“互聯(lián)網(wǎng) +”智慧環(huán)保技術發(fā)展研究

一、前言在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，互聯(lián)網(wǎng)與各領域的融合發(fā)展具有廣闊前景，成為了時代潮流?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與經(jīng)濟社會各領域深度融合，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎設施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃在推動技術進步、效率提升和組織變革，增強實體經(jīng)濟創(chuàng)新力和生產(chǎn)力方面潛力突出。我國高度重視“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，《國務院關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》明確了推動“互聯(lián)網(wǎng)+”的11項重點行動。在“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色生態(tài)重點行動方面，要求推動互聯(lián)網(wǎng)與生態(tài)文明建設深度融合，完善污染物監(jiān)測及信息發(fā)布系統(tǒng)，形成覆蓋主要生態(tài)要素的資源環(huán)境承載能力動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡；就發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在逆向物流回收體系中的平臺作用，促進再生資源交易利用的便捷化、互動化、透明化方面也作了具體部署。生態(tài)環(huán)境部《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設總體方案》進一步提出，運用大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術（IT）手段，提高生態(tài)環(huán)境保護綜合決策、監(jiān)管治理和公共服務水平，轉變環(huán)境管理方式和工作方式。新一代移動互聯(lián)網(wǎng)的應用日新月異，人工智能（AI）在環(huán)保領域的應用初見端倪，區(qū)塊鏈、邊緣計算等技術的發(fā)展也在不斷創(chuàng)新，新型IT技術成為推動“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保發(fā)展的重要支撐。隨著“十一五”至“十三五”時期一系列重大環(huán)保項目的實施，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保建設在相關技術、產(chǎn)業(yè)、應用、政策與保障層面均取得了顯著進展，為推進環(huán)境保護歷史性轉變奠定了堅實基礎。也要注意到，在“互聯(lián)網(wǎng)+”與智慧環(huán)保領域融合發(fā)展的過程中，技術發(fā)展和應用拓展方面仍然存在一些亟待解決的問題，如數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同、市場應用等。本文重點圍繞這些問題，就發(fā)展需求、技術與應用現(xiàn)狀、面臨問題、對策建議等開展探討，以期為“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的研究與應用提供借鑒。二、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的發(fā)展需求為了充分調(diào)度政府、企業(yè)、公眾的資源和力量，促進形成環(huán)境治理協(xié)同創(chuàng)新的格局，將互聯(lián)網(wǎng)與智慧環(huán)保深度結合來形成“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保體系成為現(xiàn)實選擇?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保綜合運用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新型IT技術，以多源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設為基礎，推動污染源監(jiān)管數(shù)據(jù)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境治理數(shù)據(jù)、環(huán)境產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)的開放共享，支持“源頭防控、過程監(jiān)管、綜合治理、全民共治”環(huán)境管理閉環(huán)；在助力環(huán)境質(zhì)量改善和環(huán)境風險防范的基礎上，為社會提供更加優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)品?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保具有切實的市場需求和良好的增長潛力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)保領域的應用深化，未來發(fā)展需求更加豐富全面：環(huán)保智能化要求更高效、更精確的監(jiān)測和分析技術以及與“互聯(lián)網(wǎng)+”有機結合的完整技術生態(tài)；環(huán)保產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的全方位結合尤為迫切，包括完善現(xiàn)有技術路線、商業(yè)模式和管理方式；環(huán)境監(jiān)測行業(yè)面臨重大發(fā)展機遇，涉及大氣、土壤、水的智慧化監(jiān)測；有關實施和運維服務也成為重點需求，依托“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)智能實時動態(tài)的監(jiān)測維護服務，提高智慧環(huán)保應用效率，最大限度地降低成本和不確定干擾因素。三、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的技術與應用現(xiàn)狀（一）生態(tài)環(huán)境信息采集與傳輸近年來，我國生態(tài)環(huán)境信息采集能力隨著環(huán)境監(jiān)測體系的逐步建設取得了長足進展：生物監(jiān)測、物理監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測、衛(wèi)星遙感監(jiān)測等多種監(jiān)測技術投入使用，天/空/地一體化的立體監(jiān)測體系基本建成；環(huán)境監(jiān)測微站、尾氣遙測、激光雷達、高清視頻等新型監(jiān)測設備規(guī)?；度霊茫O(jiān)測精度大幅提高。例如，在大氣環(huán)境監(jiān)測方面，天/空/地一體化生態(tài)環(huán)境立體監(jiān)測體系實現(xiàn)了衛(wèi)星遙感大氣污染物濃度監(jiān)測、無人機航空遙感大氣污染物濃度監(jiān)測、微型空氣子站污染物濃度監(jiān)測；相較常規(guī)空氣質(zhì)量監(jiān)測站，全面提升了對大氣污染的多時相、多維度感知與實時監(jiān)控能力?；谖锫?lián)網(wǎng)感知體系對水、空氣、土壤、生態(tài)等多種環(huán)境要素進行全面感知，在一定程度上實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評估、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化趨勢預測，進而科學預警可能的環(huán)境污染事故；初步實現(xiàn)了粗放式監(jiān)管轉向精細化監(jiān)管，對各種污染源和污染物末端排放、工況監(jiān)測等能力基本成型，環(huán)保管理模式已由事后處理為主轉向事前預防為主；具備對核與輻射、危險廢物和危險化學品運輸?shù)蕊L險源進行全程監(jiān)管的能力，防范了環(huán)境風險的發(fā)生發(fā)展，從而快速高效地應對重污染事件和突發(fā)環(huán)境污染事件，保障了區(qū)域污染聯(lián)防聯(lián)控工作。從技術角度看，生態(tài)環(huán)境立體綜合監(jiān)測、數(shù)據(jù)融合、第五代移動通信（5G）等技術在“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保體系中的應用仍有待深化，未來發(fā)展空間主要體現(xiàn)在兩方面：①運用多源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術采集生態(tài)環(huán)境信息，整合生態(tài)環(huán)境管理數(shù)據(jù)資源，建立具有時空完整性的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)體系，在驗證技術可行性、經(jīng)濟性和科學性之后遴選出具有重大價值的技術及其應用方式；②利用以5G為代表的高效數(shù)據(jù)傳輸技術來完善監(jiān)管體系，實現(xiàn)立體化、全方位監(jiān)測和實時高效的數(shù)據(jù)傳輸，相關生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)感知設備涵蓋標準監(jiān)測站、微/小型監(jiān)測站、遙感衛(wèi)星、無人機、無人船等。（二）生態(tài)環(huán)境管理與決策支持面向?qū)Ｓ袠I(yè)務的應用需求，生態(tài)環(huán)境管理部門逐步建立業(yè)務應用系統(tǒng)：建設項目管理、環(huán)境統(tǒng)計信息、排污收費、排污申報登記、生物多樣性管理、環(huán)境質(zhì)量管理、污染源管理、核與輻射管理、衛(wèi)星環(huán)境遙感應用、環(huán)境空氣質(zhì)量預測預報等系統(tǒng)，通過業(yè)務管理流程的優(yōu)化和協(xié)同，顯著提高工作效率。環(huán)境信息資源開發(fā)和利用水平整體較高，定期發(fā)布環(huán)境質(zhì)量公報、環(huán)境統(tǒng)計年報、空氣質(zhì)量日報、水質(zhì)監(jiān)測周報、衛(wèi)星遙感監(jiān)測簡報等信息產(chǎn)品，為環(huán)境保護工作提供了重要基礎。隨著污染源管理模式從分散分段管理轉向體現(xiàn)要素的綜合性管理，建立專業(yè)性的生態(tài)環(huán)境管理平臺，體現(xiàn)大氣、水、自然生態(tài)等核心環(huán)境要素特征，成為智慧環(huán)保的發(fā)展方向和應用趨勢。適應生態(tài)環(huán)境管理與決策支持的技術需求主要體現(xiàn)為：利用大數(shù)據(jù)信息管理技術開展數(shù)據(jù)匯集和整合，通過環(huán)境綜合模擬和多業(yè)務協(xié)同建模技術預測未來情景，應用云計算技術提高預測效率，采用AI技術對多源數(shù)據(jù)進行綜合分析和處理，發(fā)布預警及處置信息以實現(xiàn)應急預警和快速溯源，通過感測設備和公眾反饋實現(xiàn)環(huán)境風險的智慧化管理。科學的頂層設計是“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保應用實施的關鍵前提。從全局視角出發(fā)設計相應的總體技術架構，對架構涉及的各方面、各層次、各類服務對象和因素進行統(tǒng)籌考慮。梳理環(huán)境管理的業(yè)務流程，分析信息化建設體系需求，前瞻性地設計信息化總體框架，以統(tǒng)一規(guī)劃、同一平臺、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一安全等級、統(tǒng)一運行維護的方式推進環(huán)保信息化建設。采取切實舉措來緩解機構部門之間資源難以共享、信息難以互聯(lián)互通的問題，為總體規(guī)劃實施鋪平道路。結合云計算、大數(shù)據(jù)、AI等技術實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的評價預測和污染快速溯源，推動從監(jiān)測到監(jiān)管的自動化和智能化。四、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保面臨的問題“十一五”以來，一系列重大環(huán)保項目的建設和實施，促進了“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保建設的突出成效，為實現(xiàn)環(huán)境保護的歷史性轉變打下良好基礎。也要注意到，在“互聯(lián)網(wǎng)+”與智慧環(huán)保融合發(fā)展的過程中，技術、產(chǎn)業(yè)、應用方面仍然存在著一些亟待解決的問題。

（一）技術層面推動互聯(lián)網(wǎng)技術和智慧環(huán)保的深度融合是智慧環(huán)保創(chuàng)新發(fā)展的技術基礎，然而相關新技術的創(chuàng)新應用尚不匹配環(huán)境保護業(yè)務快速發(fā)展的步伐。國內(nèi)企業(yè)和機構亟待加強環(huán)境監(jiān)測與智能化治理設施領域的技術研發(fā)和創(chuàng)新應用，以有效緩解部分國外先進環(huán)保技術引進途徑不暢的現(xiàn)象。大數(shù)據(jù)、5G、AI等技術與“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的融合應用仍顯不足，尤其在綜合性決策服務方面的深度應用有待加強。另外，通過科研、示范、實踐等多類措施來推動環(huán)境保護信息資源公開、數(shù)據(jù)深層次開發(fā)利用、環(huán)保服務模式創(chuàng)新，也是應當著力解決的問題。（二）應用層面針對環(huán)境管理的現(xiàn)實需求，環(huán)保主管部門建立了眾多類別的業(yè)務應用系統(tǒng)，提高了我國環(huán)境信息資源的開發(fā)和利用水平。也要注意到，我國在以“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保為中心的創(chuàng)新應用體系方面尚處于起步階段，特別是沒有形成“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的標準化頂層設計、合作模式、跨界融合核心標準指南等關鍵內(nèi)容，阻礙了“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保技術的推廣應用范圍和力度。（三）產(chǎn)業(yè)層面我國擁有強烈的環(huán)境改善訴求和規(guī)模龐大的環(huán)保市場，環(huán)保產(chǎn)業(yè)具有以先進除塵脫硫、生活污水處理、余熱余壓利用、綠色照明裝備供給為代表的業(yè)務能力。然而，環(huán)保產(chǎn)業(yè)也存在著薄弱環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在：①因市場競爭無序?qū)е聝?yōu)秀環(huán)保技術在國內(nèi)推廣緩慢，加之環(huán)保和互聯(lián)網(wǎng)融合不足、信息嚴重不對稱，導致環(huán)保產(chǎn)業(yè)供給能力遠遠不能滿足生態(tài)文明建設要求和市場需求；②缺乏具有權威性、國際化程度高、能夠獲得政府和市場廣泛認可的環(huán)保綜合服務平臺，許多地方政府和產(chǎn)污企業(yè)因缺乏獲取適用環(huán)保技術的信息渠道而導致技術供需對接困難；③以企業(yè)為主體的環(huán)境技術創(chuàng)新體系建設進展遲緩，新技術示范推廣渠道不暢，環(huán)境服務業(yè)發(fā)展相對滯后。五、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保體系框架及其典型應用（一）總體架構考慮環(huán)境保護全生命周期活動規(guī)律，兼顧“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保建設的標準規(guī)范、安全管理、運維管理等要求，提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保體系架構（見圖1）。這一總體框架主要包括以下四方面內(nèi)容。圖1“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保總體架構示意圖注：APP表示應用程序；IaaS表示基礎設施即服務；DaaS表示數(shù)據(jù)即服務；PaaS表示平臺即服務；SaaS表示軟件即服務；CaaS表示通信即服務。環(huán)保數(shù)據(jù)資源中心，用于匯集“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的全部數(shù)據(jù)資源，為業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)支撐。環(huán)境管理涉及業(yè)務紛繁復雜，數(shù)據(jù)類型形式多樣（維度多、尺度多、涉及面廣），在數(shù)據(jù)層面按照數(shù)據(jù)的主題進行劃分，分別形成各自的主題數(shù)據(jù)庫。感知/接入/通信層，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、傳輸和處理。通過傳感器、攝像頭、雷達等感知單元來獲取數(shù)據(jù)，通過環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)等網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)；經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)融合、異常數(shù)據(jù)識別、數(shù)據(jù)質(zhì)量保證等處理環(huán)節(jié)來實現(xiàn)智慧信息的融合。智慧環(huán)保云服務平臺層，主要分為：①專業(yè)云服務資源層用于封裝污染產(chǎn)生、處理過程監(jiān)管、環(huán)境綜合治理等方面的數(shù)據(jù)；②云服務支撐功能層涵蓋大數(shù)據(jù)引擎、AI、協(xié)同服務等基礎服務以及天/空/地一體化立體監(jiān)測、精準治霾智能調(diào)控、水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管、生態(tài)紅線監(jiān)管、廢棄物在線交易等環(huán)保應用服務；③智慧用戶界面包括政府、企業(yè)、科研院所、公眾等不同用戶類型以及門戶網(wǎng)站、在線系統(tǒng)、應用程序等終端交互設備。智慧云服務應用層，用于對“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保服務模式進行分類，一般分為環(huán)保軟件服務模式、環(huán)保數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務模式、環(huán)保咨詢服務模式、環(huán)保技術服務模式等。（二）典型應用方向

1.精準治氣應用

開展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保在大氣污染防治方面的應用探索，對于推動精準治理和系統(tǒng)治理、促進大氣環(huán)境的持續(xù)改善具有科學意義和實用價值。國內(nèi)企業(yè)具有大氣污染防治綜合服務的基礎能力，相關市場規(guī)模約為數(shù)十億元。①建立立體監(jiān)測體系，綜合衛(wèi)星遙感、高空視頻、無人機、網(wǎng)格化監(jiān)測微站、激光雷達、污染源在線監(jiān)測設備等先進監(jiān)測技術，全面采集空氣質(zhì)量和污染源數(shù)據(jù)。②實施精準研判，通過環(huán)境大數(shù)據(jù)分析和印痕、情景模擬等多元模型，抓準污染癥結，快速診斷污染排放趨勢，契合空氣質(zhì)量的動態(tài)調(diào)控需求。③提出靶向管控建議，結合污染治理的專家團隊經(jīng)驗，開展科學達標分析，在長效靶向治污的同時具有應急精準管控能力。④進行科學成效評估，面向各類防治措施和監(jiān)管手段，針對性提供區(qū)域污染防治成效和績效考核評估服務。以天/空/地一體化的立體化監(jiān)測和環(huán)境大數(shù)據(jù)分析為基礎，建立一套以“立體監(jiān)測、精準研判、靶向管控、科學評估”為核心特征的大氣污染防治業(yè)務流程。突出專家團隊經(jīng)驗的運用，支撐構建大氣污染精準防治、智慧管控和科學評估的工作模式，初步實現(xiàn)大氣環(huán)境污染防治的科學化、精細化和經(jīng)濟性。2.系統(tǒng)治水應用針對水污染防治，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保的作用重點體現(xiàn)為智慧監(jiān)管和靶向治理。國家機構管理職能調(diào)整之后，排污口全面納入生態(tài)環(huán)境管理體系之中。系統(tǒng)治水的智慧化監(jiān)管體系具有“污染源–排口–水體”全鏈條信息化監(jiān)管能力，從而實現(xiàn)對水污染源、流、匯的統(tǒng)一監(jiān)管。在普查、詳查污染源和排污口的基礎上，準確把握污染底數(shù)，建立和應用動態(tài)的數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)。此外，水環(huán)境科學精細化管理重在體現(xiàn)污染源排口的拓撲關系，把握污染產(chǎn)生–排放–入河（湖）的量化關系、入河（湖）排污通量和斷面水質(zhì)的響應關系。重點建設污染源監(jiān)管、水質(zhì)監(jiān)測、執(zhí)法監(jiān)管、河長制平臺等業(yè)務應用子系統(tǒng)，全面掌握水環(huán)境及其相關信息，具備對污染事件的快速響應能力。系統(tǒng)治水的另一個重點方面是水環(huán)境的工程治理。作為水環(huán)境質(zhì)量保障的重要組成部分，相關工程設施的建設、運行通過整體性設計與優(yōu)化，體現(xiàn)靶向性工程治理體系的理念，確保水質(zhì)目標的可達性。“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保在這一方向的應用，如生態(tài)補水與污染治理設施的協(xié)同運行控制決策，有力促進了工程調(diào)度的整體優(yōu)化和能效發(fā)揮。3.生態(tài)監(jiān)管應用“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保在生態(tài)監(jiān)管領域的應用包括生態(tài)紅線監(jiān)管、自然保護區(qū)監(jiān)管、生物多樣性監(jiān)管等。綜合利用衛(wèi)星遙感、云計算、地理信息系統(tǒng)，建立多尺度/多時相、天/空/地一體化的生態(tài)監(jiān)管信息數(shù)據(jù)資源庫。依托無人機航空遙感與地面生態(tài)觀測方面的數(shù)據(jù)快速獲取能力，開展生態(tài)保護紅線巡查、人類活動監(jiān)控、生態(tài)系統(tǒng)格局、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)風險監(jiān)管、生態(tài)資產(chǎn)統(tǒng)計核算、生態(tài)保護成效評估、移動核查與執(zhí)法等領域的業(yè)務應用，提升國家生態(tài)監(jiān)管水平。作為我國“三線一單”環(huán)境管理模式的重要組成部分，生態(tài)紅線是未來生態(tài)監(jiān)管體系建設的重要方向。“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保在生態(tài)監(jiān)管領域具有重大應用前景的業(yè)務有：將生態(tài)紅線的劃定、勘定與建設項目審批、規(guī)劃環(huán)評等業(yè)務審批相結合；從人類活動干擾、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等維度科學評估紅線保護成果。例如，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心應用了多種業(yè)務化系統(tǒng)，標志著基于衛(wèi)星遙感的生態(tài)監(jiān)管體系建設取得了階段性成效。4.資源交易應用環(huán)保產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術的全方位結合，推動了“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)保領域的深化應用，涌現(xiàn)了廢棄物在線交易、環(huán)保技術線上對接、企業(yè)網(wǎng)上排污權交易等新興業(yè)態(tài)。這些環(huán)保業(yè)態(tài)的發(fā)展需要對技術路線、商業(yè)模式、管理方式進行優(yōu)化，從而促進產(chǎn)業(yè)技術進步、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的顛覆性變革。進一步鼓勵互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與構建城市廢棄物回收平臺，推動再生資源回收模式創(chuàng)新：利用電子標簽、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術跟蹤重點電子廢物流向，實施各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)廢棄物信息平臺建設；推動現(xiàn)有骨干再生資源交易市場朝著線上線下結合的方向轉型升級，逐步形成行業(yè)性、區(qū)域性產(chǎn)業(yè)廢棄物和再生資源在線交易系統(tǒng)。重點推進主要污染物總量減排，探索企業(yè)網(wǎng)上排污權交易試點；開展碳排放權交易市場的先行先試，通過循環(huán)經(jīng)濟信息交流平臺來推動企業(yè)節(jié)能低碳成果的在線展示和經(jīng)驗推廣。通過示范工程的推動，加快廢棄物在線交易的全面實施進程。六、對策建議（一）技術層面發(fā)展多源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術，注重技