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《智慧環(huán)保體系建設(shè)與實踐》系統(tǒng)地闡述了智慧環(huán)保的內(nèi)涵及發(fā)展歷程，從智慧環(huán)保理論基礎(chǔ)、智慧環(huán)保核心技術(shù)等方面對智慧環(huán)保的構(gòu)成體系進行總體論述。同時，在“數(shù)據(jù)資源中心” 工程建設(shè)、“智慧環(huán)�？臻g信息共享服務(wù)平臺”、“智慧環(huán)保業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺”、“智慧環(huán)保環(huán)境決策支持系統(tǒng)”、“智慧環(huán)保標準規(guī)范體系” 工程建設(shè)、“智慧環(huán)保系統(tǒng)集成”、“典型案例” 中全新闡述了智慧環(huán)保的理念和技術(shù)體系。

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第一章　智慧環(huán)保概述
第一節(jié)　智慧環(huán)保的基本概念
經(jīng)過多年的努力.我國環(huán)境質(zhì)量局部有所改善.但是全國環(huán)境總體惡化趨勢沒有得到根本遏制.生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀離人民群眾的要求相差甚遠.環(huán)境保護的壓力相當(dāng)沉重.未來一段時期.我國仍處于能源資源消耗高增長期和環(huán)境污染高風(fēng)險期.控制污染物總量、改善環(huán)境質(zhì)量、防范環(huán)境風(fēng)險.著力解決影響人民群眾健康的突出環(huán)境問題仍是環(huán)境保護的重點工作.隨著環(huán)境問題越來越復(fù)雜.環(huán)境任務(wù)越來越重.環(huán)境監(jiān)管難度越來越大.要完成污染減排任務(wù).保護生態(tài)環(huán)境.提高環(huán)境質(zhì)量.有效防范各類環(huán)境突發(fā)事件.確保環(huán)境安全.維護社會穩(wěn)定.就必須轉(zhuǎn)變工作方式.打破傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)管模式.因而.需要運用現(xiàn)代科技信息手段創(chuàng)新管理.打造 “智慧環(huán)保 ”利器.達到更透徹的感知、更全面的互通互聯(lián)、更深入的智能化.更智慧的決策支持.創(chuàng)新環(huán)保工作新模式.全面提高環(huán)境監(jiān)管工作效能.
為了充分發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的巨大作用.“數(shù)字環(huán)保 ”的理念應(yīng)運而生.通過現(xiàn)有的 “數(shù)字環(huán)保 ”平臺.逐步構(gòu)筑起環(huán)保領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng).推動 “數(shù)字環(huán)保 ”向 “智慧環(huán)保 ”轉(zhuǎn)變.從而革命性地推動環(huán)境保護事業(yè)的歷史性轉(zhuǎn)變.對于提高環(huán)境與發(fā)展的綜合決策能力.提升環(huán)境監(jiān)管的現(xiàn)代化水平.構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會.實現(xiàn)環(huán)境保護的戰(zhàn)略目標具有十分重要的意義.
一、數(shù)字環(huán)保
“數(shù)字環(huán)保 ”是近年來在數(shù)字地球、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、環(huán)境管理與決策支持系統(tǒng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生的大型系統(tǒng)工程.“數(shù)字環(huán)保 ”可以理解為以環(huán)保為核心.由基礎(chǔ)應(yīng)用、延伸應(yīng)用、高級應(yīng)用和戰(zhàn)略應(yīng)用的多層環(huán)保監(jiān)控管理平臺集成.將信息、網(wǎng)絡(luò)、自動控制、通信等高科技應(yīng)用到全球、國家、省級、地市級等各層次的環(huán)保領(lǐng)域中.進行數(shù)據(jù)匯集、信息處理、決策支持、信息共享等服務(wù).實現(xiàn)環(huán)保的數(shù)字化.
為了將 “數(shù)字環(huán)保 ”更好地應(yīng)用于環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.需要在 “數(shù)字環(huán)保 ” 概念的基礎(chǔ)上.建立包括環(huán)境數(shù)據(jù)中心、環(huán)境地理信息系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)管信息集成系統(tǒng)、環(huán)境在線監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境應(yīng)急管理系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)等在內(nèi)的一系列數(shù)字環(huán)保整體解決方案.并針對環(huán)保部、省級環(huán)保廳 (局)、地市級環(huán)保局及企業(yè)提出不同的業(yè)務(wù)框架.利用ＩＴ技術(shù).集ＧＰＳ、ＲＳ、ＧＩＳ于一體.建立適合環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用的綜合多功能型的遙感信息技術(shù).對環(huán)保的數(shù)據(jù)要求和業(yè)務(wù)要求進行深入挖掘和整理.實現(xiàn)對環(huán)保業(yè)務(wù)的嚴密整合和深度支持.解決 “數(shù)字環(huán)保 ”領(lǐng)域所面臨的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測管理、污染防治管理、核與輻射監(jiān)測管理、突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急管理等環(huán)境問題.從而提高我國的環(huán)保信息化水平和監(jiān)管執(zhí)法水平.
二、智慧環(huán)保
２００９年初.ＩＢＭ提出了 “智慧地球 ”的概念.美國總統(tǒng)奧巴馬將 “智慧地球”上升為美國國家戰(zhàn)略.“智慧地球 ”的核心是以一種更智慧的方法.通過利用新一代信息技術(shù)來改變政府、企業(yè)和人們相互交互的方式.以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度.實現(xiàn)信息基礎(chǔ)架構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)施的完美結(jié)合.隨著 “智慧地球 ”概念的提出.在環(huán)保領(lǐng)域中如何充分利用各種信息通信技術(shù).才能感知、分析、整合各類環(huán)保信息.并對各種需求做出智能的響應(yīng).使決策更加切合環(huán)境發(fā)展的需要.“智慧環(huán)保 ”概念應(yīng)運而生.
“智慧環(huán)保 ”是在原有 “數(shù)字環(huán)保 ”的基礎(chǔ)上.借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象 (物體 )中.通過超級計算機和云計算將環(huán)保領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)整合起來.實現(xiàn)人類社會與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合.以更加精細和動態(tài)的方式實現(xiàn)環(huán)境管理和決策的 “智慧”. “智慧環(huán)保 ”是 “數(shù)字環(huán)保 ”概念的延伸和拓展.是信息技術(shù)進步的必然趨勢.
“智慧環(huán)保 ”的總體架構(gòu)包括感知層、傳輸層、智慧層和服務(wù)層.感知層是利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程.實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量、污染源、生態(tài)、輻射等環(huán)境因素的更透徹感知.傳輸層即利用環(huán)保專網(wǎng)、運營商網(wǎng)絡(luò).結(jié)合３Ｇ、衛(wèi)星通信等技術(shù).將個人電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)中存儲的環(huán)境信息進行交互和共享.實現(xiàn)更全面的互聯(lián)互通.智慧層是以云計算、虛擬化和高性能計算等技術(shù)手段整合和分析海量的環(huán)境信息.實現(xiàn)海量存儲、實時處理、深度挖掘和模型分析.實現(xiàn)更深入的智能化.服務(wù)層則是建立面向?qū)ο蟮臉I(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和信息服務(wù)門戶.為環(huán)境質(zhì)量、污染防治、生態(tài)保護、輻射管理等業(yè)務(wù)提供更智慧的決策.
三、智慧環(huán)保與數(shù)字環(huán)保概念辨析
“智慧環(huán)保 ”是 “數(shù)字環(huán)保 ”的延伸.它的內(nèi)涵與 “數(shù)字環(huán)保 ”相比有著深刻的變革.主要體現(xiàn)在新型技術(shù)支撐手段的應(yīng)用和面向綜合性決策智能化兩個方面.
(１)技術(shù)支撐體系
:“數(shù)字環(huán)保 ”主要是面向環(huán)境管理工作.以數(shù)據(jù)倉庫、地理信息系統(tǒng)、計算機技術(shù)等為主要支撐技術(shù).而 “智慧環(huán)保 ”是面向綜合決策.主要以新興的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、業(yè)務(wù)模型等技術(shù)為支撐.

(２)
環(huán)境管理決策的側(cè)重點 :“數(shù)字環(huán)保 ”強調(diào)和數(shù)據(jù)的采集的自動化、綜合辦公的無紙化.以及業(yè)務(wù)管理的信息化.而 “智慧環(huán)保 ”進一步拓展了傳統(tǒng)環(huán)境信息數(shù)據(jù)采集的廣度和深度.注重數(shù)據(jù)挖掘和環(huán)境模型技術(shù)的應(yīng)用.在滿足環(huán)境業(yè)務(wù)信息化的基礎(chǔ)上.可科學(xué)指導(dǎo)環(huán)境管理的定量化宏觀決策.

要實現(xiàn)從 “數(shù)字環(huán)保 ”到 “智慧環(huán)保 ”的跨越.關(guān)鍵是要在原有 “數(shù)字環(huán)�！钡幕A(chǔ)上.重點加強感知層與智慧層的建設(shè) :一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).建設(shè)實時、自適應(yīng)進行環(huán)境參數(shù)感知的感知系統(tǒng).二是利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù).整合現(xiàn)有信息資源.建設(shè)具有高速計算能力、海量存儲能力和并行處理能力的智能環(huán)境信息處理平臺.為最終實現(xiàn) “智慧環(huán)保 ”的各項應(yīng)用服務(wù)提供平臺支撐與信息服務(wù).
數(shù)字環(huán)保向智慧環(huán)保的轉(zhuǎn)變將會不可避免地影響環(huán)保產(chǎn)業(yè)服務(wù)模式和服務(wù)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變.服務(wù)模式從傳統(tǒng)的產(chǎn)品供給模式向云服務(wù)模式轉(zhuǎn)變.從提供單一產(chǎn)品到提供多元的環(huán)保產(chǎn)品.如數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等相關(guān)軟硬件產(chǎn)品以及空氣質(zhì)量評估、生態(tài)環(huán)境評估等應(yīng)用系統(tǒng).為廣大普通用戶和企業(yè)提供環(huán)境保護信息.例如環(huán)境檢測設(shè)備從簡單的采集檢測向集采集、傳輸與智能化處理一體化的功能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變.環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)也會更加注重與專業(yè)模型的結(jié)合.提供綜合性決策服務(wù)等.
實現(xiàn) “智慧環(huán)保 ”的價值將體現(xiàn)在以下幾個方面 :一是提高工作效率.二是促進環(huán)保工作規(guī)范化、標準化與自動化.三是促進數(shù)據(jù)資源共享、系統(tǒng)整合.避免重復(fù)建設(shè)與形成 “信息孤島”.實現(xiàn)環(huán)境信息資源的管理與高效應(yīng)用.四是有利于實現(xiàn) “環(huán)境質(zhì)量及其變化說得清、污染源排放情況說得清、環(huán)境風(fēng)險說得清”.提高環(huán)境監(jiān)管與應(yīng)急防范能力.五是提高綜合決策能力.
總體而言.從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)的采集與管理向數(shù)據(jù)挖掘轉(zhuǎn)變.從數(shù)字技術(shù)應(yīng)用向智能綜合決策服務(wù)轉(zhuǎn)變.從傳統(tǒng)的環(huán)境信息化向環(huán)境信息應(yīng)用服務(wù)智能化轉(zhuǎn)變.
第二節(jié)　智慧環(huán)保的總體框架與內(nèi)涵
“智慧環(huán)保 ”將以環(huán)境信息的全面高效感知為基礎(chǔ).以信息安全及時傳輸和深入智能處理為手段.緊緊圍繞 “說清 ”與 “管好”.實現(xiàn)環(huán)境保護業(yè)務(wù)協(xié)同化、管理現(xiàn)代化、決策科學(xué)化.為我國環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標做出貢獻.對生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)具有深刻的意義.“智慧環(huán)保 ”總體架構(gòu)見圖１￣１.

圖１￣１　 “智慧環(huán)保 ”總體架構(gòu)
“智慧環(huán)保 ”是物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)與環(huán)境信息化相結(jié)合的產(chǎn)物.是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境保護這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用.其技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)既有共同點又有特殊之處.其技術(shù)架構(gòu)可以拓展為４層:感知層、傳輸層、智慧層和服務(wù)層.
一、“測得準 ”的智能多元化環(huán)境感知
“測得準 ”的智能多元化環(huán)境感知是指利用傳感器、多跳自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)以及任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程.實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量、污染源、生態(tài)、輻射等環(huán)境因素的 “更透徹的感知”.主要包括數(shù)據(jù)采集、處理技術(shù)以及傳感器的部署、自組織組網(wǎng)和協(xié)同等技術(shù).以傳感器等采集感知技術(shù)、射頻識別(ＲＦＩＤ)技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表.
二、“傳得快 ”的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸
“傳得快 ”的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸是指利用環(huán)保專網(wǎng)、電子政務(wù)網(wǎng)、運營商網(wǎng)絡(luò)及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò).將個人、企業(yè)、社團組織和環(huán)境監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)中儲存的環(huán)
境信息進行交互和共享.實現(xiàn) “更全面的互聯(lián)互通”.需要利用異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和基礎(chǔ)核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù).包括基礎(chǔ)ＮＧＮ (下一代網(wǎng)絡(luò).ｎｅｘｔｇｅｎｅｒｅｒａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ)核心網(wǎng)和ＦＴＴＨ (光纖到戶.ｆｉｂｅｒｔｏｔｈｅｈｏｍｅ)、３Ｇ、Ｗｉ￣Ｆｉ、藍牙、Ｚｉｇｂｅｅ (紫蜂寬帶)、ＵＷＢ (超寬帶.ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ)等接入技術(shù).
三、“搞得清 ”的智慧信息處理
“搞得清 ”的智慧信息處理以云計算、虛擬化和高性能計算等技術(shù)手段和科學(xué)的環(huán)境分析模型.整合和分析多維度海量的跨地域、跨行業(yè)的環(huán)境信息.實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲、實時處理、深度挖掘和模型分析.實現(xiàn) “更深入的智能化”.
面向多維海量環(huán)保信息.建設(shè)先進的高性能計算和海量數(shù)據(jù)存儲支撐平臺.在專家并行處理系統(tǒng)、環(huán)保數(shù)據(jù)挖掘和地理信息技術(shù)應(yīng)用方面.將提供可靠高效的高性能智能計算支撐環(huán)境.在這個功能強大的計算平臺上.通過數(shù)據(jù)挖掘和分析工具、集成環(huán)保專家知識、結(jié)合環(huán)保理論模型和環(huán)保專家經(jīng)驗?zāi)Ｐ?對大量實時和歷史數(shù)據(jù)的挖掘、評測與關(guān)聯(lián)性分析.深度獲取和積累相關(guān)環(huán)保知識 (如藍藻成因分析).更廣泛地掌握其中的科學(xué)規(guī)律.全面提升分析決策的智慧化程度.包括準確判斷環(huán)境狀況和變化趨勢 (如藍藻暴發(fā)).對環(huán)保危急事件進行預(yù)警、態(tài)勢分析、應(yīng)急聯(lián)動提供準確的分析.掌握水、氣、土壤等多相生態(tài)環(huán)境變遷和關(guān)聯(lián)性的規(guī)律.對完善環(huán)境法律、法規(guī)體系、環(huán)保行業(yè)監(jiān)測規(guī)程和技術(shù)標準、環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的規(guī)劃等提供充分的科學(xué)依據(jù).
智能信息處理不僅可以為面向服務(wù)的信息管理平臺建設(shè)提供強有力的知識決策支持.也可以支持感知層的分布式信息融合.為前端的感知提供精準化、智慧化的科學(xué)依據(jù).此外.智能信息處理還可以基于智能數(shù)據(jù)可視化技術(shù).進一步提升數(shù)據(jù)顯示和表達中的智慧化程度.可將各類型傳感器感知到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以圖形方式直觀表達.并對這些圖元數(shù)據(jù)作可視分析.從而能夠讓各個層面的用戶直觀認識和理解這些感知數(shù)據(jù).實現(xiàn)輔助決策的目的.
四、“管得好 ”的智能管理服務(wù)
“管得好 ”的智能管理服務(wù)是指利用云服務(wù)模式.建立面向?qū)ο蟮臉I(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和信息服務(wù)門戶.向社會公眾發(fā)布環(huán)境信息.方便公眾參與污染治理與監(jiān)督.為環(huán)境保護科學(xué)研究提供全面的科學(xué)數(shù)據(jù).為節(jié)能減排、污染防治、生態(tài)保護、核與輻射管理等環(huán)保業(yè)務(wù)提供 “更智慧的決策”.
在管理中心統(tǒng)一的平臺上根據(jù)環(huán)保局管理工作和相關(guān)業(yè)務(wù)的需求.按照環(huán)保數(shù)據(jù)規(guī)范.建設(shè)監(jiān)測中心、監(jiān)控執(zhí)法中心、數(shù)據(jù)交換與共享中心、應(yīng)急指揮中心、辦公中心等管理分中心.形成內(nèi)外結(jié)合的、高度可視化的綜合管理服務(wù)系統(tǒng) 平臺.為各業(yè)務(wù)部門、管理決策部門、環(huán)保專家、行政執(zhí)法人員、企業(yè)、公眾和其他應(yīng)用部門提供智能化、可視化的環(huán)保信息管理應(yīng)用和綜合服務(wù)平臺.
通過項目的建設(shè).“感知環(huán)境.智慧環(huán)保 ”工程將在環(huán)保監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程、環(huán)保信息化服務(wù)流程、環(huán)保數(shù)據(jù)管理機制和新一代環(huán)保信息系統(tǒng)應(yīng)用細則等方面形成國家級的標準示范.在未來環(huán)保行業(yè)標準、政策法規(guī)、發(fā)展戰(zhàn)略的中長期規(guī)劃中發(fā)揮引領(lǐng)作用.

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