生態環境大數據中心的區縣級設計與應用研究
——以常州市新北區為例

姜 潤 陳俐偉 楊孝羅 郭 曉

（1 常州市生態環境監控中心新北分中心 江蘇常州 213000 2 邦達誠科技（常州）有限公司 江蘇常州 213000 3 北京百分點科技集團股份有限公司 北京 100089）

引言

近年來，物聯網、云計算、人工智能等現代互聯網技術飛速發展，我國已進入搶占大數據資源的“大數據戰略”時代[1]，數據強國不僅是技術層面的飛躍更新，更是一種思維模式的升級轉換[2]。以習近平生態文明思想為指導，環境監測監控監管也面臨著改革創新的機遇和挑戰，環境保護發展離不開信息化的支撐，生態環境與大數據領域的跨界融合已是大勢所趨[3]，在數據量級成倍增長的今日，主動去挖掘、定位、應用大數據的產出成果，可為環境管理高質量運行與決策提供有益參考[4～6]。

黨中央、國務院和生態環境部高度重視大數據在打贏污染防治攻堅戰的支撐作用，對生態環境大數據的發展和應用提出明確的要求[7]。在推進國家生態環境大數據體系建設過程中，城市（區、縣級市）生態環境大數據建設和運用是關鍵節點[8]。區縣級生態環境管理部門作為生態環境管理體系中承上啟下的重要環節，承擔著區域環境質量管理和污染源監管的雙重責任。常州高新區（新北區）作為江蘇省常州市唯一的臨江板塊和長江下游的重要節點，承擔落實“共抓大保護、不搞大開發”的重要任務，長三角一體化、美麗江蘇建設、常州“532”發展戰略等區域性戰略為全區發展帶來新的目標與機遇。在此契機下，常州高新區（新北區）在推進落實生態環境監測監控體系建設過程中，以打造天地空一體化的監測網絡為基礎，創新性引進大數據技術，建設污染防治攻堅和長江大保護背景下的新型一體化指揮中心，為大數據技術在區縣級的集成建設和應用實踐提供有價值的參考。2021 年2 月，“常州市生態環境數據中臺及監測預警一體化平臺建設項目”入選IDC《中國智慧城市發展現狀、最佳實踐及趨勢分析報告》。

1 全景大數據中心框架的構建

“十三五”以來，常州高新區（新北區）持續開展大氣自動站網建設、水質自動站網建設、污染源監控能力建設、機動車遠程在線監控能力建設、固定式遙測點建設等一系列監測監控能力建設，已積累豐富的多要素、多指標、多維度的監測數據，監測監控能力顯著提升。但生態環境業務由國家、省、市、區各級開展，下沉到區縣級的應用系統平臺已突破20 余個，包括空氣質量自動監測（監控）平臺、水質自動監測（監控）平臺、熱點網格平臺、污染地塊管理系統、污染源在線監控系統、污染源普查系統、危險廢物管理系統等，已建軟件系統缺少總體規劃，業務系統“各自為戰”，數據“信息孤島”情況突出[9]。在指揮調度支撐方面，現有系統欠缺聯動各子部門及解決綜合性問題的能力[10]。

新北區生態環境全景大數據中心的架構，充分考慮區級生態環境管理工作對數據管理、分析與應用的迫切需求，建立包括數據匯聚、自動建模等全過程的預警監控，以區域環境監管為業務中心，搭建智能化風控、指揮中心和決策支撐系統在內的環境監測監控一體化平臺（圖1），解決以往系統層級過多、末梢不暢、互動不足、信息化支撐不夠等問題。項目匯聚19 個子業務數據平臺，形成集生態環境的管控成果展示、監測監控分析、問題處理、應急管理、數據分析等為一體的實時在線系統，具體細分為空間管控、污染源管理監控、環境質量管理監控、問題處理及應急管理五大模塊（圖2），實現環境質量及污染源實時動態監測監控、實現污染源精準追蹤、實現可視化遠程調用輔助環境執法、實現生態環境工作檔案數字化、實現環境普法及咨詢網絡化、實現多個平臺一體化六大功能。

圖1 生態環境全景大數據中心架構

圖2 生態環境全景大數據中心模塊設計

空間管控細分為生態紅線、空間規劃布局、生物多樣性三部分，在當前保護生物多樣性已成為國際社會共識的背景下，生物多樣性模塊將打磨成長為踐行綠色發展理念的有效載體。污染源管理管控將全區重點企業及有在線監測監控設施的企業全部納入平臺進行管控，形成重點突出、區域分布均衡的實時監管網絡。環境質量管理管控包括大氣、水、土壤三個專題，全部實時監測、實時更新，時刻掌握環境質量現狀和變化趨勢，為全區環境質量逐年改善提供基礎感知與數據支撐。問題處理對環境質量、污染源等監測預警、管理處置過程進行集中管理，包括任務辦理、報警信息處理、設備狀態報備與確認以及數據申請與審批。應急管理應用于突發應急事故場景，平臺能夠快速推送相關事故企業的環保統計信息，包括應急預案、企業特征污染因子及化學特性、應急聯動部門及人員信息、周圍有哪些應急物資庫可供調度等，進一步推送事故地影響范圍涉及的敏感區域，包括氣體污染物傳輸的下風向區域內的敏感點如居民區、學校、醫院等人口密集區域，周圍河流在阻止水環境污染物進一步擴散中有哪些閘壩，輔助現場監測、處置、指揮與決策等工作，平臺會不斷收集行業成功案例，建立案例庫，供類似的突發應急事故處置參考。

2 跨部門數據信息的拓展匯聚

在數據管理方面，平臺的建設嘗試探索生態環境監管所需的跨部門數據的互聯共享。一是采集多源異構數據，涵蓋環境質量、污染源監測及各項管理、自然生態、氣象、區域發展、企業工商等多個維度，數據接入方式包括接口對接、數據庫對接與互聯網爬取等形式。二是形成數據標準體系，根據工業信息化及生態環境行業相關標準體系，建立生態環境數據的命名標準、詞根標準、代碼標準、編碼標準，對技術標準中的系統數據庫建設規范和系統共享規范做進一步細化。三是開展數據治理，基于統一的數據標準，進一步開展數據質量稽核、數據清洗、標準化處理等數據治理，提高數據質量，使得不同來源的數據可以建立有效關聯和相互補充，打破業務煙囪和數據孤島（圖3）。四是設計賬戶和權限體系，針對不同部門的管理用戶、被監管企業和公眾的需求場景，分配對應的數據權限，在保障數據安全的同時提供數據資源和服務。五是數據開放共享，建立數據生產者與數據使用者的橋梁，通過數據申請與審批，滿足數據的跨部門應用需求，釋放數據價值。

圖3 生態環境全景大數據中心數據治理流程

面對多元匯集交叉冗亂的數據，如污染源各項管理中建設項目審批、排污許可等信息由于實際建設過程中建設時期、建設部門等的不同，使得同一個污染源的基本信息在不同業務系統中不可避免地存在一些不一致的情況。本平臺通過建立污染源基本信息這一主數據，結合企業工商數據，確立污染源社會信用代碼這一數據唯一標識碼，使得污染源各項管理數據能夠有效關聯，建立污染源的全生命周期檔案。同時，通過加強末端硬件設備的合理布設，該檔案將持續在未來的污染源監管中，不斷歸集、更新更多的環境管理行為數據，徹底打通環境管理脈絡（表1）。自主研發的大數據管理系統，基于大數據技術組件進行優化，兼容國內主流的數據庫、硬件廠商、已有的數據平臺系統，并支持基于中臺的二次開發，為未來復制推廣和豐富拓展打好基礎。

表1 生態環境全景大數據中心數據倉庫

3 生態環境大數據的應用與延展

新北區“全景、全息、全過程”生態環境大數據中心，以統一的數據中臺支撐條線各要素管理、各級管理部門的數據和業務需求，力求達到：“數據可信、過程可控、風險可判、責任可溯”的管理目標，通過大數據自動建模和逐步優化，形成一套智能化數據分析和決策支持系統，為管理者提供有效的信息支撐（圖4），智能化、共享化的結果應用也將反向進一步深化生態環境領域的數字化管理。

圖4 生態環境全景大數據中心生物多樣性模塊展示

平臺在數據應用分析方面充分挖掘數據價值，推動綜合監測數據增值。一是形成融合、標準、高可用性的數據資產，支撐業務和管理人員在全景角度通盤分析決策；二是提供數據基于GIS 引擎、報表等多種形式的直觀全息展示，對業務和數據生命周期全過程進行記錄、管理和追溯；三是通過高效的數據共享交換機制，可以快速、便捷、高效地搭建各類生態環境管理應用；四是以一張圖匯聚展示各層級環境質量，并通過空間拓撲分析，建立環境質量與污染源的響應關系，利用機理模型及大數據分析雙重技術手段，精準輔助環境問題處理及監察執法（圖5）。

圖5 生態環境全景大數據中心環境監管支撐

平臺在落地監管實效方面，一是建立環境質量管控從數據研判、平臺輔助分析到分派處置的信息化處置機制，以解決層級過多、末梢不暢、互動不足等問題，提升行政管理效率；二是實現環統、減排、排污許可、建設項目審批數據動態更新與聯動的污染物排放總量一本賬動態管理，為各項業務審批、監管工作提供直觀的數據支撐；三是建立動態更新、覆蓋全量環境管理行為的一企一檔，解決業務數據回流困難，多部門業務數據不共享不流通等問題，實現“多條線、一根針”一檔式管理，提升環境監管執法效率、環境管理質量以及企業滿意度。

平臺上線以來，依托于污染源全生命周期檔案的建立，有效輔助了針對污染源的各項監督、檢查、管理等工作（圖6）。生態環境綜合行政執法人員在現場執法檢查中，只需拿出手機，打開APP，輸入企業名稱，就可一鍵瀏覽企業的各項環境管理檔案，包括是否有建設項目的環評報告、是否完成環評報告的審批、是否取得排污許可證、許可的各項污染物排放量是多少、是否有超標排放記錄、是否有環境信訪記錄、是否有環保信用失信記錄、是否參加過企業安全生產的法律法規培訓等各項信息。在大數據的支撐下，現場檢查的效率與針對性將得到充足保障。通過長時間對污染源環境行為的信息化積累與科學分析，將有望對綜合行政執法的管理機制、管控措施和辦法優化提供數據支撐。

圖6 生態環境全景大數據中心污染源管理監控

4 問題與展望

新北區的實踐研究為區縣級生態環境大數據平臺搭建提供了有價值的參考，但中心建成投運時間短，數據與業務的不斷磨合尚在起步，還存在一些不足，具體表現在：數據的流線化、任務的并行化有待提升；建模的動態調整及反哺優化有待進一步深入運行融合；在數據資源共享的基礎上，實現一體化管理所需求的團隊力量及部門管理制度還有待完善等。未來幾年生態環境大數據中心的建設仍需要關注以下幾點：

（1）建立區縣級的數據標準、數據安全和使用規范體系，建立支持生態環境大數據發展的組織機構并引入專業管理團隊；

（2）統一數據接口向多層級多角色用戶提供數據服務，支撐環境監管、環境監測和環境科研等領域，并進一步推動與水利、氣象、自規等相關部門的互聯互通及應用共享；

（3）智能融合應用，最終實現智能化的污染物排放趨勢和污染溯源分析，構建精準管控措施和辦法，推動城市高質量發展。

結語

大數據為生態環境精細化監管提供了新的思路和方向，常州高新區（新北區）生態環境大數據中心項目，以大規模的數據并行實現可視化功能，建立環境質量與污染源的響應關系，利用機理模型及大數據分析雙重技術手段，精準輔助環境問題處理及監察執法。研究成果在實踐中具備可復制經驗，有助于提升區域生態環境的智慧監管能力，有助于提高生態環境質量的預測溯源能力，有助于強化環境風險事件的應急處置能力，為環保人書寫好“綠水青山就是金山銀山”這份答卷點一盞明燈、獻一份力量。