基于智慧化的數(shù)字環(huán)保一體化平臺建設(shè)與研究

楊學(xué)軍 周聿泓

摘 要：數(shù)字環(huán)保發(fā)展趨勢是智慧化，在智慧環(huán)保背景下，數(shù)字環(huán)保一體化平臺建設(shè)思路和研究在環(huán)保管理創(chuàng)新中很重要，文中提出了數(shù)字環(huán)保的基本框架并通過詳細(xì)的分析和系統(tǒng)平臺建立，將物聯(lián)網(wǎng)與移動執(zhí)法、資源整合、模型應(yīng)用融合，通過實際在環(huán)境監(jiān)管與預(yù)警方面的應(yīng)用促進了環(huán)境管理模式創(chuàng)新。文中就數(shù)字環(huán)保的建設(shè)思路及方法、應(yīng)用重點等問題做了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：數(shù)字環(huán)保 物聯(lián)網(wǎng) 信息集成 監(jiān)管預(yù)警 環(huán)境模擬

1 引言

智慧環(huán)保是環(huán)境管理工作發(fā)展的新興模式，它的本質(zhì)在于數(shù)字化與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合，是環(huán)境信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)。環(huán)境監(jiān)管預(yù)警是環(huán)境管理的重要職責(zé)，隨著智慧化建設(shè)和精細(xì)化管理的要求，數(shù)字環(huán)保對環(huán)境監(jiān)管的作用尤為突出，為加快建設(shè)數(shù)字環(huán)保，整合與利用環(huán)境信息，積極采用在線監(jiān)控、移動執(zhí)法為監(jiān)管一線服務(wù)，加強環(huán)境生態(tài)資源及環(huán)境狀況分析和評估，深圳在數(shù)字環(huán)保一體化建設(shè)時重點分析了環(huán)境監(jiān)管需求，尤其在移動執(zhí)法、應(yīng)急管理、環(huán)境預(yù)警方面加強智慧化應(yīng)用，對該平臺建設(shè)分析總結(jié)將對進一步擴展應(yīng)用深度和廣度，實現(xiàn)智慧環(huán)保奠定基礎(chǔ)。

2 智慧化數(shù)字環(huán)保一體化建設(shè)思路

2.1 一體化建設(shè)與統(tǒng)籌規(guī)劃

數(shù)字環(huán)保因為覆蓋業(yè)務(wù)廣、應(yīng)用模塊多、系統(tǒng)間關(guān)系復(fù)雜、涉及技術(shù)多，系統(tǒng)建設(shè)必須統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施。首先主要立足于梳理整合、搭好框架，建立環(huán)境信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，搭建軟硬件基礎(chǔ)平臺，開展環(huán)保監(jiān)管信息集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)、環(huán)境在線監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境應(yīng)急管理系統(tǒng)及環(huán)境數(shù)據(jù)中心和環(huán)境地理信息平臺，在打好基礎(chǔ)后開展城市資源及環(huán)境質(zhì)量分析與預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)。

2.2 一體化建設(shè)與業(yè)務(wù)流程再造

數(shù)字環(huán)保應(yīng)首先從業(yè)務(wù)應(yīng)用入手，對業(yè)務(wù)流程進行全面梳理整合。通過梳理整合，改變以往部門各自為政、串聯(lián)操作的工作方式，對主要業(yè)務(wù)流程實現(xiàn)跨部門、跨時間、跨空間的流程再造，同時也理清了業(yè)務(wù)流程之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，實現(xiàn)信息資源在整個業(yè)務(wù)流程上的共享使用，保障了輸出信息的同質(zhì)性。

2.3 一體化建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)化體系

在數(shù)字環(huán)保建設(shè)過程中，應(yīng)該堅持標(biāo)準(zhǔn)先行，以國內(nèi)相關(guān)信息標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市環(huán)保管理的實際開展環(huán)境信息化標(biāo)準(zhǔn)體系研究工作，要制定一系列管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要根據(jù)元數(shù)據(jù)、信息分類編碼、數(shù)據(jù)交換等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立信息資源目錄體系，搭建數(shù)據(jù)交換平臺，構(gòu)建環(huán)境數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 智慧化數(shù)字環(huán)保重要基礎(chǔ)

3.1 智慧環(huán)保特征

智慧環(huán)保系統(tǒng)是通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)應(yīng)用提高環(huán)境管理水平、提升環(huán)境執(zhí)法效能、有效防范環(huán)境風(fēng)險和實現(xiàn)環(huán)境科學(xué)決策的智能化平臺，具有智能感知、智慧分析和智能決策的功能。首先是建立智能感知體系，對水環(huán)境、氣環(huán)境、污染源等進行全過程監(jiān)控，以盡可能實時地了解污染狀況；二是建立環(huán)保統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與各感知點的互聯(lián)互通；三是建立環(huán)保云數(shù)據(jù)中心，納入環(huán)境感知數(shù)據(jù)、環(huán)境管理數(shù)據(jù)，同時有效整合水文、氣象和周邊城市環(huán)境質(zhì)量信息等公共資源，對數(shù)據(jù)進行智能分析；四是建立智慧應(yīng)用及決策系統(tǒng)。包括移動執(zhí)法管理系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量評價系統(tǒng)等環(huán)保智慧應(yīng)用系統(tǒng)和環(huán)境智能決策系統(tǒng)，使環(huán)境管理、環(huán)境決策、預(yù)報預(yù)測更為科學(xué)、準(zhǔn)確。智慧化數(shù)字環(huán)保是智慧環(huán)保的探索，結(jié)合運用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算等技術(shù)逐步形成智慧環(huán)保。

3.2 污染源監(jiān)管信息集成

智慧化數(shù)字環(huán)保的污染源監(jiān)管信息集成是將原來的多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，采用專用的工作流引擎，以任務(wù)的形式為驅(qū)動，打造業(yè)務(wù)協(xié)同工作平臺，形成一體化業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，便于對業(yè)務(wù)辦理進行跟蹤、督辦及考核。

系統(tǒng)內(nèi)容包括從建設(shè)項目審批、建設(shè)項目試生產(chǎn)、建設(shè)項目驗收到排污許可證、排污收費、污染源日常管理、污染源監(jiān)測、限期整改、限期治理、行政處罰、環(huán)保信訪、固體廢物轉(zhuǎn)移管理等。信息集成使得污染源從產(chǎn)生開始，自動將相關(guān)信息轉(zhuǎn)后續(xù)監(jiān)管部門共享，并且后續(xù)的信息自動歸聚到同一污染源，隨時反映污染源的動態(tài)管理狀況；同時加強對環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理，并且在污染源排污狀況與環(huán)境質(zhì)量狀況之間建立聯(lián)系，從而達到通過對點源的管理改善宏觀環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)。

污染源監(jiān)管在實踐中有統(tǒng)一的污染源臺帳做數(shù)據(jù)支撐，制定污染源管理辦法，建立完善的污染源全生命周期的動態(tài)管理機制，實現(xiàn)污染源全過程管理（如圖1所示）。

3.3 環(huán)境云數(shù)據(jù)中心

智慧化數(shù)字環(huán)保的環(huán)境云計算中心主要包括環(huán)境云平臺和環(huán)境云數(shù)據(jù)交換和共享平臺。環(huán)境云平臺僅可供內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用，以確保環(huán)境業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)對環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)察、環(huán)境執(zhí)法和環(huán)境管理決策等業(yè)務(wù)的動態(tài)支撐。

環(huán)境云數(shù)據(jù)中心是數(shù)字環(huán)保核心，云數(shù)據(jù)中心必須建立完善的資源目錄體系，提供對環(huán)保數(shù)據(jù)的各種查詢。云數(shù)據(jù)交換的中心，將各個系統(tǒng)以元數(shù)據(jù)的方式進行共享交換。完成對各種環(huán)保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集。它能夠快速可靠的與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；同時對數(shù)據(jù)進行深入挖掘分析，構(gòu)建先進的智能分析平臺，如圖2所示。

4 智慧化數(shù)字環(huán)保一體化平臺

通過智慧化環(huán)保系統(tǒng)建設(shè)，做到每時每刻掌握、監(jiān)控環(huán)境和污染源數(shù)據(jù)，再由智能應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理及智能云數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理，進行智能決策，并由移動終端提供報警預(yù)警，從而規(guī)范并提高環(huán)境管理、環(huán)境執(zhí)法與公眾服務(wù)能力和水平，保障環(huán)境安全、改善環(huán)境質(zhì)量。實現(xiàn)從環(huán)境保護向生態(tài)保護和生命保護轉(zhuǎn)變，最終使環(huán)保管理更智慧，實現(xiàn)人居環(huán)境安全與城市可持續(xù)發(fā)展。

4.1 環(huán)保監(jiān)管集成系統(tǒng)

環(huán)保監(jiān)管集成系統(tǒng)采取任務(wù)管理的模式，加強對每個審批事項的監(jiān)督管理，并詳細(xì)規(guī)定每個辦理階段的時限（審批、審核、簽批），保證任務(wù)及時辦理，并且可以隨時進行督辦、提醒。在建設(shè)項目開始試生產(chǎn)時，自動生成污染源并轉(zhuǎn)到執(zhí)法部門進行“三同時”監(jiān)察并核定排污費。該系統(tǒng)對所有業(yè)務(wù)辦理的情況進行記錄、跟蹤、督辦、統(tǒng)計，使得各項任務(wù)辦理情況一目了然，便于網(wǎng)格化、精細(xì)化監(jiān)督檢查。

4.2 智能化環(huán)保移動執(zhí)法系統(tǒng)

智能化環(huán)保移動執(zhí)法系統(tǒng)是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市中的典型應(yīng)用，在智慧城市中為城市管理和公眾參與提供一種智能化手段，它能隨時通過上網(wǎng)的手機查詢到企業(yè)的環(huán)保信息；可通過智能手機完成現(xiàn)場取證工作；同時可隨時隨地查看企業(yè)在線監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)和視頻圖像，實行全天候監(jiān)管。監(jiān)察部門領(lǐng)導(dǎo)通過該移動執(zhí)法系統(tǒng)，能查詢指派任務(wù)、查看執(zhí)法軌跡、掌握執(zhí)法動態(tài)、稽查執(zhí)法質(zhì)量及專項執(zhí)法工作任務(wù)的完成情況。

各類環(huán)境監(jiān)察任務(wù)系統(tǒng)由自動發(fā)送至工作人員的執(zhí)法終端（PDA、平板及筆記本），執(zhí)法人員通過執(zhí)法終端隨時查看并完成任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容涵蓋了環(huán)境監(jiān)察的相關(guān)業(yè)務(wù)，包括：現(xiàn)場執(zhí)法、排污收費、信訪管理、在線監(jiān)控以及各類預(yù)警任務(wù)。

充分利用移動執(zhí)法終端的便捷性，執(zhí)法人員和監(jiān)察部門領(lǐng)導(dǎo)可隨時查詢企業(yè)的一廠一檔信息，通過一廠一檔企業(yè)信息的執(zhí)法終端查詢，有效解決執(zhí)法崗位輪換及人員變動導(dǎo)致紙質(zhì)檔案管理難的問題，同時便于執(zhí)法人員及時了解企業(yè)的真實環(huán)保信息，切實提高環(huán)境監(jiān)察工作效率和改善執(zhí)法科技手段。

通過移動執(zhí)法系統(tǒng)的現(xiàn)場執(zhí)法行業(yè)專屬筆錄的使用，在完成監(jiān)察頻次要求的同時確保執(zhí)法檢查不留死角，從技術(shù)上解決了環(huán)境監(jiān)管瀆職、失職的責(zé)任問題，有效規(guī)范了環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法的流程和行為。

4.3 城市環(huán)境應(yīng)急管理系統(tǒng)

城市環(huán)境應(yīng)急管理系統(tǒng)實現(xiàn)了環(huán)境應(yīng)急預(yù)防、準(zhǔn)備階段的應(yīng)急能力的信息化管理及專業(yè)應(yīng)急信息庫建設(shè)；為應(yīng)急指揮建立科學(xué)的應(yīng)急響應(yīng)流程和指揮調(diào)度的信息即時傳送交互。面對突發(fā)事故時，應(yīng)急部門通過系統(tǒng)進行快速接處警、事故確認(rèn)、任務(wù)指派、方案指導(dǎo)等應(yīng)急響應(yīng)工作，并為決策部門提供全方位的事故現(xiàn)場實時情況。

4.3.1 應(yīng)急信息庫

建設(shè)多個應(yīng)急信息庫：危險化學(xué)品應(yīng)急處置信息庫、危險源信息庫，應(yīng)急專家?guī)?、?yīng)急文獻庫等。運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對常見危險化學(xué)品、深圳市危險源和核管信息做科學(xué)的分類存儲和建立多種便捷的數(shù)據(jù)檢索查詢接口。使得在應(yīng)急時快速調(diào)用出針對性的信息。

4.3.2 應(yīng)急能力協(xié)作管理

各部門通過應(yīng)急隊伍和應(yīng)急物資管理功能，明確應(yīng)急響應(yīng)時的應(yīng)急組織架構(gòu)及各崗位職能，建立應(yīng)急聯(lián)絡(luò)和應(yīng)急值班制度，統(tǒng)一對各部門的應(yīng)急車輛、監(jiān)測儀器、處置設(shè)備、防護裝備等切實管理。實現(xiàn)有效人員和應(yīng)急物資的組織管理和調(diào)度，實現(xiàn)了多部門管理協(xié)作。

4.3.3 事故等級確認(rèn)與指揮

在應(yīng)急響應(yīng)開展前，要根據(jù)事故等級、污染影響范圍設(shè)定應(yīng)急區(qū)域：控制區(qū)、監(jiān)督區(qū)、監(jiān)測區(qū)等（如圖3所示）。各應(yīng)急專業(yè)隊伍在相應(yīng)的區(qū)域展開工作，可以通過GIS平臺對事故位置進行定位，并實施人員進出的控制和在應(yīng)急區(qū)域內(nèi)組織疏散。

4.3.4 事故可視化模擬

通常在水環(huán)境的突發(fā)環(huán)境事故時，利用以EFDC為核心的水動力及水質(zhì)模型進行快速模擬預(yù)測。針對不同類別污染物泄漏事故（如重金屬、氨氮、有機污染物等），設(shè)計多種應(yīng)急處置預(yù)案，可以快速模擬計算并將多方案情況下情景預(yù)測成果可視化，便于處置方案比較和優(yōu)化，為環(huán)境管部門應(yīng)急決策提供依據(jù)。

4.4 智慧化環(huán)境預(yù)警

環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)是利用模型技術(shù)與GIS的結(jié)合，將模型應(yīng)用于環(huán)境影響評價、應(yīng)急管理、環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境污染原因預(yù)測預(yù)警等方面，為環(huán)境管理與決策提供科學(xué)、有效、直觀的輔助支持。

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-地面水環(huán)境》和《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境》建立模型，對環(huán)境影響評價結(jié)論進行核實，對環(huán)境現(xiàn)狀評價。

水模型主要包括EFDC海灣模型、EFDC河流模型及EFDC水庫模型。利用水網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，建立部分流域污染源、污水管網(wǎng)、污水處理廠、河流網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測斷面的空間拓?fù)潢P(guān)系，實現(xiàn)污染源的排放去向和影響路徑的查找，影響監(jiān)測斷面水質(zhì)污染源的查詢和統(tǒng)計，實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀評價，實時動態(tài)模擬，原因分析和預(yù)測預(yù)警。

大氣模型主要建設(shè)了高斯模型和MM5模型。高斯模型通過污染源、氣象等參數(shù)的輸入，系統(tǒng)可以計算污染物隨風(fēng)擴散的區(qū)域及濃度的空間變化，利用GIS的空間分析功能，可評價污染源對周邊環(huán)境所造成的影響，為環(huán)境影響評價的技術(shù)審查提供了很好的手段。

噪聲模型將噪聲轉(zhuǎn)化為不同顏色和深淺代替的平面或三維電子地圖，直觀形象表現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的噪聲分布，清晰了解目標(biāo)區(qū)域的噪聲現(xiàn)狀；還可以系統(tǒng)地預(yù)測、分析和比較各種降噪措施的效果。

5 結(jié)論

智慧化數(shù)字環(huán)保建設(shè)立足于為環(huán)境管理服務(wù)，在環(huán)保監(jiān)管業(yè)務(wù)集成系統(tǒng)、環(huán)境數(shù)據(jù)中心、環(huán)境地理信息系統(tǒng)、模型分析、移動執(zhí)法、公眾服務(wù)等方面緊密結(jié)合環(huán)境監(jiān)督管理工作實際，也為進一步智慧環(huán)保進行了實踐和探索。下一步在完善提高基礎(chǔ)上，逐步要建立全市統(tǒng)一的環(huán)境智能感知體系，對全市環(huán)境質(zhì)量、污染源、生態(tài)、機動車等進行全面感知和全過程監(jiān)控；有效整合周邊城市環(huán)境質(zhì)量等信息資源；加強環(huán)境智能化監(jiān)控、監(jiān)測、監(jiān)察和信息發(fā)布，構(gòu)建環(huán)境質(zhì)量智能評價決策體系，保障市民的環(huán)境知情權(quán)；提高環(huán)境的智能化分析、預(yù)警和監(jiān)測水平，為全面提升環(huán)境質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，創(chuàng)造技術(shù)條件。

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