特大型城市生態環境數字化轉型的探索與實踐研究

關鍵詞：生態環境；數字化轉型；數字基座；頂層規劃

前言

在當今社會，云計算、大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈等新興數字技術正加速創新，并逐漸滲透到經濟社會發展的各個領域和全過程，推動人類社會經歷深刻而長遠的變革，對社會形態、產業形態以及政府治理形態均產生了深遠的影響。在這一數字化與生態化融合發展的背景下，順應數字化轉型的潮流，充分利用數字技術來創新生態環境治理模式與手段，提升生態環境信息化服務水平，以滿足生態環境管理的需求，已成為實現生態環境現代化治理的戰略選擇。

在生態環境領域，多年的信息化建設已使業務實現了基本的信息化，工作效率和服務水平均有所提升。然而，由于前期信息化建設缺乏系統性規劃，多采用煙囪式建設方式，隨著系統的不斷堆疊和數據的累積，業務孤島、數據壁壘以及維護壓力大等問題日益凸顯，信息化的服務動力已無法滿足新形勢下國家對環境治理能力和水平的高標準、高要求。針對這一問題，國內部分學者已展開生態環境數字化轉型的相關理論研究，但現有研究內容較為宏觀，轉型思路普適性較強而行業針對性不足，對生態環境數字化轉型的現實路徑與落地應用的指導參考相對欠缺。因此，文章以上海市這一特大型城市為例，深入探索生態環境行業的數字化轉型方法與應用實踐，旨在為類似城市的生態環境數字化轉型發展提供有益的參考和借鑒。

1生態環境數字化現狀、問題及轉型思路

1.1生態環境行業數字化建設歷程回顧與現狀

生態環境行業的數字化的建設歷程，總體上可以分為應用探索、規模建設、集約化建設三個階段。如圖1所示，上海市從2000年開始探索信息化建設，起初主要是服務政務辦公方面，信息系統規模小，數量也不多；從2010年開始，在信息技術的普及下，環境信息化的建設進入高速發展階段，至2017年，不同業務條線的需求基本上都得到信息化的實現，期間建設的信息系統數量多達40多個；從2018年開始探索系統的集約化建設，按照“一中心、兩平臺、三應用體系”總體架構，先后建立了數據中心、環保綜合業務平臺和公眾服務平臺（上海環境網站），將原有系統開始進行集成，信息化項目數量不多，但項目規模都較大。

1.2生態環境行業數字化存在的主要問題與轉型思路

“十四五”是生態環境文明建設的一個全新階段，一方面要鞏固“十三五”污染防治攻堅戰取得的成果；另一方面要立足新的階段，構建新的發展格局，突出精準治污、科學治污、依法治污，按照黨和國家深入打好污染防治攻堅戰的指示精神，以更高標準打好藍天、碧水、凈土保衛戰。在生態環境管理要求不斷升級的情況下，環境治理的模式和手段也亟需創新，當前信息化服務能力存在的不足也日益凸顯，見圖2。

（1）數據的質量良莠不齊，難以支持精細化的環境治理。早期的信息化建設匯聚了大量的環境業務數據，但因為缺少統一的數據標準、完整的數據服務鏈條，導致數據資源得不到充分的利用，無法適應精準治污的新要求。

（2）集中而不集約，難以開展信息和業務協同。雖然近幾年的信息化建設開始朝著集約化方向建設，但大多數是業務系統簡單的堆疊在一起形成整合，未從本質上解決早期煙囪式建設遺留的問題，數據壁壘、業務壁壘依然嚴重，系統的擴展性和兼容性不夠，協同監管模式難以實現。

（3）系統智能化程度不夠，難以支撐科學決策。目前所有業務的信息化，以滿足流程的線上化、資料的電子化為主，環境監管模式和監管手段仍相對落后，新技術的應用不足，需要加強核心技術的攻關和應用場景的落地，應用智能化手段來實現環境精細化、精準化的監管和治理。

根據前面的分析，目前生態環境信息化主要問題是孤島、壁壘的存在，阻礙了信息化能力的進一步提升，歸根結底是缺少系統性、整體性的規劃，導致應用系統小、散、多，數據數出多源、標準不一，業務功能重復建設。就上海市而言，已建的信息系統多達50多個，同一個污染源的信息有4種以上的版本，數據的編碼規則也有多個，導致很多圍繞污染源開展的業務存在大量反復的信息確認工作。要想實現信息化整體能力的全面提升，推動環境治理數字化轉型，必須從頂層規劃切入，完成三個“重定義”，見圖3。

①重定義數據。基于環境工作對象和業務，重新梳理數據，制定統一數據規范、標準、共享交換原則。

②重定義流程。重新梳理現有50多個業務系統的業務流，在實現原有業務功能的同時，去重去冗，實現流程優化和再造，并充分考慮后續業務流程的拓展靈活性。

③重定義體系。以集約化、智能化建設為導向，規劃生態環境大系統頂層架構，強化環保數字基座的建設和賦能，打造“縱向到底、橫向到邊”的系統架構體系。

2上海市城市生態環境數字化轉型實踐

通過對上海市城市生態環境數字化現狀的分析，結合生態環境數字化轉型方法，上海市重新構建了上海城市生態環境大系統頂層架構，架構“強中臺，輕應用”，打造了環保數字基座，并沉淀通用核心能力，并將分散的業務系統融合成五大應用，整體架構見圖4。

2.1構建環保數字基座

環保數字基座是生態環境大系統的核心部分，是打破孤島、壁壘的重要突破點，通過數字基座形成全局統一的信息化支撐PAAS能力，賦能上層應用。在上海城市生態環境數字化轉型的實踐中，基于四個核心中臺構建了環保數字基座。

2.1.1物聯中臺

環境監測是環境管理的“眼”，生態環境行業存在著多種用于實時感知環境質量的監測設備，例如水質在線監測設備、揚塵噪聲在線監測設備、空氣在線監測設備等。沒有統一的平臺來實現這些接入設備的統一接人和管理，感知數據的共享和應用大打折扣。上海市通過搭建物聯平臺，實現對物聯網感應層的各類型終端設備的大規模接入，將離散的監測設備統一進行管控。

2.1.2視頻中臺

與物聯中臺不同，視頻中臺主要是實現視頻數據的接入和處理。環境執法過程中常用到視頻數據。除此之外，在環境監測站點（如揚塵）、土壤修復工地監管、人河／人海排污口監控等場景也有視頻數據的接人和應用需求。因此，一方面為了滿足現階段視頻數據的接入需求，另一方面也是為了方便后續的視頻接入和管理，以及視頻智能應用的需求，上海通過視頻中臺來為整個生態環境大系統提供統一的視頻服務能力。

2.1.3數據中臺

目前上海市生態環境系統累計有數據10T多，雖然已建有環保大數據中心實現了數據的統一存儲，但是未對不同業務系統匯聚來的數據進行統一的梳理和治理，尤其是污染源的數據，存在多個不同的版本、編碼和數據庫，導致部門之間信息不一致。上海拋棄傳統的大數據中心概念，建設行業數據中臺，部署數據采集、治理等各類工具組件，實現數據的采集、加工、治理、存儲、應用、服務的全過程管理，讓數據徹底“活”起來。

2.1.4應用中臺

通過應用中臺，實現統一門戶、統一接人、統一用戶及權限管理，并采用微服務架構，提供包括工作流組件、表單管理、日志管理等應用支撐內容，實現不同類型生態環境項目的流程和表單的自定義，為后續業務拓展提供良好的擴展性和兼容性。

2.2沉淀通用核心能力

通過重新對現有業務系統的梳理，挖掘其中所需的共性支撐，通過能力的提取和建設，提供統一的服務，減少重復的建設。其中主要包括統一編碼能力、統一標簽能力、統一任務管理能力、統一環境地圖等。

2.2.1統一編碼能力

基于污染源全生命周期管理的需求，制定統一的污染源編碼作為貫穿污染源建立、生產經營、監察執法到注銷的唯一身份標識，以此實現數據的聚合、業務的協同，獲取完整的污染源畫像，助力科學決策。

2.2.2統一標簽能力

通過建立統一的標簽庫和標簽管理機制，為污染源的精細化監管提供有力手段。上海將標簽整體分為公共標簽和私有標簽兩大類，公共標簽由各處室統一管理和下發，私有標簽由需求個人或部門內部自定義管理。通過標簽對污染源進行多維度、多層次的標記，實現對污染源狀態、特征的精細化管理，方便工作人員快速的進行業務操作。

2.2.3統一任務管理

通過建立統一任務庫，實現所有環境監測、監察任務的歸集，并對任務庫中的任務進行梳理，通過標簽進行任務要素關聯，實現對具有相同要素的任務集中下發，通過統一調度實現對資源分配的優化。

2.2.4統一環境地圖

基于空間地理信息技術和空間數據規范標準，集成具備地理屬性的污染源、環境質量、環保專項等專題數據，形成統一的空間數據資源中心，為環境監管要素時空關聯分析提供同一個空間數據基礎，實現生態環境治理要素“一張圖”。

2.3五大業務融合協同

上海市通過對現有業務系統的整理和分析，結合生態環境職責定位，將現有50多個業務系統融合形成五大業務系統。分別是生態環境質量管理系統、生態環境綜合監管系統、生態環境一網通辦系統、生態環境保護督察與專項任務管理系統和生態環境協同辦公與應用支撐系統5個大系統。

（1）生態環境質量管理系統主要目標是實現全市生態環境質量監測、評價與預測預警。通過整合大氣環境、水環境、噪聲環境等自動監測以及手工監測數據，對控制單元進行質量評價，并結合背景條件和模型運算做出預測和預警。

（2）生態環境綜合監管系統主要涉及固定污染源及移動污染源監管、執法以及應急處置等業務，包括企業排污許可證核發及證后監管，擬新建移動源（車、船、非道路移動機械）等監管工作。

（3）生態環境一網通辦系統對接市“一網通辦”大系統，將上海市生態環境局及各區生態環境局所涉及的行政許可審批、備案和公共服務事項全部納入，持續推進電子證照推廣應用、審批流程優化等工作。

（4）生態環境保護督察與專項任務管理系統主要支撐環保督察常態化業務工作，建立各項污染攻堅任務的分類及分配、進度上報、實施效果及考核等管理工作。

（5）生態環境協同辦公與應用支撐系統主要包括統一應用支撐平臺，支持各系統單點登陸、統一用戶和權限管理，以及日常辦公、辦文、檔案、信訪處置（12345工單等）、科研項目管理以及采購等內控制度管理工作。

3生態環境數字化轉型應用效果及未來展望

3.1上海市城市生態環境數字化轉型應用效果

上海市城市生態環境的數字化轉型實踐，通過構建生態環境數字基座，打破現有系統框架，重構生態環境信息大系統，形成了環境感知一張網、協同一體系、監管一張圖三大核心能力，推動環境治理和環境監管模式的創新。具體體現在以下幾個方面：

3.1.1環境感知能力全面增強

通過環保數字基座的構建，實現了物聯、視頻、無人機、衛星遙感、手工監測等多源環境感知數據的融合，形成了空天地一體化的環境感知網絡，讓環境監管部門更加及時精準的了解環境現狀，部署環境污染防治工作。

3.1.2環境數據價值充分釋放

對上海市城市生態環境現有數據資源進行了徹底的梳理，并依托數據中臺完成數據的匯聚、治理、分析。累計匯總接人數據4億多條，數據治理3億多條，累計提供數據服務7萬余次，建立公共數據服務資源目錄100多條，為環境業務的開展提供了統一、可靠的數據基礎，數據資源綜合利用率大幅度提升。

3.1.3環境污染治理更加精準智能

通過數字基座及核心能力，實現了對環境污染源的分級分類動態管理，共建立了10余類標簽主題，100多個具體標簽。根據業務部門的不同監管需求，能從時間、行業、污染物種類、監管級別等不同維度快速建立污染源名單，制定差異化的監管任務，從而實現精細化的監管和污染治理。

同時，通過引入人工智能技術手段，替代人工進行環境污染時間、破壞環境行為等場景進行實時動態檢測，快速發現和處置問題，大大提高了環境監管的智能化水平和監管效率。

3.1.4推動環境“監管、監察、監測”三監聯動

通過重構業務流程，以數字基座為驅動，打通了部門之間的業務壁壘和數據壁壘，建立了以排污許可證為核心的污染源數據標準規范和管理機制，形成了以數據推動的環境業務“三監”聯動格局，實現了上海市城市生態環境業務創新、管理創新和模式創新。

3.2生態環境數字化轉型未來展望

從生態環境數字化轉型在上海市的探索與實踐來看，構建行業數字基座以驅動和賦能轉型，無疑是一種成功的思路與方法。然而，行業的數字化轉型是長期且持續優化的過程，仍面臨諸多挑戰與未知。數字技術的不斷演進將持續推動這一轉型的升級與創新。

展望未來，生態環境行業的數字化轉型將呈現兩大趨勢：一是數字技術的深度融合與應用，通過融合5G、物聯網、云計算、大數據、人工智能等新技術，并持續挖掘與迭代應用場景，將進一步夯實行業數字基座，提升數字化能力；二是行業交叉融合帶動產業變革，隨著各行業數字化進程的推進，數字化轉型的標準體系將更加完善，成熟的數字技術應用場景將實現跨行業復制，推動城市一體化數字基座建設與業務融合，進而引領政府服務模式與產業模式的變革與創新。

4結論

上海市作為特大型城市，其在生態環境數字化轉型的探索實踐中表明，通過構建環保數字基座，并“重定義數據、流程、體系”，能夠有效破解數據孤島與信息壁壘的難題。特大型城市可通過構建行業數字基座以驅動和賦能生態環境數字化轉型。未來生態環境行業應更聚焦數字技術的深度融合與應用，同時促進行業間的交叉融合，以此帶動產業變革，為生態環境數字化轉型注入新的動力，推動城市生態環境治理現代化邁上新的臺階。