重慶環境數據中心發展規劃與思考

劉海涵

(重慶市環境保護信息中心，重慶 401147)

近年來，重慶市環保局經過多年的信息化建設，已開發了多個計算機管理系統和數據庫系統，并積累了大量的基礎數據。然而，豐富的數據資源由于建設時期不同、開發部門不同、使用設備不同、技術發展階段不同和能力水平的不同等，數據存儲管理極為分散，形成了“信息孤島”。同時造成了過量的數據冗余和數據不一致性，使得數據資源難于查詢訪問，管理層無法獲得有效的決策數據支持。建立環境數據中心可通過對現有的數據資源和處理流程進行綜合分析，以信息資源規劃為標準，通過數據層面的整理提煉，將分散在各個“信息孤島”中的有效信息資源，形成完善的數據中心系統，全面支持數據共享、統一管理和分析決策［1］。

1 概況

1.1 研究現狀

隨著我國電子政務建設的不斷推進，越來越多的應用系統投入使用，政府需要存儲和共享的數據越來越多，應用于電子政務方面的數據中心應運而生。

目前，我國廣州、上海、廈門等地的數據中心建設起步較早，發展也相對領先。廈門采用的是自上而下的方法構建數據中心，通過高層推動、中下層執行的方式進行，目前已經建成了“公共服務一卡通”;廣州則采用的是“自下而上”的建設思路，執行從基層入手、高層協調建設方針，能充分發揮基層的積極主動性去發掘業務數據及高層的協調能力去共享數據;而上海則采用“一體化”的建設方針，打破傳統的自建自管的思想觀念，借助第三方建設和管理支撐平臺，各單位都是應用終端，與已建的市級系統實現銜接，打通業務流程，實現跨部門協同［2］。

通過以上對電子政務數據中心現狀的研究，我們可以看到數據中心技術的發展日新月異，綜合技術支撐能力越來越強，這些先進的經驗和技術對于各類數據庫系統的升級和改造提供了良好的契機。重慶市環境數據中心需要解決的核心問題就是如何將各種先進的信息技術應用于數據中心建設，整合現有分散數據，以改變現有工作方式、實現業務協同，提高環境管理工作效率。

1.2 已有基礎

目前，重慶市環保局已經構建了市、區兩級環境保護網絡平臺、信息共享平臺和社會服務平臺等信息化基礎設施，建設了環境保護基礎數據庫、行政審批和12369投訴及環境風險管理、環境質量監測等業務應用系統，實現了環境保護信息資源集中管理，向公眾提供環境信息，為提升環境管理水平和科學決策提供有效的信息技術支持。到2010年，已建成縣級網絡平臺，并延伸至鄉鎮街道，借助電子政務網擴大互聯范圍，支持協同辦公，完善了網絡和信息系統的安全體系和標準體系，擴建了環境保護基礎數據庫，完善業務應用系統和擴大應用范圍，提供了網上申報等信息服務。

但是隨著各項環保事業的不斷發展，重慶市目前的信息化現狀已經不能完全滿足業務發展的需求。主要原因是信息化應用的構建主要圍繞著業務的流程展開，應用的構建多是自下而上構建，主要以滿足某個領域或某個部門的業務功能為主。這樣就形成了“信息孤島”，只能獲得片面的信息，而不是全局的單一視圖。

1.3 差距分析

重慶市環保局歷來重視信息化工作，并根據國家環保部和重慶市政府的要求進行建設，具備了一定程度的信息化基礎能力，但與國內其他環境信息化先進水平相比，仍存在一定差距。

1.3.1 信息化建設缺乏統籌規劃和整體架構設計

環境信息化建設整體上缺乏總體架構的指導和約束，各部門在具體的工作流程管理、技術方法的采用、采集的數據認可、監察和管理等工作的計劃和時間安排等方面差異很大，各部門業務信息系統相互之間在數據結構、網絡傳輸、功能設計、服務整合等方面缺乏內在的有機聯系，各系統零散地搭建在一起。隨著各項業務對信息化依賴程度的不斷提高，各系統勢必各自擴展升級，這為應用系統的整合、未來信息資源的共享化方面帶來一定的風險和問題。

1.3.2 信息資源分散

目前重慶市環保局已建成一期基礎數據庫、物種資源調查數據庫等為主要內容的基礎庫建設工作，但各系統基于自行采集、自行使用的狀態，尚未建立起一體化的數據收集、分析、處理、利用的共享系統，致使信息資源跨部門的交流困難。

1.3.3 基礎設施不夠完備

重慶市數據中心建設基礎設施方面還存在一些不足。首先沒有制定數據庫標準、應用程序開發標準、信息共享接口標準、信息交換標準等一系列技術標準規范。其次針對內部網絡安全的管理系統和設施缺乏，同時沒有第三方的安全與認證以及沒有完備的備份和災難恢復措施。

1.3.4 開發應用水平不高

一直以來，重慶市環境信息工作仍停留在部門級應用的開發水平上，隨著環境管理業務的不斷發展，從宏觀上對信息資源的加工分析提出了更高的要求。但是現有的環境信息開發應用水平仍難以滿足不斷增長的管理工作需要。

1.3.5 信息資源尚未得到有效開發利用和共享

目前，由于各部門管理業務的信息化建設工作常常是各自為政、分頭立項、部門封鎖、信息不通、人力物力資源嚴重浪費等一系列問題，使市環境保護局環境數據和信息資源的來源渠道不暢，環境管理應用系統相對獨立，“信息孤島”現象嚴重，難以實現環境信息資源的有效開發利用和共享，成為重慶市環境信息化建設的重大瓶頸。

2 環境數據中心規劃

2.1 業務需求分析

重慶市環保局的主要業務包含污染預防、污染管理、污染監督、環境監測預警、綜合管理等五大業務域，每個業務域下又可劃分為若干業務線，包括環評審批、排污申報、排污許可、環境質量監測、污染源監測等。這幾大主要業務域以及業務域內部的業務線，并不是孤立存在的，許多業務之間(尤其是與污染相關的業務之間)存在著協同。此外，市局和區縣業務之間也有著一定的關聯。

業務之間的協同必然會帶來業務之間數據共享的需求。從業務辦理層面，存在許多跨業務、跨部門的數據共享需求。進一步，在領導決策層面，更需要綜合各方面的數據進行統籌分析。因此，需要將各類數據整合起來，統一管理，共享使用。

2.2 規劃目標

重慶市數據中心整體規劃目標為:以數據服務為核心，全面建設、充分應用環保數據資源，為環保精細化管理、規范化服務和科學化決策提供信息支撐。實現環境保護數據資源“四個看得見”和“四個能分析”。即:污染排放看得見、環境質量看得見、環境風險看得見、業務績效看得見;污染狀況與趨勢能分析、環境質量趨勢能分析、環境風險能分析、規劃決策能分析。同時，實現與環保部、區縣環保局和市級部門間的數據共享交換。

2.3 環境數據中心規劃設計

重慶環境數據中心的定位是:

(1)作為環境信息資源數據的存儲中心，存儲環境信息基礎性、全局性的信息庫。

(2)作為環境信息資源數據的管理服務中心，滿足各種數據應用的需求，實現可信環保信息的隨需獲取。

(3)作為環境信息資源數據的交換中心，負責系統內各部門間，上下級單位，環保局與其它單位和公眾的信息共享交換。

(4)作為環境管理的決策支持中心，進行數據組織、建模，提供數據服務產品。

為滿足業務協同、數據共享的需求，統一建設重慶環境數據中心，對孤立分散的業務數據進行整合，進而實現對業務應用的整合。重慶數據中心的總體架構設計如圖1所示。

重慶環境數據中心在標準規范體系和安全管理體系的基礎上建設基礎設施層、數據管理層、數據服務層和數據應用層。

2.3.1 基礎設施層

基礎設施包括網絡及軟硬件設備、安全管理及數據應用相關軟件等，為數據中心的搭建提供物理環境和功能支撐。

2.3.2 數據管理層

數據管理層是數據中心的核心資產所在，來自不同業務系統及手工采集的數據通過數據交換平臺進入中心數據庫緩沖層，在元數據的指導下，逐層構建起數據倉庫，并在此基礎上形成數據資源目錄。其中，根據外部跨域共享數據的需求，映射交換出一部分放在前置交換庫，作為共享交換的數據資源。

數據管理層解決數據資源的存儲和管理問題，并在規則限定下與外界實現數據交換。其中，數據中心的數據根據格式可劃分為結構化數據、空間數據和文檔數據三大類，在使用相應的平臺進行存儲和管理的基礎上，需在數據資源層提供統一的關聯和服務管理，使不同的數據類型對上端用戶透明，無需分別訪問不同的平臺獲取不同的數據。

圖1 總體架構圖

2.3.3 數據服務層

數據服務層是數據資源與上端應用和展現之間的媒介，將數據封裝為服務對外提供訪問，既是上層易用性的需要，也是下層數據安全的需要。數據服務層分為主要針對市局內部系統和用戶提供服務的數據服務共享平臺和主要針對外部相關單位和人員提供服務的跨域前置交換服務平臺，后者同時也是外部數據進入環保數據中心數據資源層的一個中介。

環保數據中心提供的數據服務分為通用服務、公共服務組件和專題服務三大類，其中，前兩者主要面向應用系統開發，而后者則主要面向門戶展現提供服務。三類服務在元數據管理支撐下形成統一的數據服務目錄，并通過企業服務總線進行服務的注冊和路由，最終實現數據的共享。

(1)通用服務

通用服務是基于數據資源本身提供的服務，是對數據資源訪問的封裝，與具體環保業務無關。

(2)公共服務組件

公共服務組件是指在環保多項業務中公用、常用的數據服務，將這類服務固化為組件的形式，能供不同的業務應用系統調用，可避免在多個系統中重復建設。

(3)專題服務

45專題服務又分為通用專題服務和業務專題服務兩大類。通用專題服務包括綜合查詢、GIS平臺綜合服務、文檔中心綜合服務等。業務專題服務則是指在特定的環保業務中需要用到的數據服務，具有較強的針對性和專業性。

2.3.4 數據應用層

應用層搭建在數據服務之上，包括應用系統和門戶展現兩大部分。未來市環保局及區縣環保局各項新建應用中涉及其它業務數據的訪問和共享都將基于數據中心完成，不允許系統之間直接調用。門戶展現包括元數據的查詢發布及數據的綜合展現。門戶通過單點登錄和統一認證，作為未來環保數據與應用集成的綜合門戶。

3 關鍵業務能力

3.1 聯合監管、數據共享能力

通過重慶市環境數據中心的建設，利用統一的信息標準和技術規范，打破目前重慶市環境信息化建設中“重保密輕共享”的局面，建立“信息孤島”之間的關聯。同時，基于污染源“一源一檔”、業務分析報表和專題分析頁面等建設內容，形成了數據共享體系，真正實現重慶市環境保護系統數據共享機制的可持續運轉。利用覆蓋重慶市整個環境系統的共享數據，支撐各個環保業務流程的電子化和自動化過程，滿足污染源聯合監管、環境應急事件處理以及日常業務辦理工作中的全方位數據需求，節約數據查找時間，有助于提高環保部門的工作效率［3］。

3.2 環境管理的快速響應能力

通過建立重慶市環境數據中心，提高環境監測數據分析的自動化程度?；谠朴嬎恪⒁苿游锫摼W等先進的信息化技術，從數量龐大的污染源企業、分布范圍廣泛的飲用水水源保護地和自然保護區、水網密集的河流湖泊、人口密集的城市中，快速劃分環境管理的重點區域、鎖定污染事故源頭，提高重慶市環境管理的快速響應能力。通過數據加工服務能力的提升，從數據預警到問題源頭查找，從鎖定源頭到原因分析，從分析問題到制定解決方案，利用多方位的數據加工服務，及時響應重慶市多變的環境管理需求。同時將各種信息組織成更容易理解和利用的方式，面向領導、工作人員及公眾進行發布，有助于提高環境監管能力、重大環境災害的預警防治能力和公共服務能力。

3.3 分析決策的數據支持能力

通過建立重慶市環境數據中心，挖掘數據的潛在價值，提升環境信息資源的開發利用水平，提高環境管理的工作成效。通過對數據的深層分析應用，可為重慶市尋找出新的、有引導意義的環境業務管理模式，驅動環境業務的優化和發展。通過數據的深層次應用，驅動重慶環境管理業務不斷地創新，滿足日益升級的環境管理要求，實現環境質量的改善。同時通過對重慶市各項環保政策的預測與分析，深入探索政策潛在的影響和結果，對環保業務規劃和發展策略的制定提供科學的依據，減少政策的風險，擴大政策影響范圍，最終實現利用信息驅動環保業務優化，達到提高分析決策的數據支撐能力的目的。

4 關鍵技術

重慶環境數據中心應采用先進的信息化技術進行規劃和建設，包括SOA架構、Web Service服務、數據倉庫技術、ETL技術等等，統一管理重慶市環保局各種環保業務信息。重慶環境數據中心的技術架構設計如圖2所示。

圖2 技術架構圖

4.1 SOA面向服務的體系結構

環保數據中心的建設是一項大型和復雜的系統工程，需要實現多個應用系統的集成，各個應用系統之間需要進行數據交換和整合，因此每個子系統的設計應該遵循面向服務的體系結構，使各個子系統之間可以完整地集成在一起。

面向服務的體系結構(SOA)表示如何合理的使用Web服務。Web服務規范定義了實現服務以及與它們的交互所需要的細節。面向服務的體系結構(SOA)是一種用于構建分布式系統的方法，采用SOA這種方法構建的分布式應用程序可以將功能作為服務交付給終端用戶，也可以構建其他的服務。面向服務的體系結構(SOA)可以基于 Web服務，也可使用其他的技術來代替。在使用面向服務的體系結構(SOA)設計分布式應用程序時，可以將Web服務的使用從簡單的客戶端-服務器模型擴展成任意復雜的系統。

4.2 Web Service技術

Web Service技術是目前軟件開發領域中最為先進的技術之一。Web Services，以一種松散的服務捆綁集合形式，能夠快速、低代價地開發、發布、發現和動態綁定應用。Web Services可以實現應用程序之間的函數或方法級的集成。

4.3 基于XML的數據交換規范

XML(eXtensible Markup Language，可擴展置標語言)是一種數據交換格式，允許在不同的系統或應用程序之間交換數據，通過一種網絡化的處理機構來遍歷數據，每個網絡節點存儲或處理數據并且將結果傳輸給相鄰的節點。它是一組用于設計數據格式和結構的規則和方法，易于生成便于不同的計算機和應用程序讀取的數據文件。

4.4 基于ETL過程實現數據的有效整合

ETL過程是環保數據中心建設的關鍵步驟，利用ETL工具實現各業務的異構數據庫系統和文本、電子表格等文件系統格式的數據整合和集成，并針對具體的每個分系統編寫具體的數據轉換代碼，來一起完成從原始數據采集、錯誤數據清理、異構數據整合、數據結構轉換、數據轉儲和數據定期刷新的全部過程。

4.5 基于數據倉庫技術的建模機制

環境數據中心已經集成了相對豐富的各類環境業務數據，這些業務系統大多是OLTP系統(聯機事務處理系統)。這些系統中積累了大量的歷史環境數據，其中蘊含了許多重要的信息。如果能對這些環境歷史數據進行分析和綜合處理，就可以找到對業務管理至關重要的業務信息，從而幫助相關環境管理部門做出更加合理的決策。

4.6 GIS服務聚合

GIS服務聚合技術應用于GIS領域中，通過將不同類型、不同來源的服務通過標準化流程進行一體化整合，并通過統一的方式發布給GIS客戶端，更好地將SOA跟GIS結合，滿足GIS領域對業務敏捷的需求。采用服務聚合技術，服務的類型和來源就不再是有限的和單一的，這些服務按照某些標準協議(OGC/ISO中的WMS、WFS等，SuperMap IS/iServer Service Interfaces(REST/SOAP/Binary)等)將服務發布出來。

5 特色與優勢

重慶環境數據中心具有如下的特色與優勢:

5.1 以提高環境管理業務支撐能力為最終目標

重慶環境數據中心以提高環境管理業務支撐能力為最終目標，加快信息技術在環境建設及管理中的應用滲透，實現數據集中存放，減少資源浪費，提高了數據的一致性。在地理信息平臺支撐的基礎上，實現環境數據的綜合利用分析，推動政府行政管理、環境監管能力的進一步提高，為宏觀管理和科學決策提供支撐，全面提升環保管理能力、政府的執政能力。重慶市環保數據中心建成后，將成為數據和應用集成的核心平臺，所有業務應用系統將在數據中心建立的統一標準體系之下實現共享和協同。

5.2 以數據為核心、多項信息資源大整合

重慶環境數據中心系統規劃設計緊緊圍繞著環境信息的管理和整合為主題，以結構化數據、空間數據及文檔數據的整合為中心，采用先進的數據檢索技術，數據訪問技術和組建技術，將結構化數據、空間數據及文檔數據進行標準化梳理，統一編碼，統一編目，從而實現三種類型數據的統一管理和關聯關系管理，使三種類型對上端用戶透明，能夠進行整合提供統一服務。最終實現對重慶環保業務中的大量結構化數據、空間數據和文檔數據，以及主題數據、元數據的統一管理和服務。

5.3 充分考慮重慶直轄市特殊數據管理需求

重慶市環保局既有省級數據匯總和交換的需求，又有針對管理對象的數據直接應用需求。重慶環境數據中心規劃充分考慮了重慶地方特色的專項數據管理需求，實現對污染源和環境質量的基礎信息數據、建設項目基礎數據等公共基本數據以及環保知識庫數據、GIS空間基礎數據等環保業務數據的管理與應用。同時，針對業務數據，按重慶環保核心業務數據的分類，如各類行政許可類數據，污染源監測類數據，污染管理類數據等進行分類管理與存儲。另外，集成各部委及各省相關部門已有的信息數據，實現了跨部門的數據交換、共享和整合。

5.4 開放式體系結構確保系統可擴展性

為了使重慶環境數據中心達到伸縮性與可擴展性，在規劃設計過程采用基于通用標準和想用戶之所想的產品開發理念，采用面向對象的技術、利用事件驅動和封裝的思想為應用軟件提供接口，并廣泛采用目前業界流行的、支持標準的Web Service技術、XML技術等，使得系統的可擴展性有根本的保障。

另外，重慶市環境保護局已采購文檔管理產品、空間信息服務平臺、數據整合工具、多維分析工具、統一接入工具、應用中間件、身份認證等多種軟件平臺產品，對于數據中心的核心技術能力建設起到了很好的支撐作用。重慶市環境數據中心在利用先進信息化技術的基礎上，對各類平臺產品進行整合，構建具有良好開放性、可擴展性的基礎架構，并通過整合環保業務應用、各類環境基礎數據、建成一個技術先進、應用廣泛、性能完善、安全可靠、運行高效的環境信息服務平臺。

6 總結與思考

環境數據中心的建立能大大提高環境數據的使用效率，最大限度地達到信息共享，為環境管理決策提供依據。要想解決環境信息化及數據管理中面臨的問題，應對環境數據利用面臨的挑戰，建設環境數據中心是必由之路［4］。隨著全社會對環境問題的日益關注，社會各部門和公眾對環境數據共享與服務的需求也越來越迫切，建設重慶市數據中心，整理整合并共享各類環境數據，不僅是重慶市環境管理工作的需要，也是重慶市環境保護工作的必然要求。

環境數據中心的建設對于整個環保行業的管理效率的提升有著重要的作用和意義，想要系統全面的建設一個具有戰略意義的環境數據中心，可從以下三個方面開始入手:一是必須理順好環保單位各個部門之間的業務關聯關系;二是考慮好如何能夠使用權限管理來解決數據安全問題;三是處理好上下級數據中心的連接、共享、交換、存儲等問題。

［1］朱麗.淺談利用數據倉庫技術構建環境數據中心［J］.環境科學導刊，2008，27(3):89-91.

［2］彭振龍，莫斌姿.電子政務數據中心的頂層設計［J］.泉州師范學院學報，2001，29(4):15-19.

［3］徐富春.環境信息技術應用與管理實踐［M］.北京:化學工業出版社，2005，9:261-337.

［4］田陽光，潘瑜，李媛，李曦.吉林省環境數據中心管理系統建設初探［J］.四川環境，2011，01:143-146.

［5］梅桂友.把環境風險防治擺在“十二五”規劃落實突出位置［J］.環境與可持續發展，2012，37(3):48-51.

［6］劉立媛，李蔚.國外推進信息化建設經驗對我國環境信息化建設的啟示［J］.環境與可持續發展，2012，37(5):51-54.

［7］黎瑩，鐘曉紅，傅濤.我國環境服務業發展路徑的思考［J］.環境與可持續發展，2012，37(6):48-51.

［8］劉志全.我國“十二五”環境服務業發展需求與思路及重點工作［J］.環境與可持續發展，2011，36(6):5-7.