水污染防治技術信息網格建設研究

熊 鋒

（蘇州蘇水工程設計咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215000）

引言

近年來，在生態文明思想指導下，各行業諸領域普遍加強了水環境影響評價與水污染防治工程項目竣工環保驗收工作，并取得了一定成績。但是，由于水環境治理中的技術信息共享機制較差，各地區在實際開展水環境治理時，逐漸出現了對水污染技術信息網格建設的需求。當前，中國式現代化改革有必要依托統一大市場提供的便利條件，一方面借助信息網絡的建設參與全球同行業競爭，另一方面在競爭過程中需加強相關知識產權的創新及發展。

1 水污染防治技術信息網格建設的必要性

1.1 從市場競爭分析

我國環境管理工作具有起步晚、發展速度快、規模大等基本特點，從國內市場競爭的角度看，環保企業規模越大，其競爭優勢越強。但是，在統一大市場條件下，競爭內容發生了根本性變化，主要集中在“定價權”競爭和“供應鏈”競爭方面[1]。具體而言，在前一種競爭方面，這類企業需要加強知識產權創新才能真正參與到對行業體系管理標準制定權的爭奪之中，目前的知識產權創新重點集中在水污染防治技術的創新層面；在后一種競爭方面，單獨的企業競爭優勢并不明顯，需要從環保行業出發，結合供應鏈把上游、中游、下游企業關聯起來，加強供應鏈競爭，提高整體競爭優勢，為單獨企業參與競爭提供保障。尤其是國際市場的供應商與上游企業聯合開發水污染防治技術后，向國內市場輸入的設備、技術等，具有一定的壟斷性，我國企業在供應鏈諸環節的可營利空間相對較小。因而無論從知識產權創新，還是擴增或營利空間看，當前均需加快水污染防治技術信息網絡建設工作。

1.2 從產業升級分析

目前，在中國式現代化改革中明確了生態產業化與產業生態化的升級方向，各行業企業在該轉型方向指引下，為了更好地實現節能減排、環境保護、產出綜合效益，始終需加強環境信息系統建設，推進行業信息資源共享[2]。具體而言，2018年至今，在我國水環境技術信息化建設過程中，重點集中在水環境管理決策支持系統上，包括流域水環境管理、防洪決策等。從實踐經驗看，已產生了多種研究成果。例如，長江防洪決策支持系統、黃河防洪防凌決策支持系統、太湖流域防洪決策支持系統，以及針對水環境的環境影響評價和預測預警管理等。從筆者對相關知識的自主學習、同行交流及工作經驗看，在當前數字孿生平臺建設中應用“三庫體系”（數據庫、模型庫、知識庫），能夠達到預期的信息化建設目標。各行業企業應在此基礎上，結合產業升級需求，在技術賦能路徑下持續推進水污染防治技術信息網絡建設工作。

2 水污染防治技術信息網格的構建與實現

水污染防治技術信息網格建設工作，主要是為了把所有節點數據關聯起來，使相關人員可以從每個節點訪問整個信息網格中的其他節點數據，以更好地推進水污染治理[3]。從我國部分地區的區域信息網格建設經驗看，構建與實現高質量水污染防治技術信息網格可以起到三重作用：（1）推動水污染防治技術創新，并在知識產權創新路徑下，使我國企業在供應鏈競爭中擴增國內環保企業的可營利空間。（2）使國內水污染治理技術評估標準化，進而健全現有技術評估機制。（3）在信息網格建成后把參建各方（包括環保部門、環保咨詢機構、各行業企業等）統一納入信息網格平臺“應用層”，形成供應鏈競爭優勢。同時，借助信息網格平臺建設，創建水污染防治技術共享機制，為參建各方決策提供科學依據等。本文將分別從數據集建設、信息網格虛擬組織、信息網格中心節點、異構節點共享方式、信息訪問安全策略五個方面，對其構成及實踐內容做出具體分析。

2.1 數據集建設

2.1.1 綜合信息數據

水污染防治技術信息網格建設的基礎數據，從數據資源結構看，主要包括：（1）企業綜合信息數據；（2）生產工段技術數據；（3）廢棄物處理技術數據；（4）某些行業特性表數據。通常情況下，把前三種數據資源同構后可充當“核心基礎表”，滿足大部分行業需求。同時，將最后一種數據資源作為特殊行業所需特殊表。例如，醫藥行業廢水處理設施及設計參數數據集、廢水處理單元凈化效果數據集；再如，腈綸行業裝置物料平衡數據集、裝置水平衡數據集等。建議在數據集建設方面，根據上述數據資源結構，先編制企業總體概況表、企業環保概況表、其他節能減排措施表、生產工段信息表等，這樣做有利于將綜合信息數據表單化，為后續數據集的應用、處理等提供必然條件。

2.1.2 水污染防治技術數據

水污染防治技術數據重點放在對污染數據集的建設方面，由于廢棄物中的廢水、廢氣、固體垃圾，均屬于水污染治理范疇，因而建議在實際的水污染防治數據集建設階段，盡可能分門別類地建立一張或多張廢棄物處理技術表，如廢水處理技術數據集、廢氣處理技術數據集、固廢處理技術數據集等，使污染防治技術數據表更加全面。尤其在部分特殊行業中，應根據某些行業的實際情況，先制作常用的表單，再結合行業特殊性增加其他數據集。具體操作時，一般使用EXCEL表、XML表，或者在技術條件允許的情況下選擇SQL數據庫技術建立數據庫，加強數據關聯分析，提高污染防治技術數據集建設質量。

考慮到我國現階段水污染防治信息網格建設現狀，建議實踐中先選擇典型水污染行業，再對應水污染防治技術確定相關的主流元數據標準，進而在元數據基礎上將所有表單整合到一張“元數據基本信息表”中[4]。例如，部分地區已經應用的BAT特征信息表與子信息表、ETV元數據表等，均能夠保障數據資源結構的完整性與應用時的有效性。需要指出的是，信息表中包括了若干數據集，編制此類表單時，工作人員應提前做好水污染防治要素清單的編制，并一一檢查水污染防治指標，確保編制的表單內容滿足全面性要求。

2.2 信息網格虛擬組織

數據集建設工作是水污染防治技術信息網格構建與實現的必要條件，在此基礎上應進一步構建信息網格虛擬組織并保障其實施。通常而言，工作人員在設計虛擬組織的過程中，應對相關單位的管理體制進行具體分析，兼顧各節點數據資源單獨管理意愿，進而設計適用性較高的組織。例如，在當前階段，工作人員可以選擇Local LDAP把節點元數據存放起來，再根據實際區域（如國家、省、市等）將其組織到同一個Global LDAP中，這樣做可以實現各節點數據之間的關聯，達到數據共享要求。以我國為例，把中國環境科學研究院節點作為Global LDAP主節點，將它與其他子節點關聯后可建立所需的虛擬組織（如圖1）。具體關聯中每個節點選擇Information Grid Service作為支撐技術，利用其中的動態地組建或撤銷（Register Agent/Unregister Agent）功能，并在設置好節點訪問權限的前提下，實現主節點對子節點的直接動態調用與控制等。

圖1 水污染防治技術信息網格虛擬組織示意

2.3 信息網格中心節點

按數據集→信息表→數據庫建設思路，可以在元數據基礎上，將所有信息表編制成數據庫。例如，在信息網格中心節點方面可選擇如下技術：（1）門戶網站集成技術；（2）目錄服務技術；（3）計算機可視化技術；（4）數據庫技術；（5）地理信息系統等。然后，在建立數據庫時，根據實際的水污染防治需求選擇最佳的可行技術，并結合相關標準（環境標準、排放標準）與要求（如政策法規、設備與裝置、示范工程等）等創建所需數據庫。最后，建立網上發布機制，并設置相關的查詢、檢索、咨詢等服務功能，使信息網格中心節點構建后，滿足新時期達標排放與節能減排需求。

首先，主節點控制主體應包括政府部門、科研機構、企業、公眾，將其設置為應用層。

其次，水污染防治系統方面，應納入BAT技術推廣系統、ETV技術認證推廣系統、技術共享系統、設備裝置信息系統、流域突發事件預警方案系統、示范工程系統、決策支持系統、專家在線系統、社會經濟信息系統、流域基礎地理信息系統等，并將其分為兩大系統：（1）網格虛擬數據庫管理系統（Information Grid Service）；（2）主節點附屬數據庫管理系統（Web Service）[5]。

再次，在前一個系統下設置污染防治技術信息網格部分，構建以數據庫層（BAT、ETV、污染防治技術、非結構化污染防治技術資料）→注冊/調用→虛擬化軟件層（信息網格中間件）→查詢（統一接口）/調用→網格虛擬數據庫管理系統層→應用層為主的系統架構。在后一個系統下設置主節點附屬的其他Web Service功能模塊，具體設置以流域數據庫層（流域水環境、地理信息及其他子課題數據庫等）→水污染防治數據庫（如非結構化數據資料、示范工程、設備裝置、政策法規、突發事件、環境標準與排放標準等）→查詢/調用→主節點附屬數據庫管理系統層→應用層為主的系統架構。

最后，通過通訊關聯使兩大系統之間形成關聯與互動，保障信息網格中心節點系統在一個“大平臺+小系統”框架下獲得有效應用。

2.4 異構節點共享方式

水污染防治技術信息網格建設完成中心節點設置后，一方面需對其中沒有建立元數據的個別水污染防治技術數據庫節點進行標準化處理，另一方面應遵循已建元數據標準，確保其他水污染防治技術達到相關標準要求。通常情況下，為了確保異構節點能夠適用已建元數據標準，應選擇數字孿生技術保障異構元數據獲得共享。

例如，部分地區應用Mobile Agents與元數據映射技術后，可以滿足異構節點共享要求。假定中國環境科學研究院為主節點，元數據異構節點為A、B，此時可以將主節點與A、B子節點關聯起來，實現元數據異構節點間的共享[6]。具體而言，元數據異構節點A、B中，均包括四個部分：（1）Register Agent；（2）Judge Agent；（3）Mapping Agent；（4）LDAP Agent。其中，Mapping Agent中的原Local LDAP和副本Local LDAP之間存在映射關系，元數據字段映射模塊與字段轉化模塊之間存在共享關系，此時可以利用該功能實現原節點對副本節點的調用、修改、復制等操作，實現主節點元數據與異構元數據之間的同構目標。

2.5 信息訪問安全策略

水污染防治技術信息網格建設工作完成后，需要配套設置信息訪問安全策略才能確保其安全運營。目前，通常采用兩大步驟達到安全管理目標。第一個步驟是進行身份評估，具體操作時可以利用Globus安全基礎設施方案，在安全委托條件下設置SSL協議并進行擴展，確保本網格系統中大平臺與小系統之間的有效關聯。具體操作時，建議設置安全代理，一方面減少用戶數量，另一方面通過代理創建安全信任鏈，提高其安全性。第二個步驟是開展訪問控制評估，主要對實踐主體的權限進行全面評估與控制。例如，通常條件下可以把水污染防治技術分為若干等級，再根據知識產權分類劃分成公開查詢、不允許公開查詢等。目前，應用LDAP時自帶有一個訪問控制安全模型，并結合訪問控制列表（Access Control List，ACL）實現對相關訪問的控制等。

3 水污染防治技術信息網格后續建設策略

3.1 以國內市場為例

現階段，我國水污染防治技術信息網格建設處于初級階段，尚沒有實現信息化管理向數據化的轉型升級。在這種現實條件下，建議實踐主體設置短期目標、長遠目標，一方面以數據集建設→信息網格虛擬組織→信息網格中心節點→異構節點共享方式→信息訪問安全策略為主要技術路徑落實短期目標，先完成“大平臺+小系統”的建設工作。另一方面在國際-國內市場雙循環條件下，為其后續推廣應用做好預留工作。從全球同類市場的實踐經驗看，大多數國家會選擇兩種預留方式：（1）直接預留接口，與其合作國家或地區簽訂合同后，通過網絡關聯方式將其系統接入到該平臺。（2）委托服務預留，不直接預留接口，而是采用“云服務”方式打包相關技術，以第三方服務機構的形式向委托對象提供相關服務，包括水污染防治信息網格平臺咨詢服務、建設服務、運維管理服務等。

3.2 以國際市場為例

我國在水污染防治信息網格建設方面，隨著后續技術的發展必然會出現與國際間共享水污染防治技術的問題，在這種情況下，既要考慮到統一大市場中的競爭與合作，又要從知識產權創新的角度探索適用于中國環保行業、環保企業參與同行業競爭與合作的方式，預防吃力不討好、技術泄漏等風險。從當前其他國家的實踐經驗與本土市場對未來的展望看，國際間共享污染防治技術信息網格建設任重而道遠。首先，我們要加強對國際異構主節點間元數據同構的研究。例如，我國要調用A國的元數據，此時牽涉到中國主節點與A國子節點的關系研究，中國主節點設置好后應明確中國從“中轉節點”（相當于中國設置在A國有根節點）調用技術本身的現實情況。其次，應構建國際水污染防治技術信息網格虛擬組織，此時需充分研究中國與其他國家之間的跨國建構主節點對等關系、特殊根節點設置情況等，確保設計方案能夠滿足相互合作時的安全性、適配性等。例如，應用基于Mobile Agents跨國資源調用系統時，可以在系統中生成一個Security Agent，再通過完成任務后的“毀滅”確保傳遞安全證書的有效性。然后，將Query Agent發向Global LDAP，篩選相關元數據信息，并通過自我復制方式向用戶反饋與匯總，用戶判定所需信息后進行數據調用。具體操作時，用戶可以通過購買與免費服務兩種方式使用。例如，在離線方式下或在線方式下，直接免費使用部分基礎功能，或者直接購買所需的具有知識產權的技術等。

4 結語

總之，水污染防治技術在現代水環境治理工作中始終發揮著不可取代的作用，在新時期水環境高質量建設與水污染高水平防治過程中，建議各行業諸領域結合市場競爭、產業升級，認真分析建設相關信息網絡的必要性，并在此基礎上做好本土市場的信息網格構建與實現工作。考慮到統一大市場中兩大市場的雙循環與雙流通有所加快，建議在后續建設過程中，一方面立足國內市場，完善其信息網絡，擴大技術要素配置比例；另一方面將國內市場與國際市場關聯起來，為后續水污染防治技術的推廣應用等奠定堅實基礎，并嘗試探索基于知識產權售賣之路的新型營利模式等。