多維數據分析在火電行業環境影響評價基礎數據庫中的應用

摘要：

多維數據分析可從多個角度對數據進行觀察和處理，將業務型數據轉化為管理型數據以獲得有用信息，從而為管理決策部門提供有效支持.在數據庫管理系統（SQL Server 2008）平臺上應用多維數據分析方法，提出了基于火電行業環境影響評價應用方案的不同階段：需求分析、業務關系數據庫構建、多維數據倉庫構建、多維數據集構建、前端報表展示，并以基于已入庫的火電項目指標庫為分析對象，給出了不同時期、不同區域電力建設項目的分布、投資、資源消耗、污染物排放等多維分析結果，使用戶可從多角度、多側面分析火電行業建設和發展情況，為環境管理和決策提供科學快捷的決策數據支持.

關鍵詞：

多維數據分析； 火電行業； 環評基礎數據庫； 數據倉庫

中圖分類號：X 828 文獻標志碼：A

Application of multidimensional data analysis in the EIA

database of thermal power industry

DING Feng1， CHE Lei2， XING Ke-jia1

（1.Appraisal Center for Environment and Engineering，MEP，Beijing 100012，China；

2.Beijing information science technology university，Beijing 100192）

Abstract：

By multidimensional data analysis，data can be observed and processed from multiple perspectives，and useful information is acquired by converting business data into management data，in order to provide effective support for management decision-making departments. Based on SQL Server 2008 and by adopting the multidimensional data analysis，a statistical analysis is performed on the Environmental Impact Assessment（EIA） basic data of thermal power industry.The application solution of multidimensional data analysis includes the following stages：requirements analysis，constructing relational database，constructing of multidimensional data warehouse，constructing of multidimensional data sets，and making client-side reports.We can get the analysis results of the distribution，investment，resource consumption，and the environmental impact of power construction projects in different periods and different regions.Users can analyse the construction and development of thermal power industry from multiple perspectives to provide effective scientific decisive data support for environmental management and decision-making.

Key words：

multidimensional data analysis； thermal power industry； environmental impact assessment； data warehouse

隨著國家基礎設施建設的不斷發展，發電廠近年來發展迅速.根據統計，2000-2010年，全國新建電廠達1000余座.為了實現對全國火電行業發展的宏觀了解和控制，同時又便于具體分析，2010年國家環境保護部門開始建設環境影響評價數據庫.數據庫課題組在建設火電行業環境影響評價報告書的基礎數據庫中發現需要解決的問題有：基礎數據入庫后可能存在數據冗余；對基礎數據的應用僅限于數據管理的初級階段；無法對海量數據進行有效的分析和利用.如何實現這些數據的多維度、多層次分析，并從中發現潛在的規律和有價值的信息，對于科學決策將十分有意義.

1 多維數據分析技術

多維數據分析是從多個角度對數據進行觀察和處理，將業務型數據轉化為管理型數據以獲得有用信息，為項目管理決策提供有效支持.多維數據分析的概念最早由關系數據庫之父Codd于1993年提出^[1].它是基于聯機分析處理（On-Line Analysis Processing，OLAP）技術的一種數據分析方法，其核心是“維”.“維”是人們觀察世界的角度.多維數據分析的基本分析操作有鉆取、切片、切塊、旋轉，它使用戶可快速、一致、靈活地掌握從總體到局部的數據匯集情況，將海量數據表象中所隱藏的信息直觀地呈現給用戶.通過從不同角度（維）對數據信息進行快速、有效、穩定的交互訪問，決策人員能夠深入地觀察數據規律及數據所反映的問題.

多維數據分析離不開數據倉庫的建立.數據倉庫是面向主題的、集成的、不可更新的、不同世界的數據集合，用以支持經營管理中的決策制訂過程^[2].數據倉庫的構建是一個處理過程.該過程從歷史角度組織和存儲數據，并可進行集成數據分析.多維數據分析利用多維數據集和數據聚集技術對數據倉庫中的數據進行組織和匯總，采用聯機分析和可視化工具對這些數據迅速進行評價，將復雜的分析查詢結果快速地返回給用戶.

進行多維數據分析需要一個良好的工具平臺.Microsoft提供的商業智能平臺有助于創建功能齊全的商業智能系統.Microsoft商業智能平臺基于數據庫管理系統（SQL Server 2008）和Microsoft Office 2007系統.其中，SQL Server 2008包括SQL Server數據庫引擎、集成服務、分析服務、報表服務.SQL Server數據庫引擎是一個關系型數據庫管理系統，可滿足數據源層的要求.SQL Server 2008中的數據庫引擎提高了其作為企業數據倉庫和數據集市的能力.集成服務可從多種數據源中提取和轉換數據，并將數據加載到企業的數據倉庫、數據集市，或直接載入分析服務.分析服務同時提供多維OLAP和數據挖掘功能.分析服務滿足了分析層的需求.報表服務可在表示層實現企業報表功能，顯示數據分析和數據挖掘的結果^[3].

2 多維數據分析應用方案

2.1 多維數據分析方法

目前常規的環境數據分析基本處于簡單統計和匯總水平.采用多維數據分析方法觀察和分析數據，并對數據進行相應處理和環境數據挖掘工作則是實現輔助環境決策的重要手段.目前火電行業環境影響評價基礎數據庫中的項目基本數據、環境監測及污染影響預測數據等具有時間性和動態性外，還具有空間屬性，最適于采用地理信息系統（GIS）進行表達^[4].基礎數據庫在整體建設過程中，引入綜合最新數據庫的設計經驗，基于先進的地理信息系統（ArcGIS）完成整個系統的總體設計及相應應用軟件的編制，并建立系統的圖形數據庫.將文字資料輸入相應的系統資料庫，形成多層次、多功能的環境基礎數據庫.實現對火電建設審批項目進行統一數字化管理，提供建設項目及污染數據的可視化顯示、統計查詢、空間分析、圖層管理等功能.

火電行業環境影響評價基礎數據庫項目是國家環境影響評價基礎數據庫的一部分，自2010年建設以來，已陸續收集整理全國范圍內 656個經國家審批的新改擴建火電項目的環境影響評價基礎信息.數據庫指標包括：項目基本信息、建設規模與工藝、項目所在地環境質量現狀、資源消耗、污染控制措施、排污總量與總量指標、評價等級與基本預測結論、清潔生產指標等^[5].多維數據分析在火電行業環評基礎數據庫的應用方案主要包括需求分析、業務關系數據庫構建、多維數據倉庫構建、多維數據集構建、前端報表展示等階段，如圖1所示.

2.2 多維數據分析應用方案

2.2.1 需求分析

火電行業環境影響評價基礎數據庫的數據統計分析需求包括：（1）統計分析不同時期、不同區域、不同規模的項目措施的類型和效率；（2）對污染物排放、能源消耗、水資源消耗、環境影響等方面進行多維數據分析；（3）不同時期新建電廠的地域分布、投資分布以及發電量等分類統計；（4）結合項目的投資與工藝的時間與空間分布特點，統計分析不同工藝的電廠投資比例及污染防治措施等；（5）可以各種報表形式顯示統計分析結果.

2.2.2 構建業務關系數據庫

火電行業基礎數據庫數據分為8大類型：項目基本信息、建設規模與工藝、環境質量、項目資源消耗、污染控制措施、排污總量、評價等級與基本預測結論、清潔生產指標等^[5-8].根據調研獲取的需求分析，通過建立邏輯數據模型和物理數據模型，在SQL Server 2008中構建相應的業務關系數據庫.業務關系數據庫構建完畢后，根據標準數據采集模板采用人工與自動分析讀取數據相結合的方式采集環境影響評價報告書及相關業務報表數據，建立指標數據表，為以后的數據倉庫和數據分析提供數據源.

2.2.3 構建多維數據倉庫

多維數據倉庫通常是組織內商業智能（BI）基礎設施的核心組件.在多維數據倉庫中，保持度量值的詳細值或事實的表稱為“事實表”；包含了維度信息的表稱為“維度表”.依據需求分析，涉及到的維度表有時間維度表、建設單位維度表、區域維度表、行業維度表、污染物維度表等；事實表有發電量事實表、耗煤量事實表、取淡水量事實表、污染物排放量事實表等.這些維度表和事實表的數據都來源于業務關系數據庫，通過SQL Server 2008數據集成服務，將業務關系數據庫中的數據轉換到數據倉庫中.

2.2.4 構建多維數據集

在SQL Server 2008分析服務下，構建基于多維數據倉庫的多維數據集，包括設計維度、設計度量值組和度量值、設計聚合和層次結構、設計用戶需求表、設計關鍵性指標等工作.多維數據集構建完畢后，依據統計分析的需求及目標，對數據進行全面分析，展現有價值的信息.

2.2.5 前端報表展示

在SQL Server 2008分析服務中，基于多維數據模型，對多維數據集進行OLAP操作，并將其部署到本機的分析服務器上.最后，以分析服務完成的數據集為數據源，用SQL Server 2008報表服務，實現以報表、圖表或儀表盤等直觀顯示方式呈現給前端的決策者或業務人員，同時可結合GIS等地理信息系統，實現統計結果的多種形式的直觀顯示.

3 多維數據分析示例

3.1 數據分析對象

目前國家環境影響評價基礎數據庫火電行業共入庫了2005-2010年國家級審批項目656個，并已按規范的行業指標庫設計模板進行數據指標的采集工作，基于行業指標庫及用戶需求，應用多維數據技術開發了基礎數據庫應用系統.初步統計入庫的全部項目共涉及全國范圍內項目審批計劃總投資2.2萬億元，其中環保投資2667萬元.基于基礎數據庫應用系統可實現所有項目的地理信息顯示、查詢、數據的常規統計分析及圖形顯示功能，如圖2所示.

3.2 多維數據分析結果

圖3以柱狀圖形式給出了火電行業項目及投資數據統計結果，分別按省份、年份統計項目數量和投資關系.其中，“十一五”期間（2006-2010年）審批火電項目數據最多的省份為山西、內蒙古和江蘇，而同期統計火電項目總投資最多的省份為江蘇、內蒙古和安徽，新增項目投資額1 000億元以上的省份有內蒙古、山東、江蘇、山西、安徽、河南、廣東、河北等8個，占全國總投資額的59.1%.環保投資比例統計顯示，全國火電項目環保投資平均占總投資的11%，其中環保投資比例最大在安徽，達到18%，其次是山東，為14%.

結合入庫火電項目的基礎指標信息，并引入數據處理與統計分析方法，可對歷年數據進行趨勢分析，如圖4所示.從而為宏觀決策提供一定的〖CM（21〗數據支持.根據對“十一五”期間全部416個火電

項目環境影響評價指標進行統計分析，“十一五”期間，全國新審批火電項目總裝機規模32.8萬MW，總計投資1.3萬億元，其中：環保投資1 664億元，占總投資比例的12.6%；審批項目數、項目投資總額等數據指標基本呈逐年下降趨勢.由于項目環境影響評價審批相對于實際建設有1～2 a的提前期，通過對環評投資額的趨勢分析，在一定程度上可預測未來實際行業投資的變化趨勢.

結合基礎數據庫的多維統計分析結果和GIS地理信息系統，將分析結果輸入到GIS系統，借助于GIS的圖形分析和顯示功能，展示數據分析結果.圖5借助ArcGIS展示了數據庫中的項目按省份進行統計分析的數據分析結果（以基準年2005年為例），包括各項目的電廠總投資分布情況、新增裝機容量分布、新增耗煤量及按各省統計的三種主要大氣污染物（SO2、NO2、煙塵）的排放情況示例.用戶也可根據實際需求選擇不同的數據分析及圖形顯示表達方式.

4 結語

環境影響評價基礎數據庫在建設、運行和維護中，項目數據指標信息也在不斷地補充和更新，業務需求不斷增加，對數據庫中數據的信息抽取和表達方式以及后期對基礎數據的統計分析技術也提出了新的要求.通過運用多維數據分析技術對火電行業環境影響評價基礎數據庫中的相關數據進行分析，從而得到火電行業的項目分布和排放污染物的特點、環境影響等行業管理的統計分析信息，對全國的環境管理工作和環境影響評價工作的深入開展都將是十分有益的工作.通過分析電力企業的歷史數據有可能推斷火電行業的未來發展趨勢，從而為電力企業的設計、分布和環境管理等方面提供深度決策依據.

參考文獻：

[1] LANGIT L，GOFF K S，MAURI D，et al.SQL Server 2008商務智能完美解決方案[M].張猛，楊越，朗亞妹，等譯.北京：人民郵電出版社，2010.

[2] MACLENNAN J，TANG Z H，CRIVAT B.數據挖掘原理與應用——SQL Server 2008數據庫[M].2版.董艷，程文俊，譯.北京：清華大學出版社，2010.

[3] SCOTT C.SQL Server 2008.分析服務從入門到精通[M].王凈，譯.北京：清華大學出版社，2008.

[4] 金勤獻，陸晨，傅寧，等.城市級環境信息系統總體方案的研究與開發[J].環境科學學報，2002，22（1）：103-106.

[5] 丁峰，車蕾，王慶改，等.火電建設項目環境影響評價基礎數據庫建設方案與應用[J].電力環境保護.2009，25（5）：4-7

[6] 國家環境保護局.HJ/T13—1996火電廠建設項目環境影響報告書編制規范[S].北京：國家環境保護局，1996.

[7] 國家環境保護總局環境影響評價工程師職業資格等級管理辦公室.建材火電類環境影響評價[M].北京：中國環境科學出版社，2007.

[8] 中國電力企業聯合會.火電廠環境統計指標及其解釋（試行）[M].北京：中國電力出版社，2006.