大数据应用蓝皮书 | 生态环境大数据建设发展阶段与展望

来源:中国管理科学学会    日期:2023-05-19    浏览量:8078次

摘要


“十三五”时期各级政府不断加强环境信息化改革创新,生态环境大数据建设作为其重点工作得以快速推进,在一定程度上解决了过去长期存在的环保数据及其业务系统“散、乱、弱”,难以支撑环境管理与决策的更高要求等突出的问题,为打赢打好污染防治攻坚战提供了有力支撑。本文系统梳理分析了我国生态环境大数据发展政策方向、定义与数据分类、建设标准编制情况;综述了建设发展阶段、建设框架与先进案例;从技术发展趋势、供给产业以及生态环境大数据建设所能发挥的作用等角度对今后的发展趋势进行了展望。“十四五”时期,生态环境大数据建设进入了新的发展阶段,对环境治理能力和治理体系现代化提出了更高的要求,构建智慧高效的生态环境大数据体系将有助于推动我国生态环境保护发生转折性、全局性变化。

关键词:生态环境大数据  环境治理能力现代化 建设框架 地方应用案例 供给产业发展

作者简介


常杪

日本名古屋大学环境学博士,清华大学环境学院环境管理与政策教研所所长,博士生导师,国家信标委大数据标准工作组生态环境行业组联合组长


杨亮

清华大学环境学院环境管理与政策教研所工程师


李泽浩

清华大学环境学院在读博士研究生


徐翀崎

清华大学环境学院环境管理与政策教研所工程师

以下为《生态环境大数据建设发展阶段与展望》全文:


生态环境大数据建设发展阶段与展望


 一 、生态环境大数据发展政策方向与趋势


生态环境大数据是生态环境领域信息化、数字化、智慧化、智能化发展的重要支撑。“十三五”时期以来,在一系列国家政策的推动下,我国生态环境大数据领域得到快速发展。进入“十四五”时期,生态环境保护工作将面临新的机遇与挑战,生态环境大数据领域将迎来新的发展阶段。


(一)“十四五”时期环境保护新政带来新的技术支撑需求


自党的十八大以来,习近平总书记非常重视生态文明建设,明确提出“加快生态文明体制改革,建设美丽中国”“绿水青山就是金山银山”“既要绿水青山又要金山银山”的重要论断,体现了环境保护与社会发展相统一的生态文明建设立场。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》(以下简称“十四五”规划)第十一篇“推动绿色发展 促进人与自然和谐共生”,提出坚持绿水青山就是金山银山理念,坚持尊重自然、顺应自然、保护自然,坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主,实施可持续发展战略,完善生态文明领域统筹协调机制,构建生态文明体系,推动经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国的“十四五”目标,并指出提升生态系统质量和稳定性、持续改善环境质量以及加快发展方式绿色转型三大重点任务。2022年3月,十三届全国人大五次会议的《政府工作报告》提出了2022年政府工作任务,即“持续改善生态环境,推动绿色低碳发展。加强污染治理和生态保护修复,处理好发展和减排关系,促进人与自然和谐共生”。


生态环境保护工作将步入更加突出精准治污、科学治污、依法治污,推进生态环境治理体系和治理能力现代化的新时期;也将步入减污降碳协同减排、环境与经济协调发展科学决策的新时期;还将步入建立健全环境治理多元主体共同参与、构建良性互动的环境治理体系的新时期。生态环境大数据建设作为实现上述任务目标的支撑工具与手段将会发挥重要的、不可或缺的作用。


(二)“数字化”是实现环境治理体系现代化的重要支撑


“数字化”一词已经多次出现在“两会”代表提案和政府工作报告中,又以重墨写入“十四五”规划和2035远景目标,对于国家以及行业发展的重要性毋庸置疑。加快数字化发展,打造数字经济新优势,协同推进数字产业化和产业数字化转型已然成为国之重事。提高数字政府建设水平已经成为各级政府的当务之急,在智慧城市建设中,智慧环保作为重要板块,均成为地方政府首先要推动的建设内容之一。


二、生态环境大数据定义与数据分类


全国信息技术标准化技术委员会(以下简称“全国信标委”)大数据标准工作组生态环境大数据专题组定义了生态环境大数据,指在生态环境领域中,运用大数据理念、技术和方法,通过声学传感器、生物传感器、化学传感器、RFID技术、卫星遥感、视频感知、光学传感器、人工监察等技术手段,对大气环境、水环境和水资源、土壤环境、污染源、森林资源、湿地资源、荒漠化沙化、生物多样性、重点生态功能区、农业和农村环境、再生资源、自然保护区、核与辐射等数据的采集、存储、计算与应用,实现生态环境的现状统计、趋势预测、安全预警和综合评估,从而能够全面掌握、管理生态破坏、保护状态和环境污染与治理状态。


生态环境大数据包括了经济社会活动中产生的、可被环境保护利用的海量数据集合,并不仅限于环保部门的数据。数据主要来源于以下四个方面。


第一,环保部门。指标性监测监控数据、状态性环境管理过程数据、非结构化影像数据、空间化遥感数据、类型多样委托科研数据、二次加工产品数据等。


第二,行业数据。环境基础设施管理运营数据、企业工况设备状态数据等。


第三,相关部门。气象云图、水利管网、国土地图、工商法人、交通流量等相关部门所拥有的与生态环境保护相关的数据。


第四,互联网。涉及环保的舆情数据、与人活动相关的亿级移动终端传感数据、多源公开数据、可交易数据等。

 

三、生态环境大数据建设标准的编制


自2017年起,各级政府的生态环境大数据建设步入快速发展阶段,为了更好地推动生态环境大数据的规范建设,急需制定相关配套标准。2019年,在国家信标委大数据标准工作组的框架下,成立了生态环境大数据行业组。该行业组的组长单位分别为生态环境部信息中心和清华大学环境学院,目前已完成《信息技术  生态环境大数据 数据分类与代码》和《信息技术 生态环境大数据 系统框架》两项标准的立项工作,并已列入2022年第二批国家标准计划。


《信息技术 生态环境大数据 数据分类与代码》对生态环境管理、生态环境科学、生态环境产业等与生态环境相关的大数据进行分类并编写代码,规定了生态环境大数据的分类基本框架和代码;适用于生态环境大数据采集、交换、加工、使用以及生态环境大数据的管理工作。《信息技术 生态环境大数据 系统框架》给出了生态环境大数据的系统框架,包括数据管理要求、技术支撑要求、数据应用要求和安全保障要求四个方面,规范了生态环境大数据平台的数据管理要求、生态环境大数据活动各阶段的技术要求、数据应用的分类和流程以及平台的安全保障要求;适用于指导各级政府部门、企事业单位开展生态环境大数据的规划建设、管理运维以及交换共享等数据应用工作。两个标准的编制将有效推进生态环境大数据资源全面整合共享,破除数据孤岛,加强生态数据资源整合、推动数据资源共享服务、推进生态环境数据有序开放;为生态环境大数据建设提供系统框架,规范技术支撑、数据应用和安全保障等要求。


2022年拟申报两项新标准:第一项,《生态环境数字孪生系统技术基础框架》。该标准旨在为生态环境管理部门、相关企业、行业协会、软件咨询服务机构开发生态环境数字孪生产品时提供基础与技术规范,从而实现城市生态环境全面感知、虚实交互、智能决策、精准控制,进一步推动我国环保行业智能化、智慧化发展。第二项,《生态环境大数据 建设与应用成熟度评估模型》。该标准旨在基于生态环境相关部门大数据应用与迭代开发需求,开发针对政府部门生态环境大数据已建成果的完整性、先进性、可扩展性、业务耦合度、运营持续性、适配性、效益等多维度的评估模型,为政府部门提供生态环境大数据应用全流程指导与支撑工具。

                                 

四 、生态环境大数据建设发展阶段


(一)生态环境大数据建设发展历程


进入21世纪后,我国环境信息化建设实现快速发展。2012年前后,智慧城市建设中首次提到了智慧环保,但建设内容更偏环保行业,如水务等领域的智慧应用。2015年开始的生态环境监测网络建设的快速推进为生态环境大数据建设打下了基础,2016年,环境保护部提出了生态环境大数据建设思路,“用数据说话、用数据管理、用数据决策”使“大数据、互联网+、物联网+”等智能技术成为推进环境治理体系和治理能力现代化的重要手段,加强数据分析与应用,为管理与决策提供支撑。以环境质量改善为考核目标的定量管理更进一步推动了用数据说清污染排放状况、促进环境质量科学评估评价工作的开展。生态环境部在《2018-2020年生态环境大数据建设方案》中明确提出了数据共享大平台、信息资源大数据、协同治理大系统的建设思路。2020年,生态环境部信息化“五个一”(一朵云、一张网、一个库、一张图、一扇门)基本建成。2021年,生态环境部持续开展“生态环境综合管理信息化平台”的建设工作,已取得阶段性成果。


2016-2020年生态环境大数据建设成效的变化可以总结为以下几个阶段。第一阶段,2016年是奠基的一年:数据采集汇聚进展显著、技术支撑体系初步形成;第二阶段,2017年是强基的一年:数据资源中心基本形成、若干业务应用逐步开展;第三阶段,2018年是尝试应用的一年:质量管控解决方案、错峰生产一厂一策、事前事后全程辅助等应用出现,确定试点省市,开启试点工作;第四阶段,2019年是初步显效的一年:推进标准规范制度建设、促进新技术的实践应用、大力推进网络安全保障等;第五阶段,2020年:建设项目数量迅速增加,拓展深化大数据应用,形成生态环境大数据创新应用新业态、新模式和新方式。前三年完成基础设施、保障体系建设和试点示范工作,基本形成数据采集、管理和应用格局。2021年开始进入“十四五”期间,数字化转型进入到应用场景切实落地,体现建设实效,实现智慧化,总结经验形成理论与方法的阶段。通过新应用、新业态、新模式、新方法和新方式践行生态环境大数据的创新应用。


(二)生态环境大数据建设项目分析


2016年以来,我国生态环境大数据建设工作全面加速。从生态环境部到各省市,相关建设需求快速增长,随着建设项目的逐步落地,至2020年“十三五”末期,我国在生态环境大数据建设领域已形成了百亿元规模的需求市场。进入“十四五”时期,随着新的建设目标和要求的进一步明确,尤其是在环境监测范围扩大、监测对象增加,监管能力建设要求的升级将带来新的建设需求的情况下,相关市场需求将得到进一步释放。绿巢环境数字化服务平台发布的《中国生态环境数字化研究报告》(2021年)显示,该平台基于公开信息收集到6115项2021年各级政府开展的生态环境大数据建设相关项目,项目合同总额超过170亿元。考虑到未公开信息及政府实际预算情况,2021年政府层面市场规模可达200亿元到250亿元。


1.建设内容与单体项目规模:从实际出发、因地制宜

生态环境大数据建设项目根据具体项目的建设需求目标、建设主体、项目定位、项目预算等呈现出不同的形态。大型综合平台项目多包括监测物联网络建设、IT支撑平台建设、大数据中心建设、分析应用层建设、决策展示层建设等内容,以构建区域全要素或特定环境要素生态环境综合智慧平台。专项项目则针对具体需求,聚焦物联网建设、数据治理、应用软件开发等单项或多项内容,并根据建设目标进行配租组合。生态环境大数据建设项目的单体项目规模因需求不同、难以一概而论,且大型平台建设项目多采取统一规划、分期实施的模式。上述2021年项目统计显示,在2021年度政府开展的相关项目中,年度单体项目规模多集中于100万-1000万元,项目投资规模超过1000万元的项目仅占总体样本的5%,个别集成度较高的大型综合建设项目的年度项目投资可超过1亿元。


2.各区域项目的开展:区域间差距大、呈现向逐步传导延伸趋势


在各省市层面,该区域依据生态环境部的总体部署及各区域的实际需求,逐步推进本区域的生态环境大数据相关建设工作。受发展基础、实际需求、资金配套等多要素影响,各区域间在这一领域的发展并不均衡。广东省、江苏省、山东省、浙江省、福建省等东部沿海省份以及河北省、河南省、北京市等地区发展相对较快,东北地区、西北地区、西南地区相对滞后。在2021年实际项目中,山东省、江苏省、河北省、广东省建设项目和建设资金均居全国前列。


截至2021年,全国各省份基本都已经启动了省级生态环境大数据平台的建设工作,部分启动建设较早的省份,如福建省等已初步实现了平台的部署应用,并启动了以功能拓展升级为目标的相关建设项目。起步相对较晚的省份也已经初步完成了平台的顶层设计与基础框架搭建,加速推进相关工作。从“十三五”中后期开始,省会等中心城市、环境治理需求较大的重工业城市、部分经济基础较好的东部沿海城市,积极着手建设本区域的生态环境大数据平台。同时以化工领域为代表的部分重工业园区、产业聚集区,作为“智慧园区”建设的组成部分,开始积极开展针对本园区如“有害气体预警预报”“污染源综合监管”等结合物联网建设的专项大数据平台建设工作。


3.不同介质领域的项目的开展:大气污染治理领域先行一步


生态环境大数据建设相关项目涵盖了大气环境、水环境、固废处理处置、土壤与地下水、辐射环境、自然生态等多领域。在已开展的项目中,大气环境、水环境相关项目相对集中。尤其是在大气环境领域,在“十二五”和“十三五”时期,大气污染治理领域相关政策要求密集出台,包括工业源烟气治理、细颗粒物污染防治、臭氧与VOCs治理等多个细分领域。随着政策要求的落地,区域大气环境质量监测、污染源监督性监测、大气污染预警预报、排放清单与污染源溯源以及相关问题研判、科学管理、科学决策等需求快速释放;同时网格化微站、卫星遥感技术、高空瞭望系统等新技术的日趋成熟,使得各级政府聚焦在大气环境领域的生态环境大数据建设项目持续增加。在2021年项目中,大气环境类项目占比超过全年项目的50%,在2019-2020年的统计研究中,呈现出相同趋势。


进入“十四五”时期,水环境相关领域、大气环境相关领域与物联网技术相结合的环境大数据建设项目需求将持续增长。随着长江大保护、黄河大保护等流域治理需求以及城市黑臭河治理的深化,水环境相关领域的信息化建设将更值得关注。此外,随着“双碳”政策目标及相关重点任务的落地,在2021年已经出现了少量碳达峰、碳中和相关的信息化平台前期研究与平台建设项目,随着建设需求的日趋明确及相关技术解决方案的不断成熟,相关项目将持续增加。


4.建设发展阶段:总体处于快速建设期


生态环境大数据项目从项目阶段来看,包括前期设计、项目建设、项目运营、功能滚动升级等阶段。现阶段,虽然已经有相当一部分项目完成建设,投入实际运营,少部分建成较早的项目已经在开展升级迭代工作,但从总体而言,已建成项目于实际管理需求之间仍存在巨大的建设缺口,仍处于集中建设期。从2021年的实际项目分布来看,新建项目在数量上和建设金额上均超过了全体样本的75%,升级迭代项目从数量上占总体的不足5%。


5.项目建设模式:EPC模式是主流、逐步向数据服务升级


在项目建设模式上,现阶段由政府方明确建设要求,由专业企业提供设备、建设服务的EPC模式较为普遍。但随着需求的深入与多样性,服务模式呈现不断优化升级的趋势。在部分区域,政府从购买监测设备、购买专业软件、购买平台建设服务、购买运营服务逐步迈向基于专业企业更深层次项目参与的直接购买数据服务、趋势研判服务、预警预测服务等。环境污染第三方服务模式、环保管家模式开始在生态大数据项目领域得到广泛应用。

    

五、 生态环境大数据建设框架与先进案例


(一)生态环境大数据建设框架


生态环境大数据建设框架一般包括以下四层。一是感知物联层。通过监测指标与设备多样化、监测布点网格化、监测领域全面化扩大数据采集源,并接入相关部门统计类和手工采集类数据、网络上获取的互联网数据形成数据源。二是数据中心层。做好数据资源规划,建设数据中心,通过数据库、大数据工具、支撑平台搭建实现数据处理、管理与共享;开展云资源配置与管理工作为数据存储和应用提供硬件基础设施。三是智慧应用层。针对环境质量监测、各要素环境管理、污染源监管、环境风险与应急、业务协同、决策应用、公共服务等进行功能设计与系统开发。四是可视化平台展示。展示大数据平台建设的成效,创新适合移动端信息化系统功能、Web GIS流畅度优化、指挥调度大屏建设。


生态环境大数据规划的主要对象是各级政府的环保部门和工业园区。省级政府通过生态环境大数据建设支撑任务制定、拆解、调度、督办、核查、销号、汇总、上报、考核和宏观决策等工作;市级政府通过生态环境大数据建设支撑解决方案制定、执行、跟踪、上报、自考核、审批、执法、处罚等工作;区县级政府通过生态环境大数据建设支撑应对考核、发现问题、解决问题、落实分工、污染源全流程管理等工作;工业园区通过生态环境大数据建设支撑入园项目布局优化、园区环境质量监测、企业监管、企业服务、供需对接等工作。生态环境大数据建设支撑智能监测、智慧管理、科学治理,提升各级政府环境管理能力与水平。


(二)政府生态环境大数据建设案例


2021年9月,国家信标委大数据标准工作组生态环境大数据行业组正式启动“生态环境大数据先进技术与解决方案”征集工作。共征集到近30家单位100余个案例,经过评估,结合生态环境要素及业务领域,对筛选出的25家单位共计90个先进案例进行分析。部分案例以生态环境大数据综合应用为主,涉及多种环境要素的集中管控和多重环境管理目标的功能实现,以多部门协作、数据联动的方式满足环境态势感知、污染精准治理、环境智能决策等不同的管理要求。环境要素类应用主要包括的建设内容如下。


1. 大气环境管理和双碳领域


主要是针对区域内扬尘、细微颗粒物、臭氧和VOCs等大气污染物的智能监测和管理,碳排查、碳监测以及碳资产管理等具体要求。


2. 水环境管理领域


依靠水质标准管理数据、水质监测数据等多维异构信息的融合,结合无人机、卫星遥感等技术,实现对水环境的模拟、评价、预测、预警以及溯源等管理目标。此外,部分应用以流域综合管控为目标,在流域内实现水环境及污染源综合监管等,通过信息化系统进一步提高湾长制、河长制的管理制度优势,更好地提高水环境应急指挥、水环境决策分析等能力。


3. 污水管网领域


主要涉及对废水污染源排放情况、污染物处理设施运行情况等进行监测、分析和管理,实现对各监控对象的数据监控、地图监控、数据统计、报表和分类查询、智能报警、预警预测和决策分析以及物联网远程智能控制等。


4. 土壤环境领域。


主要利用土壤调查数据、分析评价数据、企业监管数据、土壤修复数据、服务商数据、土壤专家数据和档案数据,开展土壤污染调查,提升土壤环境信息化管理水平。


5. 危险废物领域


实现危险废物全面监管,并在危废监管大数据的基础上对各种指标和因素的未来趋势进行预测分析,建立“机防为主,人防为辅”的危废监管新体系。


6. 自然生态领域


解决了数据管理和共享应用的问题,提供便于查询的实时数据,如建立了“三线一单”数据共享系统,实现了在线、实时的生态环境、林火和城市热岛等生态监测功能查询。


7. 污染源管控领域


布设污染源过程监控(用电、用水、用气量监控),提高环境监管部门对企业生产状况、规范排放的监管力度,解决了当前环境监察执法工作中存在执法人员不足,执法主动性、专业性、及时性不高等问题;在对企业的环境风险评估过程,通过实时数据抓取及模型计算,结合环境历史数据分析和专家现场勘察结论,为保险行业提供更加可靠的环境风险预警数据。


8. 工业园区领域


通过建立准确、完整、统一、动态的园区环境保护信息及污染物监管对象电子档案,实现信息化管理,落实园区环境管理的主体责任,提升园区环境管理水平。


9. 污染治理领域


实现了对生产设备的远程数据监控和故障报警功能,利用手机推送功能为维护提供支持;在出现疑难问题,现场无法快速处理时,实现系统程序的远程监控,从而快速排查、准确定位问题。


10. 应急管控领域


利用无人机和GIS技术,快速、准确地返回科学决策所需的现场信息,通过大数据分析、云计算、BI、ETL/OLAP等技术,实现数据从源到端全程化监控,全方位提高生态环境综合治理能力,为环境质量决策提供数据支撑。


11. 生态环境监测领域


充分运用物联网、大数据、5G、可视化等新技术,通过平台把大数据转换成为真正意义的资产,实现承上启下、上下贯通、业务协同,并产生价值,从而加强推进生态环境治理现代化。


本文选取了几个有代表性的地区生态环境大数据建设案例, 从中可以了解其建设思路、亮点与创新点。


●福建省


福建省作为“数字中国”的发源地,早在2000年就以时任福建省省长习近平提出的“生态省”战略和“数字福建”的重大决策为起点正式推进“数字福建”建设。在此良好基础上,2016年,福建省按照“大平台、大整合、高共享”的集约化建设思路,围绕“一中心、一平台、三大应用”体系,着力打造全省共建、共享、共用的“生态云”1.0,助力生态环境管理转型。2019年,福建省在已有建设成果的基础上,围绕“一张图+N应用”的架构体系和“微服务、组件化”的技术支撑体系,建成“生态云”2.0,实现了数据资源高度集成共享、业务系统融会贯通、便民服务水平大幅提升。2021年福建省完成了生态环境信息化“十四五”规划,积极开展生态环境数字化转型顶层设计方案和生态环境治理数字化理论体系与制度体系研究,不断创新、融合、强化、重构生态云支撑能力,全力推动生态云建设提档加速、提智增效,为建设“数字生态”示范省与国家生态文明试验区、国家数字经济创新发展试验区提供有力支撑。


●甘肃省


甘肃省生态环境厅于2018年开展甘肃省生态环境监测大数据管理平台建设,总体目标是构建“云上甘肃生态环境”。作为全国生态环境行业首个全要素、一体化、系统性的大工程,该平台是全国省级大数据平台单体项目建设金额最高、建设周期最长、覆盖范围最广、业务要素最全、集成难度最大的平台。目前,936项任务已基本建设完成,部分成果已在生态环境管理工作中得到了较好的应用,初步实现了“一张网”互联互通、“一平台”承载融通、“一中心”汇聚贯通、“一张图”应用联通、“一窗口”服务畅通,为深入打好污染防治攻坚战、推进生态文明建设提供了有力支撑。该平台基于空间地理信息,按照“能监测、能监管、能预警、能预报”的生态环境管理业务主线,构建涵盖“大气、水、土壤、自然生态、应急指挥、污染源监管、固废监管、核与辐射、应对气候变化”和宏观决策分析等全业务要素的“1+9”个业务协同大系统。同时创新生态环境服务理念,建立全省生态环境“互联网+政务服务”的“1+8”个政务系统。


●北京市大兴区


北京市大兴区智慧生态是大兴区建设智慧城市的一部分。通过智慧生态建设,加强物联网、大数据、人工智能和云计算等先进技术手段在生态环境管理领域的应用,建立完善的有效支撑生态环境科学化决策、精细化监管、数据化管理的全景式生态环境形势研判模式,提升环境管理效率,为大兴区生态环境管理水平的提升提供有力支撑。主要建设内容包括生态环境监测感知体系、生态环境数据资源分析中心、生态环境综合展示平台、大气精细化管理决策平台、水环境综合管理平台、土壤综合管理平台、污染源协同管理平台、风险防控与应急指挥平台、生态综合管理平台、智慧生态公共服务平台、智慧生态综合决策支持平台等。为提升大兴区污染源监管水平,实时掌握全区各类涉污企业生产运行状态,落实国家、北京市“互联网+环保”支撑精准治污、科学治污、依法治污发展规划,助力涉污企业绿色安全生产,大兴区生态环境局通过先进的“人工智能千里眼”技术构建全区涉污企业用电、用水、用气感知体系和污染源过程监控系统,通过5G、物联网、大数据等技术动态掌握全区涉污企业生产运行状态,及时发现涉污隐患,充分挖掘数据价值,助力大兴区污染源监管迈上新台阶。其建设特色可总结为,一是新视角。从能耗、生产要素、运行工况的视角,摸清企业、行业、镇街生产规律、排污规律,构建大兴区企业画像、行业画像、区域画像,做到情况清、底数明。二是新思路。针对大气环境治理中按照企业规模、行业类型和区域进行停限产、排放管理的传统模式,将能耗和生产要素作为新的参数,形成停限产管理、污染治理和排放管理的新思路。三是新策略。避免传统对涉污企业停限产“一刀切”的做法,结合新视角和新思路,形成更加精细化的污染源管理方案,为全区污染源管理决策提供新策略。

 

(三)国家智能社会治理实验基地


人工智能技术在智慧城市建设中发挥着重要的作用,为深入开展人工智能社会实验工作,中央网信办秘书局、国家发展改革委办公厅、教育部办公厅、民政部办公厅、生态环境部办公厅、国家卫生健康委办公厅、国家市场监管总局办公厅、国家体育总局办公厅于2021年确定了第一批10家综合基地和82家特色基地。采用社会实验等规范性方法开展智能社会治理的理念和工具研究,鼓励各地创新基地组织管理模式和建设运营方式。环境治理作为特色基地应用选取了江苏省、广东省深圳市、安徽省、重庆市、四川省、河北省雄安新区、天津市、河南省鹤壁市、海南省和内蒙古自治区进行应用场景构建、经验理论总结、政策标准制定和管理机制建立等先行先试的工作,其实验效果值得关注。

 

六、 生态环境大数据发展趋势与展望

 

(一)生态环境大数据建设技术发展阶段与展望


从技术和应用角度来看,生态环境大数据建设分为三大建设阶段。


第一阶段,坚实基础,全面协同阶段。主要包括内部数据汇集、搭建统一平台即数据中心、建立标准规范、展开业务协同类应用、建设数据可视化即一张图等。


第二阶段,目标管控,探索融合阶段。主要包括基于大数据应用的环境物联网创新、云计算创新、大数据挖掘、精细化管理应用、辅助决策及优化可视化等。


第三阶段,脑力提升,服务增强。主要包括公共数据开放、跨部门数据协同、一站式服务、基于人工智能的精细化管理与科学决策的应用场景的拓展、基于数字孪生带来的污染源排放与环境质量之间精细化动态管控体系的构建等。


结合对环境物联网传感器技术、无线网络通讯技术以及环境物联网的应用场景的系统分析,发现现阶段环境物联网在实际应用中存在以下问题:数据质量和精准度缺乏保证,数据传输能力存在瓶颈,数据共享还未打通,对数据的分析应用还有待提升。而现有的环境物联网的设计还无法完全满足这些政策需求。结合物联网监测技术与低功耗广域网/5G、边云协同、机器学习等大数据技术的最新进展,预计未来传感器创新的主要方向将是降低成本和体积,发展校准技术和算法,增加应用场景、提高性能指标;传输层方面将形成5G面向高通量、高速率、低延时数据传输,NB-IoT和LoRa面向小数据包传输的格局,而区块链技术的应用则有助于生态环境大数据采集传输防篡改及开放共享;应用层方面,边云协同与机器学习算法的应用有助于突破环境物联网数据应用在算力和算法方面的瓶颈。充分考虑环境数据的特征和环境管理业务的需求,结合物联网和大数据技术的研究进展,为实现精细化管理与科学决策提供技术支撑,才能实现更精细化、精准化的环境管理,提升环境管理水平(见表1)。


(二)生态环境大数据建设相关产业发展


随着我国生态环境大数据相关需求所带来的新兴的巨大市场,供给方正在形成有多主体参与的有机的供给链条。包括开展机理研究、顶层设计、数据模型的专业科研院所、高校;开展大数据中心建设及应用功能实现的环境信息化专业企业及综合软件开发企业;开展网络传输、网络硬件设备保障的IT专业企业;开展监测设备生产制造、物联技术开发与实现的监测物联类企业;开展建设项目整合集成的综合运营企业等。随着市场规模的扩大与各类优秀参与的不断进入,现阶段已初步形成了竞争格局,相关产业持续快速发展。


全国信息技术标准化技术委员会大数据标准工作组生态环境行业组就生态环境大数据市场需求感知度,在2023年3月,针对36家从业企业进行了调研。调研分析结果显示,几乎所有被调研企业均认为当前国内生态环境大数据市场需求规模较大,当前及未来一段时间,国内中长期生态环境大数据市场需求会逐步增加,未来有较为可观的发展空间。同时半数以上的被调研企业认为国内生态环境大数据相关产业发展的速度较快。近半数被调研企业的反馈能够及时、准确地把握国家、区域生态环境大数据相关政策、标准动态与方向。大部分调研对象企业认为企业自身发展面临较为激烈的市场竞争,且由于市场获取渠道、技术供给能力和产品覆盖度不够等问题,行业内业务协作的必要性较大。


(三)生态环境大数据助力精准治污与科学治污


随着新时期“生态环境质量持续改善”目标的提出,污染防治攻坚战的升级,治理范围的扩大,对环境治理能力提出了更高要求。生态环境大数据将在构建现代环境治理体系中发挥关键推动作用,具体体现在以下四个方面。


1. 支持更全面的掌握环境现状


作为“测管治”的最前端,环境监测是环境管理的基础,是科学管理决策的重要依据。RFID技术、卫星遥感、视频感知、传感器等先进感知技术的应用,支持管理部门及时、准确、全面采集环境信息,从而实现对环境质量和污染排放情况的把握、评估以及预测。


2. 畅通业务流程、激发管理效能


随着减污降碳、水陆统筹、三水统筹等治理理念的提出,新时期生态环境治理思路开始由单一要素的监管转向系统治理、整体施策。然而生态环境管理部门内部业务流程和信息交流中存在的壁垒,严重阻碍了相关工作的开展。生态环境大数据建设通过对生态环境业务流程的再造和重组,推动技术融合、业务融合、数据融合,进而实现跨层级、跨区域、跨部门、跨业务的协同管理和服务。


3. 提升决策的科学性和针对性


生态环境治理范围深度和广度的拓展,既要求管理部门找准问题、精准施策,还要求管理部门能够系统考虑、统筹兼顾。前者要求强化对环境问题成因机理及时空和内在演变规律的研究,在对环境监测数据进行挖掘分析的基础上,及时发现问题、预警预报,同时识别环境质量与污染排放间的关联关系,精准追溯到对应的监管对象,提升决策的针对性。后者则要求全面汇聚生态环境和社会经济数据,开展关联分析与趋势研判,不断提升宏观决策能力,统筹生态环境全要素一体化监管。要保障生态环境质量的持续改善和经济的高质量发展,必须将决策范围从末端监管治理转向源头预防和全过程控制,建立起科学的环境治理效益分析模型,基于减排路径的模拟推演,实现以环境质量目标倒逼总量减排、源头减排、结构减排,为生态环境治理工作提供顶层指导。


4. 助推由管理到服务的转型


随着经济社会的发展,环境问题日益复杂,单纯依靠政府行政手段进行环境治理的传统模式已经难以彻底解决问题,生态环境保护工作越来越需要全方位调动企业、社会力量参与,从单一职能部门的小环保走向全社会共同参与的大环保。面向企业,首先需要优化行政审批流程,通过数据的留存与调用、辅助填报等功能,降低企业填报负担,助力企业合规发展;同时需要推动企业环境信用评价体系全面运行,加强企业环境治理信息公开,约束企业主动落实环保责任;应通过搭建环保企业、技术平台,提供环保政策法规及资讯推送等手段,促进环保产业的发展和环保技术的创新,最终实现治污能力和水平的提升。面向社会组织和第三方机构,需要搭建对接平台,形成良好的信息资源共享和环境保护合作机制,充分发挥监测机构、科研机构、专家等的专业力量。面向公众,一方面应利用信息的智能推送算法,以及虚拟现实等交互技术的应用,进一步加强环境信息公开,提升环保宣教水平,充分调动公众参与环境治理的积极性;另一方面应使公众监督和举报反馈渠道保持畅通,强化舆论引导和应对机制,充分发挥公众的监督作用。



文章来源:《中国大数据应用发展报告2022》