信息化助力成都市大氣污染防治閉環管理

周佳,彭理謙,閆文生,陸楠,張一珂,李晶,隆仕軍,朱旻

(1.成都市環境保護信息中心,成都 610015；2.生態環境部信息中心,北京 100029)

隨著城市規模的迅速擴張發展,做好生態建設、創建美好的生態環境是未來城市發展的必要一環?，F階段國內城市大氣基本都面臨以下問題：市區大氣污染物排放情況復雜多變,缺乏完整的動態污染源排放清單,很難摸清污染源排放情況；監管方式信息化程度低,區域環境質量狀況堪憂且現有監管方式難以為繼,如揚塵、機動車尾氣排放、工業廢氣污染比較嚴重,可吸入顆粒物和O3均有不同程度超標,而現有的污染源在線監測僅局限于部分工業有組織排放,且數據有效性不高,大量的揚塵、機動車尾氣排放、工業生產和餐飲排放等并沒有在線數據,難以獲得準確的城市污染物排放總量；環境空氣質量監測網絡的點位數量有限,以人工為主的低效率監管無法為全市空氣質量改善提供足夠的數據支撐,監管壓力越來越大,已難以滿足監管需求。同時,隨著經濟的持續快速增長和居民收入水平的提高,公眾環境權益觀念增強,對環境質量改善的意識提升,對環境健康安全的關注度和要求隨之提高,在環境質量改善速度與公眾期望差距仍較大的情況下,環保信訪投訴總量長期居高不下[1]。

針對現存的各種問題和壓力,相關部門使用人工監管方式對城市環境進行網格化管理,在大氣污染防治工作中取得了顯著成效,但人力、物力消耗巨大,且時效性與對突發污染事件的響應和判別依然存在較大不足。只有精確地找到本地污染排放來源并結合地理、氣象、環境衍生等眾多條件,才能有效地對污染物減排進行精準決策和快速應對[1]。

1 成都大氣環境形勢[2-3]

成都市位于成都平原的腹心地,屬于亞熱帶季風氣候區,其特點是四季分明,冬無嚴寒、夏無酷暑,風速小、日照少、陰天多、濕度大。成都市市區風速較小,靜風頻率高,使得人類活動所產生的煙塵不能及時擴散,從而加重了市區的大氣污染程度。成都市夜間和清晨常出現下冷上暖的逆溫層溫度分布現象,冬季逆溫層較厚、維持時間長,夏季則相對偏弱。由于成都市日照少,導致逆溫層較為穩定,限制了貼地亂流運動的發生,大氣垂直運動受阻,污染物不易擴散,所以人們常常在清晨或傍晚的時候看到比較嚴重的霧霾。成都市近地面空氣濕度較大,含有豐富的水汽,較易與懸浮物相結合形成煙霧,又因為市區風速小且大氣層結構穩定,因此煙霧不易沉降,持續時間較長?？傊?成都市的大氣氣象條件對大氣污染物的擴散存在明顯的不利影響。

另一方面,從近期有關研究分析成果來看,移動源對大氣顆粒物的綜合貢獻占比較大。成都市機動車增長迅速,全市現有530余萬輛的機動車和2.3萬余輛施工現場燃油工程機械。除對顆粒物的直接貢獻外,移動源排放的NOx(氮氧化物)和VOCs(揮發性有機物)對全市污染物排放總量的貢獻率也非常大。成都市的道路交通目前正處于汽車高速增長、高強度使用、高密度聚集的時期,汽車尾氣和車輛行駛卷起的大量揚塵給成都市的空氣質量造成了十分不利的影響。此外,成都市發達的餐飲行業以及生活燃煤用量增大,也使得城區大氣污染負荷大增。

2 成都大氣管理現狀

2.1 跨部門信息共享和業務協同程度低

多年來,大氣環境信息化建設一直采用各業務部門為主導的模式,以各業務部門需求為導向,通過各自業務能力開展部門的信息化建設工作。從各業務部門角度來看,信息化水平不低,自身信息化工作很有成效。但是從全局來看,各部門的業務系統互聯互通性差,數據難以交換和共享,造成大量的 “應用孤島”和 “數據孤島”,導致業務難以閉環,難以相互協同形成合力。

2.2 面向決策者的全流程信息展示不足

數據資源是實現科學決策的前提和保證,只有全面掌握數據、運用數據,決策者才能做出科學決策。目前的大氣信息化系統各自對部分業務成果有展示,但對大氣環境治理全流程的數據展示得不系統、不全面、不及時,并且沒有統一的平臺集中展示。數據匯集、展示方面的欠缺制約著系統服務決策能力的發揮。

2.3 大氣環境信息資源開發利用程度低

經過多年的發展,大氣環境管理至今積累了大量的數據資源,但由于數據挖掘、整合、使用技術及意識的缺乏,導致信息資源的開發利用水平總體不高。大量的環境數據沒有很好地轉化為具有分析和決策效用的信息,環境信息資源在支撐環境質量狀況評估、環境形勢預測分析、環境管理科學決策等方面發揮作用有限,環保大數據研究及應用亟待深化。

2.4 信息化與環境管理創新的結合不夠

隨著環境治理工作的深入,決策精準化與管理精細化要求越來越高,信息化發展水平已成為推動和落實環境管理創新的重要載體。但當前環境信息化主要問題的根源在于缺乏對環境信息化系統性、全局性和長期性的認識,缺乏整體規劃和頂層設計,更缺乏統一的應用平臺,導致信息流通不順暢、業務協作不順暢,未能充分發揮信息技術優勢并提高管理的精細化水平,在環境管理創新方面未能發揮出應有的推動和支撐作用。

3 大氣污染防治閉環管理模式

近年來,成都市下大力氣 “鐵腕”治污,以持續改善環境質量為核心,全面打響 “三大戰役”,積極推進“三治一增”,著力解決突出環境問題,持續增加優質生態產品供給。從宏觀形勢上看,成都市生態環境工作面臨著機遇也不乏挑戰,還存在生態環境質量未達標、突出環境問題量多面廣、抵御生態風險能力較低、監管存在 “真空”等問題。為提高生態環境科學監管、精準施策水平,結合大數據技術在科學化、定量化、精細化方面的支撐作用,探索一套數據 “智”理體系,具有重要的社會意義和緊迫的現實需求。成都市生態環境局提出五步閉環工作體系,以大數據的管理思維和管理模式為核心,將大氣污染治理工作進一步向定量化、精細化和精準化方向推進。對現有的大氣環境管理資源進行匯集、整合和沉淀,將工作流程再造為 “現狀、科研、對策、執行、評估”五步業務閉環。

閉環管理是對現有大氣環境監管模式的創新,改變了原有的各司其職、條塊分割的工作方式,將相關資源協同運轉起來,構建了基于工作場景的統一指揮調度體系,支持跨部門、跨層級的指揮與調度,實現從場景觸發、響應、研判、處置,直至結束的閉環全程管理。

閉環管理依托大數據系統對各環節進行定量化、精細化的過程留痕,進一步通過對過程數據的分析找準問題、分析根源、精準發力,使大氣環境管理從粗放型向精細化、精準化轉變,從經驗、直覺判斷向大數據科學決策轉變,不斷提高大氣環境治理成效。

4 成都市數智環境系統—大氣大數據應用

當前,新一輪信息革命正引領人類從工業文明加速向信息文明轉型,全面影響和重塑經濟運行、社會發展、國家治理、人民生活的各個領域,信息化技術成為政府通往現代化治理之路必不可少的重要依托。全面加快生態環境信息化創新發展,必將成為推動生態環境治理體系建設和治理能力現代化的重要手段。以大數據為主導的信息化浪潮正席卷全球,大數據既是技術發展的方向,也是一種新的思維方式和管理方式。2015年,國務院發布 《促進大數據發展行動綱要》,明確提出要全面推進我國大數據發展和應用,加快建設數據強國。2016年,原環境保護部發布 《生態環境大數據建設總體方案》,要求充分運用大數據等現代信息技術手段,全面提高生態環境保護綜合決策、監管治理和公共服務水平,加快轉變生態環境管理方式和工作方式。目前,成都市大氣污染問題突出、形勢嚴峻、工作緊迫,因此要在落實原有措施的基礎上,采取更加精準有效的手段,向信息化要效益,向數據要成效,運用大數據思維創新環境治理手段和治理方式,打造精準施策、科學監管、多方協作的大氣環境治理工作新模式,有效提高大氣污染防治成效。

成都市生態環境局根據閉環管理的 “五步法”工作體系,為實現業務大協同和執行、監督、執法隊伍的統一調度,并形成大數據的應用環境,基于日常監管、重污染天氣應對、大氣環境問題督察督辦、年度計劃四類業務主線,設計并建設成都市數智環境大氣系統。系統圍繞市環保局、區縣及市級單位、鄉鎮及區縣單位的應用需求,定制開發相應功能,快速形成管控目標與任務并及時推送,實現協同監管的科學化與精細化,確保大氣環境管理各項工作高效執行、有力推進,切實做到閉環管理和統一調度。

系統最終建成現狀概覽、科學分析、精準管控、在線調度和動態評估五大平臺并配備手機端應用,實現市局、直屬單位、區(市、縣)環保局和其他部門等業務協同工作,市、區(市、縣)、鄉鎮三級的統一指揮調度和數據成果的統一應用分析展示。

4.1 環境現狀

環境現狀主要突出百姓關注與考核的關鍵指標,從成都市大氣環境形勢和宏觀形勢數據分析兩方面進行數據成果展示。大氣環境形勢主要包括空氣質量、空氣地圖、污染源查詢統計、排放清單分析及污染物專題。宏觀形勢數據分析包括日常監測與預測分析、中長期大氣環境形勢分析和重污染分析。

系統直觀展示、實時分析環境質量的監測數據、預測預報數據、達標預測數據、預警報警數據,國家、省(區、市)、市、縣(市、區)空氣質量排名數據,污染源的分類、查詢、統計數據,輿情數據的分析、統計,以及數據空間化分析,實現大氣環境現狀的整體概覽。同時,統計成都市針對大氣污染防治和空氣質量改善方面制定的各類行動計劃和具體考核指標,分析出現狀與目標的差距,并預測未來的達標概率。

4.2 科學分析

科學分析主要從問題研判、污染成因分析、業務會商和專業解讀方面進行資源整合展示。主要包括模型預報、人工預報、氣象條件分析、污染特征分析等內容,作為領導決策是否需要預警和制定措施的依據,對所發現的問題和重污染應對等業務工作中的問題進行研判診斷,有針對性地做出原因分析,并按照不同的管控區級別和范圍分別推送各類管控對象的問題和報警情況,根據相應問題提出對策建議。同時,統計環境污染問題清單,識別出各類問題的占比,按照問題類型清晰描述詳情信息,基于模板自動生成分析報告向相關部門和領導進行推送。

分析平臺對應五步法當中的科研環節,結合實際業務需求,以現狀中的生態環境觀測網實際數據和會商預測數據為基礎進行分析,生成每日、每周、每月、每季、每半年和每年的定期分析報告以及不定期的專題報告；在數值預報的基礎上結合其他多元預報產品,生成成都市每天和未來3～7天空氣質量預報報告,作為領導決策是否需要預警和制定措施的依據。分析平臺可為成都市大氣污染防治工作提供科學指導,對大氣污染防治工作的措施制定、重污染天氣的合理應對提出意見和建議,為目標管控體系提供科學支撐。

4.3 精準管控

建設管控平臺的目的就是為了在科學研究的基礎上結合成都市的治霾經驗,使治理措施的管控效果更加具有確定性,同時又能防止造成管控經濟成本過大的問題[5]。精準管控從年度計劃措施、科研預測發現問題對策、監測站點超標問題對策和重污染預警預案方面進行措施管理,并通過長期的調度和執行情況,自動提供措施建議。管控平臺對應五步法當中的對策環節,根據分析平臺提出的指導和建議,按照年度計劃、日常管控重點環節與對象、重污染天氣應急響應預案,將年度計劃任務、日常管控任務、應急響應任務派發給各區(市)縣和市級部門,并對措施完成情況進行匯總分析。

基于精準管控模塊準確下達大氣污染防治工作措施,形成日常管控對策體系。目前,針對監測站點超標報警、重污染天氣應對、科研預測發現問題和秋冬季攻堅戰役已形成定量化的措施庫,并實現任務下派市縣鄉三級統一調度。系統會發布問題提示并提供應對建議,工作人員根據預警信息和監測數據確定應對措施,并將每一個任務分配給相應區(市、縣),并短信通知任務內容；區(市、縣)政府再將具體任務分配給下級部門,逐級分解下去直至執行的個人。任務發送時會設定任務的發起時間和完成時限,顯示任務的完成狀態(已完成、正常推進、滯后、嚴重滯后),并以這些標識作為任務評價的依據。

4.4 在線調度

調度平臺對應五步法當中的執行環節,其目的是強化全市大氣污染防治工作的應急指揮、日常調度、執行跟蹤、督察督辦和精細化管控能力,建立及時發現、快速反應、有效處置、常態提升的工作機制,形成問題收集、推送、處理、反饋的完整工作流程,并形成指令下達順暢、快速有效處置、上下協調一致的工作局面。執行任務通過手機APP等方式推送至責任單位及主管部門或個人,實現定向管控、限時治理,及時對區域內所有點位的實時數據進行全景展示和數據查詢。打通了大氣監測數據與污染源監控、監督管理與執法、精準治理、預警預報、評估評價和政府決策的通道,實現政府監管同步一體化[6]。

調度執行模塊實現對于整體治理任務計劃的管理,針對市級政府、區(市、縣)政府、鄉鎮政府、市級部門、執行人員的工作任務進行監管調度,派發相應的監管任務,由監管人員再次檢查任務執行情況,進而提高任務執行質量,將措施落實到位。同時,生態環境局內部也可自主派發監管任務,就近選擇監管小組并設定其所監管的區(市、縣)、鄉鎮及污染源,充分利用人員資源,避免人員浪費。

圖4 精準管控平臺

圖5 在線調度平臺

4.5 考核評估

在考核評估模塊進行實時評估、執行評估、效果評分和分數考核等工作。系統區分區(市、縣)和市級部門等不同考核對象,按年度、季度、月度等不同時段統計并展示考核分數情況,進而判斷各部門的考核情況,重點督促得分較低的區(市、縣)。同時建立案例庫,總結歷史事件的工作經驗,為日后發生的類似事件提供參考 依據。

圖6 考核評估平臺

5 總結與展望

成都市基于五步法的理念使得大氣污染防治工作流程得到進一步的完善,同時將涉及的所有部門加入到這個循環中協同工作,形成了大氣環境管理工作的大協同,使人員、技術、數據、系統等資源全面整合,形成合力,效力倍增。做到了看得清現狀、出得準對策、做得到執行,問題及時發現、任務準確派發、問題及時處理。

(1)實現了數據一致化。以數據流引領跨系統、跨層級、跨應用、跨部門的業務流,建立數據應用通道；

(2)實現了執行扁平化。以三級聯動、4支隊伍統一指揮調度機制,打通最后 “一公里”,保障監管措施落地見效；

(3)實現了科研成果實用化。以科學研究理論為指導,分析環境形勢、污染成因、變化趨勢、控制方案、治理成效等,形成科學指導實踐、實踐完善理論；

(4)實現了大數據技術應用化。以信息技術為基礎,全過程記錄環境事件行為,融合各類數據、量化對策措施、固化專家經驗、分析數據規律,形成大數據、人工智能技術施展優勢的基礎條件。

今后還需要進一步厘清管理流程,以需求為導向建立數據庫,同時注重成果的終端應用。在掌握更新污染源信息、優化完善環境監測網絡、強化環境保護網格化監管、突出環境問題整改等方面還需加強并融入系統設計,形成信息化、系統化、科學化的工作閉環,實現大氣污染防治由粗放式感性化管理向精細化科學化管理轉變。同時,五步法和總體建設思路不僅適用于大氣,也適用于水、土壤、生態等方面的工作,不僅適用于環保,也能夠指導其他行業的工作,具有極大的參考意義。