廣西溫室氣體排放數據庫系統的設計與開發

史紹亮 陳 專 呂 曠 趙緒成

廣西溫室氣體排放數據庫系統的設計與開發

史紹亮 陳 專 呂 曠 趙緒成

（中國科技開發院廣西分院，廣西 南寧 530022）

文章在多年省級溫室氣體清單編制的基礎上，設計開發了廣西溫室氣體排放數據庫系統，為能源活動、工業生產過程、農業、土地利用變化與林業、廢棄物處理等領域的清單數據收集、管理、核算以及報告生成提供了技術平臺。通過2005年、2010年至2020年共12個年度的清單數據的試算，對系統的計算準確性和可操作性等進行了全面測試，有效提高了廣西溫室氣體清單編制的工作效率和數據的準確性。

溫室氣體；數據庫；氣候變化

引言

氣候變化深刻影響著人類生存和發展，是世界各國共同面臨的重大挑戰。積極應對氣候變化、控制溫室氣體排放，是世界發展的必然趨勢，也是我國對國際社會的莊嚴承諾，更是推進生態文明建設、實現綠色低碳發展的必然途徑。為積極參與并解決氣候變化問題，2015年我國政府向聯合國提交了《強化應對氣候變化行動—中國國家自主貢獻》，確定了二氧化碳排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%等四項國家自主貢獻目標[1]。2020年，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上表示，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[2]。在2021年全國兩會上，更是將碳達峰和碳中和寫入了2021年國務院政府工作報告中[3]，引起輿論高度關注。

面對當前巨大的減排壓力，發展低碳經濟、抑制碳排放過快增長、促進碳排放盡早達峰已經成為各省、市的緊迫任務。溫室氣體清單編制是應對氣候變化的一項基礎性工作，通過清單可以全面了解地區溫室氣體排放的現狀與趨勢，摸清“碳”家底，識別溫室氣體的關鍵排放源、重點吸收匯，為落實溫室氣體排放控制目標提供科學依據。

廣西積極響應國家號召，早在十年前便開始省級溫室氣體清單編制工作。2011年首次編制了廣西2005年、2010年溫室氣體清單，初步摸清了廣西溫室氣體排放狀況，為確定溫室氣體的排放基準線提供了數據支撐。為總結省級溫室氣體清單編制經驗以及延續清單編制工作，自治區主管部門先后組織編制了2011—2020年廣西的省級溫室氣體清單，通過積累近十年的清單數據，分析了廣西歷年溫室氣體排放源、排放水平變化趨勢和影響排放水平變化的主要因素，提出控制溫室氣體排放的對策建議，相關研究成果為廣西控制溫室氣體排放目標及實現碳達峰路徑研究提供了可靠的數據支撐。

為更好貫徹落實相關控制溫室氣體排放的政策，實現構建國家、地方、企業三級溫室氣體排放技術統計和核算工作體系，當前最為重要和基礎的一項工作是建立溫室氣體排放數據庫系統，實行重點企業直接報送能源和溫室氣體排放數據制度，為下一步制定統計、監測、考核辦法，建立統計體系等重要工作奠定基礎。

在國際上，美國環境保護署（EPA）已于2012年1月17日發布了新的溫室氣體排放數據庫，用于追蹤大型設備的溫室氣體排放[4]。目前，我國也開始建立中國溫室氣體排放清單數據庫的研究，已確定中國溫室氣體清單數據管理系統的功能和結構設計方案，基本完成數據庫管理系統用戶界面的功能設計，完成清單查詢系統數據庫結構、內容和設計格式等，數據庫系統建成后將提供給各參與方使用[5]。

通過近十年的省級溫室氣體清單編制經驗的積累，掌握了大量的數據收集方法和排放數據的核算技巧，為下一步工作奠定了良好基礎。但由于溫室氣體的排放源數量大、分布廣，各行業的排放系數和排放因子差異很大，傳統的數據收集無法滿足目前實際情況的快速發展需要。為及時了解溫室氣體排放情況，為廣西碳強度下降指標提供數據支撐和廣西建立單位GDP二氧化碳排放統計、監測、監督體系提供技術支撐，建立廣西溫室氣體排放數據庫系統已成為廣西一項刻不容緩的工作。

廣西溫室氣體排放數據庫系統建成后將根據有關部門的規定和溫室氣體排放數據信息披露的要求，將數據按照不同的劃分等級，通過合理授權，為不同用戶賦予不同的數據訪問權限。比如：普通用戶只具有瀏覽網頁和檢索數據的權限，數據管理員和系統管理員還可以對數據進行管理以及溫室氣體排放情況的分析、評價和預測，對外部提供數據交流與共享等。

1　廣西溫室氣體排放數據庫系統概況

做好省級溫室氣體清單編制工作，既是貫徹落實國家和自治區應對氣候變化工作部署的要求，也是推動應對氣候變化工作、實現低碳發展、落實溫室氣體排放控制目標的重要基礎性工作。

收集省級溫室氣體清單編制指南中要求的五大領域的活動水平數據和溫室氣體排放系數[6]是清單編制工作的重要環節，對于收集到的大量基礎數據，除編制清單報告為節能減排提供依據外，還可以充分利用使之發揮更大作用。通過建立大數據信息服務模型，使復雜而不規范的活動水平數據和排放因子等數據處理起來更高效便捷[4]，從而實現數據信息橫向擴展，在為用戶提供數據獲取、存儲、組織、分析和決策等服務的同時，為其提供常規分析、廣度分析、深度挖掘、智能管理、潛力預測等高附加值服務功能[7]。

在此基礎上，設計開發廣西溫室氣體排放數據庫系統實現對溫室氣體排放數據的錄入、核算、統計和分析，以及清單報告管理等。廣西溫室氣體排放數據庫系統的建設是溫室氣體清單編制的重要基礎工作，該數據庫的建成，有利于提高溫室氣體排放量的核算以及保證溫室氣體清單產品的質量，對提高廣西溫室氣體清單編制水平具有重大現實意義，為溫室氣體排放企業預警、輔助決策提供支撐。

2 廣西溫室氣體排放數據庫系統的設計與開發

2.1 系統架構

廣西溫室氣體排放數據庫系統采用基于B/S模式的應用體系架構，如圖1所示，以Apache 2.4作為Web服務器，采用Oracle 數據庫管理系統，利用PHP 技術和Handsontable組件，按照企業級的應用系統設計模式設計開發。系統由數據庫管理系統、應用服務器、業務系統Web端三部分組成，分別構成數據層、業務邏輯層、表示層。

數據庫管理系統：數據庫管理系統采用Oracle 11 g Enterprise版，數據層的數據存取、數據交換、數據共享和災備與恢復均基于Oracle數據庫技術平臺建立。

應用服務器系統：采用Windows Server 2008 R2操作系統，Apache作為Web服務器，應用系統采用基于YII的PHP框架設計開發，并通過服務器完成業務邏輯在應用服務器平臺上的部署、運行和維護。YII技術體系是一個高效的框架，其RPS顯著優于其他應用框架；YII擁有Web 2.0應用的全部特性，采用MVC設計模式，具有DAO和Active Record功能，而且與jQuery完美結合，具有表單數據輸入和驗證功能；另外，YII配備了許多安全措施，使得Web應用程序可以有效地防止網絡攻擊。

Web端：Web端應用采用CSS 3、JS和HTML 5技術設計開發，利用ajax富客戶端技術，所有數據查詢及展示都在Web端完成，用戶無需安裝任何本地應用，系統自動升級，實現零安裝、零維護。外部系統的接口通過Web Service實現。

圖1 廣西溫室氣體排放數據庫系統架構圖

2.2 開發方法

在整個系統設計開發過程中，利用MVC分析方法，采用YII設計系統，完成模塊生成、視圖創建和控制設計，為多層結構的客戶端、中間層與表現層之間協調應用邏輯。基于數據庫訪問效率的考慮，使用雙重數據訪問模式。使用PDO方式執行清單數據綜合計算；采用Active Record方式實現基礎數據的輸入與校驗，按照對象關系對應（O/R Mapping），完成清單中各類方法、公式包含的關系型數據與對象模型的映射。使用Handsontable組件實現表單數據的在線輸入和清單數據的自動計算，分析數據輸入單元與數據庫字段的對照關系，優化數據存儲以提高系統的響應速度。

2.3 功能模塊

廣西溫室氣體排放數據庫系統的設計開發主要遵循“使用方便、操作簡單”的原則，為更有利于省級溫室氣體清單的編制，根據《IPCC國家溫室氣體清單指南》[8]的要求，結合廣西實際情況和歷年清單編制經驗，確定了本地區能源活動、工業生產過程、農業、土地利用變化和林業、廢棄物處理五大領域的清單編制范圍。

能源活動溫室氣體排放清單編制范圍包含二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等三種氣體。主要在化石燃料燃燒、生物質燃料燃燒、煤礦及礦后活動、電力調入調出等活動中直接或間接排放。

工業生產過程編制范圍包括水泥、石灰、鋼鐵、硝酸、鋁以及電力設備的生產過程，廣西不存在電石和半導體的生產。排放氣體主要為二氧化碳，在電力設備生產中存在少量六氟化硫的排放，目前僅有一家企業排放。

農業編制范圍包括甲烷和氧化亞氮的排放，甲烷主要產生于稻田、動物腸道發酵、動物糞便等；主要產生于農用地及動物糞便等。

土地利用變化和林業編制范圍包括生物量碳貯量增加或減少，以及林地轉化過程中由于地上生物質的燃燒和分解引起的二氧化碳、甲烷和氧化亞氮排放。

廢棄物處理編制范圍主要包括城市固體廢棄物、生活污水和工業廢水處理、固體廢棄物焚燒處理等過程產生的甲烷、氧化亞氮和二氧化碳的排放。

廣西溫室氣體排放數據庫系統根據省級溫室氣體清單編制中五大領域的范圍和排放的不同，分別有針對性地設計了不同的功能模塊和計算方式，有效提高了省級溫室氣體清單編制的效率和準確性。

3 廣西溫室氣體排放數據庫系統的運行與應用

廣西溫室氣體排放數據庫系統在功能上主要分為數據采集、數據管理、用戶管理三大模塊。

3.1 數據采集

數據庫系統的數據采集主要包括對省級溫室氣體清單編制中五大領域的溫室氣體排放活動水平數據、排放因子等數據的采集。為了提升用戶體驗，系統采用了類似Excel的界面設計，有利于用戶的操作習慣，方便用戶數據錄入。在操作界面使用不同顏色標注了不同的功能，其中綠色框是可編輯的數據輸入框，土黃色部分不能編輯，主要是計算結果單元、表格的行標題、列標題以及部分備注信息。

在數據錄入過程中，由于部分表格列數和行數過多，在同一頁面無法完全顯示，需要拖動才能進行錄入。為避免操作過于繁瑣，系統對此部分的數據錄入設計了表單樣式，用戶只需點擊相應的行標題鏈接即可進入表單錄入界面，進一步方便用戶進行數據錄入。

用戶錄入相應數據后，可點擊頁面右邊的懸浮綠色箭頭，即可對數據進行計算和保存，系統便會根據已有的活動水平數據、排放因子自動進行計算，生成溫室氣體清單總報告。

3.2 數據管理

數據庫系統設計了搜索查詢、統計分析和清單報告等數據管理模塊，方便主管部門對清單數據的管理和應用。

用戶可以根據需要通過設置地區、領域、部門、排放量以及年份等條件進行數據查詢，包括歷史數據、跨地區數據等等，查詢結果通過表格的形式呈現給用戶；也可根據需要進行數據分析，可以查看各領域排放量的占比情況，各領域各部門排放量情況以及各領域各部門排放量隨時間的變化趨勢等。

此外，系統設計了清單報告的管理功能。清單編制機構可以在系統中自動生成清單報告數據表格，完成清單報告的撰寫后，再通過系統上傳并提交給主管部門審閱。主管部門可以在線查看清單報告，對清單報告質量進行審核并給出相應的意見。

3.3 用戶管理

為了充分發揮系統的作用，保證用戶能夠有條不紊地進行使用，系統實現了超級管理員、自治區主管部門、地市主管部門、清單編制機構等不同角色用戶的管理，包括用戶的增加、刪除、修改以及權限的分配等功能。

廣西溫室氣體排放數據庫系統目前已應用于省級溫室氣體清單編制工作，通過2005年、2010年至2020年共12個年度的清單數據的試算，對系統的計算準確性和可操作性等進行了全面測試，得到各類用戶的一致好評，同時也提高了廣西溫室氣體清單編制的工作效率和數據的準確性。

4 總結

作為應對氣候變化的一項基礎性工作，編制省級溫室氣體清單主要是為了識別出溫室氣體排放種類及其排放源，厘清各部門各行業領域的排放現狀，從而有助于制定控制溫室氣體排放的政策和措施。廣西溫室氣體排放數據庫系統的開發以IPCC溫室氣體編制規范和省級溫室氣體編制指南為基礎，對廣西溫室氣體排放分各行各領域進行了統計分析，有利于提高清單編制工作的效率以及保證溫室氣體清單數據的質量。但在系統建設和應用過程中，也發現了一些不足之處，還需在今后的工作進行完善。

一是活動水平數據收集方法有待改善。數據是系統的生命和靈魂，有效的數據是系統能正常工作的前提。溫室氣體活動水平數據的有效性決定了系統對溫室氣體排放統計的準確性。由于目前溫室氣體排放相關數據依賴于各行業部門提供，難以獲取準確的統計數據或者具有時效性的數據，對系統的數據錄入和檢錯功能要求較高。因此，系統需更多的數據和不同的環境進行檢驗，并在實踐中不斷完善。

二是系統的數據統計分析能力有待提高。建立溫室氣體排放數據庫主要為了方便統計核算各行各領域的溫室氣體排放量，提高溫室氣體清單編制的工作效率。在系統建設過程中已經初步設計了統計分析功能，但未能進行更深層次的數據挖掘，在溫室氣體排放數據可視化方面仍需提高，為進一步控制重點行業和重點企業的溫室氣體排放，以及地方政府科學分解碳強度下降指標提供數據支撐。

三是排放因子本地化工作有待加強。溫室氣體清單編制涉及的數據量大、范圍廣，相關溫室氣體排放因子的確定需要一個長期的觀測和統計過程，系統當前的設計主要采用IPCC推薦的排放因子。在今后的工作中，應盡可能加強排放因子本地化工作，有效體現出溫室氣體清單的地方特點。

[1] 王賀禮，孫李媛，謝運生，等. 江西省溫室氣體排放數據庫建設方案研究[J]. 江西科學，2015，33(3): 441-444.

[2] 新華網. 習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/ 2020-09/22/c_1126527652.htm，2020-09-22.

[3] 新華社. 政府工作報告——2021年3月5日在第十三屆全國人民代表大會第四次會議上[EB/OL]. http://www.gov.cn/ premier/2021-03/12/content_5592671.htm，2021-03-12.

[4] 師華定，王占剛，高慶先，等. 溫室氣體排放數據庫系統設計與實現[J]. 中國環境監測，2010，26(1): 1-5.

[5] 黎永生，史紹亮，呂曠，等. 廣西溫室氣體排放信息服務平臺建設研究[J]. 大眾科技，2018，20(5): 142-144.

[6] 卞夢凡，高鈺婷，郝影，等. 國家溫室氣體清單編制原則與當前實務[J]. 中國統計，2021(12): 42-44.

[7] 李永江. 溫室氣體清單編制的思路和基本原則[J]. 印制電路信息，2010(10): 56-59，64.

[8] 胡艷麟，朱齊艷. 《IPCC 2006年國家溫室氣體清單指南》(2019年修訂版)廢棄物卷修訂淺析[J]. 低碳世界，2021，11(9): 49-50.

Design and Development of Greenhouse Gas Emission Database System in Guangxi

On the basis of years of provincial greenhouse gas inventory compilation, this paper designs and develops Guangxi greenhouse gas emission database system, which provides a technical platform for inventory data collection, management, audit and report generation in the fields of energy activities, industrial production process, agriculture, land use change and forestry, waste treatment and so on. Through the trial calculation of inventory data in 12 years from 2005, 2010 to 2020, the calculation accuracy and operability of the system are comprehensively tested, which effectively improves the work efficiency and data accuracy of greenhouse gas inventory preparation in Guangxi.

greenhouse gas; database; climate change

TP311.13

A

1008-1151(2022)05-0009-04

2022-02-19

史紹亮（1989－），男，湖南邵陽人，中國科技開發院廣西分院工程師、信息系統項目管理師，碩士，研究方向為應對氣候變化相關研究、信息系統開發等。