以大數據應用為推手 加快生態文明建設進程

一、前言

生態環境是影響人類生存和發展的水資源、土地資源、生物資源、氣候資源的數量和質量的總稱，它是一個關系到社會經濟可持續發展的復合生態系統。目前，生態環境保護工作面臨著諸多新情況和新問題，要求我們必須創新工作方法及工作思路，運用生態環境大數據思維破解難題。通過生態大數據建設，可以有效整合全方位的社會資源，構建立體化的生態環境監管和治理模式，提升生態環境監管和治理的組織效率、業務水平和整體能力，有助于推動生態環境監管能力現代化，加快我國的生態文明建設進程。

二、生態文明建設與生態環境大數據應用關系分析

生態環境大數據是以大數據技術為推動，面向生態環境保護與管理決策的需求，快速獲取各類生態環境數據資源，實時分析生態環境要素，提升生態環境管理精細化水平的新一代信息技術和服務業態。生態環境大數據除了具有大數據的6“V”特征，即海量規模（Volume）、形式種類繁多（Variety）、處理速度快（Velocity）、高價值性（Value）、真實性（Veracity）、易受攻擊性（Vulnerable），相對于大數據，生態環境大數據還具有3“H”特性，高維（High dimensionality）、高復雜性（High complexity）、高不確定性（High uncertainty）。

生態環境大數據來源于生態環境、氣象、水利、國土、農業、林業、交通、社會經濟等不同部門，可以通過空氣質量、水環境質量、噪聲環境質量監測設備來感知，還可以通過生物傳感器、化學傳感器、射頻識別技術（RFID）、衛星遙感、視頻感知、光學傳感器、人工檢查等進行數據采集；通過數據存儲與管理、數據預處理、數據分析與挖掘、數據共享進行數據處理；最后應用于監測評價、模擬預測、優化管理、生態教育四個方面（見圖1）。

生態環境大數據是生態文明建設的“根基”“助推力”“護衛艦”“催生劑”，生態環境大數據與生態文明建設息息相關，通過數據獲取、數據管理、數據存儲、數據共享以及數據應用，得到生態文明建設中的基礎數據，監測以及評價生態環境要素時空變化，通過平臺、中心等建設加強生態文明建設管理，以及通過大數據制定環境法律法規，輔助政府決策。

三、生態環境大數據在生態文明建設中的應用

（一）監測評價

生態環境大數據在監測評價中的應用主要是基于生態環境在線監測和數據處理分析系統，進行數據監測、數據管理、數據分析和可視化應用。大數據技術的發展使生態環境監測從短期向長期轉變，從單要素向宏觀結構、時空協同監測轉變①。生態大數據可以集成多個地區的環境污染數據庫，建立數據分析的集中化處理，并根據網格化監控和云端計算來整合環境質量評價，構成環境監測評價的全景化格局②，如Natasha③對一條河流含水層土壤中的重金屬含量進行了潛在健康風險評價；基于空間大數據管理框架，采用新型重金屬污染綜合評價體系，通過多源生態環境大數據組合，對東天山地區重金屬污染高發區域進行監測評價。

（二）模擬預測

生態環境大數據與生態模擬預測模型相結合，對不同區域、不同時間的生態環境質量進行有效預測。近來，國內外已建成眾多的預測、預警系統，如地震預警系統、天氣預報系統、臺風預測系統等，環境預測、預警系統的研究對象主要包括城市環境、區域生態環境及自然資源開發等方面。例如，陳等④依托遙感生態指數（RSEI）及ANN-CA-Markow模型，利用Landsat TM/OLI-TIRS遙感數據對伊寧市進行生態環境預測；周等⑤利用生態環境大數據，以及PCA與GM（1，1）對礦山生態環境進行預測。生態環境大數據處理、分析與可視化為模型預測預警提供基礎，科學準確地利用多時空條件下多因素變化，可以預警預測區域生態環境。

（三）優化管理

生態環境大數據的可視化應用在“美麗中國”“智慧城市”等建設中發揮重要作用，生態環境大數據技術已成為推動環境治理體系和治理能力現代化的重要手段。現階段國家建立生態環境開放目錄，向社會開放大氣、水、土壤、海洋等生態環境質量監測數據，系統建立河流斷面監測點、大氣監測點等，對污染物進行實時監測與溯源，加強污染源頭管理，提升管理的開放性與權威性。同時，利用生態環境大數據對微型傳感器、視頻監控、無人機巡查、衛星遙感等新型技術手段與地面站點優勢互補，為執法監管、環境質量形勢判斷等提供更精準和充實的科學數據。

（四）生態教育

基于生態環境大數據的可視化結果，如地理信息數據結果、地面監測數據結果、衛星遙感信息等，利用大數據的直觀性與真實性有助于加強生態文明教育，促進民眾以及學生群體對生態環境的認識⑥。馬麗芳⑦提出“互聯網+生態文明教育”模式，將大數據、云平臺、人工智能等技術與倡導綠色安全、高效智能、和諧共生等理念相結合。智能化的學習環境是實現學與教方式變革、支撐生態文明教育發展的基礎，在生態環境大數據技術引導下，打造時空和教學深度融合、線下和線上虛實融合的智能生態文明教育空間，促進生態文明教育數據的全方位挖掘和整合，改善生態文明教學服務供給與學習需求的匹配度，可以實現精準推送，優化生態文明教學服務質量和效率。

四、生態環境大數據應用面臨的挑戰

（一）數據安全與隱私保護

生態環境大數據蘊藏巨大價值和集中化的存儲管理模式，針對大數據的勒索攻擊和數據泄露問題日趨嚴重，全球大數據安全事件呈頻發態勢，相應地，生態環境大數據安全需求已經催生相關安全技術、解決方案及產品的研發和生產，但與產業發展相比，存在滯后現象，新的技術、新的需求以及新的應用場景給數據安全與隱私保護帶來新的挑戰。

（二）數據質量和可靠性

數據的質量直接影響著數據的價值，并且直接影響著數據分析的結果以及以此做出的決策的質量，影響了數據內在價值的充分發揮。不同的業務部門、不同的時間，甚至在處理相同業務的時候，由于數據輸入規范不同，造成數據沖突或矛盾；數據質量問題從發現、指派、處理、優化沒有一個統一的流程和制度支撐，數據質量問題無法閉環；對歷史數據質量檢查、新增數據質量校驗沒有明確和有效的控制措施，出現數據質量問題無法考核。

（三）數據共享和互通

生態環境大數據由于來源廣、數據格式不統一等特點，導致數據資源分散、數據整合分析難度大，不同時空、不同領域的數據出現“數據煙囪”和“數據孤島”，影響生態環境大數據共享和互通。各部門沉淀的數據中，核心業務元數據標準不統一、業務數據串數名稱、格式存在較大差異，對跨部門之間數據共享和互通造成阻礙。不同信息系統在數據存儲形式、調用方式、業務系統接口等方面都存在差異，依然存在平臺和數據庫不能聯網互通、數據調取不暢的現象。

五、推動生態環境大數據應用的對策建議

（一）推動生態環境大數據應用的政策支持

生態環境大數據應用基礎制度政策建設事關“美麗中國”和“智慧城市”建設，要加快構建數據基礎制度政策，充分發揮我國海量數據規模和豐富應用場景優勢，激活數據要素潛能，做強做優做大數字經濟，增強生態環境大數據環保應用，構筑國家競爭新優勢。

一是政策法規體系的建設。通過建立保障權益、合規使用的數據產權制度，安全可控、彈性包容的數據要素治理制度，切實加強黨對構建數據基礎制度工作的全面領導，充分發揮數字經濟發展部際聯席會議作用，促進跨地區跨部門跨層級協同聯動，增強生態環境大數據應用的活力、動力。

二是財稅金融政策的制定。完善數據全流程合規與監管規則體系、統籌構建規范高效的數據交易場所、培育數據要素流通和交易服務生態、構建數據安全合規有序跨境流通機制。完善數據要素市場化配置機制和收益再分配調節機制，讓全體人民更好共享大數據發展成果。同時，加快發展數據要素市場，引導創業投資企業加大對數據要素型企業的投入力度，鼓勵征信機構提供基于企業運營數據等多種數據要素的多樣化征信服務，支持實體經濟企業特別是中小微企業數字化轉型賦能開展信用融資。

三是人才培養和技術創新的支持。完善生態大數據環保人才管理制度，建立國家生態環保人才數據采集體系和信息平臺，開展生態環保人才發展戰略規劃和體制機制政策創新研究。同時，強化生態環境大數據領域科技創新機制改革，加強科技部門與行業部門和地方的協同，探索實施生態環境大數據科技創新與國家重點區域/重大工程建設、生態環境大數據管理與產業發展政策的聯動機制。強化生態環境大數據領域技術與計算機算法、生物、材料等變革性技術的交叉融合創新，探索建立推動生態環境大數據科技創新的新機制與新模式，實施更加開放包容、互惠共享的國際科技合作戰略。

（二）推動生態環境大數據應用的技術保障

生態環境大數據應用的提升關鍵在于技術提升與優化，通過數據采集和處理技術的優化提高采集效率、通過數據安全和隱私保護技術的改進提升數據質量、通過完善數據共享和互通技術增強精細化管理決策能力，有效發揮生態大數據的實時性、運算量和可視化優勢，幫助我國有效建設生態文明。

一是數據采集和處理技術的優化。數據采集系統主要圍繞協同推動信息控制區和采集服務器端的優化，保證傳輸通路對接準確性以及減少數據損失⑧；同時建立大數據格式統一標準，減少數據處理工作。生態環境大數據處理平臺以Hadoop與Spark為主，處理技術的優化主要涉及編程模型優化和調度器優化，增強數據處理能力。

二是數據安全保護技術的改進。數據安全是生態環境大數據應用的重中之重，針對數據安全，需要充分利用改進隱私保護技術與數據加密技術，包括增強數據變換、改良數據加密、鞏固匿名化的隱私保護技術，優化對稱加密算法與非對稱加密算法，增強在數據動態加密處理中的安全性，改進動態加密算法，增強基于秘密信息、信物以及生物特征的身份認證技術等。

三是數據共享和互通技術的完善。運用“大數據+區塊鏈”技術，加快構建一體化生態大數據中心，優化算法，深化數據分析，對數據資源進行加工整合、分層建模，推進數據字段原子化，實現“一數一源”，確保數據準確、完整、可用，以數據共享促進流程優化。

（三）推動生態環境大數據應用的社會參與

生態文明建設進程中，政府主導和社會參與相輔相成，推動生態環境大數據應用的社會參與，加快政府生態決策的公開、公正、透明，保障公眾環境保護知情權、參與權、表達權和監督權，提升民眾認識，增強環保觀念，在政府政策下共建“數字政府”“美麗中國”“智慧城市”等。

一是公眾參與和信息公開。打通公眾信息循環渠道，推動生態環境大數據全面公開，讓群眾深切感受到生態環境的變化，準確播報各種生態環境監測點的環境質量情況；加強監測點監測數據質量監督，保證數據質量準確性，不可欺報瞞報。

二是社會組織和企業參與。加強社會環保組織、教育組織、企業、工廠等各種形式的參與，建立生態環境獎懲制度，開展企業環境信用等級評定工作，定期公布評定結果。鼓勵和支持社會資本基于生態環境大數據參與生態保護修復項目投資、設計、修復、管護等全過程，對區域生態保護修復進行全生命周期運營管護。

三是生態文明教育和宣傳。通過生態環境大數據，深入宣傳生態環境保護“堅持方向不變，力度不減”總基調和精準治污、科學治污、依法治污“三個治污”工作方針，大力宣傳“提氣、降碳、強生態，治水、固土、防風險”等中心工作的具體行動和實際成效，為深入打好污染防治攻堅戰營造良好輿論氛圍。建立生態文明教育考評機制，將生態文明教育納入初高中教育模塊，建立按月考評、按期考評機制，通過大數據分析，對各個學生進行短板分析，進行補短促長。改變生態文明教育組織宣傳活動，利用生態環境大數據平臺、企業實踐、實地參觀等多形式組合，促進群眾多方面了解生態文明建設，開放各生態中心建設集成數據，加強民眾參與。

（作者：趙林，天津大學數據科學研究院副院長、教授、博士生導師；邢國棟、喬治，天津大學環境科學與工程學院）

責任編輯：王穎振、鄭凱津

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編者按

①Carey C C， Ward N K， Farrell K J， et al. Enhancing collaboration between ecologists and computer scientists： lessons learned and recommendations forward [J].2019，10（05）：1-12.

② 韓慧.“大數據”在環境監測中的資源融合與共享[J].科技創新導報，2020，17（06）：100-102.

③ Natasha B I， Shahid M， Niazi N K， et al. Hydrogeochemical and health risk evaluation of arsenic in shallow and deep aquifers along the different floodplains of Punjab， Pakistan. J. Hazard. Mater. 2021（402）： 12407.

④ 陳勉為，馮丹，張仕凱，等.基于RSEI和ANN-CA-Markov模型的伊寧市生態環境質量動態監測及預測研究[J].干旱區地理，2023，46（06）：911-921.

⑤ 周智勇，肖瑋，陳建宏，等.基于PCA和GM（1，1）的礦山生態環境預測模型[J].黃金科學技術，2018，26（03）：372-378.

⑥ 李香妹.高校體驗式生態文明教育的實踐路徑探析[J].經濟師，2023（05）：216-217.

⑦ 馬麗芳.高校“互聯網+生態文明教育”模式研究[J].科技創新導報，2020，17（09）：187-188.

⑧ 李瑋瑤.大數據視閾下網絡信息采集系統優化設計[J].信息與電腦（理論版），2018，416（22）：90-91+94.