智慧环保及典型应用项目

福 建 电 脑 Journal of Fujian Computer

Vol. 35 No.6

Jun. 2019

智慧环保及典型应用项目

朱雅莉 (长沙环境保护职业技术学院环境经济与信息系 长沙 410004)

摘 要 智慧环保是环境信息化与互联网+技术相结合的产物，其总体架构包括感知层、传输层、智慧层和服务层。湖南正在积极开展生态环境大数据建设与应用工作，本文以作为试点启动典型项目部署到“环保云”的环境空气质量预测预报系统为例进行介绍，该项目使用Model-3/CMAQ、WRF-Chem、CAMx模式作为空气质量数值预报模式。 关键词 物联网；大数据；智慧环保；环境信息化 中图法分类号 X324 DOI:10.16707/j.cnki.fjpc.2019.06.035

Intelligent Environmental Protection and Typical Application Projects

ZHU Yali

(Department of Environmental Economy and Information, Changsha Environmental Protection College, Changsha, China, 410004)

1 引言

随着物联网、云计算、大数据、人工智能、环

境模型模拟等技术的日渐成熟和发展，智慧环保成为环保行业发展的新方向。《“互联网+”绿色生态三年行动实施方案》明确提出大力发展“智慧环保”的要求，这意味着智慧环保已提上国家日程[1]。

2 智慧环保的内涵

智慧环保是数字环保的延伸和拓展，其内涵主要体现在视野更宏大，技术更先进，是面向环境保护的综合决策，目前主要技术有物联网、云计算、大数据、人工智能、环境模型模拟、数据挖掘等。智慧环保更加注重智能数据的采集挖掘、模型模拟和智能综合性决策等方面，其主要价值在于它能提高工作和管理效率，以更精细、动态、灵活、智能的方式来实现环境管理和决策，努力打造“环保一张图、一片云”，从而实现精准溯源的目的[2]。

3 智慧环保的总体设计思路

智慧环保是一项复杂的系统化工程，它是环境信息化与互联网+技术相结合的产物，从数据的采集、传输、清洗、存储、分析、处理、展示到应用，

———————————————

其总体架构可以分为感知层、传输层、智慧层和服务层，主要设计思路包括[3-4]：

(1) 以顶层设计为本，将环境信息化建设涉及的各方面要素作为整体进行全局性和统筹性考虑，破解局部业务系统建设偏失。

(2) 以环境数据中心和环境监测网络建设为基，建立环境信息资源目录体系。推动环境数据共享机制的建立，构建环境信息资源共建共享技术指引，逐步形成环境信息统一编码规则和元数据库数据字典。

(3) 以环境信息标准规范为纲，大力推进标准的制定和贯彻落实[5]。通过对多年的环境数据进行整合分析，梳理出明确规范的编码体系和数据规则，再收集和整理历年业务数据，归纳并建立统一规范的环境数据标准和信息管理体系。

(4) 以现代信息技术、数据挖掘、机器学习等方式为径，引入先进的模型技术，构建环境模型模拟与预测体系，加强“环保一张图、一片云”建设，利用环境信息感知平台获取数据，为环境管理提供模拟、分析、预测，提升综合决策能力。

4 典型应用项目举例

全国环保产业逐步发展形成跨行业、跨领域、

本文得到”天诚汇智”创新促教基金(No.2018B01019)、长沙环境保护职业技术学院校企合作开发课程基金(环境信息技术导论课程)资助。 朱雅莉（通信作者），女，1979年生，主要研究领域为环境信息化、大数据、人工智能。E-mail: zhu-mary@qq.com。

100 朱雅莉：智慧环保及典型应用项目 第6期

多种经济形式并存的产业体系，既为环保事业的发展提供重要的物质和技术保障，也为经济社会发展做出重要贡献。

环境质量监测主要包括气环境、水环境、土环境、声环境、核与辐射环境等。在气环境质量监测方面，湖南共有78个国控城市环境空气质量监测点位，覆盖14个市（州）城市的33个区和吉首市。环境空气背景点反映大尺度区域环境空气质量状况，了解污染物的本底浓度和变化趋势，可以为评估大气污染防治的成效提供技术支撑。湖南智慧环保项目已有应用，下面以环境空气质量预测预报系统作为典型项目应用进行简介。

该系统于2016年作为试点启动项目部署到环保云中，是在原有系统的基础上进行升级开发，主要应用云计算、物联网、大数据、人工智能、移动通讯技术、GIS等技术，采用面向对象分析和设计的软件工程方法进行空气质量预报系统集成及应用软件开发，以提升空气质量预报能力和污染成因分析能力，建设集环境质量自动监测数据整合空气质量预报预警、大气污染物排放清单动态管理、污染成因分析、重污染案例管理等支持于一体的业务集成应用系统[6]。该项目使用Model-3/CMAQ、WRF-Chem、CAMx模式作为空气质量数值预报模式，总体框架如图1，分为基础平台层、数据资源层和业务应用层，需要环境数据标准规范体系和环境信息安全保障机制支撑。

图1 总体框架参考图

基础平台层主要包含操作系统、存储设备、网

络设备、集群管理调度系统、数据库系统、支持高性能并行运算的服务器、能快速进行网络数据交换和海量存储的服务器以及环境地理信息系统平台等基础软硬件设施。

数据资源层用来存储和预处理数据，预报模式的输入数据分为预报基础数据和排放清单数据。预报基础数据包括全球气象场数据、空气质量监测数据、卫星遥感数据及气象观测数据等。预报模式系统基于Linux操作系统运行，主要包括集合预报、气象观测数据、全球气象预报数据、空气质量监测数据、含气象预报模式系统、多模式数值预报系统、污染资料同化技术要求、气团前后向轨迹分析、基于数值模式的污染来源解析技术等模块。

业务应用层用来进行数据的分析、处理、展示和应用，主要包括大气环境综合数据管理子系统、大气污染物排放清单子系统、大气污染来源追因与去向追踪子系统、预报业务化子系统、多模式集合预报子系统、重污染案例库子系统、智能处理等，其中，预报预警业务系统基于数据库系统运行，通过数据接入模块接入预报模式系统后处理模块输出的预报数据，处理后面向预报员、高层领导、其他人员提供不同层次的应用。

5 结论

目前，智慧环保部分应用虽逐渐落地但尚有不足，仍需大力加强建设和完善。随着智慧环保关键技术日益突破，尤其是人工智能技术的发展与应用，环境信息化将会更加智能化，更利于实现生态环境综合决策与管理。

参 考 文 献

[1] 姚新,刘锐,孙世友,等.智慧环保体系建设与实践.北京:科学出版

社,2014

[2] 刘锐,刘文清,卫晋晋,等.“互联网+”智慧环保评价指标体系研究.中国

工程科学, 2018, 20(2): 120-128

[3] 胥彦玲,李纯,闫润生.中国智慧环保产业发展趋势及建议.技术经济与

管理研究, 2018(7): 119-123

[4] 康静. 智慧环保解决方案概述. 信息通信, 2018(183): 119-120 [5] 环境保护部信息中心.环境信息标准汇编.北京:中国环境科学出版

社,2013

[6] 程春明.2016全国环境信息技术与应用交流大会论文案例集.北京:中

国环境出版社,2016