生態文明建設中生態環境大數據應用研究

摘要：為了提升生態環境精細化管理水平，生態環境大數據應用已成為大勢所趨。從生態文明建設與生態環境大數據的定義和內涵出發，系統闡述了生態文明建設目標和生態環境大數據技術體系，設計生態環境大數據應用實施體系建設框架，深入討論了生態環境大數據生態文明建設之間相對關系，分析了生態環境大數據在監測評價、模擬預測、優化管理、生態教育四個方面的關鍵作用，面對在數據安全與隱私保護、數據質量和可靠性以及數據共享和互通三大方面的挑戰，從政策支持、技術保障、社會參與三個領域提出推動生態文明建設的具體對策建議。

關鍵詞：生態文明；生態環境；大數據

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：A

前言

生態文明建設事關中華民族永續發展的根本大計，中國始終秉承“綠水青山就是金山銀山”的理念，致力于構建人與自然和諧共生的現代化社會，關乎人民福祉和民族未來。大數據對全球產品從生產到消費的全過程以及經濟運行機制、生產生活方式和國家治理現代化的推動產生了重要影響。在生態環境保護與治理方面，大數據成為提升治理能力現代化的新途徑，成為促進生態管理與科學決策的新方法，同時大數據應用也推動著環境監管的不斷創新。生態大數據建設和發展，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，有助于推動中國生態環境監管能力現代化，加快生態文明建設進程。文章旨在深入研究并分析生態環境大數據在生態文明建設中的應用，并探討所面臨的眾多挑戰。同時，針對政策支持、技術保障和社會參與三個關鍵領域，提出了基于生態環境大數據應用推動生態文明建設的策略性建議。

1生態文明建設與生態環境大數據應用關系分析

1.1生態文明建設的目標和內涵

生態文明建設是一項有關生產生活方式、經濟發展模式、社會觀念方式和價值觀念等方面的重大變革，旨在建立有序的生態運行機制和良好的生態環境，將可持續發展提升到綠色發展的道路上。在新時代背景下，習近平生態文明思想成為習近平新時代中國特色社會主義思想重要組成部分，決議中更是把生態文明與政治、經濟、文化和社會建設放在同等的戰略地位。黨的二十大提出健全生態文明制度體系，全方位、全地域、全過程進行山水林田湖草沙一體化保護和系統治理。

1.2生態環境大數據的定義、特點及技術體系

生態環境大數據是指在以大數據技術為推動力的背景下，滿足生態環境保護與管理決策需求，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“6V”特征（Volume;Velocity;Variety;Value;Vul-nerable），還具有“3H”特性（High dimensionality；High complexity；High uncertainty）。生態環境大數據技術，是把不同來源和各種格式的環境大數據有機地整合到一起，并進行系統的分析處理，以解決復雜多變的生態環境問題，并提升環境決策的準確度和科學化技術體系見圖1。

生態環境大數據落地實施是以區塊鏈、云計算、人工智能等交叉設施建設為基礎，為項目建設提供數據應用，是生態環境大數據應用的關鍵一環，包含四大體系：技術領域、業務領域、成果領域以及應用領域，見圖2。

1.3生態文明建設與生態環境大數據的關系

1.3.1生態文明建設“根基”

《生態環境大數據建設建設總體方案》的頒布，清晰地體現了黨中央和國務院對大數據技術在推動中國生態文明建設方面的重大影響和重要價值的高度重視，明確了實現生態環保綜合治理科學化、生態環保監管高效化、生態環保公共服務便民化的重點目標。

1.3.2生態文明建設“助推力”

隨著國家相繼出臺大氣、水和土環境相關政策，生態環境管理的標準不斷提高，環境質量監測體系也不斷健全和精細化。國家布設的生態環境質量監測站點，其中，超過5 000個空氣質量監測點，1.1萬個地表水斷面，8萬個土壤監測點位，提升生態環境監測廣度，為環境管理、精準治污提供科學依據，完善生態文明政策體系，提升生態環境智慧治理水平。

1.3.3生態文明建設“護衛艦”

在全面提高生態環境執法效用和能力上，《關于優化生態環境保護執法方式提高執法效能的指導意見》提出治污工作方針，提高治污能力的精準化、科學化和法治化。同時，還構建了海陸統籌、區域協調、上下協同、信息互通的生態環境監測網，以實現環境質量、重要污染源頭和生態環境質量的全面監測和全范圍覆蓋，讓精準識別、實時追蹤環境數據成為常態。

1.3.4生態文明建設“催生劑”

國家以大數據技術發展為重要引擎，積極推動“互聯網+”生態環保和大數據的現代產業發展。通過將生態環境大數據與實體經濟深度融合，實現了三大生態產業的融合發展。數字技術的廣泛運用，有力推動了生態產業的轉化升級，有效促進了產業數字化、網絡化及智能化發展，依托數字技術的信息采集和計算，可以高效完成企業決策分析的高度精確化，進而顯著的提高了企業的生產效率。

2生態環境大數據在生態文明建設中的應用

2.1監測評價

基于基礎在線監測設備以及大數據處理系統，進行數據收集、數據運算和可視化應用。大數據分析技術的進步使得生態環境監測的周期從短向長、由單個因素向宏觀整體與空間協調控制的過渡，可集成多個地區的環境污染數據庫，實現數據分析的集中處理，形成全景化的環境監測評價格局。國家布設的生態環境質量監測站點已形成生態環境監測“一張圖、一張網”；祁強強等基于大數據處理系統對黃河流域碳排放進行系統監測分析評價；在空間大數據技術框架下，采用新型重金屬污染綜合評價體系，對東天山地區重金屬污染高發區進行監測評價。

2.2模擬預測

生態環境大數據與生態模擬預測模型的結合，能夠有效預測不同區域和時間點的生態環境質量，為生態環境因子精準模擬、預測預警提供科學的技術手段，能夠科學準確地利用多時空條件下多因素變化的情況，對區域生態環境進行預警和預測。Huang等利用高光譜相機光譜數據以及逐次投影算法和遺傳算法提取波段，對片區COD濃度進行預測；樊志強等人利用珠海一號遙感數據，建立WCI反演模型對太湖葉綠素a濃度進行預測；Pan等利用無人機機載高光譜成像儀對膠州灣海水水質富營養化關鍵參數葉綠素a濃度和總懸浮物濃度進行高光譜反演預測。

2.3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”等建設中具有重要作用。目前，國家系統建立了河流斷面監測點、大氣監測點等，實現對污染物的實時監測和溯源，加強污染源頭管理，提升管理的開放性和權威性。同時，通過視頻監控、無人機監察、衛星高光譜遙感等生態環境大數據技術與物聯網、云計算等相結合分析，創新監察執法方式，加強環境監管手段，提升宏觀決策水平和環境應急處置能力，為政府環境執法、質量監理提供更精確充實的科學依據。吳琳琳等人將生態環境大數據與物聯網分析結合應用，全面闡述了水生態環境物聯網監測管理的發展方向；逄雅潔等提出利用空間遙感技術優化“無廢城市”管理，提高科學決策能力。

2.4生態教育

“山水林田湖是一個生命共同體”系統思想已形成“人與自然和諧共生”的社會共識。《“十四五”國家信息化規劃》提議盡快實施全民數字素養與技能提升計劃；《教育部2022年工作要點》指明實施教育數字化戰略，加快教育數字轉型和智能升級。生態環境在大數據挖掘技術的推動下，形成時空環境與教學場景間深度互動、線上和線下雙向交互的智能生態文明課程體系，深入推進場景型、體驗式、沉浸型的生態教學，高效促進對生態文明教學資料的全面發掘和整合，并利用機器學習分析、大數據挖掘等前沿技術手段，實現教學精細化指導，高效改善生態文明教學品質。

3生態環境大數據應用面臨的挑戰

3.1數據安全與隱私保護

生態環境大數據具有巨大的價值和集中化的存儲管理模式，與此同時，全球范圍內的大數據安全事件頻繁發生。于新技術而言，在未來的信息領域，由于安全界限越來越模糊，從而可能產生的未知漏洞，分布式節點間和大數據關聯組件之間的通信安全問題逐漸形成了新的安全薄弱環節；而分布式信息空間則集中了大部分的用戶信息，但同時也導致了數據信息隔離問題。于新需求而言，各方對數據資源的占有和利用需求持續增加，廣泛而多源的數據收集給數據安全和隱私保護帶來了新挑戰。

3.2數據質量和可靠性

數據的質量對數據的價值和數據分析結果直接產生影響，進而影響我們所做決策的質量，也影響數據內在價值的充分發揮。技術：不合理的數據庫表結構、約束條件和校驗規則設計可能導致數據錄入無法進行校驗或校驗不充分；數據采集參數和采集流程設置不正確可能導致采集接口效率低下等。業務：對數據的業務內容和服務規范不清晰，可能使得我們無法構造出合理準確的數據模型；客戶要求的變化也可能導致數據模型設置、數據收集、數據加載和數據保存等過程中出現質量問題。管理：各個機構的輸入標準差異，容易造成數據沖突等問題；沒有系統的程序和機制來保障數據管理問題中的識別、指派、解決和提升等。

3.3數據共享和互通

生態環境大數據數據來源廣泛及數據格式不統一，使得不同時空和不同領域的數據形成了“數據煙囪”和“數據孤島”的現象。首先，不完善的協作機制，不明確的雙方共享權責，不清晰的共享范圍及邊界。其次，數據共享標準不統一：系統層面中，各方的應用系統根據業務需求進行建設，數據技術標準和存儲結構沒有統一；數據層面中，積累的不同部門的生態數據，易形成元數據標準不統一。最后，由于資源共享系統的開發還不完備，在國家資源共享系統中的一些數據項目還無法實現信息連接，部分跨區域、跨層次和跨專業的信息項目不能實現資源共享與復用。

4推動生態環境大數據應用的對策建議

4.1推動生態環境大數據應用的政策支持

4.1.1政策法規體系的建設

政策法規體系的建設能夠有效增強生態環境大數據應用市場的活力和動力。第一，著力形成合規高效、場內外結合的數據要素流轉和交換制度：繼續完善和規范數據交換機制，形成高效的使用數據與貿易、場內外野有機的交叉結合的數據交換機制框架。第二，繼續發揮社會主義市場制度在中國經濟社會資源配置中的決定性作用：繼續堅持和完善中國最基本的社會主義市場制度，著力建立社會主義市場機制合理、國家微觀經濟富有活力、中央宏觀調控適度有效的社會主義市場經濟體系。第三，加快發展數字要素市場制度：創新信息要素的分配機制，進一步健全信息要素價格制度。

4.1.2財稅金融政策的制定

增強個人和企業對生態環境大數據應用的市場活力，提升大數據應用的整體規劃水平。第一，建設表里相應、公正合理生態環境大數據要素交易和流通制度，健全數據流通、運用及表里相應交易體系，形成安全可防控、過程可追溯、來源可確認、范圍可界定的流通交易框架。第二，充分發揮社會主義市場在大數據領域的引導作用，擴大生態數據領域方面的資源配比，創新數據領域應用。第三，加快發展數據要素市場，建立生態數據市場監督管理體系，建立多維度、全過程數據管理辦法，拓展大數據應用領域。

4.1.3人才培養和技術創新的支持

人才培養與技術創新是生態環境大數據應用發展中不可或缺的兩個關鍵方面，人才培養為“基”，技術創新為“柱”。在人才培養中，要健全生態環境與大數據分析領域的人才培養管理體系，堅持以人才培養目標為導向，建立健全中國生態環境保護人才培養信息收集系統和信息網絡平臺，積極進行生態環境保護人才培養的重大戰略規劃與政策機制的研究探索。在技術創新中，進一步推動生態環境保護大數據的技術創新制度變革，進一步加強與生態環境保護大數據分析的各領域交流，研究形成促進生態環境保護大數據分析技術創新的新機制和新方法。

4.2推動生態環境大數據應用的技術保障

4.2.1數據采集和處理技術的優化

數據采集與處理技術的主要目的，為生態數據分析產品及中高級分析機構，提供真實、準確、完整、海量的基礎數據。數據采集優化：優化信息控制區，加強中心芯片信息處理能力；優化采集服務器端，以確保傳輸通路的準確對接；采用機器學習、區塊鏈等新興交叉應用技術，優化采樣環境保真、數據安全存儲、設備全生命周期可信管理等方面。處理技術優化：通過對編程模型進行優化，減少模型處理容錯，提高數據處理效率；優化調度器，機器學習在生態環境大數據處理中具有廣泛應用，借助機器學習的技術，可以開發新的調度算法，提高數據處理性能。

4.2.2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中至關重要的問題，可以充分利用改進的隱私保護技術和數據加密技術來保障數據安全。隱私保護技術方面：加強數據變換的隱私保護技術、改進數據加密的隱私保護技術、加強匿名化的隱私保護技術。數據加密技術方面：針對靜態數據加密，優化對稱加密算法和非對稱加密算法，改進兩種算法的交互使用；對于動態數據加密，增強數據動態加密處理的安全性，改進動態加密算法，提高加密效率，真正解決將數據和操作轉交給第三方的問題。

4.2.3數據共享和互通技術的完善

數據共享和互通技術的完善可以從以下三個方面人手：第一，加強運用“大數據+區塊鏈”技術，運用各種分析方法，在信息判別、生物鑒別等方面提供信息安全與技術支撐，構建高質量的共享平臺。第二，加快構建一體化的生態大數據中心，優化生態數據中心的布局，促進算法、算力、數據及應用的服務和集約化革新，進一步推動大數據中心的集群計算機化發展，完善大數據流動的共性基礎平臺，優化大數據要素的流動生態。第三，完善算法，加強統計分析，對信息資料進行加工集成和分類建模，促進信息字節的原子化，形成“一數一源”的數據管理方法。

4.3推動生態環境大數據應用的社會參與

4.3.1公眾參與和信息公開

“公開為原則，不公開為例外”已經成為多元共治的現代生態環境管理理念的基本準則。在打通公眾信息循環渠道方面，主要用于收集和整理民意和民情信息，以確保相關工作人員充分了解實際情況，并為更好地開展環境保護管理工作提供數據支持。同時，生態環境大數據應該全面公開，讓公眾深切感受到生態環境的變化，實現應公開盡公開的目標。可以通過網站、政務微博等多種便于公眾了解的渠道，準確向公眾播報各個生態環境監測點的環境質量情況。此外，還需要加強對監測點監測數據質量的監督，以確保數據的準確性，杜絕虛假報告和隱瞞信息的情況。

4.3.2社會組織和企業參與

加強社會環保組織、教育機構、企業等各種形式的參與，引導它們加強自身的監督機制。通過國家共享數據平臺關注就近監測點污染物的變化，積極推動信息公開，并建立生態環境獎懲制度。進一步優化環境規制制度，引導數據產業升級調整，監管督促其公開污染排放的自主監測數據。同時，展開企業環境信用評級工作，并定期公布評判結果。此外，鼓勵、支持、引導社會資本參與到生態環境保護修復及污染治理工作中，完成全生命周期運營管理區域的生態保護修復工作。

4.3.3生態文明教育和宣傳

第一，深入宣傳生態環境保護的總體基調和治污工作方針，弘揚“堅持方向不變，力度不減”原則以及精準治污、科學治污和依法治污的行動指南。第二，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。利用大數據分析對學生的學習情況進行評估，重點關注學生的學習短板，并采取有針對性的措施進行補救和促進學生全面發展。第三，改進生態文明教育組織宣傳活動的方式。開放各個生態中心的集成數據，利用企業實踐、實地參觀等多種形式進行宣傳教育。

5結束語

基于生態環境大數據的統計分析，客觀、定量地評估生態環境質量，有效預測不同區域和時間點的生態環境質量，創新執法方法、提升政府科學決策能力，實現生態教育精細化指導、改善生態文明教學品質。基于生態環境大數據應用發展現狀，我們首先應該完善生態環境大數據政策法規體系、制定適時的財稅金融政策以及加強人才培養與技術創新，其次優化數據采集和處理技術、改進數據安全保護技術、完善數據共享和互通技術，最后增強公眾參與和信息公開、引導社會組織參與，加強生態文明教育與宣傳。