特大型城市生态环境数字化转型的探索与实践研究

关键词：生态环境；数字化转型；数字基座；顶层规划

前言

在当今社会，云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链等新兴数字技术正加速创新，并逐渐渗透到经济社会发展的各个领域和全过程，推动人类社会经历深刻而长远的变革，对社会形态、产业形态以及政府治理形态均产生了深远的影响。在这一数字化与生态化融合发展的背景下，顺应数字化转型的潮流，充分利用数字技术来创新生态环境治理模式与手段，提升生态环境信息化服务水平，以满足生态环境管理的需求，已成为实现生态环境现代化治理的战略选择。

在生态环境领域，多年的信息化建设已使业务实现了基本的信息化，工作效率和服务水平均有所提升。然而，由于前期信息化建设缺乏系统性规划，多采用烟囱式建设方式，随着系统的不断堆叠和数据的累积，业务孤岛、数据壁垒以及维护压力大等问题日益凸显，信息化的服务动力已无法满足新形势下国家对环境治理能力和水平的高标准、高要求。针对这一问题，国内部分学者已展开生态环境数字化转型的相关理论研究，但现有研究内容较为宏观，转型思路普适性较强而行业针对性不足，对生态环境数字化转型的现实路径与落地应用的指导参考相对欠缺。因此，文章以上海市这一特大型城市为例，深入探索生态环境行业的数字化转型方法与应用实践，旨在为类似城市的生态环境数字化转型发展提供有益的参考和借鉴。

1生态环境数字化现状、问题及转型思路

1.1生态环境行业数字化建设历程回顾与现状

生态环境行业的数字化的建设历程，总体上可以分为应用探索、规模建设、集约化建设三个阶段。如图1所示，上海市从2000年开始探索信息化建设，起初主要是服务政务办公方面，信息系统规模小，数量也不多；从2010年开始，在信息技术的普及下，环境信息化的建设进入高速发展阶段，至2017年，不同业务条线的需求基本上都得到信息化的实现，期间建设的信息系统数量多达40多个；从2018年开始探索系统的集约化建设，按照“一中心、两平台、三应用体系”总体架构，先后建立了数据中心、环保综合业务平台和公众服务平台（上海环境网站），将原有系统开始进行集成，信息化项目数量不多，但项目规模都较大。

1.2生态环境行业数字化存在的主要问题与转型思路

“十四五”是生态环境文明建设的一个全新阶段，一方面要巩固“十三五”污染防治攻坚战取得的成果；另一方面要立足新的阶段，构建新的发展格局，突出精准治污、科学治污、依法治污，按照党和国家深入打好污染防治攻坚战的指示精神，以更高标准打好蓝天、碧水、净土保卫战。在生态环境管理要求不断升级的情况下，环境治理的模式和手段也亟需创新，当前信息化服务能力存在的不足也日益凸显，见图2。

（1）数据的质量良莠不齐，难以支持精细化的环境治理。早期的信息化建设汇聚了大量的环境业务数据，但因为缺少统一的数据标准、完整的数据服务链条，导致数据资源得不到充分的利用，无法适应精准治污的新要求。

（2）集中而不集约，难以开展信息和业务协同。虽然近几年的信息化建设开始朝着集约化方向建设，但大多数是业务系统简单的堆叠在一起形成整合，未从本质上解决早期烟囱式建设遗留的问题，数据壁垒、业务壁垒依然严重，系统的扩展性和兼容性不够，协同监管模式难以实现。

（3）系统智能化程度不够，难以支撑科学决策。目前所有业务的信息化，以满足流程的线上化、资料的电子化为主，环境监管模式和监管手段仍相对落后，新技术的应用不足，需要加强核心技术的攻关和应用场景的落地，应用智能化手段来实现环境精细化、精准化的监管和治理。

根据前面的分析，目前生态环境信息化主要问题是孤岛、壁垒的存在，阻碍了信息化能力的进一步提升，归根结底是缺少系统性、整体性的规划，导致应用系统小、散、多，数据数出多源、标准不一，业务功能重复建设。就上海市而言，已建的信息系统多达50多个，同一个污染源的信息有4种以上的版本，数据的编码规则也有多个，导致很多围绕污染源开展的业务存在大量反复的信息确认工作。要想实现信息化整体能力的全面提升，推动环境治理数字化转型，必须从顶层规划切入，完成三个“重定义”，见图3。

①重定义数据。基于环境工作对象和业务，重新梳理数据，制定统一数据规范、标准、共享交换原则。

②重定义流程。重新梳理现有50多个业务系统的业务流，在实现原有业务功能的同时，去重去冗，实现流程优化和再造，并充分考虑后续业务流程的拓展灵活性。

③重定义体系。以集约化、智能化建设为导向，规划生态环境大系统顶层架构，强化环保数字基座的建设和赋能，打造“纵向到底、横向到边”的系统架构体系。

2上海市城市生态环境数字化转型实践

通过对上海市城市生态环境数字化现状的分析，结合生态环境数字化转型方法，上海市重新构建了上海城市生态环境大系统顶层架构，架构“强中台，轻应用”，打造了环保数字基座，并沉淀通用核心能力，并将分散的业务系统融合成五大应用，整体架构见图4。

2.1构建环保数字基座

环保数字基座是生态环境大系统的核心部分，是打破孤岛、壁垒的重要突破点，通过数字基座形成全局统一的信息化支撑PAAS能力，赋能上层应用。在上海城市生态环境数字化转型的实践中，基于四个核心中台构建了环保数字基座。

2.1.1物联中台

环境监测是环境管理的“眼”，生态环境行业存在着多种用于实时感知环境质量的监测设备，例如水质在线监测设备、扬尘噪声在线监测设备、空气在线监测设备等。没有统一的平台来实现这些接入设备的统一接人和管理，感知数据的共享和应用大打折扣。上海市通过搭建物联平台，实现对物联网感应层的各类型终端设备的大规模接入，将离散的监测设备统一进行管控。

2.1.2视频中台

与物联中台不同，视频中台主要是实现视频数据的接入和处理。环境执法过程中常用到视频数据。除此之外，在环境监测站点（如扬尘）、土壤修复工地监管、人河／人海排污口监控等场景也有视频数据的接人和应用需求。因此，一方面为了满足现阶段视频数据的接入需求，另一方面也是为了方便后续的视频接入和管理，以及视频智能应用的需求，上海通过视频中台来为整个生态环境大系统提供统一的视频服务能力。

2.1.3数据中台

目前上海市生态环境系统累计有数据10T多，虽然已建有环保大数据中心实现了数据的统一存储，但是未对不同业务系统汇聚来的数据进行统一的梳理和治理，尤其是污染源的数据，存在多个不同的版本、编码和数据库，导致部门之间信息不一致。上海抛弃传统的大数据中心概念，建设行业数据中台，部署数据采集、治理等各类工具组件，实现数据的采集、加工、治理、存储、应用、服务的全过程管理，让数据彻底“活”起来。

2.1.4应用中台

通过应用中台，实现统一门户、统一接人、统一用户及权限管理，并采用微服务架构，提供包括工作流组件、表单管理、日志管理等应用支撑内容，实现不同类型生态环境项目的流程和表单的自定义，为后续业务拓展提供良好的扩展性和兼容性。

2.2沉淀通用核心能力

通过重新对现有业务系统的梳理，挖掘其中所需的共性支撑，通过能力的提取和建设，提供统一的服务，减少重复的建设。其中主要包括统一编码能力、统一标签能力、统一任务管理能力、统一环境地图等。

2.2.1统一编码能力

基于污染源全生命周期管理的需求，制定统一的污染源编码作为贯穿污染源建立、生产经营、监察执法到注销的唯一身份标识，以此实现数据的聚合、业务的协同，获取完整的污染源画像，助力科学决策。

2.2.2统一标签能力

通过建立统一的标签库和标签管理机制，为污染源的精细化监管提供有力手段。上海将标签整体分为公共标签和私有标签两大类，公共标签由各处室统一管理和下发，私有标签由需求个人或部门内部自定义管理。通过标签对污染源进行多维度、多层次的标记，实现对污染源状态、特征的精细化管理，方便工作人员快速的进行业务操作。

2.2.3统一任务管理

通过建立统一任务库，实现所有环境监测、监察任务的归集，并对任务库中的任务进行梳理，通过标签进行任务要素关联，实现对具有相同要素的任务集中下发，通过统一调度实现对资源分配的优化。

2.2.4统一环境地图

基于空间地理信息技术和空间数据规范标准，集成具备地理属性的污染源、环境质量、环保专项等专题数据，形成统一的空间数据资源中心，为环境监管要素时空关联分析提供同一个空间数据基础，实现生态环境治理要素“一张图”。

2.3五大业务融合协同

上海市通过对现有业务系统的整理和分析，结合生态环境职责定位，将现有50多个业务系统融合形成五大业务系统。分别是生态环境质量管理系统、生态环境综合监管系统、生态环境一网通办系统、生态环境保护督察与专项任务管理系统和生态环境协同办公与应用支撑系统5个大系统。

（1）生态环境质量管理系统主要目标是实现全市生态环境质量监测、评价与预测预警。通过整合大气环境、水环境、噪声环境等自动监测以及手工监测数据，对控制单元进行质量评价，并结合背景条件和模型运算做出预测和预警。

（2）生态环境综合监管系统主要涉及固定污染源及移动污染源监管、执法以及应急处置等业务，包括企业排污许可证核发及证后监管，拟新建移动源（车、船、非道路移动机械）等监管工作。

（3）生态环境一网通办系统对接市“一网通办”大系统，将上海市生态环境局及各区生态环境局所涉及的行政许可审批、备案和公共服务事项全部纳入，持续推进电子证照推广应用、审批流程优化等工作。

（4）生态环境保护督察与专项任务管理系统主要支撑环保督察常态化业务工作，建立各项污染攻坚任务的分类及分配、进度上报、实施效果及考核等管理工作。

（5）生态环境协同办公与应用支撑系统主要包括统一应用支撑平台，支持各系统单点登陆、统一用户和权限管理，以及日常办公、办文、档案、信访处置（12345工单等）、科研项目管理以及采购等内控制度管理工作。

3生态环境数字化转型应用效果及未来展望

3.1上海市城市生态环境数字化转型应用效果

上海市城市生态环境的数字化转型实践，通过构建生态环境数字基座，打破现有系统框架，重构生态环境信息大系统，形成了环境感知一张网、协同一体系、监管一张图三大核心能力，推动环境治理和环境监管模式的创新。具体体现在以下几个方面：

3.1.1环境感知能力全面增强

通过环保数字基座的构建，实现了物联、视频、无人机、卫星遥感、手工监测等多源环境感知数据的融合，形成了空天地一体化的环境感知网络，让环境监管部门更加及时精准的了解环境现状，部署环境污染防治工作。

3.1.2环境数据价值充分释放

对上海市城市生态环境现有数据资源进行了彻底的梳理，并依托数据中台完成数据的汇聚、治理、分析。累计汇总接人数据4亿多条，数据治理3亿多条，累计提供数据服务7万余次，建立公共数据服务资源目录100多条，为环境业务的开展提供了统一、可靠的数据基础，数据资源综合利用率大幅度提升。

3.1.3环境污染治理更加精准智能

通过数字基座及核心能力，实现了对环境污染源的分级分类动态管理，共建立了10余类标签主题，100多个具体标签。根据业务部门的不同监管需求，能从时间、行业、污染物种类、监管级别等不同维度快速建立污染源名单，制定差异化的监管任务，从而实现精细化的监管和污染治理。

同时，通过引入人工智能技术手段，替代人工进行环境污染时间、破坏环境行为等场景进行实时动态检测，快速发现和处置问题，大大提高了环境监管的智能化水平和监管效率。

3.1.4推动环境“监管、监察、监测”三监联动

通过重构业务流程，以数字基座为驱动，打通了部门之间的业务壁垒和数据壁垒，建立了以排污许可证为核心的污染源数据标准规范和管理机制，形成了以数据推动的环境业务“三监”联动格局，实现了上海市城市生态环境业务创新、管理创新和模式创新。

3.2生态环境数字化转型未来展望

从生态环境数字化转型在上海市的探索与实践来看，构建行业数字基座以驱动和赋能转型，无疑是一种成功的思路与方法。然而，行业的数字化转型是长期且持续优化的过程，仍面临诸多挑战与未知。数字技术的不断演进将持续推动这一转型的升级与创新。

展望未来，生态环境行业的数字化转型将呈现两大趋势：一是数字技术的深度融合与应用，通过融合5G、物联网、云计算、大数据、人工智能等新技术，并持续挖掘与迭代应用场景，将进一步夯实行业数字基座，提升数字化能力；二是行业交叉融合带动产业变革，随着各行业数字化进程的推进，数字化转型的标准体系将更加完善，成熟的数字技术应用场景将实现跨行业复制，推动城市一体化数字基座建设与业务融合，进而引领政府服务模式与产业模式的变革与创新。

4结论

上海市作为特大型城市，其在生态环境数字化转型的探索实践中表明，通过构建环保数字基座，并“重定义数据、流程、体系”，能够有效破解数据孤岛与信息壁垒的难题。特大型城市可通过构建行业数字基座以驱动和赋能生态环境数字化转型。未来生态环境行业应更聚焦数字技术的深度融合与应用，同时促进行业间的交叉融合，以此带动产业变革，为生态环境数字化转型注入新的动力，推动城市生态环境治理现代化迈上新的台阶。