環境管理的信息化視角
——美國環境信息生命周期模型研究

張波*，Wayne Davis*，王爭萌

（1. 環境保護部信息中心，北京 100029；2. 美國環境保護局環境信息辦公室，華盛頓 20460；3. 環境保護部環境發展中心，北京 100029）

環境管理的信息化視角
——美國環境信息生命周期模型研究

張波1*，Wayne Davis2*，王爭萌3

（1. 環境保護部信息中心，北京 100029；2. 美國環境保護局環境信息辦公室，華盛頓 20460；3. 環境保護部環境發展中心，北京 100029）

有效、可靠的數據和信息是環境管理的基礎和主線，是政府部門確定環境管理目標、衡量進展以及同所有利益相關方共享信息的基礎。美國環保局（EPA）從整體視角和跨學科觀點提出環境信息生命周期模型,能夠更好地理解環境信息的生產者、管理者、提供者和使用者等不同角色的作用。本文介紹了環境信息生命周期模型的各環節和要素，包括政策、規劃和項目,數據采集和管理,信息交換和共享,信息管理,發現、獲取信息,理解、使用信息,用戶/公眾反饋等，用于評估環境管理業務的數據和信息需求，幫助提高數據質量，增強公眾獲取環境信息的能力。環保部門需要關注數據質量的不確定性以及不同部門之間缺乏信息共享的問題，將環境信息生命周期的方法融入中國的環境管理和信息化建設，將提高環境數據的質量和政府透明度。本文針對中國的環保信息化建設提出了若干政策建議。

數據質量；環境信息；環境管理；生命周期

引言

環境管理的實質是環境信息體系管理,即相關環境數據和信息的收集、管理、分析和報告[1]。例如，環境影響評價、排污許可證、污染物總量控制等環境管理制度，需要收集、整理環評報告，污染物排放，環境質量等數據；環境容量、治理與達標目標、環境標準的確定必須以大量的數據和信息為基礎；環境經濟形勢分析更是需要綜合社會、經濟等環保部門以外的數據才能做出正確決策。因此，有效、可靠的數據和信息是環境管理的核心和主線。目前，環保部門主要關注滿足環境管理目標和信息公開需要收集、提供哪些數據和信息，但對如何提高數據質量，更好地滿足環境管理目標，跟蹤、評估法律、法規的執行效果關注不夠[2]。本文從生命周期的整體視角和跨學科觀點看待環境信息,能夠幫助評估環境管理業務的數據和信息需求，提高數據質量，使解決問題和決策支持方面更加透明，增強公眾獲取環境信息的能力。

1 環境信息生命周期模型

環境信息已經不再掌握在少數專家手中，政府機構、非政府組織（NGO）、工業界、學術界和公眾等廣泛利益相關方可通過包括互聯網在內的多種形式獲取環境信息。通過優化環境信息系統的設計，能夠幫助利益相關方根據各自需求和興趣獲取、理解和使用環境信息[3]。

環境信息的使用分為初級使用和次級使用兩個階段。環境管理人員為滿足某項環境管理業務收集和使用信息屬于初級使用；數據和信息通過共享和公開供其它利益相關方使用屬于次級使用。數據和信息的次級使用促使我們從更廣泛的角度考慮不同用戶的需求，保證數據和信息的質量和可靠性。美國環保局（EPA）提出了生命周期方法，將環境信息涉及的所有環節連接形成閉合回路，能夠更好地理解環境信息的生產者、管理者、提供者和使用者等不同角色的作用。圖1是這個跨學科觀點的環境信息生命周期（environmental information life cycle，EILC）模型框架，描述了不同角色之間交流和理解的需求[4]。例如，野外的環境監測人員需要同程序員和數據庫管理員交流，保證采集的數據和元數據能夠方便地以電子形式存儲和使用；利益相關方需要了解環境信息的用途、質量/可靠性和局限性以及如何獲取。單獨一個學科或專業不能從全生命周期理解數據和信息，需要跨學科的認識和觀點。

圖1 環境信息生命周期模型框架

環境信息生命周期模型包括以下環節和要素：

政策、規劃和項目。該環節是環境信息生命周期的源頭和出發點，以滿足各種環境要素（如空氣、水、廢棄物等）監管的法律規定。該環節是一個動態反饋過程，即用戶對數據使用的反饋意見能夠幫助環保部門確定其工作重點和優先實施項目，協助優化和完善相關政策和指南。自20世紀70年代頒布《清潔空氣法》（Clean Air Act）和《清潔水法》（Clean Water Act）以來，美國的環境信息管理一直建立在法律、政策和規劃的基礎上，與EPA的愿景、使命和戰略目標相一致。中國“十三五”規劃提出以“生態環境質量總體改善”為目標,以大氣、水和土壤三大行動計劃為核心的生態環境保護戰略，環境信息的生命周期管理要圍繞上述目標和行動指南開展。

數據采集和管理。數據采集的設計階段應制訂數據質量保證計劃，確定需要采集數據的核心指標。通過對采集方法、程序和數據格式等的標準化能夠大幅度提高和保證數據質量和一致性。數據采集的設計目標要把僅為內部業務應用采集數據轉化為多用途/用戶使用采集數據[5]，所采集數據應該提供足夠詳細的元數據信息，才能被學術界和公眾正確理解和使用。

EPA非常重視從數據采集階段保證數據質量。以水環境監測為例，數據采集要記錄數據獲取的背景（如在哪里、誰、如何采集和分析樣品）；采樣分析過程中比對實驗分析數據，采用自動化的工具檢驗數據錯誤；對采集流域的斷面進行隨機抽樣，利用傳感器、遙感等手段與手工監測數據比較和驗證，以確保數據質量。

信息交換和共享。數據一旦收集和存儲，就會在數據系統內傳輸、交換和共享，利益相關方可通過信息系統獲取和使用數據。有效地交換和共享數據需要標準和規范支撐，包括：①通用術語和詞匯標準[6]；②數據的標準交換模板（通用交換格式）；③交換數據所需的標準的交換方法、協議和服務；④系統和利益相關方的安全控制標準，確保數據沒有被修改，并保證合法的利益相關方按照權限獲得數據[7]。

EPA和利益相關方交換和共享數據統一采用“中央數據交換”（central data exchange，CDX）系統實現。該系統根據交換的業務數據情況，采用XML Schema確定交換參數，提供標準數據格式、交換模板和協議，使EPA能夠與聯邦政府、州政府環保部門和企業等快速交換環境數據（圖2）[8]。目前美國50個州、9個部落和60個系統運用CDX進行數據交換和共享，每年交易量超過80萬筆。統一、標準的數據傳輸和交換節省了大量時間與經費，并且有效保證了數據質量。

圖2 CDX數據交換示意圖

“水質交換”（water quality exchange，WQX）是EPA利用CDX進行水環境質量監測和評價數據交換和共享的成功案例（圖3）[9]。

信息管理。該環節是貫穿整個生命周期的持續過程，需要更高層次的企業視角看待信息管理方法,確保容易地獲取原始數據和元數據是該環節的關鍵。信息通過加入索引以實現快速檢索，使用標準的安全措施確保信息不被修改，并且適當的利益相關方能夠獲取。

發現、獲取信息。通過開發界面友好的信息系統，方便用戶發現和獲取感興趣的數據和信息，能夠節約政府部門的時間和經費，更好地滿足公眾需求。EPA通過從不同業務系統中抽取數據，整合形成環境數據倉庫(EnviroFacts)[8]，方便社會公眾咨詢空氣、水、固體廢物、有毒化學品、土壤等相關信息（圖4）。

EPA基于業務數據為業務用戶和公眾提供了相應的可視化和分析工具（桌面和基于Web），用于挑選、分類、聯接/比較數據，將來源于不同業務部門的數據可視化展示。圖5給出了利用在線查詢比較有毒物質排放清單（toxics release inventory，TRI）和排放監測報告（discharge monitoring report，DMR）中排放到地表水的企業數量、污染物種類、排放量的不同[12]。

圖3 水質交換項目的數據流[10]

理解、使用信息。那些為滿足業務應用采集和使用數據的部門最了解所采集數據的情況。然而，除了滿足業務部門自身應用外，政府部門有責任確保數據和信息的完整存檔和標識，能夠被利益相關方正確地理解和使用，更好地為決策提供幫助。EPA在數據和信息用于決策支持時非常謹慎，通常需要制訂信息質量標準，以此判斷哪些外部數據和信息可用于決策，避免質量差甚至錯誤數據誤導決策制定。這就是為什么數據的次級使用重要的第一步是確保數據被詳細地記錄和存檔的原因。通過包括網絡會議、工作指南、在線輔導、呼叫中心和其他咨詢形式在內的培訓會議和專題討論，能夠幫助用戶更好地理解和使用數據和信息。

用戶/公眾反饋。美國一直重視通過用戶/公眾反饋提高數據質量，參與環保工作。用戶對環境信息的反饋能夠幫助識別數據和信息的錯誤、差異或缺陷，進而提高數據質量并優化環境管理的政策、規劃和指南。圖6是EPA執法和守法歷史在線工具（enforcement and compliance history online，ECHO）的數據錯誤報告界面，公眾可通過該界面報告污染設施/企業的數據錯誤（位置、名稱、地址等）,以協助提高數據質量[14]。EPA通過污染設施/企業的信息公開，收集公眾對數據質量問題的反饋，三年內收到13 000個數據錯誤的反饋，更正了12 750個錯誤，大幅提高了污染設施/企業信息的質量和有效性[8]。

2 生命周期和跨學科方法的益處

EPA的《信息獲取戰略》（Information Access Strategy）認識到聚焦于傳統信息技術的角色并不能有效滿足公眾發現、理解和使用環境信息的需求[3]，將《信息獲取戰略》更新為《信息資源管理戰略規劃》（Information Resource Management Strategic Plan），給出了整合信息基礎設施的路線圖[5]。EPA認識到生命周期視角和跨學科觀點的重要性，將環境信息生命周期模型的理念用于環境管理制度和項目中，不僅注重EPA內部的數據共享和應用，而且重視信息公開，幫助公眾發現、理解和使用環境信息，取得了極大的成功。例如,美國1986年通過的《應急規劃和社區知情權法》（Emergency Planning and Community Right to Know Act）建立了TRI制度，要求企業每年向EPA提交排放和轉移有毒物質的數據，EPA收集、整理、分析企業提交的數據后形成年度統計分析報告，通過網站向社會公開。TRI使得美國1988—1994年17種最具危害性化學物質的排放量降低了51%，在有毒物質污染控制方面取得了顯著成效。

圖4 EnviroFacts查詢界面[11]

圖5 TRI和DMR數據比較的結果顯示[13]

圖6 ECHO的數據錯誤報告界面[14]

DMR能夠幫助公眾確定排污者，排放污染物的種類和數量，排放去向。DMR提供的污染物負荷工具利用排污許可證信息和廢水排放監測數據計算污染物負荷并給排污者排序，提供毒性權重結果。用戶可以通過自定義查詢顯示結果，并且能夠報告錯誤或可疑數據[15]。TRI和DMR把信息收集、質量保證、分析、公眾獲取和錯誤反饋等生命周期各環節整合在一起，確保所有利益相關方能找到、理解和使用數據和信息[12]。

類似于美國的《清潔水法》，《歐盟水框架指令》的技術指南和實施過程，同樣是對于歐盟內所有水體信息的收集、分析、公開、報告、評估和循環深入的過程，它建立了可供公眾訪問的公開、透明的數據庫[1]。

3 討論和建議

當今世界要求增加政府透明度和獲取更多環境信息的呼聲日益增長，《聯合國信息獲取政策》（United Nations Access to Information Policy）充分證明了這一點[16]。中國的環保部門在提高政府透明度和信息公開方面取得了巨大進展。2008年，國家環境保護總局發布實施《環境信息公開辦法（試行）》,規定了應公開的環境信息內容、范圍、方法及相應的監管程序[17]。在此基礎上，新修訂的《中華人民共和國環境保護法》增加了“信息公開和公眾參與”一章，進一步明確了政府、企業在環境信息公開方面的責任、義務以及公民等依法享有獲取環境信息、參與和監督環境保護的權利[18]。但是由于環保信息化建設存在“孤島”和“煙囪”，環境信息和資源的碎片化阻礙了以整體視角看待環境信息，環境信息生命周期的理念并沒有完全與環境管理業務和項目結合[19,20]。美國環保局和中國環境保護部（以下稱“環保部”）面臨許多共同挑戰，并于2015年11月簽署《中美環境合作聯合委員會第五次會議聯合聲明》，要求加強大數據分析和信息公開方面的合作[21]，我們建議環保部可以聚焦以下問題：

（1）指定一個專職部門負責環境信息全生命周期管理。

EPA環境信息辦公室（Office of Environmental Information，OEI）內設信息技術和規劃、信息收集、項目管理、信息質量保障、信息分析和獲取等部門，涉及信息生命周期的各個環節，有效保證了EPA總體戰略的實現[8]。如果環保部建立類似于OEI的信息化機構和CIO制度，根據環保總體戰略目標和需求制訂信息化發展規劃和整體技術架構,讓各業務部門在信息生命周期框架下工作，將有效支撐基于水、大氣、土壤等環境要素管理的業務協同。

（2）構建類似于CDX的數據傳輸、交換基礎設施，使數據采集和交換將更為有效。

環保系統各業務部門基于各自業務需求向地方和企業采集數據，造成數據重復采集和數據的不一致性，不利于數據共享和分析、挖掘。建議環保部基于業務需求統一編寫“數據采集清單”，合并重復采集的數據項，規范采集方式，建立類似于CDX的統一的數據傳輸、交換平臺，通過標準接口和數據格式，采集、傳輸和交換環境數據，這樣將極大地提高數據質量。

（3）建立污染源登記制度，明確不同系統中污染源的關系。

EPA“設施登記系統”（facility registry service，FRS）通過賦予排污設施唯一“標識碼”形成排污設施登記數據庫，通過該標識碼將EPA和各州業務系統的污染源數據連接起來，使不同業務系統的數據關系得以明晰。建議環保部門借鑒FRS建設經驗，建立一套動態更新的污染源名錄庫，逐漸統一、規范污染源相關業務系統的污染源信息，并通過污染源編碼明確污染企業的族譜、等級（母公司、子公司）關系，為后續的排污許可證、污染源普查等提供支撐。

（4）通過信息公開提高數據質量。

TRI是環境信息公開的成功案例，并且通過公眾反饋協助提高數據質量。建議環保部借鑒TRI的經驗，將危險廢物、有毒化學品的環境風險信息納入企業環境信息公開清單。建立基于互聯網的統一的企業信息公開平臺，幫助公眾方便地獲取、理解、使用環境信息，通過公眾反饋數據錯誤，協助提高數據質量。

總之，中國需要將環境信息生命周期的理念融入環境管理和信息化建設中，解決好環境數據質量不確定性以及不同政府部門之間缺乏環境信息共享的問題，有助于更好地實現環境質量改善的總體戰略目標。

[1] 沈百鑫. 淺析以科技信息為主線的環境協同治理[J]. 中國環境管理, 2015(6): 84-89.

[2] HSU A. Environmental reviews and case studies: limitations and challenges of provincial environmental protection bureaus in china’s environmental data monitoring, reporting and verification[J]. Environmental practice,2013, 15(3):280-292.

[3] U.S. Environmental Protection Agency. USEPA information access strategy, EPA-240-R-09-001[EB/OL]. Washington, DC: EPA, 2009[2016-03-26]. http://nepis.epa.gov/Exe/ ZyPDF.cgi/P1003T4W.PDF?Dockey=P1003T4W.PDF.

[4] DAVIS W ， CHAUDET R. An environmental information life cycle for measuring results. Paper presented at the 2011 Asia Pacific regional working group on environmental information[EB/OL]. Taipei, [2016-03-26]. https://sites. google.com/site/2011rwgei/resources.

[5] U.S. Environmental Protection Agency. FY2015-2018 EPA information resource management strategic plan[EB/OL]. Washington, DC:Office of the Chief Information Officer, 2015[2016-03-26]. https://www.epa.gov/sites/production/ files/2015-08/documents/irmstrategicplan.pdf.

[6] U.S. Environmental Protection Agency. Data standards: a common language[EB/OL]. [2016-03-26]. http://www2.epa. gov/data-standards.

[7] Environmental Information Exchange Network. Who we are[EB/OL]. [2016-03-26]. http://www.exchangenetwork.net/ about/who-we-are/.

[8] 張波, 徐富春. 美國環境信息化建設及其啟示[J]. 中國環境管理, 2015(6): 53-59.

[9] U.S. Environmental Protection Agency. WQX web users guide version 2.10[EB/OL]. Washington, DC:Office of Water, 2013[2016-03-26]. http://www3.epa.gov/storet/wqx/products/ WQX_Web_User_Guide_v2.10.pdf.

[10] U.S. Environmental Protection Agency. WQX data flow[EB/ OL]. [2016-03-26]. http://www3.epa.gov/storet/WQX_data_ flow_diagram.html.

[11] U.S. Environmental Protection Agency.EnviroFacts[EB/OL]. [2016-03-26]. http://www3.epa.gov/enviro.

[12] U.S. Environmental Protection Agency. Comparing clean water act (CWA) national pollutant discharge elimination system (NPDES) discharge monitoring report (DMR) data and toxics release inventory (TRI) data[EB/OL]. Washington, DC: EPA, 2014[2016-03-26]. http://cfpub.epa.gov/dmr/docs/ Comparing-CWA-NPDES-DMR-Data-and-TRI-Data.pdf.

[13] U.S. Environmental Protection Agency. Discharge monitoring report (DMR) pollutant loading tool: DMR-TRI comparison dashboard[EB/OL]. [2016-03-26]. http://cfpub.epa.gov/dmr/ dashboard.cfm.

[14] U.S. Environmental Protection Agency. Environmental compliance online history-how to report an error[EB/OL]. [2016-03-26]. https://echo.epa.gov/help/how-to-report-error. [15] JOHNSTON C A, CAMP M.Providing better public access and use of point source wastewater pollutant discharge information[J]. Proceedings of the water environment federation, 2011, 12:4301-4330.

[16] United Nations Environmental Program. Access-toinformation policy[EB/OL]. [2016-03-26]. http: //www. unep.org/civil-society/Portals/24105/documents/meetings/ oecpr2014/UNEP-Policy-on-Access-to_Information.pdf.

[17] 國家環境保護總局. 環境信息公開辦法(試行)[EB/OL]. [2016-03-26]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/200910/ t20091023_180069.htm.

[18] YANG. The 2014 Revisions of China’s environmental protection law[EB/OL]. [2016-03-26]. http://cgd. swissre.com/features/The_2014_Revisions_of_Chinas_ Environmental_Protection_Law. html.

[19] KERM Getting down to business: deepening environmental transparency in China[J]. Solutions,2014, 5(4):40-50.

[20] 魏斌, 張波,黃明祥. 信息化推進環境管理創新的思考[J]. 環境保護, 2015(15): 38-41.

[21] U.S. Environmental Protection Agency. The fifth meeting of the U.S.-China joint committee on environmental cooperation:joint statement[EB/OL]. Washington, DC: EPA, 2015[2016-03-26]. http://www2.epa.gov/sites/production/ files/2015-11/documents/2jcec_signed 2013-11-19-122057.pdf.

Information View of Environmental Management—United States Environmental Information Life Cycle Model

ZHANG Bo1*, Wayne Davis2*, WANG Zhengmeng3
(1. Environmental Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029;
2. Office of Environmental Information, United States Environmental Protection Agency, Washington, DC 20460;
3. Environmental Development Center of Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029)

Credible data and information are the backbone of environmental management and basis for government agencies to set meaningful goals, measure progress, and share information to all stakeholders. From the perspective of a holistic and transdisciplinary approach, the United States Environmental Protection Agency proposed an environmental information life cycle model, to better understand the roles of different practitioners in their disciplines as generators, translators, providers, and users of this information. This article introduced the sectors and elements of the environmental information life cycle model, which includes policy and planning, data collection and management, information exchange and sharing, information management, accessing information, understanding and using information, and user feedback and involvement to help government agencies improve data quality, promote public access of environmental information. China’s environmental departments should address the problems of uncertain data quality and the lack of information sharing between different government agencies. Integrating the concept of environmental information life cycle into China's environmental management and information system construction will improve the quality of environmental data and government transparency. Some policy suggestions were put forward for China’s information systems development.

data quality; environmental information; environmental management; life cycle

X32

1674-6252（2016）06-0065-05

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.06.065

*責任作者： 張波（1972—），男，理學博士，環境保護部信息中心技術室副主任，研究員，研究方向為環境信息管理與應用、地理信息系統，E-mail: zhangbo@mep.gov.cn。Wayne Davis（1957—），男，美國環境保護局環境信息辦公室（OEI）高級科學家，研究方向為環境信息管理與應用。

注： This work is not a product of the United States Government or the United States Environmental Protection Agency, and Wayne Davis is not doing this work in any governmental capacity. The views expressed are those of the authors only and do not necessarily represent those of the United States or the US EPA.