基于智慧环保的珠海市生态环境大数据体系设计

摘要：随着智能化技术的飞速发展，越来越多的“环保+物联网”应用落地，环境监管必须与时俱进。基于智慧环保理念，利用大数据和信息管理等强大的功能，初步构建珠海市环境大数据信息平台，助力珠海市环境监管形成一盘棋、一本账，使得环境决策更高效、更精准和更智慧。

关键词：智慧环保；环境监管；大数据体系；数据挖掘

中图分类号：X321；TP181 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.025

Design on Ecological Environment Big Data System of Zhuhai City Based on Smart Environmental Protection

ZHANG Wanying， CHEN Jialin， WEI Qiang

（Zhuhai Ecological Environment Bureau， Zhuhai 519000， China）

Abstract： With the rapid development of intelligent technology， more and more “environmental protection + Internet of Things” applications are being implemented， and environmental supervision must keep up with the times. Based on the concept of smart environmental protection， by utilizing powerful functions such as big data and information management， the environmental big data information platform of Zhuhai city is preliminary established to assist the environmental supervision of Zhuhai city in forming a unified game and account， making environmental decisions more efficient， accurate， and intelligent.

Keywords： smart environmental protection; environmental supervision; big data system; data mining

“十四五”时期，我国数字经济迈向深化应用、规范发展和普惠共享的新阶段。为应对新形势和新挑战，应把握数字化发展的新机遇，拓展经济发展的新空间，推动我国数字经济健康发展。要完善生态文明领域统筹协调机制，促进经济社会发展全面绿色转型，加快推动绿色低碳发展，持续改善环境质量。为全面贯彻落实生态文明建设和国家大数据战略要求，助力国家打赢蓝天保卫战，必须推动全国生态环境信息化实现一盘棋。在国家大力发展数字经济的政策驱动下，各行各业都在向智能化转型，越来越多的“环保+物联网”应用落地[1-2]。

新时代，生态环境保护压力和挑战并存，部门间数据分散、信息破碎、应用条块和服务割裂等问题给环境监管提出新课题。珠海市位于广东省南部，濒临南海，是向世界展示粤港澳大湾区生态文明建设成就的重要窗口。珠海市需要创新生态环境保护模式，提高环境监管和决策水平，以走在最前列的奋斗姿态打造全国生态文明新典范。因此，必须推陈出新，借助科技力量，利用大数据和信息管理等强大的功能，构建珠海市环境大数据信息平台，让海量数据跑起来、用起来，助力珠海市环境监管形成一盘棋、一本账，使得环境决策更高效、更精准和更智慧。

1 珠海市智慧环保的现状

随着城市数字化建设的不断深入，互联网平台已成为生态环境部门监管的重要手段。但是，各生态领域初期均以独立发展为原则，导致生态环保系统繁杂，各种在用信息系统繁多，信息系统间还存在数据来源不同、数据归集缺乏标准体系和运行网络环境差异等困境。所以，打破数据孤岛，将数字环保转型为智慧环保是环保信息化发展的必然结果[3-5]。针对生态环境领域信息化建设现状，珠海市急需构建自己的环境大数据体系。目标是以环境数据运算与发掘为核心，利用物联网、云计算等信息技术，构建高度感知的环保基础大数据体系，即时、动态和全面地监测水环境、大气环境、土壤环境和污染源等对象，有效推动污染减排，加强环境风险的预防与管控，助力生态文明建设。

2 珠海市环境大数据体系的构建思路

2.1 建设目标

围绕珠海市生态环境保护工作，基于数字生态与智慧生态的管理需求，拟对现有各类环保业务信息系统进行升级整合，建设一网、一图和一平台组成的智慧生态大数据体系，构建六大应用系统。以图形图像的可视化技术为依托，搭载三维可视化数字孪生系统，将各系统的业务数据叠加在虚拟场景之上，建立可视化的数字孪生城市，实现珠海市生态环境数据全生命周期智慧化管理与应用，全面感知和综合研判珠海市生态环境态势。

2.2 总体架构设计

参考《环保物联网 总体框架》（HJ 928—2017）的体系结构，以“全知、全智和全方位”为主导思想进行系统总体架构设计。珠海市环境大数据体系总体框架如图1所示。该框架自下而上分为感知层、传输层、智慧层和服务层，同时配套建立环境信息安全保障机制和环境数据标准规范体系。建设配套的信息安全保障体系，可以确保系统安全运行，保障全体系的物理安全、网络安全、主机安全、应用安全和数据安全，防止不法分子获取包含地理环境、地质结构、生态环境实时情况等具有高度保密性的数据信息。规范体系内运行数据，打破不同系统间的数据壁垒，保证全平台数据可跨系统正常调用，降低数据库存储量。

2.2.1 感知层

感知层通过集成具备感知、测量、捕获和传输信息功能的设备与系统，构建全知的一体化环境感知与监测网络，实现对污染源、环境质量、生态系统及辐射等方面环境因素的全面信息收集。采集的数据经由边缘物联网的网关技术，被高效且准确地传送至中心数据库，以供后续分析与利用。

2.2.2 传输层

传输层依赖多元化的通信技术，利用有线互联网、运营商移动网、环保专网、政务网、卫星网络和物联网，对边缘终端系统存储的环境数据进行传输、交互和共享。传输层采用多种物联网通信协议，确保信息传输安全稳定。

2.2.3 智慧层

智慧层分为两部分，即生态环境数据中心和智慧云中心。生态环境数据中心对下层传送的数据进行深度整合，为智慧云中心数据分析提供支持。智慧云中心采用数据挖掘、机器学习等方式，对多元数据进行融合分析，构建一系列模拟、分析、预测和决策模型，在数据处理阶段实施实时处理机制，深度挖掘数据的潜在价值，并运用先进的模型分析方法，推动数据朝智能化的方向演进，实现数据的智能应用。

2.2.4 服务层

服务层基于智慧云中心分析结果，建设集合六大应用的生态环境大数据管理应用体系，实现珠海市一图全面感知。六大应用分别为生态环境数据发布系统、环境质量预测预报系统、污染源动态监管系统、应急预警指挥系统、污染追因溯源系统和环境监察执法系统。

3 珠海市环境大数据体系的应用

3.1 建设成果

珠海市环境大数据平台将整合生态环境部门现有信息系统的数据资源，通过梳理、归类将所有系统进行模块化集成，高度兼容，覆盖环境质量综合监测、污染源监管等业务领域，凭借人机交互方式，实现数据融合、数据显示、数据分析和数据监测等功能。该平台可广泛应用于监测、应急指挥和分析研判等场景，从而打通数据孤岛，打破部门壁垒。

3.1.1 生态环境数据发布系统

通过大数据体系底层构建的“天地空”一体化监测网，全面收集珠海市的生态环境数据，并将其整合至统一的数据库中。结合地理信息系统，生态环境部门可通过三维可视化技术直观地在数据发布系统中实时查看当前数据和历史数据，如环境数据、空间数据以及分析评价数据。系统同步向公众公开珠海市的水、大气等环境质量状况，便于公众查询，满足公众的环境知情权。

3.1.2 环境质量预测系统

基于环境质量智能分析模型，对已有环境质量数据进行智能综合分析，实现水环境、大气环境、土壤环境的在线监测和遥感监测，新建和优化重污染天气预警体系。结合珠海市环境影响评价的审批信息，对未来环境态势进行预测和研判，实现大数据关联分析、质量变化规律情景分析和溯源分析等。拓展社会化监测信息采集和融合应用，支撑生态环境质量现状精细化分析和实时可视化表达，提高源解析精度，增强生态环境质量趋势分析和预警能力，为生态环境保护决策、管理和执法提供数据支持。

3.1.3 污染源动态监管系统

以地理信息系统为基础，采用三维可视化技术，实现区域地质、水文、环境和社会数据的空间可视化。建立珠海市重点污染源、辐射源和风险企业等环保专题图层。围绕一源一档，健全环保档案，细化到污染物排放口和治理设施。选定相应污染源后，可直接查询环保档案，甚至能迅速查询污染防治措施的设计处理能力和排放标准以及各类污染物的排放量，通过不同颜色直观形象地展现是否超标，实现污染源动态监管，同时实现各环保业务系统图层化管理。

3.1.4 应急预警指挥系统

建立音视频融合指挥调度及后台监控中心，对排放超标、有害气体泄漏等突发事件进行态势显示与快速定位，并运用环境应急预警决策模型，为事件处置提供决策思路，最大限度降低突发事件的影响，提高突发事件处理效率。应急预警指挥系统可以快速、准确地预判突发性环境风险，为应急处置赢得时间。

3.1.5 污染追因溯源系统

运用视频监控、热成像光谱、水质水量自动监控和污染溯源等智能感知手段，在主要河流上布设前端设备，建立“源（污染源）-网（市政、工业污水管网）-厂（污水处理厂）-河（受纳水体）”水污染预警溯源监测网络体系。前端检测到超标情况后，系统会立即触发报警机制，并迅速启动污染溯源仪进行实时取样。随后，通过应用水样图谱与污染源指纹库图谱的对比技术，即水质指纹识别技术，系统能够构建水质的多特征溯源图谱。这一流程能够在极短的时间内完成溯源分析，迅速锁定潜在排污源，改变以往“人海战术”的溯源模式，促进流域科学精准治理。

3.1.6 环境监察执法系统

智慧云中心配备的视频设备具备先进的图像识别和行为分析能力，可以实现24 h监控。一旦检测到异常情况，迅速固定相关证据，并立即触发预警系统，实时将其转交给相应的负责人员。接入环保移动执法系统等数据，对执法单位、人员和被执行对象等要素进行可视化监测。支持处罚决定书文号、行政相对人名称、案由、处罚依据、处罚金额和处罚日期等行政处罚信息的详细查询，并可对执法行为数量、纠正执法数量和监督方式等指标进行多维可视化分析，辅助管理者全面掌握环境执法工作动态，提高环境执法监督力度。利用环境违法举报线索和信访投诉等环境信息采集数据，同步结合企业的工商税务等信息，对历年卫星遥感数据进行识别、解译，再与无人机巡查、移动终端核查相结合，精确打击企业未批先建、未验先投、偷排漏排和超标排放等违法行为，预警企业违法风险，支撑环境监察执法从被动响应向主动查究违法行为转变，实现有效监管。

3.2 应用效果

珠海市生态环境大数据平台运用新思路、新技术和新方法，开展生态环境综合决策和环境监管等创新应用，为生态环境决策和管理提供技术支撑。同时，推进环境治理体系和治理能力现代化，实现数据资源开放共享、业务协同，解决沉睡数据唤醒、多方数据融合和杂乱数据治理等难题，有效推动生态环境保护工作从“数治”转变为“智治”。

3.2.1 提升数据汇聚能力

提供统一的数据采集、分析和处理等支撑服务，实现数据传输交换、管理监控与共享开放，支撑分布式计算、流式数据处理、大数据关联分析、趋势分析和空间分析等，有效应用环境大数据，为生态环境决策和管理提供服务。

3.2.2 提高资源利用率

有效盘活已有资产，改变以往一个部门的设备只用于本部门的状态，提高资源利用率，有效节省人力、物力和财力。

3.2.3 创建统一数据生态

建立珠海市生态环境大数据平台，实现数据互通、信息融合，形成生态环境信息“一张图”、环境监管“一张网”和环保数据“一平台”，有效解决污染不清、信息孤岛等问题。要打造完整的数据应用生态圈，持续优化数据应用。

3.3 成果亮点

珠海市生态环境大数据平台满足珠海市基本环境管理要求，亮点突出。

3.3.1 数字孪生技术

数字孪生概念涵盖数字映射和数字镜像，旨在通过信息化平台模拟物理实体、运行流程或系统，形成一种与之高度相似的数字模型。数字孪生技术能够使人在信息化平台上实时掌握物理实体的状态信息，甚至实现对物理实体内部预定义接口组件的远程控制。大数据平台应用数字孪生技术，将现实城市中的生态环境治理全程映射在虚拟的数字孪生世界，可实现不同管控场景下污染预测模拟、情景还原动态可视化人机调度等。生态环境部门可实时掌握珠海市生态环境的现状、异常和变化趋势，发现环境变化规律，提升生态环境决策的科学性、精准性与高效性。

3.3.2 数据智能挖掘体系

大数据平台智慧层运用深度学习和神经网络技术，建设数据智能挖掘体系，将已有数据模型通用计算下沉至前端设备。边缘计算可提高人工智能分析的实时性，降低传输成本，满足场景不断增加的灵活操作要求。此外，数据智能挖掘体系能通过不断扩充的数据库信息进行深度学习，不断优化计算分析模型，构建新模型，建设一个“越用越新，不断成长”的平台。

4 结论

智慧环保体系建设是智慧城市建设的重要内容，是提高生态环境智慧监管水平的有力抓手。基于智慧环保，可设计珠海市生态环境大数据体系。其间必须充分利用地理信息系统、云计算和数据挖掘等信息技术，深入分析城市生态环境数据，对城市生态系统发展趋势进行科学预测，制定有效的环境政策。总之，构建生态环境大数据体系能促进珠海市数字环保向智慧环保转变，为智慧城市建设奠定良好基础。

参考文献

1 孙传国.智慧城市背景下的智慧环保建设探索[J].智能环保，2019（22）：119-120.

2 徐 锋，邢建东.智慧环保发展新方向：基于物联网和商业智能技术的委托监测业务管理系统[J].博览，2019（4）：63-64.

3 刘 锐，刘文清，卫晋晋，等.“互联网+”智慧环保评价指标体系研究[J].中国工程科学，2018（20）：120-128.

4 徐 敏，孙海林.从“数字环保”到“智慧环保”[J].环境监测管理与技术，2011（4）：5-7.

5 姚 新，刘 锐，孙世友，等.智慧环保理论与实践[M].北京：科学出版社，2014：35-36.