美國環境信息化建設及其啟示

張波，徐富春

（環境保護部信息中心，北京 100029）

美國環境信息化建設及其啟示

張波，徐富春*

（環境保護部信息中心，北京 100029）

摘 要我國環境信息化存在基礎設施和系統建設分散，數據難以共享，信息資源開發利用程度低，公眾服務能力弱等問題，難以滿足新時期生態環境保護工作的要求。美國環保署在環境信息管理方面建立了一套完善的組織架構和管理體制，實現了環境數據的共享、開放和信息資源的綜合開發與利用。本文介紹了美國環保局的首席信息官（CIO）制度，信息化基礎設施統一建設和運維等信息化管理制度，以及設施登記系統，有毒物質排放清單，我身邊的環境，環境數據倉庫，環境數據傳輸與交換等信息系統，結合我國的環境信息化建設，提出了若干政策建議。

關鍵詞環境信息化；管理體制；數據共享

引言

目前，我國的環境信息化仍然存在基礎設施和系統建設分散，應用“煙囪”和數據“孤島”林立，信息資源開發利用程度低，綜合支撐和公眾服務能力弱等問題，難以滿足新時期生態環境保護工作的要求。充分運用大數據、云計算等現代信息技術，全面提高生態環境監管、決策和公共服務水平，推進生態環境治理體系和治理能力現代化，迫切需要研究、學習國外環境信息管理和技術方面的先進經驗，通過建立職能統一、運行高效的環境信息化管理體制，應用先進的信息技術提高我國生態環境保護的質量和效率[1,2]。

作為信息化高度發達的國家，美國在環境信息管理方面建立了一套完善的組織架構和管理體制，為美國環保局（EPA）制訂有效的政策和決策提供了重要的支撐。EPA由位于華盛頓特區的空氣和輻射、水、化學品安全和污染防治、環境執法、環境信息、總法律顧問、環境巡查、國際和種族事務、研究和發展、固體廢棄物和應急反應以及行政和人力資源管理等共13個辦公室，分布在全國的10個區域辦公室以及17個實驗室組成[3]，員工數量超過17 000人。EPA負責信息化建設的環境信息辦公室（Offi ce of Environmental Information，OEI）成立于1999年10月，主要職責包括環境信息收集、分析、發布的全生命周期管理；對EPA的信息化投資和資產進行管理；實施創新的信息技術和信息管理解決方案，以支持EPA保護人類健康和環境的使命。

1 美國環保局信息化建設組織架構及管理體制

作為EPA負責信息化建設的機構，OEI內設信息收集、項目管理、信息質量管理保障、信息分析和獲取、信息技術和規劃等部門，員工數量超過400人，其組織架構如圖1所示[4]。首席信息官制度與信息化基礎設施的統一建設和運維是EPA信息化管理的基本制度。

圖1 環境信息辦公室（OEI）的組織架構

1.1 首席信息官制度

為了加強政府信息資源管理、提升電子政務建設的效率和效能。美國于20 世紀80 年代在政府機構中建立了首席信息官（Chief Information Offi cer，CIO）制度，聯邦政府、州政府及地方政府各部門都設立了首席信息官，全面負責信息資源的管理、開發、利用，并直接參與決策管理。聯邦政府的CIO兼任行政管理和預算局（Offi ce of Management and Budget， OMB）副局長,確保了信息化建設資金的來源。CIO制度有效保證了信息的統一采集、管理和共享，已經成為發達國家電子政務的一項基本制度[5]。

EPA的CIO由總統任命，直接領導OEI的工作。職責包括：①根據EPA的業務需求制訂信息化發展規劃,指導和管理信息化建設投資；②制訂并監督EPA內部信息管理政策的執行；③建立信息化整體技術架構，執行并監督信息化項目的實施。由于EPA的CIO兼任EPA的助理局長，具有跨部門的約束、協調及資源支配能力，較好地保證了EPA信息化戰略的有效實現[6,7]。

隨著“大數據”時代的到來，數據已經成為重要的戰略資源。2012年，奧巴馬總統宣布美國啟動“大數據研究和發展計劃（Big Data Research and Development Initiative），2015年2月，美國聯邦政府設立了首席數據官（Chief Data Offi cer，CDO），充分利用數據為聯邦政府的管理提供決策支撐。EPA也于2015年設立了首席數據科學家（Chief Data Scientist），負責EPA的大數據建設和環境信息的分析和挖掘，顯示了EPA對環境數據分析和應用的高度關注。

1.2 信息化基礎設施統一建設和運維

EPA信息化基礎設施的建設和運行維護由國家計算機中心（National Computer Center，NCC）負責。EPA各業務部門不再單獨購買軟硬件設備，而是根據需求編制經費預算并撥給NCC，由NCC負責信息化基礎設施的統一建設。各業務部門開發的應用系統須填寫相關申請表格，經過硬件需求、應用程序代碼及信息安全測試等檢查工作，由NCC進行系統部署及后期的運行和維護。

NCC坐落于北卡羅來納州的研究三角園區（Research Triangle Park），由OEI管理和運行，能夠提供小型機、服務器、存儲等多種硬件設備,數據庫、ETL（數據抽取、轉換和加載）、BI（業務智能）、數據注冊、地理信息系統等企業級軟件工具,以及實體安全、信息技術安全、UPS（不間斷電源）系統、備份及災害復原等安全環境和措施。整體運維基于ITIL（信息技術基礎架構庫），實現了7×24小時現場支持及技術服務。EPA的官方網站、業務智慧分析中心(BIAC)、環境數據倉庫(Envirofacts)、水質管理信息系統(STORET)、空氣質量信息系統(AQS)等大部分信息系統均部署在NCC的機房中，共有超過800個信息系統、150個ORACLE數據庫、60個業務智能(BI)應用及相關軟件工具[8]。EPA信息化基礎設施的統一建設和運維節省了大量的資金、人力投入，有效地保障了信息安全。

2 EPA部分信息系統介紹

EPA的信息系統建設已經跨越了EPA內部業務應用階段(即辦公自動化和管理信息系統),走向更加復雜的EPA與各聯邦政府間共享、協同的高級應用階段,成為EPA和聯邦政府履職的必要組成部分。

2.1 環境信息標準化——設施登記系統

為解決不同系統、數據庫之間的標準化和數據語意沖突，方便數據的整合、共享，EPA建立了環境資料注冊（Environment Data Registry, EDR）機制，提供信息系統和數據的標準信息（包括名稱、格式、來源、位置等）。EDR分為系統程序及數據庫注冊、數據集合注冊、數據(元素)注冊、環境詞匯注冊、開發組件注冊、化學物質注冊及設施登記（注冊）等（其中，系統注冊界面如圖2所示）。其中，設施登記系統(Facility Registry System，FRS)對包括企業、污水處理廠、民用設施、甚至采礦作業等享有排污權的設施進行登記，為每個排污設施創建唯一、綜合的設施識別信息，形成排污設施登記數據庫；通過為每個排污設施賦予唯一的“設施標識碼”，使不同業務系統數據之間的關系得以明確，能夠實現跨業務系統和跨庫檢索；通過設施標識碼建立排污設施與EPA和各州業務信息系統的鏈接（圖3），實現了EPA內部和聯邦政府范圍內的數據集成和共享，FRS的界面如圖4所示。

圖2 系統注冊界面

圖3 設施登記系統(FRS)與相關系統的關系

圖4 設施登記系統(FRS)界面[9]

FRS由OEI集中管理和維護，通過把各業務系統的設施數據鏈接起來，滿足了EPA識別以下信息的業務需求：某一行業的所有被監管設施；設施的準確位置（包括排污口經緯度）；某設施所涉及的各種排污許可和環境監管信息；某企業的所有排污設施（例如：某石油公司的所有分廠）。

FRS自實施以來登記了160萬個設施記錄，整合了28個州的污染設施主數據；管理超過7800個聯邦，50000個部落領地和超過3000個國家的環境行為跟蹤（NEPT）設施數據，成為EPA數據整合的基石。EPA還通過污染設施的信息公開，收集公眾對設施數據質量的問題反饋，識別和糾正錯誤數據和重復記錄。三年內收到13000個數據錯誤的反饋，更正了12750個錯誤，大幅提高了設施信息的質量和有效性。

2.2 環境信息公開——有毒物質排放清單

美國政府的信息發布由各個機構根據《信息自由法》和《文書工作縮減法》的規定進行，凡是賦予信息收集代碼的信息，除法律規定不能公開的以外，一律向社會發布。有毒物質排放清單（Toxic ReleaseInventory,TRI）制度已經成為EPA環境信息公開的典范。當企業排放有毒物質的數量超過規定閾值時，必須向其所在州環保部門以及EPA提交年度報告（Form R），報告企業生產、使用、存儲、處置、轉移和排放有毒物質的數量。EPA在收集、整理、分析企業提交的相關數據后，通過網絡向社會進行信息公開。TRI 制度在美國有毒物質污染控制方面成效顯著，更為化學品環境管理政策法規的制定以及公眾參與提供了堅實的基礎[10]。

為了讓企業了解TRI如何申報，EPA為需要申報的企業開發了一套軟件，稱為TRI-MadeEasy (TRIME)，申報者可自行在網絡上下載，并依據提示申報，大大減少了人工申報產生的錯誤。該軟件具有錯誤檢查功能，申報數據可通過CDX傳送到EPA。為方便公眾查詢，EPA開發了基于互聯網的查詢工具，稱為TRI-Explorer（圖5）。用戶可以通過EPA網站使用該軟件查詢企業有毒物質排放的相關信息。

圖5 TRI-Explorer界面[11]

2.3 官方網站——我身邊的環境

EPA開發的“我身邊的環境”(My Environment)系統（圖6），保障社會公眾對周圍污染源的知情權。這套系統在聯邦政府、州政府以及地方組織的通力合作下完成，數據涵蓋了EPA、州政府、受管制社區的環境空間數據及屬性數據。社會公眾能夠查詢其社區附近的空氣、水、土壤等環境質量數據，污染源、健康風險等數據，有助于社會公眾發掘社區周圍環境污染，積極參加到環保工作中。系統的主要功能如下：

（1） 最新的交互式地圖。根據使用者的需求在地圖中顯示管制設施、監測站、水體、水流、地下水、人口密集區的位置，以及傳統地圖所具備的包括街道、高速公路、學校、教堂等地物的位置。

（2） 具備分析與報表輸出功能。此系統可連接至EPA環境數據倉庫（Envirofacts）、TRI-Explorer以及“在你的河流沖浪”(Surf Tour Watershed)等，方便用戶定制所需的報表。

2.4 環境數據倉庫

EPA各業務部門為滿足業務需求，分別建設了信息系統和數據庫，這些系統大多互不兼容，難于共享。為整合、集成相關業務系統和數據以獲取綜合性的環境信息，EPA的OEI通過從不同業務系統中抽取數據，整合形成環境數據倉庫(EnviroFacts)。通過EPA網站讓EPA內部及社會公眾方便地查詢空氣、水、固體廢物、有毒化學品毒、土壤等相關信息（EnviroFacts查詢界面如圖7所示）。目前包括空氣設施(Air Facilities)，有害廢棄物數據庫(Hazardous Waste Holders)，超級基金場地(Superfund Sites)，毒性化學物質數據庫(Toxic Release Inventory Facilities)以及水污染排放設施(Facilities that Discharge to Water)等的數據已經整合到EnviroFacts中（EnviroFacts的架構示意圖如圖8所示）。EPA還建設了業務智慧分析中心（BIAC），運用數據倉庫和實時在線分析（OLAP）工具，通過統計圖表等方式展現整合成果，提供決策支持。

圖6 “我身邊的環境”(My Environment)查詢界面

圖7 EPA環境數據倉庫(EnviroFacts)查詢界面[12]

圖8 EPA環境數據倉庫(EnviroFacts)架構示意

2.5 環境數據傳輸與交換

EPA的環境數據的傳輸與交換依托中央數據交換系統（Central Data Exchange，CDX）實現，該平臺提供單一數據申報及交換窗口，使EPA各部門、州政府環保部門、部落或環保團體、企業能夠快速交換環境數據（圖9）。CDX目前已經擴展到與加拿大及墨西哥的跨境環境數據傳輸，是EPA數據采集、傳輸和交換重要的基礎設施[13]。

CDX基于互聯網傳輸，采用最新的信息技術與工具構建，以提升數據交換的安全，其運作機制包括CDX Web及CDX Node兩種：CDX Web提供使用者通過Web上傳數據進行數據交換的通道；CDX Node提供“機器對機器”（machine-to-machine）的自動數據交換通道。目前已超過26萬個用戶在CDX上注冊，50個州和9個部落運用CDX所提供的空氣、水等相關環境數據，60個系統的數據在CDX上交換，每年的交易數量超過80萬筆，節省了大量數據傳輸、交換的時間與經費。

圖9 CDX數據交換示意

3 建議

美國CIO制度的實施保證了EPA信息化戰略的有效實現。建議環保部借鑒其成功經驗，逐步建立相關管理制度和工作機制，實現信息資源的統一管理和信息化基礎設施的統一建設和運維，發揮信息化建設的整體效益。

EPA非常重視信息系統的標準化工作，建立了環境資料注冊機制，解決了不同系統、數據庫之間的標準化和語意沖突等問題。環保部制訂了環境信息分類與代碼、環境信息數據字典規范、環境信息術語等部分標準和技術規范，建議環保部參考EPA的環境資料注冊機制，完善系統及數據庫注冊等相關技術規范，以有效管理日益龐雜的環境信息系統和環境數據庫。

EPA的數據采集和交換依托統一的基礎設施即CDX系統，環保部的數據采集比較分散，業務部門分別采集，不利于共享。建議環保部參考CDX的建設經驗，統一建立環境數據采集清單（正面清單或負面清單）和環境信息傳輸和交換平臺，規范采集、傳輸和交換環境數據。

EPA通過設施登記系統（FRS）實現了污染源和污染設施的登記和關聯。建議環保部在環境數據資源整合工作中借鑒FRS的建設經驗，建立污染源統一代碼登記制度，為后續的排污許可證等管理提供支撐。

EPA業務智慧分析中心(BIAC)運用數據倉庫技術，將信息系統適度集中化，實現數據的整合、分析及利用。環保部近年來開展了環境信息資源中心建設工作，將現有信息系統和數據集成整合并推動數據共享與服務。建議加強業務智能分析和數據挖掘等工作，建立統一的業務智能分析平臺，為各部門提供數據分析和挖掘服務。

EPA的有毒物質排放清單（TRI）是環境信息公開的成功案例，建議環保部的環境信息公開和環境數據開放借鑒此經驗，建立環境信息公開清單和環境數據開放清單，加強環境信息公開力度，提高環境數據開放水平，并建立公眾反饋和互動機制。

參考文獻

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Application of Environmental Information Technology in the US and Its Implications

Zhang Bo, Xu Fuchun*
(Enviromental Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029)

Abstract:China’s environmental information technology application faces many problems such as the dispersed construction of infrastructure and systems, diffi culty in data sharing, poor utilization and development of information resources, weak public service capacity, and it is difficult to meet the demands of eco-environmental protection in the new era. US EPA has set up a sound organizational structure and administrative mechanism on environmental information management, which realized data sharing, public access to environmental data and comprehensive development and utilization of information resources. This article introduces the EPA’s management systems of Chief Information Officer (CIO), unified information infrastructure construction, operation and maintenance, some information systems of EPA, such as Facility Registration System (FRS), Toxics Release Inventory (TRI), My Environment, Envirofacts and Central Data Exchange (CDX). It makes policy recommendations combining China’s environmental information technology application.

Keywords:environmental information technology application; administration mechanism; data sharing

中圖分類號：F49;F205

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6252（2015）06-0053-07

作者簡介：張波（1972—），男，理學博士，環境保護部信息中心技術室副主任，研究員，研究方向為環境系統分析，地理信息系統。

*責任作者： 徐富春（1961—），男，工學碩士，環境保護部信息中心副主任，研究員，研究方向為環境系統工程、環境信息管理與應用。