我国环境监测信息化建设发展方向及建议，本文主要内容关键词为：环境监测论文,信息化建设论文,发展方向论文,建议论文,我国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近年来，大数据迅速发展成为科技界、企业界甚至世界各国政府关注的热点。一个国家拥有数据的规模和运用数据的能力将成为综合国力的重要组成部分，数据为王的时代即将到来。麦肯锡公司称：“数据已经渗透到当今每一个行业和业务职能领域，成为重要的生产因素。人们对于大数据的挖掘和运用，预示着新一轮生产力增长和消费盈余浪潮的到来。”目前，大数据在地球观测、遥感、商业决策、科学计算、医疗卫生等多个领域已经得到越来越丰富的运用。 “十三五”时期是全面深化改革、加快经济发展方式转变的攻坚时期，环境保护迎来了重大战略机遇。在生态文明和建设“美丽中国”道路的指引下，“环境监测信息化”已经箭在弦上，马上将进入到决策落实阶段。2015年9月21日，国务院办公厅印发《生态文明体制改革总体方案》，对我国的生态文明建设进行了顶层设计。作为6个配套措施之一的《生态环境监测网络建设方案》明确指出：目前我国信息化水平和共享程度不高，监测与监管结合不紧密，监测数据质量有待提高等问题较为突出。大数据在提升生态环境管理科学水平方面具有不可替代的重要作用。建立生态环境监测数据集成共享机制，构建生态环境监测大数据平台，统一发布生态环境监测信息即将成为现实。目前我国纳入国家环境监测网络的各类环境监测原始数据以超过1.5亿条/年的速度增长，全国联网后数据将会出现十几倍的增长，迫切需要在大数据背景下加强环境监测信息化建设，推动大数据技术的应用和数据分析、挖掘方法的研究。因此，在全力推进环境大数据应用的背景下应研究环境监测信息化的发展方向，结合业务发展需要创新思维，从顶层设计入手，并充分利用新的信息技术及应用模式促进我国环境监测信息化建设的进步。 大数据时代对环境监测信息化的要求 互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，已经在电子商务、工业互联网和金融等行业发挥了重要作用。大数据作为一个时代的标志已经来临，正在改变人对世界的看法，给社会带来红利。中央全面深化改革领导小组对生态文明体制改革提出了总体方案和相关的配套措施，都明确要加强环境监测信息化建设水平，应用大数据解决我国环境保护管理和治理中面临的突出问题，为环境保护决策提供科学支撑。 信息技术推动环境监测信息化启动新模式 伴随着技术发展，信息化建设过程中融入了另外一种声音，即思维方式的转变。技术的发展是一个持续的过程，不是一蹴而就的。思维方式的转变则源自于人类的高级智慧，甚至是瞬时的灵感。当前新思维的出现带来应用模式上的变革有很多。比如云计算以服务的形式将“计算能力”这种看不见的资源转化成能在互联网上流通的“商品”，手机应用从被电池续航能力限制的束缚中摆脱出来走向智能化之后，互联网的触角延伸到任何地方任何时刻。同样，环境监测信息化建设工作也需要注入新的思维、启动新的应用模式，即单纯的技术如何被运用得更加合理、高效。 结合环境监测业务的需要研究这些信息技术的特点和优势可以发现，环境监测信息化工作也是可以采用这些新型技术应用模式的。首先，环境监测网络本身就是庞大的信息网络，离不开各种传感/监测设备、存储服务器、应用服务器、各类应用软件的支持，同时随着业务的开展，数据量会越来越大，蕴藏着巨大信息。其次，在严峻的环境污染形势下，社会对监测数据为决策提供支持服务有强烈要求、有针对环境监测数据做深度挖掘分析的需求。云计算能高效利用资源，安全可靠，架构对具体业务透明，完全可用。环境监测信息共享是趋势，不只是政府各部门之间，也包含与社会公众的共享，共享不是单一流向的信息发布，而是双流向的信息互动。同时，环境监测市场化是趋势，信息时代市场化的环境监测离不开互联网的支持。 全面深化改革需要建立生态环境网络大数据系统 《生态文明体制改革总体方案》中，环境治理体系建立、生态文明绩效评价考核制度等均需要生态环境监测信息化的大数据支持。各级各类监测数据系统互联共享、监测预报预警、信息化能力和保障水平的提升迫切需要环境监测信息化保障水平的进步，结合当前互联网和大数据时代背景，建设满足生态文明新要求的环境监测信息系统。依靠科技创新与技术进步，提高环境质量的综合分析能力，集成卫星遥感等多源环境监测数据，在全国生态环境监测数据联网和共享的基础上开展环境质量的大数据分析，形成立体、自动、智能的生态环境网络大数据系统。 生态环保新理念要求提高监测数据质量 随着环境保护工作由污染防治向污染防治与环境质量考核转变，对监测数据质量的要求进一步提高。环境监测信息化必须保证监测数据的准确性、完整性，说清环境质量现状及其变化趋势、说清污染源排放现状、说清潜在的环境风险，真实反映环境保护工作的成效，为政府决策和环境管理提供服务。此外，污染防治的效果离不开环境监测工作的支持，加快环境监测网络的国土覆盖密度、提升环境监测质量、加大环境监测数据共享与公开是环境监测工作中的法律责任。 我国环境监测信息化建设的现状 多类型、多源环境监测数据采集与传输体系保存 近年来，全国的环境监测信息化工作开始进入快速发展期。环境监测数据上报方式先后经历了手工填写报表、寄送软盘、点对点传输等阶段。环境监测数据采集能力也随之不断提高，并且在城市空气、地表水和污染源自动监测方面取得了长足进步，为环境监测信息化建设奠定了坚实的基础。国家环境监测网从最初的“三废”监测，发展成为覆盖全国各省区，涵盖空气、水、生态、土壤、近岸海域、噪声、污染源等多领域、多要素的综合性监测网络。国家建成城市环境空气质量监测网涵盖全国338个城市共计1436个点位，各地建成环境空气质量监测站，包括城市站、县级站、超级站等共计1100余个；国控地表水环境监测共设972个断面，涵盖10大流域共423条河流的干流及一级支流、62座大型湖库，地表水水质自动监测共建设149个自动监测站；近岸海域监测网由74个成员单位构成，包括总站、11个省站、7个区域分站，每年开展近海监测和陆源污染监测，覆盖四大海域。定期开展水质、沉积物和生物监测。国家生态环境监测采用遥感与地面监测相结合、全国与典型区域相结合的形式开展，初步构建了生态环境立体监测体系。 全国环境监测的数据种类多，数据量较大，目前采集的全国环境监测数据包括自动传输和手工录入传输两类。环境监测数据传输网络目前由外网(互联网)、内网和环保部专网组成。数据主要通过VPN进行传输。专网是环保部依托国家电子政务网络结合自身租用网络组建的虚拟网络，属非涉密网络，设计之初专网只覆盖国家到省各级环保机构，包括37个节点(31个省级节点、新疆建设兵团节点和5个直属机构节点)。目前环保专网已扩展到企业及7000个左右的污染源，专网与互联网逻辑隔离。互联网运行覆盖环保部、监测总站、中国环境信息化等官方门户网站，用于实现信息公开、在线办事、在线交流等功能。 数据库管理系统基本建立 在数据库建设方面，国家级、省级、市级等不同级别的环境监测信息化程度差异较大。同时，全国不同地区的环境监测数据存储和管理的差异也较明显。国家级、省级环境监测数据的收集和存储基本上已经建成包含各环境要素的环境监测数据库平台系统或各要素子数据库。环境监测的数据库系统主要包括：地表水监测数据库、饮用水监测数据库、近岸海域环境监测数据库、空气监测数据库、酸雨监测数据库和噪声监测数据库等。同时，还包括用于环境质量数据空间分析和表征的基础地理数据库，用于生态环境质量评价的遥感影像数据库、土地利用数据库、土壤背景数据库等空间数据库。市级、县级的环境监测信息化程度差距加大，较多的环境监测数据还处在以电子文件、纸质等介质存储阶段，且数据存储分散、管理困难。由于各数据库建立的时间和背景有很大差异，采用的数据库系统各不相同(SQL Server、Oracle等)，数据存储和设计没有统一标准，历史数据混乱，各类环境监测数据、空间基础地理数据存在于不同的数据库中，缺少整合，无法实现数据的共享，难以完成环境质量综合分析、综合预警与会商，无法满足环境监测数据统一管理等要求。 卫星遥感和GIS技术在环境质量空间分析和表达方面逐步深入 2008年9月6日，环境一号A、B卫星成功发射。卫星加载宽覆盖多光谱可见光相机(CCD)、超光谱成像仪、红外扫描仪、合成孔径雷达。卫星遥感监测增强了环境监测的可达性，丰富了监测的技术方法，是对常规环境监测的有益补充。卫星遥感监测使大尺度的动态环境监测成为可能。目前，卫星遥感监测在生态环境质量、重点生态工程、生态安全预警、生态环境灾害、湖库水华、海洋生产力、沙尘暴、秸秆焚烧等领域的监测中发挥重要作用。为更好地实现生态环境质量评价，全国每年采用统一的卫星遥感影像数据(包括高空间分辨率和低时间分辨率)进行人工解译和分析，评价全国的生态环境质量状况。一年中等分辨率覆盖全国的影像原始数据约300G，加上中间过程数据，一年的数据量在2TB左右。 由于环境监测数据受到多方面因素的影响，环境质量随时间和空间而变化，具有较强的易变性和突发性。地理信息系统(Geographical Information System，GIS)运用现代化的方法和手段，为环境监测提供各种空间数据管理和分析功能，实现环境监测的动态管理，提高环保管理水平和效率。利用GIS的地理信息系统分析功能，结合环境数学模型，实现基于地理信息基础上的环境监测数据和其他属性数据的查询、统计、专题图制作，以及对空间信息的动态可视化、动态模拟，分析污染源对环境的影响状态及发展趋势。针对环境监测工作的复杂性、动态性和多部门、地域广等特点，地理信息系统可为环境管理提供交互式和可视化的环境时间和空间信息的集成表征。通过将监测数据与GIS相结合，实现数据的动态变化显示，直观地反映环境质量和污染等状况及变化趋势。 时间序列分析技术比较成熟，其他方法应用逐步深入 环境质量评价是正确认识环境质量现状，准确把握环境演变规律的前提和必要手段，也是分析环境污染影响因素，探索环境治理可行路径的基础。我国环境质量评价始于20世纪70年代，经过发展和研究积累，目前已形成包含各环境要素的评价标准体系，并发布实施。环境质量评价方法研究方面也积累了不同的方法为环境质量状况研究和环境管理提供决策支持。国家和地方的环境监测信息化系统中集成的环境质量评价方法主要为满足政府环境管理的业务需求，严格按照国家标准进行各环境要素的环境质量状况评价。 环境质量的现状和变化趋势分析方法方面，以时间序列分析为主要内容的分析方法较为成熟。目前环境监测信息系统中集成的时序方法主要包括：不同时间尺度的年际、季度、月际的对比分析和长时间序列的趋势评价。应用逐步深入的数理统计方法主要包括；均值统计、回归分析、相关分析、聚类分析等基础的统计模型。 环境监测信息化建设面临的问题 信息化建设水平区域差异大 各地区环境监测信息建设水平存在差异，经济发达地区好于欠发达地区，沿海地区好于内陆，东部整体好于中西部。当前各省、地市、县建设的信息系统在数据采集量、频率、格式、指标项、数据管理、系统架构、业务应用、运维模式上均有很大差异。国家更多关注国家层面、尤其是针对国控数据的系统规范制定，各地方省站信息化建设多根据自身需要自主建设，随各地对环境管理需求的差异，各地的信息化水平差异大，部分区域甚至在信息化方面投入甚少，还处于起步阶段，信息技术对业务工作的支撑能力十分脆弱。 环境监测数据质量和数据规范待改善 在数据处理过程中，对环境监测数据的处理方面存在不规范现象。部分义务系统在数据处理方面存在对数据处理规则理解不到位的现象，对不合理的数据剔除、数据质量分析方面差异较大。监测点位/断面的站点编码不规范或不确定导致的点位数据历史关联性不强，也给统计分析工作带来了困难。传输中存在的网络安全防护不到位、校验规则不完善、传输通道不一、数据格式不同等问题也需尽快解决。数据存储多采用单一数据中心，没有异地灾备机制。不合理的表结构设计可能引发业务应用的低效率和存储管理上的困难。信息化系统权责分工不完善，如系统管理员与数据管理员、业务操作人员追责不明确，缺少安全审计行为，数据管理上存在一定的风险。 数据共享力度不够，信息孤岛现象明显 环境监测信息系统建设存在“各自为政”的情况，数据共享和业务系统间数据融合渠道不畅通。随着业务发展的需要，原有孤立的信息系统需进行整合。站内、系统内也需要对各类环境监测业务系统进行整合。由于缺少科学的系统顶层设计，系统开发环境、技术规范、系统架构差异大，造成了系统整合的难度大，甚至需推倒重来，造成了环境监测信息化建设的有限资源的浪费。数据共享问题也存在，由于明确的环境监测数据依然是保密数据，数据共享系统建设受制于信息安全等多方面的原因，建设力度不够，信息共享不足，制约了环境监测数据效用的充分发挥。 环境监测数据的应用分析深度不够 目前多数信息系统已做到应用分析、业务模型处理、简单统计分析、简单空间分析以及各类要素关联综合分析，但综合查询、空间查询及多要素综合分析能力弱。许多监测站存在领导不重视或领导重视但投入有限，信息专业技术人才匮乏，业务需求摸不清、摸不透，需求方和软件开发商间沟通协调困难，最终结果是信息化基础薄弱。总体而言，当前环境监测领域采用的都是最为成熟的信息技术，是在整个信息时代大背景下的被动应用，对先进信息技术和新的应用模式的渴望不高，对信息系统的系统管理和安全防护工作意识不足，对信息技术的主动需求不强。 未来我国环境监测信息化建设的发展方向 加强环境监测网络建设 原国家监测网的数据量和网络覆盖密度有限、区域规划不统一，有些点位不合理，无法全面支持大数据分析。地方监测站点在布设时会更多考虑当地的自然、地理、社会经济等情况，与全局把握的国家环境监测网络形成互相补充。因此有必要增加或调整监测点位，扩大数据采集规模，实现全国数据互联互通。为便于全国数据的交汇，必然要求全国环境监测数据采用统一的传输方式、传输通道、文件格式，约定上报频次和其他规范。根据管理的要求，所有环境数据必须完整准确并集中存储，为大数据应用奠定基础，数据管理系统要进一步完善，强化综合查询、空间查询能力。历史数据要整理入库、地方数据要上收。 提高环境质量评价和信息挖掘的能力 国家环境监测网络已经积累了大量的历史数据，随着环境监测网的不断完善，每年的数据增量较大，未来要实现环境监测数据分析常态化、综合分析、数据挖掘、智能处理，纳入分析的数据范围也会更广(监测属性数据、空间矢量数据、遥感影像、社会经济数据等)。科学的分析方法、详细的文字表述和丰富的图表展示是对环境质量状况报告的编写要求。现阶段报告的编辑、出版周期还比较长，数据量的急速增加和未来可能的突发事件对纯人工的报告书写速度提出挑战。自动生成的报告再结合监测专业人员的人工审核将成为未来报告编写的必要步骤。专题图制作、模板编辑、报告书智能生成是信息化建设必须完成的任务。 改善环境监测数据质量，提高信息共享程度。真实、客观、权威的监测数据是环境监测大数据应用赖以开展的基石，也是国家环境质量考核的依据。当前，空气质量、水质等自动监测数量和采集范围均加大，空气自动站采集频率为1小时1次，水质自动站为4小时1次，数据增量庞大。自动仪器采集过程中难免受到电力、环境、仪器异常、传输网络等因素的影响，而导致数据失真或缺失，传统的人工审核的数据质量控制方式已难以满足现阶段的数据质量控制要求。需要建设有效的数据在线自动审核系统，集成先进的传感器实时获取仪器状态和环境状况，采用网络技术完成对实时数据的自动审核。改善传统的人工监测数据审核方式，建设有效的数据传输和管理信息系统，实现数据质量控制的信息化流水线作业，保障数据质量。推动环境监测数据和监测信息产品的积极共享是种社会需求，对于保障公众知情权、提高环保意识、促进科学研究、协调社会管理都有着重要意义。丰富的信息内容、多种共享渠道、不同载体类型是对信息化建设提出的新要求。 推进环境监测信息化建设的建议 环境监测信息化建设内容建议 一是建设环境监测数据的采集、传输和统一平台。我国环境监测信息化建设方向应当以“全国监测一张网”为基础，实现全国环境监测数据的交汇管理和大数据应用。具体应是实现“一个中心，二级存储，三级传输”的环境质量数据采集和传输体系及“一网一库一平台多应用”的一体化数据共享应用体系，打破“信息孤岛”乱象。“全国环境监测一张网”是指新的全国环境监测网络涵盖全国环境监测数据的采集、传输、汇集和管理、质量评价、共享等内容，由国家总站全面负责。原国家直管形式获取的监测数据和地方监测数据一块纳入全国环境监测网络的范畴。“一个中心”是指以中国环境监测总站为中心负责全国环境监测各项工作，包括全国监测数据交汇、管理、应用与共享等。“二级存储”是指在国家、省级两级建立数据存储，在国家环境监测总站建立中心数据库，各省建立上报数据库，国家级数据库除存储环境质量监测数据库外，还包含基础地理信息数据库，并实现环境质量监测数据与地理信息数据的整合，为环境监测大数据应用奠定数据基础。“三级传输”是指实现环境质量监测数据由市、省、国家三级传输上报。考虑到我国幅员辽阔，监测点位众多，数据量过大影响传输效率且数据审核工作繁重的情况，全部的省、市控监测数据直报不太可行。市控数据由省级自行汇总整合后上报，省控和特殊地市向国家级直报，最终实现全国环境质量监测数据的互联互通。 二是实现环境监测大数据融合。生态环境是指影响人类生存与发展的水、土地、生物以及气候资源数量与质量的总称，是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统。环境监测涉及生态系统的各个层次和方面，与大数据的概念有很多相似之处。生态环境信息的挖掘和应用需要整合环境监测各要素，以及大气圈、水圈、生物圈等各方面的综合信息，包括人类活动和国民经济数据，才能从环境大数据中发掘有价值的信息指导环境管理，支撑生态文明建设。数据不整合就发挥不出大数据的大价值，这需要个人、企业和政府机构的各种数据和信息通过建设稳定的信息系统方便地融合。 三是推动环境监测大数据挖掘分析工具和开发环境建设。大数据科学作为一个新兴的交叉学科，其理论基础涉及计算机科学、统计学、人工智能、社会科学等，因此其技术的进步需要对上述领域知识和研究方法论的改进。同时，大数据在环境监测领域的应用还需要建立适合本行业的挖掘分析工具和开发环境。鼓励计算机算法研究和环境监测与评价研究紧密结合，在分析工具和开发环境上创新。当前跨领域跨行业的数据共享仍存在大量壁垒，海量数据的收集，特别是关联领域的同时收集还存在很大挑战。只有跨领域的数据分析才更有可能形成真正的知识和智能，产生更大的价值。 环境监测信息化建设保障策略 一是注重顶层设计和制度建设。做好“全国环境监测一张网”的顶层设计。在信息化建设层面上以自上而下的顶层设计取代以往各单位各部门先自行建设后集成的自下而上的设计。中央制定全国环境监测大数据应用的发展战略、各省市在国家战略的指导下结合自身特点研究相应的设计内容和发展规划。考虑到东、中、西部情况不同，国家在总体规划时应有所调整、侧重。现阶段应加快研究、制定和完善相关政策，为环境监测大数据应用扫清障碍。如：明确各级政府、企业的环境监测权责，上收国家环境质量监测网的监测事权，根本上避免地方行政干预；做好新《环境保护法》监测法规制度的配套衔接；出台“环境监测条例”，明确监测数据弄虚作假的追责程序和处理办法等；制定相关技术规定，明确自动站运维过程中人为干扰监测数据的情形认定和判定规则；优化环境监测质量管理制度，把监督的重心从地方监测站调整到运维(服务)机构，建立严格的质量管理协议并监督其实施，保证数据真实准确；制定监测监察联动机制，严惩违法排污和数据造假行为；制定环境监测信息传播发布和传播条例；制定我国环境监测机构社会服务规范等。 二是研究环境监测数据的标准规范，提高数据质量。研究制定环境监测数据标准和规范，涵盖采集、传输、存储、应用及共享等监测数据流动的任何环节，如明确点位编码，制定国家环境监测数据共享交换标准等。加快全国监测数据的互联互通，做好全国环境监测点位设置规划，继续增加监测点位并合理调整点位布局。考虑吸纳社会监测力量。加大数据传输过程中的安全防护，完善数据审核机制，加大环境监测数据监督检查力度，严格遵循监测数据采集和传输规范，做好环境数据质控工作。 三是推进环境监测数据的共享共用。扩大环境监测数据在环境领域或其他相关领域的共享力度，让环境监测数据充分地运用起来。同时要进一步拓宽信息发布渠道，并以公众需求为出发点，丰富监测信息产品发布内容和形式，努力满足公众的知情权和监督权，做好环境保护的宣传教育工作，未来的环境监测网络的源头可能会从单纯的环境监测数据站延伸到每个企业或公众个体，移动APP应用就是数据采集终端。标签：环境监测论文; 生态环境论文; 大数据论文; 环境评价论文; 国家信息化发展战略论文; 信息化规划论文; 系统评价论文; 差异分析论文; 信息化管理论文; 云计算论文; 信息化时代论文; 工作管理论文; 信息发展论文; 环境科学论文; 数据库论文;