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方华峰 | 基于大数据的三峡库区生态环境监测体系构建
发布日期:2019-05-27 信息来源:《人民长江》 访问次数: 字号:[ ]

摘要:长江三峡工程生态与环境监测系统经过20a的发展,初步形成了基于行业管理的常规监测与基于三峡工程的专项监测相结合的三峡库区生态与环境监测网络体系。随着工程完工进入运行期,以及国家对长江流域生态与环境保护要求的提高,原有的监测体系亟需优化完善。大数据时代的到来,给生态环境保护领域管理带来了全新的思维模式,以往难以解决的诸多复杂、多维、并发的综合性难题,可通过大数据整合社会各方资源进行多元协同处理得到解决。分析了三峡库区环境监测网络的现状与存在的问题,论述了建设三峡库区生态与环境监测大数据的必要性,提出用大数据思维构建库区生态与环境监测网络体系的设想及相关建议。

关键词:大数据;生态监测;环境监测;三峡库区


新一轮信息技术革命与人类经济社会活动的交汇融合,引发了数据爆炸式增长,大数据概念应运而生,并深刻影响着社会的各个方面。2015年8月,《国务院关于印发促进大数据发展行动纲要的通知》(国发〔2015〕50号(简称《行动纲要》),将大数据上升到国家战略层面,提出了我国大数据发展的顶层设计,成为指导我国未来大数据发展的纲领性文件。《行动纲要》认为,大数据是以容量大、类型多、存取速度快、应用价值高为主要特征的数据集合,正快速发展为对数量巨大、来源分散、格式多样的数据进行采集、存储和关联分析,从中发现新知识、创造新价值、提升新能力的新一代信息技术和服务业态[1]。

新的经济发展理念带来了全新的数据化驱动模式,而这一模式又给生态环境保护领域的管理带来了全新的发展思路。2016年3月,环境保护部发布《生态环境大数据建设总体方案》(以下简称《总体方案》),指出要充分运用大数据、云计算等现代信息技术手段,加快转变环境管理方式和工作方式。《总体方案》提出了生态环境大数据建设的5年目标是实现生态环境综合决策科学化、监管精准化和公共服务便民化。生态环境大数据建设将围绕推进数据资源全面整合共享、加强生态环境科学决策、创新生态环境监管模式、完善生态环境公共服务、统筹建设大数据平台、推动大数据试点六大任务展开[2]。

长江三峡工程生态与环境监测系统自1996年起陆续建成并投入运行以来,针对库区先后开展了多方面的监测工作,积累了大量的一手数据资料。随着监测数据的不断增加,初步具备了大数据的“4V”特性,即海量的数据规模(Volume)、快速的数据流动(Velocity)、多样的数据类型(Variety)和巨大的数据价值(Value)。本文论述了建设三峡库区生态与环境监测大数据的必要性,进而提出了运用大数据思维构建监测网络体系的设想和建议。

1 三峡库区生态与环境监测网络现状

1.1基本情况

为了全面、准确掌握三峡工程建设可能引起的生态环境变化,及时预警预报可能产生的不利环境影响,并为工程建设及建设过程中环境与资源管理以及领导部门决策提供科学依据,国务院三峡工程建设委员会办公室(简称国务院三峡办)从1994年起,开始组建跨地区、跨部门的长江三峡工程生态与环境监测系统。1996年国务院三峡办组织并委托长江流域水资源保护局编制完成了《长江三峡工程生态与环境监测系统实施规划》。至此,长江三峡工程生态与环境监测系统正式启动。经过20a的发展,监测系统形成了涵盖水环境、污染源、水生生态、陆生生态、农业生态、河口生态、局地气候、地震、遥感、人群健康、典型区等11个监测子系统,并由31个重点站、150多个基层站,以及信息管理中心、监测中心组成的全方位监测体系;获得了三峡工程建设及试验性蓄水期间生态与环境的基础资料,为科学分析研究三峡工程对生态环境的影响,以及完成竣工环保验收奠定基础;监测成果为相关管理部门的科学决策提供了依据,为确定生态环境建设与保护工作方向和重点提供了一定支撑;连续19年编制了《长江三峡工程生态与环境监测公报》向国内外公开发布,科学回应社会关切。监测系统的成功建立和运行,为我国建设多学科、跨部门的综合性生态环境监测网络提供了借鉴。

1.2存在的问题

20a来,长江三峡工程生态与环境监测系统在监测方法、布点采样等方面积累了较为完整的经验,初步形成了基于行业管理的常规监测与基于三峡工程的专项监测相结合的生态与环境监测网络体系。随着三峡工程完工进入运行期,以及国家对长江流域生态与环境保护力度的加大,目前监测系统在顶层设计、监测能力、数据综合分析、信息化建设以及公共服务等方面尚存在一些不足,亟需完善;尤其在数据资源整合、数据挖掘与利用以及数据管理等方面缺乏有效途径,大量基础性监测数据由多部门分割管理,相互之间缺乏沟通,数据价值难以体现。

(1)顶层设计不够完善。一方面参与监测工作的队伍多,且来自多个不同的主管部门,管理模式相对松散,致使工作中协调、组织、管理的难度较大;另一方面主管部门对监测工作的监督指导作用有限,尤其在人员保障、数据质量控制、评价标准等方面均存在较大差异,重复建设难以避免。

(2)数据缺乏共享,难以发挥其应有的作用。参与监测的单位相互间不衔接,彼此缺乏沟通。由于不同部门之间职能交叉重叠,各自为政,造成业务协同和信息共享存在壁垒,出现数据打通难、数据开放严重不足的现象;各监测子系统间以及同一子系统不同监测单位之间数据无法正常交换共享。尽管监测系统运行已有20a,积累了丰富的基础性数据,但大量数据仍处于“休眠”状态,未能得到充分挖掘和利用,综合运用难,严重影响了监测数据效能的充分发挥。

(3)监测能力不足,需要完善。目前监测手段还处于以传统地面手工监测为主,自动化程度低,覆盖面不全;对库区生态环境状况的预判缺乏有效手段,预测和应急预警能力存在不足。面对库区日益复杂的变化形势,传统监测技术已难以对突发性生态环境事故进行实时跟踪监测,对预测和应急预警难以形成有效支撑。

(4)信息化建设整体水平落后。①整个监测系统缺少一个统一的数据交换、共享、综合分析和信息交流的网络平台;②在数据管理方面,一是缺少专门负责数据搜集、处理的部门;二是数据管理制度不健全,达不到搜集-处理-利用-公开-技术支持一体化管理的要求。

(5)公众参与度有限。随着长江流域生态与环境状况对我国社会生活影响愈发明显,社会关注度不断提高,公众具有极高的热情去感知环境质量并参与到改善工作中。由于缺乏广泛的、专业的、系统的生态环境质量实时发布平台,目前,公众能够感知三峡库区生态环境质量的途径主要是通过《长江三峡工程生态与环境监测公报》获悉总体的生态环境质量,与公众个人的生活关联度并不紧密,公众参与库区生态环境质量改善的途径十分有限。

2 构建生态环境监测网络大数据的必要性

为适应长江生态环境保护和三峡枢纽工程调度运行的要求,需要在原长江三峡工程生态与环境监测系统的基础上,运用新的思维,寻求新的方法和新的途径,建立新的三峡库区生态与环境监测网络系统,以适应新时期长江流域管理的新变化和新要求。大数据时代的到来,给生态与环境监测工作带来了思维、行为模式和管理理念的大变革和新的契机,运用大数据整合社会各方面资源,对生态环境问题进行多元协同治理,将大大提升监测数据在生态环境保护工作中的应用价值,有助于解决原监测系统中存在的问题。

(1)大数据建设是推进三峡库区生态与环境监测网络发展的战略性选择。《行动纲要》的出发点是:①推进数据间的交换、融合、共享;②解决信息资源开发利用水平不高的难题,摒弃部门权力利益化,部门利益合法化带来的体制弊端;③发挥数据和信息服务的便捷化、高效化、产业化、智能化,有利于提升决策的科学性、透明性和前瞻性,驱动政府从主观主义、经验主义的模糊治理模式,迈向实事求是、数据驱动的精准治理模式[3]。《总体方案》首次提出建设全景式生态环境形势研判模式,利用数据加强生态环境质量、污染源、污染物、环境承载力等数据的关联分析和综合研判,强化经济社会、基础地理、气象水文和互联网等数据资源融合利用和信息服务,为政策法规、规划计划、标准规范等制定和科学决策提供信息支持。随着经济社会发展进程的不断深化,生态与环境监测工作正日益面临诸多复杂、多维、并发的经济社会综合难题,以往不同部门建立的孤岛式监测信息系统,已经难以对三峡库区生态与环境保护工作给予有效支撑,迫切需要转变思维方式,建立起相关性数据的互联互通、开放共享、业务协同和大众参与的、新的三峡库区生态与环境监测管理与服务体系,大数据建设是其必然选择。

(2)推进三峡库区生态与环境监测大数据建设,是实现库区生态环境决策科学化、监管精准化和公共服务便民化的需要。《总体方案》强调,通过生态环境大数据建设和应用,在未来5a实现三大目标:①实现生态环境综合决策科学化。将大数据作为支撑生态环境管理科学决策的重要手段,实现“用数据决策”。②实现生态环境监管精准化。充分运用大数据提高环境监管能力,助力简政放权,健全事中事后监管机制,为区域污染防治精细化管理、多部门联动奠定基础,实现“用数据管理”。③实现生态环境公共服务便民化。国务院总理李克强在“2016年夏季达沃斯论坛”开幕式致辞中强调,“我们还要开放政府公共服务的平台,最大限度地推进政府数据为社会共享,便利群众和企业办事创业,提高政府效率。”运用大数据创新政府服务理念和服务方式,实现“用数据服务”。面对库区生态环境监测数据繁多、关系复杂、监测要素覆盖范围广等特点,大数据应用将是应对这一挑战的重要抓手。开展大数据建设能够为三峡库区生态与环境质量提供更加准确的预测、预报,并对各类生态环境事件的发生、发展准确预警,将会在整个库区生态环境发展趋势研判等方面发挥出重要的作用,成为促进三峡库区生态环境科学管理、科学决策和便民服务新的驱动力。

(3)推进三峡库区生态与环境监测大数据建设,将有助于进一步发挥监测数据的价值。大数据是个富矿,是战略资源,有很多价值等待挖掘。随着计算机网络技术的发展,社会信息化进程进入数据时代。服务器、防火墙、无线路由等网络设备和数据挖掘等应用系统的广泛推广,为大数据自动收集效率和智能动态分析提供了可能。目前三峡库区生态与环境监测数据分属不同的专业部门进行管理,分别进入各自的信息系统,而这些系统相互间又不能互联互通,使得监测数据价值得不到充分发挥,从而难以应对跨多领域、复杂的生态环境问题。互联网、大数据时代的到来,使对这些数据进行挖掘分析,揭示数据之间的关联关系,发现现象背后的规律,提高库区生态环境治理的精准性和有效性,以及对综合性问题的解决成为可能。因此,构建一体化三峡库区生态与环境监测大数据云服务平台,发挥监测数据价值,实现从监测数据到监测服务的跨越,实现以政府、企业、公众为多元主体参与的、新的三峡库区生态与环境污染监测与防治体系。

总之,未来的三峡库区生态与环境管理决策要“用数据说话”、“用数据管理”、“用数据决策”、“用数据服务”、“用数据创新”,大数据的建设十分必要。

3 构建生态与环境监测网络体系的几点想法 

长江流域拥有独特的生态系统,是我国重要的生态宝库。目前,沿江工业,特别是重化工业高密度布局,环境污染隐患日趋增多,生态环境和经济发展的矛盾日益严重,发展的可持续性面临严峻挑战。党的十八届五中全会提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念。《长江经济带发展规划纲要》也明确提出,把保护和修复长江生态环境摆在首要位置,共抓大保护,不搞大开发。因此,建设新的三峡库区生态与环境监测系统,加强监测数据综合性分析,做好预测预警,对保护长江健康意义十分重大。

大数据时代的来临,为生态与环境保护领域提供了广阔的应用和发展空间,成为推动长江生态与环境保护、污染治理的新动力和新手段。为此,三峡库区生态与环境监测工作需要转变思路,科学谋划,运用系统的眼光和大数据的思维规划设计全新的生态与环境监测网络体系,有效解决目前子系统独立、数据分散、数据孤立等难题。

(1)转变思维方式,充分重视大数据发展战略,明确发展目标,做好库区生态与环境监测网络体系顶层设计。用大数据驱动政府决策是一项变革。通过对原始海量数据的汇总、挖掘和分析,揭示出传统分析方式难以解决的生态与环境问题,更加真实、客观、全面地反映当前的生态环境状态,预测未来发展趋势,实现三峡库区生态与环境问题的精准定位和发展趋势的科学预测,并正确反映库区经济社会与生态环境保护之间的关系。由于三峡库区生态与环境监测大数据建设是一项创新型工程,因此,需要明确目标、统筹规划、全面布局,做好顶层架构的设计。①国家层面需明确负责此项工作的牵头单位,由牵头单位组织有关专业部门做好规划、实施方案的编制工作。②大数据建设应以改善库区生态与环境质量为核心,建立面向数据采集、传输、存储、处理、管理、安全、分析、挖掘、可视化、知识库等大数据管理和开发应用的平台。③创新体制机制,建立良好的协调、协作机制和管理措施,鼓励和引导社会力量参与到大数据建设与应用中来,盘活各种资源,将数据资源转化为生产力。④创新信息管理制度,用全局性的战略眼光谋划大数据平台建设,实现数据搜集、分析、发布及公众反馈的统筹管理。

(2)构建三峡库区生态环境监测大数据网络综合平台。①大数据的获取、存储、处理、集成和开发利用离不开基础性平台的支撑。研究、选择适合环境大数据管理的数据模型,建立NoSQL(Not only SQL)数据库,整合集成已有的各个子监测系统业务平台,推动水利、环保、农业、林业、气象、地震、遥感、卫生等部门监测数据公开、共享,实现各监测子系统互联互通,不同来源数据的有机融合。②构建跨平台的数据管理机制,实现在云计算环境下对数据的分布式高效处理、存储和跨平台的数据共享。③搭建数据资源应用和服务聚合的载体和通道,建设数据实时采集的物联网平台和支撑大数据分析和挖掘的技术应用平台。④建设大数据运维保障体系,构建统一的数据审核校准机制,强化网络安全技术和管理措施,确保大数据系统的安全运行。

(3)整合并规范三峡库区生态环境监测及相关性数据,构建大数据体系。整合监测数据,完善监测内容和监测手段,构建与生态环境相关联的数据,是大数据应用的基础。①重点整合1996年以来监测系统生成的历史数据,形成知识库。②加强自动监测和遥感监测手段的运用,完善预警数据内容。③在现有数据类型基础上,增加新的数据类型。大数据的数据来源绝不仅仅局限于现有的基础性监测数据,而是更大范围、更多层次、更多结构的相关性数据集合。凡是与库区生态环境相关联的数据都应尽可能地包含在内,例如库区周边企业布局情况,区域内旅游人口变化情况;检测机动车尾气排放的数据;危险品运输路线等。④要重视对社会公众相关性数据的采集和整合,例如公众环境举报数据、社交媒体上有关库区社会、经济的相关数据,形成广样本、多结构、大规模、实时性的数据体系,使得数据的特征关联和创新应用成为可能,从而不断丰富数据采集主体。⑤加强数据标准的研究与制定。应从监测数据、安全体系、数据交换、系统建设标准、项目建设管理等方面建立标准规范。⑥加强对数据安全的规范管理,对于涉及国家安全和公共安全的数据,应建立按照重要等级分级保护的“信息安全等级保护”制度。

(4)充分挖掘数据价值,稳步推进大数据综合性应用。大数据建设的目的并不仅在于数据收集和整合,重要的是要挖掘其价值。即使再多的监测数据,如果不能形成有效应用,也不能达到真正助力库区生态环境保护的目的。①运用大数据计算、大数据分析与挖掘、大数据可视化分析等核心技术,实现三峡库区生态环境质量综合评价、变化预测、综合预警、监督执法等全方位的服务。②开展预测性分析。预测性分析能力是大数据分析最重要的应用领域。从大量复杂的数据中挖掘出规律,建立起科学的事件模型,将新的数据带入模型,预测事件的未来走向。③应用大数据可视化技术,构建管理驾驶舱系统,提高科学决策应用水平。④建立生态环境保护舆情分析系统,提升公众服务的能力。

4 相关建议

(1)尽快明确牵头部门。运用大数据思维建设三峡库区生态与环境监测网络体系的关键是需要建立一个强有力的、跨部门的、统筹协调的工作机制,需要一个强有力的牵头部门来负责。作为大数据规划设计、建设、运行和管理的理想牵头部门,①应对三峡库区生态与环境监测工作具有较丰富的管理经验和较强的综合协调能力,熟悉已有的监测系统,利于新旧系统的衔接;②掌握三峡工程建设和三峡枢纽工程调度运行管理的要求,便于更好地为三峡工程运行管理服务;③对库区经济社会发展和生态环境状况有比较清晰的认识,能够更好地为地方和有关部门的监督管理服务。

(2)完善专业监测技术手段和相关性监测。丰富的监测数据是建设三峡库区生态与环境监测大数据的基础。首先,在技术方面,要加强自动监测和遥感技术的应用;其次,加强研究完善相关性监测子系统的建设,收集相关性监测数据。例如,沿江化工企业多,污染物排放和运输造成泄露对环境影响大,需加强对库区污染源状况的掌握,增加监测频率,动态掌握污染源排放变化情况;建立化工企业污染物排放监测子系统等;再如,污染场地容易造成地表水和地下水的污染,对库区生态环境安全构成威胁,可考虑设立污染场地土壤重金属和有机物监测子系统等。

(3)尽快研究制定监测数据开放管理办法。监测数据的开放,有3个层面的含义:①监测数据应该可在线访问及获取,因而格式应该是开放且标准的;②监测数据应允许再利用和传播;③开放具有普遍参与性和非歧视性。有关部门应尽快对三峡库区生态与环境监测数据开放和数据安全的相关制度展开研究,做出原则性规定,并制定相关的标准规范,明确建立数据开放审核,安全保障和隐私保护、阶段性评估和考核等方面的相关制度。

(4)加强大数据人才队伍建设。大数据时代,数据整合和共享只是基础,如何让整合后的数据用起来,让数据像石油等资源一样产生价值,则依赖于挖掘数据的人才。从目前了解的情况来看,三峡库区生态与环境监测大数据建设人才极为匮乏。大数据建设对人才有着较高的要求,需要既懂监测业务,又懂数据挖掘分析。不仅如此,由于大数据时代下的数据分析工作通常无法依赖个人能力独立完成,大数据人才还需具备良好的团队合作精神。因此,未来三峡库区生态与环境监测大数据建设对人才培养和引进将至关重要。

(5)完善体制机制建设。生态环境大数据建设的顺利进行必须有与大数据相适应的良好管理生态,实现统一建设、统一运维管理。一方面,通过制度规范,明确各监测业务子系统在数据采集、使用、公开等方面的职能、关系和任务,明确对数据的考核指标。另一方面,建立良好的协作机制和管理措施,鼓励和引导社会力量参与库区生态环境监测大数据的建设,作为官方监测的有力补充,扩大数据来源,实现“政府搭台,社会、企业唱戏”,逐步推进监测数据应用的市场化服务进程。

5 结论

大数据时代的到来,给三峡库区生态与环境监测工作带来了全新的发展契机。运用大数据思维开展新时期三峡库区生态与环境监测网络体系建设是十分必要的。三峡库区生态与环境监测大数据建设将是一项涉及面广、综合性强、技术含量高、协调难度大的工作,为了保证建设的顺利开展,需要加强顶层设计,优化监测系统结构,构建生态环境监测综合性数据平台,从而达到监测系统更好地为三峡枢纽工程调度运行服务,为地方和有关部门监督管理服务,为三峡工程生态环境保护和研究服务,为区域生态环境预报预测服务的目的。

参考文献:

[1] 国务院.国务院关于印发《促进大数据发展行动纲要》的通知 (国发〔2015〕50 号)[EB/OL].(2015-08-31)[2016-05-21].

http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-09/05/content_10137.htm.

[2] 环境保护部办公厅.环境保护部办公厅文件环办厅〔2016〕23 号:关于印发《生态环境大数据建设总体方案》的通知[EB/OL]. (2016-03-08)[2016-05-20[.http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201603 /t20160311_332712.htm.

[3] 周文彰.大数据引发的环境管理变革以及面临的问题[N].光明日报,2015-11-25(15).

注:本文转载自《人民长江》,2017,48(17):6-10.




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