物联网与大数据在生态文明建设中的应用探讨

高 峰 叶剑平

（中国人民大学公共管理学院，北京，100872）

物联网与大数据在生态文明建设中的应用探讨

高 峰 叶剑平

（中国人民大学公共管理学院，北京，100872）

改革开放以来，我国经济建设发展迅猛，但生态环境问题却日益凸显。该文立足于当前的数据信息时代背景，结合当前我国生态环境存在的问题，探讨物联网与大数据在生态环境监测与分析、生态环境改善、环境执法方面的应用，从而为我国生态文明建设提供有力的技术支撑和决策支持。

生态文明；物联网；大数据

1 困境：生态环境保护迫在眉睫

改革开放以来，我国在经济建设和社会发展取得了人类历史上瞩目的成就。然而，生态环境问题却日益凸显，环境污染严重、矿产资源过度开采、资源短缺等生态环境问题已成为制约我国现阶段经济社会可持续发展的瓶颈。面对日益突出的生态环境问题，党和政府高度重视，并积极采取了一系列的政策激励。党的十七大首次明确提出建设生态文明，党的十八大做出“大力推进生态文明建设”的战略决策，十八届三中全会则开始强调用制度保护生态环境，将生态文明建设上升到法治高度。

对于如何建设生态文明这一重要议题，众多专家学者从法律法规、舆论宣传及社会意识等诸多方面进行了论述和探讨，理论研究成果十分丰富。然而，在众多研究中，对新兴科技尤其是信息技术如何应用于生态文明建设却稍显不足，文章将尝试对这一问题作进一步的探索和研究。

2 机遇：我国已步入数据信息时代

当前我国已经进入到互联网、云计算、物联网和大数据为典型代表的数据信息时代，物联网、大数据与人类生产、生活的联系越来越紧密，现实生活中越来越多的问题可以通过物联网、大数据得到解决，大数据为社会各界带来了全新的思维方式和生活理念。在学术研究方面，通过大数据的全新视角能够找到解决各种问题的新方法；在社会经济领域，大数据能够引领全球范围内的社会经济变革，带来全新的生产和经营理念；在政府管理方面，大数据能够促进政府向更加公开透明的方向发展；在个人生活方面，大数据能够使个人的生活变得更加简单、快捷、方便和高效。

温家宝总理在2009年曾提出“以物联网感知中国”，宣布了我国物联网与大数据时代的来临。概括地讲，物联网就是物物相联的互联网，具体来说，它是一个基于互联网、传统电信网等讯息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络[1]。物联网使用射频识别技术、无线传感器、云计算等现代高科技技术手段实现与互联网的互联互通，能智能化识别与管理地物，实现世界万物的互联互通。物联网在制造、交通、家电、物流、军事、服务等多个领域得到了广泛应用，随着信息技术的普及，未来地球上还将有越来越多的物体被网络连接，摄像头、手机、电脑、传感器等设备成为物联网不可或缺的信息获取载体。

大数据（Big data），也可以称作巨量数据、海量数据或大资料，它描述的是所涉及的数据量规模庞大，无法通过人工在合理时间内达到输入、处理、管理并整理成人类所能解读的信息[2]。全球物联网每天产生的数据量相当庞大，各种类型的数据每时每刻都在产生，我们每时每刻的生活通过物联网被大数据化。从大数据的定义来看，大数据指的是无法通过传统工具、传统方法分析或处理的信息。然而，大数据的概念不仅仅是指数据量大，它还包含人们在大规模数据集合的基础上可以做的其他任何事情，而这些事情在小规模数据基础上根本是无法实现的。

我国长期以来一直将经济建设摆在首位，在经济建设领域取得的成就令世界感到惊叹，然而，经济、社会与生态的和谐发展却没有得到足够的重视。这种理念造成的直接后果是，我国的生态环境遭到严重破坏，人民的健康和社会的可持续发展受到极大威胁。为此，党的十七大和十八大把生态文明建设作为我国社会主义现代化建设的重要战略，将生态文明建设问题上升到国家制度层面。在建设生态文明过程中，我们应该顺应时代潮流，充分运用时代背景下的物联网和大数据等现代数据信息技术和手段，将其作为生态文明建设强有力的工具，为我国的生态文明建设提供重要的科技支撑。如何在数据信息时代背景之下，充分利用各种先进的数据信息技术，使其成为生态文明建设的重要手段，是值得每个人深思的问题。

3 挑战：物联网与大数据在生态文明建设中的应用

物联网、大数据这些信息科技时代的新兴产物正日益进入到每个人的日常生活，应用范围十分广泛，从每天的信息传达到快递收取，都离不开这些新兴科技产物的作用。然而，信息科技产物在生态文明建设中的作用，鲜有人做出较为全面的归纳与探讨。本文将结合物联网与大数据的优势，主要探索物联网与大数据在生态文明建设中三大方面的应用：（1）在生态环境状态监控与分析方面的应用；（2）在生态环境改善方面的应用；（3）在环境执法方面的应用。

3.1 生态环境状态监控与分析方面

建设生态文明，保护生态环境，首先要做的是监控生态，充分获取生态数据，从而了解生态，深入理解人类活动对生态环境造成的正负面影响。物联网正是监控生态，获取丰富生态数据的有效手段。物联网可以实现对生态环境的多层次监控以及数据分析与存储，从个体、家庭、社区、企业、地区到国家和国际各个层面实现监控。

3.1.1 利用物联网实现对生态环境的多层次监控

在个体层面上，可以利用可穿戴式设备和智能手机了解一个人一天的活动、能源和物质消耗等情况，从而根据每个人每天的物质能量消耗情况，培养个人的低碳环保意识。在家庭层面，可以利用智能垃圾桶分析一个家庭一天产生的垃圾数量、垃圾种类等，有利于提高家庭垃圾分类意识，并为垃圾的回收利用制定科学方案，除此之外，还可以利用智能空调、智能电表、智能冰箱等智能家电降低家庭用电量。在社区层面，可以通过智能电网水网分析社区用电用水情况，制定出不同时间段的水电收费表，从而降低生活资源消耗。在企业层面上，可以利用传感器监控企业排污情况，分析企业废物的详细成分，并实时向环保部门上传企业排污数据。在地区层面上，通过在不同地方布设监控站，以及综合利用无人机、激光探测仪等多种手段，可以实时监控区域内污染状况，如汽车尾气排放状况、企业排污状况、秸秆焚烧状况、农田农药或重金属超标状况等，制定出区域内科学合理的生态文明建设方案。在国家层面上，可以利用卫星、大型飞机等平台对大范围的生态环境进行监控，为政府制定产业结构调整与区域经济协调发展战略提供参考。另外，当今世界，生态破坏造成的影响早已不局限于一个国家或一个地区，而是会影响多个国家和地区。因此，也需要全球范围的传感器数据合作互通互联，在国际层面上实现生态环境的共同治理。上述所有数据，将通过物联网进行实时收集，汇总到相应的数据中心，形成生态大数据，为下一步的生态大数据分析与生态环境治理方案制定提供有效的数据支撑。

3.1.2 利用大数据技术实现对生态数据的管理

如前所述，大数据的概念并不只局限于海量数据，还包括对海量数据的处理挖掘以及处理挖掘出来的解决方案。如何对生态大数据进行存储、分类、挖掘以及可视化表达也是大数据应用于生态文明建设需要考虑的技术问题。同样，可以从个人、家庭、社区、企业、地区、国家与国际这些层面进行考虑。个人和家庭层面的数据可以存储于私有云中，主要挖掘个人和家庭对资源的消耗情况，培养个人和家庭的生态文明意识；社区层面的数据可以建立中小型企业级云进行存储，主要挖掘社区的能源物质消耗，为制定科学合理的资源收费标准提供依据；企业层面的数据可以建立大中型企业级云进行存储，主要挖掘企业排污规律，为企业废料的利用提供科学数据；地区和国家层面的数据可以建立多个大型企业级进行云存储，进行综合分析，挖掘出不同时段不同区域的生态环境变化规律，为政府制定科学合理的生态文明建设计划提供依据。当然，这些多层次的数据并非孤立的，而是有机联系，统一挖掘，分层次表达。个人数据的综合会上升到国家层面，另外，国家层面的数据处理结果也能向个人表达。

3.2 生态环境改善方面

物联网和大数据不仅可以实现对生态环境监控和分析，也能用于保护和改善生态环境。

3.2.1 物联网和大数据可以生动展示生态环境影响，培养社会各主体的参与意识

首先，物联网和大数据可以向人们更加充分形象地展示人类活动对生态环境造成的各种正面或负面影响，培养个人、集体和社会参与建设生态文明的意识。如果没有物联网和大数据的参与，个人对生态环境造成的影响将很难评估，导致很多人都认为生态环境问题是由其他人或其他企业造成的，而与自己的日常活动毫无关系。所以，大家会普遍认为环保是他人的事或环保部门的事，个体参与环保的意识薄弱。而通过物联网和大数据，将可以量化个人对生态环境的影响，并根据个人的活动情况进行形象生动的提示，从而有利于提高个人的环保意识。物联网和生态大数据还能将社会各个主体连成一体，通过各个主体之间的协作和配合，培养整个社会协同参与生态文明建设的意识。

3.2.2 物联网与大数据能够提供对生态文明建设效果的评估

生态是一个由许多子系统相互联系相互影响的有机整体，不同地区和不同时段的生态环境是相互影响的。国家和政府采取的生态保护政策和环境保护措施对生态环境的改善效果如何，需要在全局和一个比较长的时间段内进行评估，而传统的技术手段只能实现在局部和某一时间点上进行评估，无法满足评估的需要。通过物联网和大数据手段能够提供全区域、多时序、多层次的监测分析结果，利用这些丰富的监测分析结果，能够更科学合理地评估生态文明建设的效果。

3.2.3 物联网和大数据可以为生态环境研究提供技术支撑

物联网和大数据为生态环境科学研究提供了有力的技术支撑手段，物联网能够让我们搜集到非常丰富的生态环境数据，并在很大程度上排除主观人为因素造成的影响，数据准确性和可靠性进一步提升，并且能做到实时对数据进行采集。结合大数据的思维和方法，生态环境科学研究将会进入到新的时代——研究的内容将更加丰富，研究的手段将更加智能，研究的结果将更为准确，研究的意义将更加显著，研究的成果也将更好地造福于社会。

3.2.4 物联网和大数据能够促进生态相关产业发展

物联网和大数据能够促进生态环境相关产业的发展，如有机生态农业、新能源等产业，为我国建设环境友好型社会提供一定的基础。

3.3 环境执法方面

科技发展一日千里，也为法律的执行提供了强有力的技术保障。我国生态环境持续恶化的一个重要原因在于环境保护的相关法律执行不到位，虽然我国制定了一系列环境保护方面的法律法规，但是实际落实情况并不乐观。环保部门由于技术的限制，无法做到实时收集企业排污数据，或者难以找到企业违法的相关证据，对区域整体生态环境污染状况也缺乏有效的监控分析手段。而物联网与大数据时代的到来，则将为环境执法提供重要技术手段，通过建立智慧环境执法系统，达到对环境污染问题实时、持续、大范围监控。

3.3.1 通过物联网与大数据能够得到企业和区域实时准确的排污数据

通过物联网和大数据可以得到企业和区域实时准确的排污数据。以往的监控手段往往不能获得实时、精确、全天候、全时段的企业排污数据，导致环保执法部门和违法企业之间经常玩猫和老鼠的游戏。而采用了多种不同传感器不同平台并能实时上传数据的物联网则能彻底扭转这一局面。在不久的将来数据将成为环境执法的核心依据之一。但是与此同时，也需要环保部门的密切配合，需要树立起尊重数据的意识，重视数据的采集、存储和管理过程。

3.3.2 通过物联网和大数据能够获悉企业和区域的污染物时空分布规律

通过物联网和大数据分析能够得到企业和区域的污染物时空分布规律。通过生态环境大数据，可以分析得到不同种类的污染物与位置、时间之间的关系。利用生态大数据，同时结合地理信息系统（GIS），可以形象直观地将区域污染状况表达和显示出来。通过掌握污染物的时空分布规律，环境执法部门将能及时发现环境异常变化并采取有效的应对措施。

3.3.3 物联网和大数据能为突发情况提供第一手资料，辅助事故应急处理

物联网和大数据能为突发环境事件提供第一手可靠资料，并为制定事件处置方案提供科学依据。通过物联网能及时发现污染源并精确定位事发地点，通过利用物联网搜集到的数据进行分析，能查明环境污染情况、污染范围和扩散状况，为突发环境问题的应急处理提供科学依据。

3.3.4 大数据能够反应和预测某一地区的生态环境状态变化

大数据能反应和预测某一地区的生态环境状态变化。在党中央提出建设生态文明战略后，各地区将会出台建设生态文明的具体措施，这些措施涉及到产业调整、环境保护、节能减排等多个方面。但这些措施的实施效果如何，对该地区的生态环境将会产生怎么样的影响，还有待进一步评估。而利用物联网这一新兴工具对生态环境系统进行感知，通过对生态环境大数据的充分挖掘，将能掌握当前地区的过去和现在的生态环境综合状态，并能够预测今后生态环境的变化趋势。

因此，当前我们的环境工作者应充分了解和掌握物联网和大数据的基本理念，树立物联网和大数据意识，关注物联网和大数据带来的社会变革，在生态环境监测分析、环境改善、环境执法中充分发挥物联网和大数据的作用，从而更好地为我国社会主义生态文明建设保驾护航。

4 展望:生态文明技术应用还须管理机制全面配合

生态文明建设不仅是关系人民健康福祉的重要问题，也是关系民族可持续发展的长远大计。党的十八大报告明确把生态文明建设纳入到了中国特色社会主义事业总体布局。如何在数据信息时代充分利用物联网和大数据理念为生态文明建设服务是一个在理论和实践上都十分值得研究的课题，物联网和大数据用于生态文明建设充分体现了它们具有的重要社会价值与人文价值。

物联网和大数据应用于生态环境状态监控与分析、生态环境改善以及环境执法中，还存在两方面问题需要进一步完善。一是由于当前物联网和大数据技术还不够成熟，离大规模推广应用还有一段距离。二是本文主要讨论了科技手段的运用，但生态文明建设是一项大的系统工程，仅仅依靠科技手段还不够，还需要法律、政策及管理等方面全方位的配合。只有将技术手段与管理机制有机结合，才能实现生态文明建设的伟大胜利，实现党的十八大报告中所描绘的“给自然留下更多的修复空间，给农业留下更多良田，给子孙留下天蓝、地绿、水静的美好家园”美好蓝图。

[1]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社.2010:1-50.

[2]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/大数据.

[3]“美丽中国”拒绝“洋垃圾”入侵[N].2012-11-14.

The Application of the Internet of Things and Big Data in the Construction of Ecological Civilization

Gao Feng, Ye Jian-ping
(School of public administration, Renmin University of China, Beijing, 100872)

Since the reform and opening-up in 1978, China has witnessed a rapid economic development. but meanwhile, the ecological environment has been seriously destroyed. Based on the Internet of Things and Big Data, this paper takes the ecological problems we faced into consideration and explores the application of Internet of Things and Big Data regarding the inspection and analysis of ecological environment, the improvement of ecological environment and environmental law enforcement for the purpose that technological and strategic support is provided to the ecological civilization construction in China.

ecological civilization, Internet of Things, Big Data

TP399

A

1674-3083（2016）06-0009-05

2016-10-14

高峰（1986—），女，湖北宜昌人，中国人民大学公共管理学院博士研究生，研究方向：GIS应用、土地管理。

叶剑平，男，福建三明人，中国人民大学公共管理学院博导，教授，研究方向：土地管理。