王世汶 徐欣馨 陈 青 常 杪 熊雪莹
生态环境大数据建设作为“ 十三五” 时期生态环境信息化工作的重点工程得以快速推进。生态环境部加强信息化改革创新， 一定程度上解决了过去长期存在的生态环境数据及其业务系统“ 散、乱、弱” ， 难以支撑日益提高的生态环境管理与决策要求等突出问题， 为打赢打好污染防治攻坚战提供了有力支撑。“ 十四五” 时期，生态环境大数据建设进入新的阶段，生态环境治理能力和治理体系现代化对其提出了更高的要求，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历史性、转折性、全局性变化。
生态环境大数据建设的必要性与重要性
（一）“十四五”时期生态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，体现了生态环境保护与经济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》（简称“十四五”规划和2035年远景目标纲要）第十一篇“推动绿色发展 促进人与自然和谐共生”明确了“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，并提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审议通过的《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全国两会代表委员建议、提案和《政府工作报告》中， 又以重墨写入“ 十四五” 规划和2035年远景目标纲要， 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。
生态环境大数据建设内容与发展阶段
（一）生态环境大数据定义与数据分类
国家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， 并不仅限于生态环境保护主管部门的数据。数据主要来源于四个方面：（1）生态环境保护主管部门：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；（2）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；（3）相关部门： 气象云图、水利管网、国土地图、工商法人、交通流量、能源消费等相关部门所拥有的与生态环境保护相关的数据； （ 4 ） 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。
（二）生态环境大数据建设发展历程
我国生态环境信息化建设的快速发展始于进入本世纪之后。2012年前后，智慧城市建设里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加速推进为生态环境大数据建设打下了基础。2016年原环境保护部提出了生态环境大数据建设思路，加强数据分析与应用， 为管理与决策提供支撑，“用数据说话、用数据管理、用数据决策” 的要求促使“ 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。以环境质量改善为考核目标的定量管理进一步推动了用数据说清污染排放、评估评价环境质量工作的落地。生态环境部在《2018—2020年生态环境大数据建设方案》里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。
地方实践方面，“十三五” 期间各地纷纷尝试从生态环境信息化转入生态环境大数据建设， 福建、江苏、浙江、广东、北京、重庆、四川、内蒙古、山东、河北、甘肃、安徽等地相关建设推进迅速，形成了大量先进经验和案例项目。其中， 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、业务系统融合贯通、便民服务水平大幅提升。2021年，福建省进一步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挡加速、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。
结合生态环境部和地方实践，可以将2016—2020年期间生态环境大数据建设成效变化总结为以下几个阶段：（1） 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；（2）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；（3）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； （4）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；（5） 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。其中，前三年完成了基础设施、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。
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：（1）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（即数据中心的建设）、建立标准规范、展开业务协同类应用、数据可视化（即一张图）建设等；（2）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；（3）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。
（三）生态环境大数据建设项目统计分析
现阶段，我国生态环境大数据领域已经形成了明确的需求市场。绿巢环境数字化服务平台编制的《中国生态环境数字化研究报告》（2 0 1 9 – 2 0 2 1 年） 中针对公开渠道获取的2020年国家及各级地方政府相关3320个典型项目的统计分析显示， 其总体建设资金规模已超过100亿元。对象包括基于大数据应用的环境物联网、应用系统软件、I T 支撑等。限于信息公开度与收集渠道，实际市场规模大于观测数据。在相关政策推动下，“十四五”时期生态环境大数据领域仍将加速发展，至“十四五”中后期，相关领域将形成每年400亿—500亿元规模的需求市场。
生态环境大数据作为环境管理的重要支撑工具， 越来越受到各级生态环境主管部门的重视，建设项目数量不断攀升；随着各地对于生态环境大数据的认识不断加深，在当前各地数字化转型的推动下， 有一定经济实力的地市级和区县级政府， 以及部分园区均规划并启动建设围绕解决当地环境问题的生态环境大数据体系。
当前生态环境大数据趋势发展迅猛，但多数地方生态环境主管部门的业务管理方式依旧较传统， 多数情况下希望快速见成效， 因此综合类的大系统大平台建设较多。当前大多数地方的生态环境管理部门仍处于生态环境大数据建设的1.0版阶段，距离利用大数据、人工智能等新兴技术辅助生态环境管理模式升级和生态环境管理宏观决策还有较大的差距。
（四）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：（1）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、手工采集类数据、网络上获取的互联网数据形成数据源； （ 2）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；（3）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； （ 4）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主要对象是各级政府生态环境主管部门和工业园区。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、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。中共中央办公厅、国务院办公厅于2020 年3月印发《关于构建现代环境治理体系的指导意见》， 对现代环境治理体系构建做出了系统性的安排， 明确了“ 导向清晰、决策科学、执行有力、激励有效、多元参与、良性互动”的环境治理能力发展提升方向，而生态环境大数据将在其中发挥关键推动作用， 具体体现在以下四个方面。
（一）支持更全面地掌握生态环境现状
作为“ 测管治” 的最前端，生态环境监测是生态环境管理的基础，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、全面采集生态环境信息，从而实现对生态环境质量和污染排放情况的把握、评估以及预测。
2021年12月28日， 生态环境部印发《“十四五”生态环境监测规划》，提出要更高标准保证监测数据“真、准、全、快、新”，从“巩固环境质量监测、强化污染源监测、拓展生态质量监测”三个方面部署了一系列任务。
生态环境质量监测方面， 要求加快构建陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络，获取更多场景范围、更大时间跨度、更多类型、更高精度的环境质量信息，着重补全生态质量监测、大气碳监测、农村环境监测等短板，为碳达峰碳中和、美丽乡村建设等重点任务夯实数据基础，通过监测网络的完善带动管理触角的延伸。
污染源监测方面，要求充分利用视频监控、卫星遥感、无人机等新技术， 建立全方位、多视角的智能化监控感知网络，为精细化监管提供重要的工具手段；进一步借助图形识别技术和数据分析模型，实现自动分析预警，基于海量监测数据之间的交叉验证，确保监测数据的真实可靠，从而大幅提升监管效能。
（二）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。如固定污染源数据库、固废数据库等专题数据库的建立， 有助于整合监管信息， 形成统一规范的“一套数”，直接支撑关联业务的开展，从而打通污染源监管制度链与业务链，激发管理效能。
（三）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以及时空和内在演变规律的研究，在对生态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。
（四）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生态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。
在现代环境治理体系“以强化政府主导作用为关键，以深化企业主体作用为根本，以更好动员社会组织和公众共同参与为支撑”的框架下，需要面向企业、社会组织和公众几类责任主体，进一步加强互动，形成工作合力，共同推动生态环境质量持续改善。
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； 此外， 还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； 另一方面应畅通公众监督和举报反馈渠道， 强化舆论引导和应对机制，充分发挥公众的监督作用。
作者单位：中国社会科学院数量经济与技术经济研究所/清华大学环境学院