探索大數(shù)據(jù)在大城市環(huán)保領域的應用

◆崔崢嶸

探索大數(shù)據(jù)在大城市環(huán)保領域的應用

◆崔崢嶸

一、解決城市環(huán)保問題需要引入大數(shù)據(jù)支持

截至2015年，我國城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達到56.1%，城鎮(zhèn)常住人口突破7.7億。伴隨城市化進程的不斷加快和城市人口大量流入，環(huán)境污染、基礎公共服務供給不足等情況日益成為困擾城市發(fā)展的突出問題。傳統(tǒng)的城市管理理念和手段已經(jīng)難以適應和跟上形勢發(fā)展的需要，更新管理理念、引入現(xiàn)代化手段、從根本上緩解和解決上述問題成為政府和全社會共同關心的熱點。

基于互聯(lián)網(wǎng)平臺上的大數(shù)據(jù)技術發(fā)展到今天，已經(jīng)能夠為城市環(huán)境治理的科學決策提供實時、準確、多元、全樣本的信息支持。大數(shù)據(jù)應用服務于城市環(huán)境現(xiàn)代化管理、幫助豐富和提升管理手段，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)逐漸被接受和推廣運用，并已經(jīng)成為國內(nèi)多座大型城市的發(fā)展共識。

二、大數(shù)據(jù)技術解決城市環(huán)保問題的探索與實踐

環(huán)境科學將城市環(huán)境分類劃分為水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境和固廢環(huán)境。大數(shù)據(jù)技術目前已經(jīng)在治理大氣環(huán)境、固廢環(huán)境問題引發(fā)的城市環(huán)境危機方面得到了良好的應用。

（一）針對大氣污染及治理。我國大中城市目前針對空氣質(zhì)量狀況的監(jiān)測工作，主要通過環(huán)保部門設置的空氣質(zhì)量監(jiān)測站點進行監(jiān)測，針對站點未能覆蓋的區(qū)域，只能通過分析周邊鄰近區(qū)域數(shù)值對其空氣質(zhì)量數(shù)值進行估計。鑒于空氣質(zhì)量因受多重因素影響，不僅不同區(qū)域空氣質(zhì)量有所差別，甚至同一區(qū)域空氣質(zhì)量也在隨時產(chǎn)生變化，因此傳統(tǒng)做法容易造成數(shù)據(jù)準確度方面的較大誤差。例如：北京市在六環(huán)內(nèi)設立的35個空氣質(zhì)量監(jiān)測站點，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)已經(jīng)遠遠無法反應整個北京城區(qū)的空氣質(zhì)量狀況。

由于受到空氣流動性影響，以及傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測站點建設成本高、儀器設備復雜、操作難度大、大規(guī)模布點不現(xiàn)實等因素限制，傳統(tǒng)的手段應對大氣治理過程中監(jiān)測、預測、治理等環(huán)節(jié)普遍存在難以逾越的困難和阻力。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的應用和普及，大數(shù)據(jù)技術通過開發(fā)廉價便攜的環(huán)境監(jiān)測設備，尤其是基于手機插件或可穿戴設備的傳感器，突破了傳統(tǒng)空氣檢測技術手段限制，可以整合多元信息源，形成更為系統(tǒng)和豐富的數(shù)據(jù)基礎，能夠為大氣治理工作提供及時和科學的支持。

目前國外已經(jīng)開發(fā)出了可測量溫度、濕度、二氧化碳和二氧化氮的便攜傳感設備。西班牙巴塞羅那微觀裝備實驗室開發(fā)出傳感器組件，可以測量上述指標，同時還包括光強和噪聲。目前國內(nèi)很多企業(yè)也開發(fā)出了家庭用空氣檢測設備，這些數(shù)據(jù)的上傳和集中處理，對城市空氣治理起到較大的輔助作用。

傳統(tǒng)的空氣污染源的識別需要構建區(qū)域大氣聯(lián)合立體觀測體系，包括衛(wèi)星遙感、飛機航測、激光雷達、模型預測、排放表征、地面觀測等。大數(shù)據(jù)技術在空氣污染源識別方面的應用，體現(xiàn)在可以通過數(shù)據(jù)匯總分析，幫助建立數(shù)據(jù)模型，形象直觀第反映出某一區(qū)域的大氣污染產(chǎn)生、污染物運送和沉降規(guī)律，從而有效識別污染源，為區(qū)域有效治理區(qū)域空氣污染提供準確參考。

目前中國科學院構建的從全球-洲際-區(qū)域-城市群-城市-街區(qū)多尺度多污染模式的模擬體系，建立了從宏觀到微觀的立體監(jiān)測，為空氣污染的治理提供了規(guī)劃和管理依據(jù)。該體系將多種環(huán)境指標信息和污染源排放信息相整合，通過大數(shù)據(jù)進行分析，可以進行企業(yè)排污強度測算、污染源分布情況及其對周邊環(huán)境質(zhì)量的影響分析，并以此為依據(jù)，為識別空氣污染源、定時監(jiān)測環(huán)境治理效果、制定環(huán)境治理方案、不斷調(diào)整改進治理方案提供幫助。

大數(shù)據(jù)與人工智能系統(tǒng)相結合，還可以通過對氣象數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、污染源監(jiān)控數(shù)據(jù)進行相關性分析，從而進行空氣質(zhì)量預測，提高空氣質(zhì)量預警預報的準確度。美國IBM公司啟動了一項名為“綠色地平線”的計劃，運用深度學習的人工智能系統(tǒng)，將環(huán)保部門所提供的大量數(shù)據(jù)整合，優(yōu)化本身的預估模型，形成空氣質(zhì)量報告，提前三天對空氣狀況進行預測并且提供諸如關閉某類工廠或某區(qū)域實行機動車限行的應急解決措施。下一步，該系統(tǒng)隨著數(shù)據(jù)量的擴大以及系統(tǒng)分析能力的提高，預測的精確度還將提高、預測周期也能進一步延長。

微軟公司應用大數(shù)據(jù)方法研發(fā)的集成空氣系統(tǒng)可以通過分析城市1平方公里內(nèi)空氣細粒度數(shù)據(jù)并做出空氣質(zhì)量預測。該系統(tǒng)通過整合城市實時監(jiān)測的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、人流、車流、氣象、公共設施、網(wǎng)絡關注度等數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析預測24小時內(nèi)空氣質(zhì)量狀況。微軟公司表示該系統(tǒng)在北京預測準確度可以達到75%，廣州和深圳可以達到80%。

（二）針對生活垃圾處理。生活垃圾處理同樣是城市治理的重點和難點。以北京為例，2200多萬常住人口每天產(chǎn)生的生活垃圾達到1.84萬噸。而且，隨著常住人口及流動人口的進一步增長，生活垃圾的增速還將進一步攀升，預計大約增速為8%左右。

傳統(tǒng)的生活垃圾處理方式主要包括集中填埋和統(tǒng)一焚燒兩種方式。2009年以前，北京市90%以上的生活垃圾通過衛(wèi)生填埋方式進行處理，每年需消耗掉500畝土地，占用了大量的土地資源。即使在這種情況下，北京的垃圾填埋場仍處于超負荷運轉，同時污染防控壓力很大。一旦垃圾處理能力提升速度跟不上垃圾量增速，有可能出現(xiàn)垃圾圍城的困境。

運用傳統(tǒng)的生活垃圾填埋處理方式還要考慮到二次污染問題。二次污染是指在垃圾清理、匯集、轉運、處理等環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的臭氣、污水、散落和泄漏物造成的環(huán)境污染。同時垃圾填埋地可能產(chǎn)生的垃圾滲濾液和填埋氣，也會對大氣、水體和土壤造成污染。

隨著全民健康意識的普及和增強，傳統(tǒng)的垃圾焚燒處理方式近來也頗受社會詬病。特別是某些城市的生活垃圾焚燒行業(yè)管理職責不清、對公眾信息不透明，加之極個別焚燒廠存在的有害氣體超標排放、滲濾液偷排、灰渣亂倒的問題，造成了垃圾焚燒項目周邊公眾的不滿，并容易引發(fā)矛盾。

與城市生活垃圾產(chǎn)生量不斷增長、生活垃圾處理手段有限并存的問題還表現(xiàn)在垃圾分類難以推廣和普及，這不僅造成大量可再生資源的浪費，同時直接加大了垃圾處理工作量。我國城市居民目前能夠進行垃圾分類投放的比例較低，2014年杭州市負責處理垃圾分類的杭州市環(huán)境部門給出的數(shù)據(jù)是：全市每天產(chǎn)生超過3500噸生活垃圾，其中分類垃圾只有800多噸。

針對上述問題，國內(nèi)多家城市積極著手采取應對措施，包括將大數(shù)據(jù)技術應用到生活垃圾處理管理過程中，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)對管理決策科學化的輔助作用。通過大數(shù)據(jù)運用不僅挖掘出經(jīng)濟成長、社會發(fā)展、人口變動及垃圾增長的關系，進行垃圾總量預測以及優(yōu)化處理設施布局，合理設計垃圾處理能力；而且在推進城市生活垃圾治理體系和治理手段現(xiàn)代化建設、為市民提供干凈整潔的城市環(huán)境、提高市民滿意度等方面做出了有益的探索。

目前有些城市已經(jīng)著手建立以信息眾籌和決策互動為特征的城市生活垃圾管理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括以政府相關部門常態(tài)傳送的政務信息，譬如垃圾管理的法律規(guī)章、標準細則、部門職責、機構編制等；可能與之具有關聯(lián)的經(jīng)濟增長、社會發(fā)展、人口數(shù)量和空間布局等信息；全市垃圾收運時點、線路、場所和各類資源回收主體目錄、布點和運營狀況以及后端處理設施規(guī)模、運營情況、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等資訊；市民和單位按照設定標準提供的垃圾信息，譬如有關垃圾當日產(chǎn)生量、成分構成及比例的動態(tài)數(shù)據(jù)；例行發(fā)布的政策資訊，譬如垃圾處理議題的網(wǎng)絡探討、垃圾產(chǎn)生數(shù)據(jù)的專家在線分析、垃圾處理備選方案的公眾電子審議、主管部門意見以及決策的公開呈現(xiàn)等。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立，為推動城市生活垃圾新的分類、收運和處置手段的實施提供了可靠保證。

在垃圾分類的推廣方面，廈門市江頭街道江村社區(qū)近期引進基于大數(shù)據(jù)平臺的“綠色錢包”垃圾分類管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)以居民的垃圾分類相關信息整合作為基礎，經(jīng)過科學分析，尋找最有效率的垃圾分類宣傳和垃圾轉運模式。通過小區(qū)設置固定的基站、衛(wèi)生督導員的POS機、居民的智能手機或分發(fā)的IC卡，這些終端組合成了一個“綠色錢包”網(wǎng)絡。居民可以從基站領取“二維碼貼紙”，在分類包裝、集中投放垃圾同時，將二維碼貼在垃圾袋上，通過用手機掃碼，記錄扔垃圾的時間。系統(tǒng)會根據(jù)居民分類投放的情況給予其賬戶相應的積分，還可以依據(jù)積分發(fā)紅包，對認真進行垃圾分類行為予以獎勵。

“綠色錢包”真正成為衛(wèi)生督導員的高效率助手。原先，他們需要手動登記每一袋垃圾的投放情況，既不衛(wèi)生而且準確率不高，現(xiàn)在督導員只需用設備掃碼，就能知道這袋垃圾由誰投放、投放內(nèi)容，并自動進行記錄。通過大數(shù)據(jù)技術，“綠色錢包”還能對居民投放垃圾的集中時間段和類別進行分析，以方便垃圾轉運車選定時間，更高效及時地運走小區(qū)里的垃圾。此外，由于需要掃碼后扔垃圾，無形之中讓居民的垃圾投放更加集中，減少了可能造成的“二次污染”。

“綠色錢包”的試用，調(diào)動了居民進行垃圾分類的主動性。社區(qū)垃圾分類不僅方便了垃圾后續(xù)處理過程，而且節(jié)約了可再生資源，同時給社區(qū)帶來了整體衛(wèi)生狀況提升等系列變化。通過大數(shù)據(jù)分析，整合投放、登記、轉運、宣傳等所有環(huán)節(jié)，讓垃圾分類的推廣更加系統(tǒng)化。通過在固定基站、客戶端等處投放廣告，“綠色錢包”同時產(chǎn)生經(jīng)濟效益，這些效益又能夠用于對居民的鼓勵，一種“可循環(huán)、可復制、可推廣”的模式已經(jīng)逐漸形成。目前，廈門市江頭街道正根據(jù)具體情況，在街道范圍內(nèi)全面推廣“綠色錢包”。

城市生活垃圾收運流程涉及收集、運輸、中轉和處置4個流程。在不同流程中，大數(shù)據(jù)都發(fā)揮著重要作用。通過挖掘歷史積累數(shù)據(jù)，可以預測主要社區(qū)或者商業(yè)區(qū)的垃圾產(chǎn)生量；其次，根據(jù)各處理廠實際處理垃圾的能力、城市道路路況信息、運輸系統(tǒng)車輛狀況等數(shù)據(jù)，可計算出最有的運輸路徑。這樣既能降低運輸成本，又能提高垃圾處理效率，使垃圾盡快就近被處理掉。

在優(yōu)化垃圾處理設施布局方面，廣州市目前正在推進建設全國首個多功能、資源共享、管理高效的垃圾分類大數(shù)據(jù)管理平臺，按照地區(qū)統(tǒng)計轄區(qū)內(nèi)的所有住戶數(shù)量，建立垃圾分類數(shù)據(jù)庫并對轄區(qū)內(nèi)住戶每天的垃圾進行統(tǒng)計，分析垃圾的成分和數(shù)量，逐步實現(xiàn)垃圾分類的合理化、智能化。同時，廣州市還在逐步探索政府、企業(yè)、居民三方共同監(jiān)管的方式，即運營企業(yè)加強管理、精細運營、嚴控排放，與市城管委、市環(huán)保局聯(lián)網(wǎng)實施同步在線監(jiān)管，并積極配合相關部門的各類檢測和臨時抽查，實現(xiàn)全流程監(jiān)管；同時，委托專業(yè)的第三方機構對焚燒廠各項排放指標進行檢測，并通過不同的媒介定期對排放數(shù)據(jù)指標公開，打消公眾的疑慮。

三、天津借助大數(shù)據(jù)技術解決環(huán)保問題的建議

（一）建議政府涉及環(huán)保、衛(wèi)生、科技等相關部門聯(lián)合開展專題調(diào)研論證，借鑒其他城市先進經(jīng)驗；充分傾聽專家學者意見，使決策更具專業(yè)性和前瞻性。在此基礎上，制定扶植大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)參與環(huán)保領域開發(fā)建設的政策并著手建立完善配套運行機制。

（二）發(fā)揮企業(yè)主體作用，注重引入國內(nèi)和國際上具有領先技術水平的行業(yè)領軍企業(yè)，支持和鼓勵相關企業(yè)建立市場化的產(chǎn)業(yè)配套運行鏈條。

（三）注重挖掘大數(shù)據(jù)管理的溢出效應。大數(shù)據(jù)管理的應用不僅為城市環(huán)保領域精細化管理提供依據(jù)，為環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈條上的企業(yè)帶來直接經(jīng)濟效益，同時還為其它企業(yè)精準營銷提供參考，帶動軟件、通訊、金融等服務等相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（四）注重發(fā)揮社會影響力。城市生活垃圾處理的初始環(huán)節(jié)管理采用眾包模式，通過手機APP等終端設備吸引市民的廣泛參與，這種模式方便政府主管部門與市民之間直接溝通和交流，使宣傳、培訓、溝通和決策更具時效性、便捷性和民主性。建議重視和引導好這些平臺發(fā)揮積極作用，通過強化正面引導和環(huán)保理念宣傳，提升市民參與熱情，保證參與的效果。

天津市政府駐福州辦事處）