礎上建設國家省兩級環境數據中心，依托該網絡建設國家環境信息傳輸與交換平臺、應用支撐平臺，連接和支撐九個減排相關的核心業務系統。

國家環境信息與統計能力建設項目啟動和實施，為構建國家環境數據共享與服務體系創造了前所未有的契機。

3.國家環境數據共享與服務體系概念和實質

2002年，高復先在信息通訊網的基礎上提出了信息資源網的概念，指出信息開發利用是全方位的，是跨部門、跨地區、多層次的，將這個面向社會需求的信息資源及其開發利用體系稱之為“信息資源網”。信息資源網是指各信息提供部門和使用部門建立的各種數據庫、信息中心和信息應用系統。從功能角度來講，信息通訊網主要是將信息以某種媒體形式進行傳輸，而信息資源網則包括了從信息采集、加工，直至最終利用眾多環節[3]。

國家環境數據共享與服務體系是面向環保行業及社會需求的信息資源及其開發利用體系，以國家環境保護業務專網為網絡核心，連接環保系統各層級環境信息數據庫、數據中心、環境核心業務應用系統和環境質量、污染源排放自動監控設備，是政府主導建設的環境信息資源網。

國家環境數據共享與服務體系作為信息資源網，具有以下實質：

1）是具備有序結構的信息資源整體

由于環境保護和管理業務的多樣性和復雜性必然要反映到環境信息中來，這就需要對各種環境信息進行分類、匯總、加工、合理組織，按照客觀事物的相互關聯在信息資源內部建立起與之相對應的有序結構，這種有序結構由環境信息本身具有的客觀內容所決定。此外環境信息的供求也是復雜的多對多關系，為了提高信息資源的利用效率，信息資源的組織應該對用戶更為友好、更為透明。構建環境數據共享與服務體系的主要任務，就是要廣泛開發環境信息資源并使其具備上述結構。

2） 包括信息資源的開發及信息產品的生產體系

信息需求者自然可以自行采集、加工自己所需要的信息。但現代社會中由于信息總需求大大增加，處于對效率的追求，信息的生產者與信息的需求者便逐漸分離了。這樣就形成了信息生產的社會化，形成了信息服務業，專業化分工是現代信息產品生產的又一特征。環境信息資源的生產也具備這些趨勢和特征。要滿足全社會的環境信息需求，國家環境數據共享與服務體系就必須包括一種充分發展的、社會化的、專業化的信息開發利用體系。

圖3 國家環境信息與統計能力建設項目總體框架

3） 包含信息產品的營銷體系

國家環境數據共享與服務體系需要在宏觀上給予持續不斷地投入，但更需要通過營銷體系取得效益，這樣才能使該體系自身能夠滾動發展。信息營銷是溝通信息供給與需求之間的重要環節，也是促進信息資源合理流動的重要環節。有效地營銷體系包括有形和無形的信息市場體系，是體系建設的又一內容。

4） 包含信息資源的管理體系

對信息資源的開發利用也要像對其他資源一樣加強管理。國家環境數據共享與服務體系的管理主要包括資源管理、行業管理、技術管理。資源管理方面包括信息資源的配置、信息共享及信息檢索獲取的授權、入網信息產品的審查等；行業管理方面，包括對信息產品生產的統籌規劃、專業分工以及信息產品生產資格的認證等；在技術管理方面，要制定相關的標準、規范，選用新的設備技術、培訓人才等。從更高的宏觀層面上講，還需要抓緊制定有關環境信息服務的法律、法規，對整個信息資源的開發利用實行宏觀調控。

5） 兼有軟硬兩個方面的形態

國家環境數據共享與服務體系包括硬件設施建設，也包括軟件資源開發。要突出軟資源的核心地位，也不能忽視硬設施的配置。

4.國家環境數據共享與服務體系技術框架設計

4.1 數據共享與服務的內涵

為了對保證本文研究體系的一致性，將計算機網絡環境下的數據共享與數據服務的內涵進行如下區分和界定。

數據共享主要側重基礎數據資源的發現、獲取和分發。

數據的發現和獲取主要有兩種途徑：

一種是數據的使用者通過資源目錄體系查詢可共享的標準數據單元所對應的元數據信息，通過元數據信息快速確定自己所需要的數據范圍，訪問地址或獲取方式，進一步通過在線或離線的方式獲取數據。數據使用者是指通過數據共享服務門戶網站訪問數據資源的人。

第二種是統一網絡環境中的應用系統通過既定的數據訪問接口（可以基于數據庫的訪問接口、基于SOA的Web Service接口等）對另外應用系統或數據中心共享的數據資源進行訪問和調用。此類數據使用者是指訪問可共享數據資源的應用系統。

數據的分發也有兩種途徑：

一種是數據的提供者通過資源目錄體系對自己要共享的數據資源（標準數據集或數據單元）進行元數據信息注冊。

第二種是應用系統直接開放數據訪問接口（包括文件或數據庫訪問接口），或通過總線（ESB）注冊和發布基于SOA的標準的數據訪問接口。

數據資源的目錄服務、導航服務、數據檢索、數據信息發布、數據及數據產品（標準數據集或數據單元）分發等都屬于數據共享的范疇。

數據服務主要強調針對性的數據綜合分析和數據加工定制服務，以及以數據為核心的功能服務。

數據綜合分析服務的提供者是單位或者個人。本文所研究的政府行業的數據服務的提供者主要為代表政府行業部門的各級數據生產部門（環保行業如各級的環境監測單位）和數據綜合管理部門（環保行業如各級環境信息中心）。服務的內容主要有兩種：一種為職責范圍內需要公開或公布的公報或公告，如“空氣質量日報”、“水環境質量周報”、“全國環境質量年報”、“環境統計公報”等主動公開發布（環境保護部對社會公開的數據服務可以參照《環境信息公開辦法（試行）》、《環境信息公開指南》、《環境信息公開目錄》等）；另外一種為數據的生產或數據綜合管理部門根據熱點的行業問題進行的數據綜合和專題分析，對由此產生的數據成果和產品進行主動發布。公開的渠道根據數據服務的范圍選擇各級政務內網、政務專網、Internet門戶網站。

數據加工定制服務，主要指數據的使用者按照既定的流程和規則，通過網絡平臺提出個性化的數據需求，并支付相應的成本，數據提供者針對個性化需求進行數據的加工整理，并將符合要求的數據成果提供給數據使用者。

數據功能服務是以提供基于Web、分布是以數據為核心標準功能服務接口（基于SOA技術的Web Service接口），服務通過UDDI注冊和管理，服務的獲取通過網絡直接訪問調用。

4.2 環境數據共享與服務的分類

在對數據共享與服務內涵界定的基礎上，我們對環境數據共享與服務的范圍、對象、共享服務內容進行分類歸納。本文從政府環境數據共享服務依托的網絡環境出發，把環境數據共享與服務分為內部、系統內和社會三類，三類的特點和差異見下表1。

表1 內部、系統內和社會三類環境數據共享的特點和差異

4.3 國家環境數據共享與服務體系技術框架

4.3.1 技術框架設計

國家環境電子政務專網是整個環保系統數據采集、傳輸、共享的網絡基礎和主渠道，是國家環境數據共享與服務體系建設的核心網絡。國家環境數據共享與服務體系技術框架如圖4。

圖4 國家環境數據共享與服務體系技術框架

以滿足環境保護工作和社會公眾對環境數據共享需求為目的，依托環保系統成熟的業務體系，以現有數據為基礎，逐步吸納國內外相關領域的數據資源，通過整合集成、標準化和歸一化處理，形成一批高質量的具有環保系統數據特征的標準數據集，構建各級環境數據中心，逐步形成以數據中心為核心，以電子政務內網、國家環境電子政務外網、因特網為依托的分布式環境數據共享與服務體系。

國家環境數據共享與服務體系核心由三級環境數據中心（國家級數據節點、省級數據節點、地市級數據節點）、依托于四級專網的環境數據傳輸與交換平臺以及分別依托于內網、專網和互聯網的各級共享服務門戶構成。國家級數據節點由國家環境數據中心（環境保護部數據節點）、國家環境監測數據中心（中國環境監測總站數據節點）、國家環境衛星資料中心（環境保護部環境衛星應用中心數據節點）、國家環境科研資料中心（中國環境科學研究院、國家環境保護總局華南環境研究所數據節點）等組成，省市級數據中心包括各個省市級數據節點。區縣一級原則上鼓勵充分利用上級地市數據中心的各種軟硬件、數據資源，專注于本級業務軟件的應用和數據接入。

在電子政務專網各級數據中心的基礎上，四級環保機構根據自身的數據內容和特點分別基于各自電子政務內網、專網、Internet建設面向內部用戶（內網環境管理用戶）、系統內用戶和外部用戶（社會公眾、媒體、其他政府部門、科研單位等）的數據共享和服務門戶。

基于數據中心的環境數據資源共享建設思路如圖5。

圖5 基于數據中心的環境數據共享建設思路

4.3.2 運管模式設計

國家環境數據共享與服務體系實行統籌規劃、分層分級管理、數據共享的運行管理模式。環境保護部負責整個共享服務體系的規劃建設與綜合管理。

其中環境保護部組織建設四級國家環境保護業務專網、環境數據傳輸與交換平臺、國家級數據節點以及國家級的數據共享與服務門戶，省市級環保廳局負責建設本級環境數據中心分節點、省市級數據共享與服務門戶以及本級應用系統的專網接入。列入環境保護重要業務數據目錄的相關責任單位負責按照規定的時間、頻次、格式和規范對數據進行采集、加工、傳輸、存儲和發布。

依托于專網建設的三級數據中心逐級進行核心元數據匯集和資源目錄同步，專網用戶可通過國家級門戶對整個共享網絡系統內的數據資源進行訪問并獲得多種共享交換功能服務；用戶也可以通過省市級門戶，對本級數據節點的數據資源進行透明的訪問并獲得多種共享交換功能服務。連接在專網的多級應用系統也可以通過環境信息傳輸與交換平臺進行環境數據的傳輸交換。

環境數據共享與服務體系采用分級用戶認證授權方式。進入專網的用戶由國家統一建設的安全體系和CA系統認證和授權。各級數據節點和服務門戶的訪問由本級認證管理和訪問授權。

5.結語

從技術角度看，應對圖1描述的國家環境數據共享與服務體系面臨的問題和新的需求，國家環境數據共享與服務體系核心研究和建設內容如圖6。主要包括四級國家環境保護業務專網、統一的數據傳輸與交換平臺、環境信息資源規劃以及環境信息資源整合與三級數據中心建設。

圖6 國家環境數據共享與服務體系核心建設內容

國家環境數據共享與服務體系是一個復雜龐大的系統工程，要確保成功運轉，研究和建設內容除技術支撐體系外，還包括共享技術保障體系、安全保障體系、運行管理保障機制等內容，研究和建設內容簡單歸納為表2。

表2 國家環境數據共享與服務體系建設內容

對這些內容的開展研究并在此基礎上指導實踐，對于實施“國家環境信息與統計能力建設”項目，全面推動我國環境數據共享具有深遠意義。

[1] 孫九林 黃鼎成 李曉波.我國科技數據管理和共享服務的新進展.世界科技研究與發展[J]，2002，24（5）：15-19.

[2] 李順 徐富春 王麗平.我國城市環境信息化現狀與存在問題.環境信息技術應用與管理實踐[C].北京：化學工業出版社， 2005：23-29.

[3] 高復先.信息資源規劃:信息化建設基礎工程[M].北京：清華大學出版社，2002： 68-75.