周佳,彭理谦,闫文生,陆楠,张一珂,李晶,隆仕军,朱旻

(1.成都市环境保护信息中心,成都 610015；2.生态环境部信息中心,北京 100029)

随着城市规模的迅速扩张发展,做好生态建设、创建美好的生态环境是未来城市发展的必要一环。现阶段国内城市大气基本都面临以下问题：市区大气污染物排放情况复杂多变,缺乏完整的动态污染源排放清单,很难摸清污染源排放情况；监管方式信息化程度低,区域环境质量状况堪忧且现有监管方式难以为继,如扬尘、机动车尾气排放、工业废气污染比较严重,可吸入颗粒物和O3均有不同程度超标,而现有的污染源在线监测仅局限于部分工业有组织排放,且数据有效性不高,大量的扬尘、机动车尾气排放、工业生产和餐饮排放等并没有在线数据,难以获得准确的城市污染物排放总量；环境空气质量监测网络的点位数量有限,以人工为主的低效率监管无法为全市空气质量改善提供足够的数据支撑,监管压力越来越大,已难以满足监管需求。同时,随着经济的持续快速增长和居民收入水平的提高,公众环境权益观念增强,对环境质量改善的意识提升,对环境健康安全的关注度和要求随之提高,在环境质量改善速度与公众期望差距仍较大的情况下,环保信访投诉总量长期居高不下[1]。

针对现存的各种问题和压力,相关部门使用人工监管方式对城市环境进行网格化管理,在大气污染防治工作中取得了显著成效,但人力、物力消耗巨大,且时效性与对突发污染事件的响应和判别依然存在较大不足。只有精确地找到本地污染排放来源并结合地理、气象、环境衍生等众多条件,才能有效地对污染物减排进行精准决策和快速应对[1]。

1 成都大气环境形势[2-3]

成都市位于成都平原的腹心地,属于亚热带季风气候区,其特点是四季分明,冬无严寒、夏无酷暑,风速小、日照少、阴天多、湿度大。成都市市区风速较小,静风频率高,使得人类活动所产生的烟尘不能及时扩散,从而加重了市区的大气污染程度。成都市夜间和清晨常出现下冷上暖的逆温层温度分布现象,冬季逆温层较厚、维持时间长,夏季则相对偏弱。由于成都市日照少,导致逆温层较为稳定,限制了贴地乱流运动的发生,大气垂直运动受阻,污染物不易扩散,所以人们常常在清晨或傍晚的时候看到比较严重的雾霾。成都市近地面空气湿度较大,含有丰富的水汽,较易与悬浮物相结合形成烟雾,又因为市区风速小且大气层结构稳定,因此烟雾不易沉降,持续时间较长。总之,成都市的大气气象条件对大气污染物的扩散存在明显的不利影响。

另一方面,从近期有关研究分析成果来看,移动源对大气颗粒物的综合贡献占比较大。成都市机动车增长迅速,全市现有530余万辆的机动车和2.3万余辆施工现场燃油工程机械。除对颗粒物的直接贡献外,移动源排放的NOx(氮氧化物)和VOCs(挥发性有机物)对全市污染物排放总量的贡献率也非常大。成都市的道路交通目前正处于汽车高速增长、高强度使用、高密度聚集的时期,汽车尾气和车辆行驶卷起的大量扬尘给成都市的空气质量造成了十分不利的影响。此外,成都市发达的餐饮行业以及生活燃煤用量增大,也使得城区大气污染负荷大增。

2 成都大气管理现状

2.1 跨部门信息共享和业务协同程度低

多年来,大气环境信息化建设一直采用各业务部门为主导的模式,以各业务部门需求为导向,通过各自业务能力开展部门的信息化建设工作。从各业务部门角度来看,信息化水平不低,自身信息化工作很有成效。但是从全局来看,各部门的业务系统互联互通性差,数据难以交换和共享,造成大量的 “应用孤岛”和 “数据孤岛”,导致业务难以闭环,难以相互协同形成合力。

2.2 面向决策者的全流程信息展示不足

数据资源是实现科学决策的前提和保证,只有全面掌握数据、运用数据,决策者才能做出科学决策。目前的大气信息化系统各自对部分业务成果有展示,但对大气环境治理全流程的数据展示得不系统、不全面、不及时,并且没有统一的平台集中展示。数据汇集、展示方面的欠缺制约着系统服务决策能力的发挥。

2.3 大气环境信息资源开发利用程度低

经过多年的发展,大气环境管理至今积累了大量的数据资源,但由于数据挖掘、整合、使用技术及意识的缺乏,导致信息资源的开发利用水平总体不高。大量的环境数据没有很好地转化为具有分析和决策效用的信息,环境信息资源在支撑环境质量状况评估、环境形势预测分析、环境管理科学决策等方面发挥作用有限,环保大数据研究及应用亟待深化。

2.4 信息化与环境管理创新的结合不够

随着环境治理工作的深入,决策精准化与管理精细化要求越来越高,信息化发展水平已成为推动和落实环境管理创新的重要载体。但当前环境信息化主要问题的根源在于缺乏对环境信息化系统性、全局性和长期性的认识,缺乏整体规划和顶层设计,更缺乏统一的应用平台,导致信息流通不顺畅、业务协作不顺畅,未能充分发挥信息技术优势并提高管理的精细化水平,在环境管理创新方面未能发挥出应有的推动和支撑作用。

3 大气污染防治闭环管理模式

近年来,成都市下大力气 “铁腕”治污,以持续改善环境质量为核心,全面打响 “三大战役”,积极推进“三治一增”,着力解决突出环境问题,持续增加优质生态产品供给。从宏观形势上看,成都市生态环境工作面临着机遇也不乏挑战,还存在生态环境质量未达标、突出环境问题量多面广、抵御生态风险能力较低、监管存在 “真空”等问题。为提高生态环境科学监管、精准施策水平,结合大数据技术在科学化、定量化、精细化方面的支撑作用,探索一套数据 “智”理体系,具有重要的社会意义和紧迫的现实需求。成都市生态环境局提出五步闭环工作体系,以大数据的管理思维和管理模式为核心,将大气污染治理工作进一步向定量化、精细化和精准化方向推进。对现有的大气环境管理资源进行汇集、整合和沉淀,将工作流程再造为 “现状、科研、对策、执行、评估”五步业务闭环。

闭环管理是对现有大气环境监管模式的创新,改变了原有的各司其职、条块分割的工作方式,将相关资源协同运转起来,构建了基于工作场景的统一指挥调度体系,支持跨部门、跨层级的指挥与调度,实现从场景触发、响应、研判、处置,直至结束的闭环全程管理。

闭环管理依托大数据系统对各环节进行定量化、精细化的过程留痕,进一步通过对过程数据的分析找准问题、分析根源、精准发力,使大气环境管理从粗放型向精细化、精准化转变,从经验、直觉判断向大数据科学决策转变,不断提高大气环境治理成效。

4 成都市数智环境系统—大气大数据应用

当前,新一轮信息革命正引领人类从工业文明加速向信息文明转型,全面影响和重塑经济运行、社会发展、国家治理、人民生活的各个领域,信息化技术成为政府通往现代化治理之路必不可少的重要依托。全面加快生态环境信息化创新发展,必将成为推动生态环境治理体系建设和治理能力现代化的重要手段。以大数据为主导的信息化浪潮正席卷全球,大数据既是技术发展的方向,也是一种新的思维方式和管理方式。2015年,国务院发布 《促进大数据发展行动纲要》,明确提出要全面推进我国大数据发展和应用,加快建设数据强国。2016年,原环境保护部发布 《生态环境大数据建设总体方案》,要求充分运用大数据等现代信息技术手段,全面提高生态环境保护综合决策、监管治理和公共服务水平,加快转变生态环境管理方式和工作方式。目前,成都市大气污染问题突出、形势严峻、工作紧迫,因此要在落实原有措施的基础上,采取更加精准有效的手段,向信息化要效益,向数据要成效,运用大数据思维创新环境治理手段和治理方式,打造精准施策、科学监管、多方协作的大气环境治理工作新模式,有效提高大气污染防治成效。

成都市生态环境局根据闭环管理的 “五步法”工作体系,为实现业务大协同和执行、监督、执法队伍的统一调度,并形成大数据的应用环境,基于日常监管、重污染天气应对、大气环境问题督察督办、年度计划四类业务主线,设计并建设成都市数智环境大气系统。系统围绕市环保局、区县及市级单位、乡镇及区县单位的应用需求,定制开发相应功能,快速形成管控目标与任务并及时推送,实现协同监管的科学化与精细化,确保大气环境管理各项工作高效执行、有力推进,切实做到闭环管理和统一调度。

系统最终建成现状概览、科学分析、精准管控、在线调度和动态评估五大平台并配备手机端应用,实现市局、直属单位、区(市、县)环保局和其他部门等业务协同工作,市、区(市、县)、乡镇三级的统一指挥调度和数据成果的统一应用分析展示。

4.1 环境现状

环境现状主要突出百姓关注与考核的关键指标,从成都市大气环境形势和宏观形势数据分析两方面进行数据成果展示。大气环境形势主要包括空气质量、空气地图、污染源查询统计、排放清单分析及污染物专题。宏观形势数据分析包括日常监测与预测分析、中长期大气环境形势分析和重污染分析。

系统直观展示、实时分析环境质量的监测数据、预测预报数据、达标预测数据、预警报警数据,国家、省(区、市)、市、县(市、区)空气质量排名数据,污染源的分类、查询、统计数据,舆情数据的分析、统计,以及数据空间化分析,实现大气环境现状的整体概览。同时,统计成都市针对大气污染防治和空气质量改善方面制定的各类行动计划和具体考核指标,分析出现状与目标的差距,并预测未来的达标概率。

4.2 科学分析

科学分析主要从问题研判、污染成因分析、业务会商和专业解读方面进行资源整合展示。主要包括模型预报、人工预报、气象条件分析、污染特征分析等内容,作为领导决策是否需要预警和制定措施的依据,对所发现的问题和重污染应对等业务工作中的问题进行研判诊断,有针对性地做出原因分析,并按照不同的管控区级别和范围分别推送各类管控对象的问题和报警情况,根据相应问题提出对策建议。同时,统计环境污染问题清单,识别出各类问题的占比,按照问题类型清晰描述详情信息,基于模板自动生成分析报告向相关部门和领导进行推送。

分析平台对应五步法当中的科研环节,结合实际业务需求,以现状中的生态环境观测网实际数据和会商预测数据为基础进行分析,生成每日、每周、每月、每季、每半年和每年的定期分析报告以及不定期的专题报告；在数值预报的基础上结合其他多元预报产品,生成成都市每天和未来3～7天空气质量预报报告,作为领导决策是否需要预警和制定措施的依据。分析平台可为成都市大气污染防治工作提供科学指导,对大气污染防治工作的措施制定、重污染天气的合理应对提出意见和建议,为目标管控体系提供科学支撑。

4.3 精准管控

建设管控平台的目的就是为了在科学研究的基础上结合成都市的治霾经验,使治理措施的管控效果更加具有确定性,同时又能防止造成管控经济成本过大的问题[5]。精准管控从年度计划措施、科研预测发现问题对策、监测站点超标问题对策和重污染预警预案方面进行措施管理,并通过长期的调度和执行情况,自动提供措施建议。管控平台对应五步法当中的对策环节,根据分析平台提出的指导和建议,按照年度计划、日常管控重点环节与对象、重污染天气应急响应预案,将年度计划任务、日常管控任务、应急响应任务派发给各区(市)县和市级部门,并对措施完成情况进行汇总分析。

基于精准管控模块准确下达大气污染防治工作措施,形成日常管控对策体系。目前,针对监测站点超标报警、重污染天气应对、科研预测发现问题和秋冬季攻坚战役已形成定量化的措施库,并实现任务下派市县乡三级统一调度。系统会发布问题提示并提供应对建议,工作人员根据预警信息和监测数据确定应对措施,并将每一个任务分配给相应区(市、县),并短信通知任务内容；区(市、县)政府再将具体任务分配给下级部门,逐级分解下去直至执行的个人。任务发送时会设定任务的发起时间和完成时限,显示任务的完成状态(已完成、正常推进、滞后、严重滞后),并以这些标识作为任务评价的依据。

4.4 在线调度

调度平台对应五步法当中的执行环节,其目的是强化全市大气污染防治工作的应急指挥、日常调度、执行跟踪、督察督办和精细化管控能力,建立及时发现、快速反应、有效处置、常态提升的工作机制,形成问题收集、推送、处理、反馈的完整工作流程,并形成指令下达顺畅、快速有效处置、上下协调一致的工作局面。执行任务通过手机APP等方式推送至责任单位及主管部门或个人,实现定向管控、限时治理,及时对区域内所有点位的实时数据进行全景展示和数据查询。打通了大气监测数据与污染源监控、监督管理与执法、精准治理、预警预报、评估评价和政府决策的通道,实现政府监管同步一体化[6]。

调度执行模块实现对于整体治理任务计划的管理,针对市级政府、区(市、县)政府、乡镇政府、市级部门、执行人员的工作任务进行监管调度,派发相应的监管任务,由监管人员再次检查任务执行情况,进而提高任务执行质量,将措施落实到位。同时,生态环境局内部也可自主派发监管任务,就近选择监管小组并设定其所监管的区(市、县)、乡镇及污染源,充分利用人员资源,避免人员浪费。

图4 精准管控平台

图5 在线调度平台

4.5 考核评估

在考核评估模块进行实时评估、执行评估、效果评分和分数考核等工作。系统区分区(市、县)和市级部门等不同考核对象,按年度、季度、月度等不同时段统计并展示考核分数情况,进而判断各部门的考核情况,重点督促得分较低的区(市、县)。同时建立案例库,总结历史事件的工作经验,为日后发生的类似事件提供参考 依据。

图6 考核评估平台

5 总结与展望

成都市基于五步法的理念使得大气污染防治工作流程得到进一步的完善,同时将涉及的所有部门加入到这个循环中协同工作,形成了大气环境管理工作的大协同,使人员、技术、数据、系统等资源全面整合,形成合力,效力倍增。做到了看得清现状、出得准对策、做得到执行,问题及时发现、任务准确派发、问题及时处理。

(1)实现了数据一致化。以数据流引领跨系统、跨层级、跨应用、跨部门的业务流,建立数据应用通道；

(2)实现了执行扁平化。以三级联动、4支队伍统一指挥调度机制,打通最后 “一公里”,保障监管措施落地见效；

(3)实现了科研成果实用化。以科学研究理论为指导,分析环境形势、污染成因、变化趋势、控制方案、治理成效等,形成科学指导实践、实践完善理论；

(4)实现了大数据技术应用化。以信息技术为基础,全过程记录环境事件行为,融合各类数据、量化对策措施、固化专家经验、分析数据规律,形成大数据、人工智能技术施展优势的基础条件。

今后还需要进一步厘清管理流程,以需求为导向建立数据库,同时注重成果的终端应用。在掌握更新污染源信息、优化完善环境监测网络、强化环境保护网格化监管、突出环境问题整改等方面还需加强并融入系统设计,形成信息化、系统化、科学化的工作闭环,实现大气污染防治由粗放式感性化管理向精细化科学化管理转变。同时,五步法和总体建设思路不仅适用于大气,也适用于水、土壤、生态等方面的工作,不仅适用于环保,也能够指导其他行业的工作,具有极大的参考意义。