生态环境大数据中心的区县级设计与应用研究
——以常州市新北区为例

姜 润 陈俐伟 杨孝罗 郭 晓

（1 常州市生态环境监控中心新北分中心 江苏常州 213000 2 邦达诚科技（常州）有限公司 江苏常州 213000 3 北京百分点科技集团股份有限公司 北京 100089）

引言

近年来，物联网、云计算、人工智能等现代互联网技术飞速发展，我国已进入抢占大数据资源的“大数据战略”时代[1]，数据强国不仅是技术层面的飞跃更新，更是一种思维模式的升级转换[2]。以习近平生态文明思想为指导，环境监测监控监管也面临着改革创新的机遇和挑战，环境保护发展离不开信息化的支撑，生态环境与大数据领域的跨界融合已是大势所趋[3]，在数据量级成倍增长的今日，主动去挖掘、定位、应用大数据的产出成果，可为环境管理高质量运行与决策提供有益参考[4～6]。

党中央、国务院和生态环境部高度重视大数据在打赢污染防治攻坚战的支撑作用，对生态环境大数据的发展和应用提出明确的要求[7]。在推进国家生态环境大数据体系建设过程中，城市（区、县级市）生态环境大数据建设和运用是关键节点[8]。区县级生态环境管理部门作为生态环境管理体系中承上启下的重要环节，承担着区域环境质量管理和污染源监管的双重责任。常州高新区（新北区）作为江苏省常州市唯一的临江板块和长江下游的重要节点，承担落实“共抓大保护、不搞大开发”的重要任务，长三角一体化、美丽江苏建设、常州“532”发展战略等区域性战略为全区发展带来新的目标与机遇。在此契机下，常州高新区（新北区）在推进落实生态环境监测监控体系建设过程中，以打造天地空一体化的监测网络为基础，创新性引进大数据技术，建设污染防治攻坚和长江大保护背景下的新型一体化指挥中心，为大数据技术在区县级的集成建设和应用实践提供有价值的参考。2021 年2 月，“常州市生态环境数据中台及监测预警一体化平台建设项目”入选IDC《中国智慧城市发展现状、最佳实践及趋势分析报告》。

1 全景大数据中心框架的构建

“十三五”以来，常州高新区（新北区）持续开展大气自动站网建设、水质自动站网建设、污染源监控能力建设、机动车远程在线监控能力建设、固定式遥测点建设等一系列监测监控能力建设，已积累丰富的多要素、多指标、多维度的监测数据，监测监控能力显著提升。但生态环境业务由国家、省、市、区各级开展，下沉到区县级的应用系统平台已突破20 余个，包括空气质量自动监测（监控）平台、水质自动监测（监控）平台、热点网格平台、污染地块管理系统、污染源在线监控系统、污染源普查系统、危险废物管理系统等，已建软件系统缺少总体规划，业务系统“各自为战”，数据“信息孤岛”情况突出[9]。在指挥调度支撑方面，现有系统欠缺联动各子部门及解决综合性问题的能力[10]。

新北区生态环境全景大数据中心的架构，充分考虑区级生态环境管理工作对数据管理、分析与应用的迫切需求，建立包括数据汇聚、自动建模等全过程的预警监控，以区域环境监管为业务中心，搭建智能化风控、指挥中心和决策支撑系统在内的环境监测监控一体化平台（图1），解决以往系统层级过多、末梢不畅、互动不足、信息化支撑不够等问题。项目汇聚19 个子业务数据平台，形成集生态环境的管控成果展示、监测监控分析、问题处理、应急管理、数据分析等为一体的实时在线系统，具体细分为空间管控、污染源管理监控、环境质量管理监控、问题处理及应急管理五大模块（图2），实现环境质量及污染源实时动态监测监控、实现污染源精准追踪、实现可视化远程调用辅助环境执法、实现生态环境工作档案数字化、实现环境普法及咨询网络化、实现多个平台一体化六大功能。

图1 生态环境全景大数据中心架构

图2 生态环境全景大数据中心模块设计

空间管控细分为生态红线、空间规划布局、生物多样性三部分，在当前保护生物多样性已成为国际社会共识的背景下，生物多样性模块将打磨成长为践行绿色发展理念的有效载体。污染源管理管控将全区重点企业及有在线监测监控设施的企业全部纳入平台进行管控，形成重点突出、区域分布均衡的实时监管网络。环境质量管理管控包括大气、水、土壤三个专题，全部实时监测、实时更新，时刻掌握环境质量现状和变化趋势，为全区环境质量逐年改善提供基础感知与数据支撑。问题处理对环境质量、污染源等监测预警、管理处置过程进行集中管理，包括任务办理、报警信息处理、设备状态报备与确认以及数据申请与审批。应急管理应用于突发应急事故场景，平台能够快速推送相关事故企业的环保统计信息，包括应急预案、企业特征污染因子及化学特性、应急联动部门及人员信息、周围有哪些应急物资库可供调度等，进一步推送事故地影响范围涉及的敏感区域，包括气体污染物传输的下风向区域内的敏感点如居民区、学校、医院等人口密集区域，周围河流在阻止水环境污染物进一步扩散中有哪些闸坝，辅助现场监测、处置、指挥与决策等工作，平台会不断收集行业成功案例，建立案例库，供类似的突发应急事故处置参考。

2 跨部门数据信息的拓展汇聚

在数据管理方面，平台的建设尝试探索生态环境监管所需的跨部门数据的互联共享。一是采集多源异构数据，涵盖环境质量、污染源监测及各项管理、自然生态、气象、区域发展、企业工商等多个维度，数据接入方式包括接口对接、数据库对接与互联网爬取等形式。二是形成数据标准体系，根据工业信息化及生态环境行业相关标准体系，建立生态环境数据的命名标准、词根标准、代码标准、编码标准，对技术标准中的系统数据库建设规范和系统共享规范做进一步细化。三是开展数据治理，基于统一的数据标准，进一步开展数据质量稽核、数据清洗、标准化处理等数据治理，提高数据质量，使得不同来源的数据可以建立有效关联和相互补充，打破业务烟囱和数据孤岛（图3）。四是设计账户和权限体系，针对不同部门的管理用户、被监管企业和公众的需求场景，分配对应的数据权限，在保障数据安全的同时提供数据资源和服务。五是数据开放共享，建立数据生产者与数据使用者的桥梁，通过数据申请与审批，满足数据的跨部门应用需求，释放数据价值。

图3 生态环境全景大数据中心数据治理流程

面对多元汇集交叉冗乱的数据，如污染源各项管理中建设项目审批、排污许可等信息由于实际建设过程中建设时期、建设部门等的不同，使得同一个污染源的基本信息在不同业务系统中不可避免地存在一些不一致的情况。本平台通过建立污染源基本信息这一主数据，结合企业工商数据，确立污染源社会信用代码这一数据唯一标识码，使得污染源各项管理数据能够有效关联，建立污染源的全生命周期档案。同时，通过加强末端硬件设备的合理布设，该档案将持续在未来的污染源监管中，不断归集、更新更多的环境管理行为数据，彻底打通环境管理脉络（表1）。自主研发的大数据管理系统，基于大数据技术组件进行优化，兼容国内主流的数据库、硬件厂商、已有的数据平台系统，并支持基于中台的二次开发，为未来复制推广和丰富拓展打好基础。

表1 生态环境全景大数据中心数据仓库

3 生态环境大数据的应用与延展

新北区“全景、全息、全过程”生态环境大数据中心，以统一的数据中台支撑条线各要素管理、各级管理部门的数据和业务需求，力求达到：“数据可信、过程可控、风险可判、责任可溯”的管理目标，通过大数据自动建模和逐步优化，形成一套智能化数据分析和决策支持系统，为管理者提供有效的信息支撑（图4），智能化、共享化的结果应用也将反向进一步深化生态环境领域的数字化管理。

图4 生态环境全景大数据中心生物多样性模块展示

平台在数据应用分析方面充分挖掘数据价值，推动综合监测数据增值。一是形成融合、标准、高可用性的数据资产，支撑业务和管理人员在全景角度通盘分析决策；二是提供数据基于GIS 引擎、报表等多种形式的直观全息展示，对业务和数据生命周期全过程进行记录、管理和追溯；三是通过高效的数据共享交换机制，可以快速、便捷、高效地搭建各类生态环境管理应用；四是以一张图汇聚展示各层级环境质量，并通过空间拓扑分析，建立环境质量与污染源的响应关系，利用机理模型及大数据分析双重技术手段，精准辅助环境问题处理及监察执法（图5）。

图5 生态环境全景大数据中心环境监管支撑

平台在落地监管实效方面，一是建立环境质量管控从数据研判、平台辅助分析到分派处置的信息化处置机制，以解决层级过多、末梢不畅、互动不足等问题，提升行政管理效率；二是实现环统、减排、排污许可、建设项目审批数据动态更新与联动的污染物排放总量一本账动态管理，为各项业务审批、监管工作提供直观的数据支撑；三是建立动态更新、覆盖全量环境管理行为的一企一档，解决业务数据回流困难，多部门业务数据不共享不流通等问题，实现“多条线、一根针”一档式管理，提升环境监管执法效率、环境管理质量以及企业满意度。

平台上线以来，依托于污染源全生命周期档案的建立，有效辅助了针对污染源的各项监督、检查、管理等工作（图6）。生态环境综合行政执法人员在现场执法检查中，只需拿出手机，打开APP，输入企业名称，就可一键浏览企业的各项环境管理档案，包括是否有建设项目的环评报告、是否完成环评报告的审批、是否取得排污许可证、许可的各项污染物排放量是多少、是否有超标排放记录、是否有环境信访记录、是否有环保信用失信记录、是否参加过企业安全生产的法律法规培训等各项信息。在大数据的支撑下，现场检查的效率与针对性将得到充足保障。通过长时间对污染源环境行为的信息化积累与科学分析，将有望对综合行政执法的管理机制、管控措施和办法优化提供数据支撑。

图6 生态环境全景大数据中心污染源管理监控

4 问题与展望

新北区的实践研究为区县级生态环境大数据平台搭建提供了有价值的参考，但中心建成投运时间短，数据与业务的不断磨合尚在起步，还存在一些不足，具体表现在：数据的流线化、任务的并行化有待提升；建模的动态调整及反哺优化有待进一步深入运行融合；在数据资源共享的基础上，实现一体化管理所需求的团队力量及部门管理制度还有待完善等。未来几年生态环境大数据中心的建设仍需要关注以下几点：

（1）建立区县级的数据标准、数据安全和使用规范体系，建立支持生态环境大数据发展的组织机构并引入专业管理团队；

（2）统一数据接口向多层级多角色用户提供数据服务，支撑环境监管、环境监测和环境科研等领域，并进一步推动与水利、气象、自规等相关部门的互联互通及应用共享；

（3）智能融合应用，最终实现智能化的污染物排放趋势和污染溯源分析，构建精准管控措施和办法，推动城市高质量发展。

结语

大数据为生态环境精细化监管提供了新的思路和方向，常州高新区（新北区）生态环境大数据中心项目，以大规模的数据并行实现可视化功能，建立环境质量与污染源的响应关系，利用机理模型及大数据分析双重技术手段，精准辅助环境问题处理及监察执法。研究成果在实践中具备可复制经验，有助于提升区域生态环境的智慧监管能力，有助于提高生态环境质量的预测溯源能力，有助于强化环境风险事件的应急处置能力，为环保人书写好“绿水青山就是金山银山”这份答卷点一盏明灯、献一份力量。