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                【深度】“智慧環保” 源於環保智慧

                【深度】“智慧環保” 源於環保智慧

                發布日期:2020-09-07 作者:綠色大視野 點擊:

                本期·導讀

                為防止“智慧環保”炒概念、偏需求,本期特別關註環保智慧支撐“十四五”流域規劃的新動向,強調“智慧環保”應該從環保智慧中吸取營養。因為智慧城市、智慧水務、智慧制造、智慧交通、智慧環保等智慧概念頗多,從概念到實踐,人們期待成功,難點和痛點都在於如何真正吸取行業智慧營養,實現鍛長板,補短板,展現真智慧。為實現“有河要有水,有水要有魚,有魚要有草,下河能遊泳”的要求,生態環境部環境規劃院提出4個規劃目標,10個主要問題,18個成因、癥結,11個規劃項目大類,為流域環境治理智慧平臺理清了思路,點明了“輸入響應、優化調控”的路徑。可喜的是,環境保護業內單位中國環境科學研究院、杭州市環保局、生態環境部衛星環境應用中心正是遵循智慧環保的正確方向在行動。

                學習寧振波和林雪萍兩位深諳數字孿生技術的專家論述,讓我們更懂得,數字孿生必須通過物理實體的數據驗證。為了避免智慧環保給公眾帶來虛假的信息,我們必須防止危險的數字孿生,堅持環保智慧支撐智慧環保。期望本期內容能讓讀者更懂得環保智慧應在有效推進資源全面節約和循環利用服務領域發力,智慧環保則應保證讓生態環保行動更聰明一些、更智慧一些。這才是智慧環保源於環保智慧的真諦

                目·錄

                一、特別關註:

                環保智慧支撐“十四五”流域規劃

                二、初見端倪:

                智慧環保邁出的第一步

                1、長江生態環境保護修復智慧決策平臺取得階段性進展

                2、基於數字杭州的智慧環保

                3、飲用水水源保護區環境執法衛星遙感支持APP

                三、業外啟示:

                物理實體是皮,數字模型是毛

                四、概念澄清:

                數字孿生平臺萬能嗎?

                五、智慧環保:

                實踐加理念導向新實踐

                1、從排汙口水量在線監測起步

                2、智慧環保新理念

                六、本刊評論員:

                “智慧環保”源於環保智慧

                一、特別關註:

                環保智慧支撐“十四五”流域規劃

                2020年7月27日,生態環境部召開重點流域水生態環境保護“十四五”規劃編制工作推進會。生態環境部副部長翟青指出,在充分認識“十四五”流域規劃重要性的同時,也要看到此次規劃編制的復雜性與挑戰性。

                他表示,這次規劃編制與以往有很大的不同,一方面,更加註重生態要素,建立統籌水資源、水生態、水環境的規劃指標體系,強調在目標設置上有所突破。“我們提出了‘有河要有水,有水要有魚,有魚要有草,下河能遊泳’的要求,希望通過幾年的努力,讓斷流的河流逐步恢復生態流量,生態功能遭到破壞的河湖逐步恢復水生動植物,形成良好的生態系統,對老百姓身邊的一些水體,進一步改善水環境質量,不斷滿足老百姓的景觀、休閑、垂釣、遊泳等親水要求。”

                另一方面,此次規劃註重實地調研和“開門編規劃”,自上而下與自下而上緊密結合,務求管用、好用、解決問題,在工作方式方法上進行創新。

                “目前,‘十四五’規劃編制工作已在全國各地全面推開。大家要明確一條基本原則,規劃務必要確保‘管用、好用、解決問題’,規劃編出來就是要用來指導工作的,決不能讓規劃只停留在紙面上,要充分學習借鑒試點城市的經驗和做法,周密籌劃、紮實開展規劃編制工作。”翟青說。

                生態環境部環境規劃院為此提出了“四個在哪裏”,“十個主要問題”,“18個成因、癥結”的目標、問題、結果導向建議,充滿了環保智慧。

                1、環保智慧系統目標:

                堅持問題導向、搞清“四個在哪裏”,即搞清楚問題、癥結、對策、落實“四個在哪裏”,拿出切實管用的辦法,確保編制出的規劃“管用、好用、解決問題”。

                2、環保智慧系統問題清單

                以群眾身邊突出的水生態環境問題為重點,從水資源、水環境、水生態、水環境風險等4個方面列出了10個主要問題,為對照檢查、識別問題提供了很好的分析工具。

                1)水資源失衡:是否存在河流湖泊斷流幹涸或生態流量(水位)不足等問題;

                2)水環境超標:是否存在飲用水水源地水質不達標、黑臭水體、劣Ⅴ類或不達標水體等問題;

                3)水生態破壞:是否存在河湖生物完整性指數下降、河湖自凈能力降低、湖庫富營養化等問題;

                4)水環境風險:是否存在飲用水水源安全風險、底泥灘塗重金屬汙染風險、重要水體環境風險等問題。

                3、環保智慧系統癥結聚焦

                針對10個主要問題,《技術大綱》提出了18個可能的成因,可為查找癥結提供方向指引。我國幅員遼闊、地勢復雜,各流域區域特點各異,應從各流域各區域的實際出發,做足案頭功課,多方搜集問題線索。既要分析水環境質量變化趨勢、超標指標、超標月份和水期以及汙染空間分布,也要利用歷史衛星遙感影像,識別河湖生態緩沖帶恢復、濕地建設等情況,總結提煉“河河不同、地地有別”的問題清單。重點在於18個癥結聚焦點:

                1)水資源調控:區域用水結構、水資源配置、閘壩下泄流量、再生水管理;

                2)水環境控源:城鎮生活、工業等點源汙染、農業農村面源汙染、治汙水平及設施運行狀況;

                3)水生態探源:漁業捕撈、侵占敏感生態空間、水利設施阻隔;

                4)水風險管理:河湖底泥重金屬累積風險、交通運輸帶來的突發環境風險、地質原因導致的原生性風險。

                4、環保智慧系統科學決策

                從飲用水水源保護、汙染減排、水資源保障、水生態保護修復、水環境風險防控等5個方面列出了可用的任務措施,並相應地提出了飲用水水源地規範化建設、不達標水源地達標治理、城鎮汙水處理及管網建設、工業汙染防治、農業農村汙染防治、移動源汙染防治、排汙口整治、水資源優化調度、區域再生水循環利用、水生態保護修復、風險預防共11個項目大類,可分項提出科學決策結論。

                二、初見端倪:

                智慧環保邁出的第一步

                1、長江生態環境保護修復智慧決策平臺取得階段性進展

                長江生態環境保護修復智慧決策平臺(一期)由中國環境科學研究院、生態環境部信息中心、長江委長江科學院、北京師範大學、中國環境監測總站、生態環境部南京所、三峽集團上海勘測設計研究院聯合承擔。

                平臺目標:實現長江生態環境大數據互匯互享、智能決策。

                提供服務:面向政府、科研單位、企業與公眾,提供多功能、智能化、綜合性的大數據科研和管理服務。

                平臺設置六大功能模塊,包括數據共享、綜合展示、成果管理、決策支持、調度會商和輔助工具庫等模塊。目前,平臺已入庫400多個數據集,主要可以提供:水質監測、水汙染排放、生態系統、氣象水文、水利水務、基礎地理、社會經濟、環境知識、駐點成果、聯合研究等多元數據查看、下載;水環境質量、汙染源、水文、氣象及流域畫像等在線展示功能;實現駐點和聯合研究成果分類上報、審核入庫、進度管理、成果集成等在線管理。

                智慧決策平臺主要包括三個部分:

                第一是長江流域數據匯集與優化共享平臺。采集匯總長江流域重點城市各部門、各區域涉水數據和項目成果數據,采用時序數據庫、邊緣計算、分布式列存技術、數據湖架構、數據治理、知識圖譜等技術手段,構建自動化、實時化的綜合數據集。提出數據共享交換平臺解決方案,保障數據及時、準確、穩定地傳輸、交換和共享,最終實現跨系統、跨數據庫、跨業務的數據匯集及交換共享服務;解決長江流域海量、異構的大數據存儲與管理難題;根據不同類型的數據,實現分類分級共享功能。

                第二是長江流域水質目標綜合決策支持系統。建立長江流域重點區域數據集,集成水專項等已有成果,構建水環境模擬與預測系統、突發事件應急決策系統、生態環境管控輔助決策系統、水質目標考核評價管理系統,構建變化環境下的長江流域多要素綜合模擬技術體系。在此基礎上,通過開展技術評估、驗證和綜合集成,構建長江流域水質目標綜合決策業務化平臺,提高長江流域水質目標綜合決策技術的系統化、標準化和信息化水平。

                第三是長江流域生態環境演示與會商系統。應用優勢技術,構建長江重點流域和重點湖庫生態環境場景演示系統,進行長江流域水環境問題的識別和預警,實現源數據——問題診斷——成因分析——決策支持的全過程演示。通過對重點流域和重點湖庫模型輸出數據進行自動化解析處理,實現與控制單元劃分等空間信息的疊加,基於三維GIS和大數據技術,直觀呈現可視化的模型分析結果。構建長江大保護決策會商系統,實現與政府、部門與機構的互通互連。對突發應急事件,進行指揮調度,實現遠程會商。

                2、基於數字杭州的智慧環保

                2020年3月31日,習近平總書記在浙江省杭州市考察調研時指出,城市大腦是建設“數字杭州”的重要舉措,對杭州市運用城市大腦提升交通、文旅、衛健等系統能力和創新成果表示肯定。

                2016年,杭州在國內率先提出城市大腦概念,通過大數據、雲計算、人工智能等手段不斷探索“智慧城市”建設,努力打造“全國數字治理第一城”,為全國大城市治理數字化和現代化提供杭州樣本、貢獻杭州經驗。國內第一個提出建立汙染源一源一檔動態管理系統、國內第一個編制比較完整的智慧環保指導方案、在環境信息化探索的道路上自創“杭州模式”,而這些只是杭州市環保局環境信息化道路探索中的一個個亮點。

                杭州環境信息化建設從2003年起步,2008年進入系統規劃建設階段,2013年作為杭州建設智慧城市十大工程之一——“智慧環保”開始投入建設至今,雖與數據支撐決策還有距離,但已完成原始數據的積累,站上智慧環保的起跑線。

                目前,杭州市環保局編制的《杭州市智慧環保系統總體規劃》回答了智慧環保為什麽、做什麽、怎麽做的問題,使智慧環保從抽象的概念走向可操作層面。

                以固廢動態監管系統為例,完善的重點是門戶建設、汙泥轉運全過程管理、醫療廢物轉移RFID管理、GPS監控管理、視頻監控。汙泥轉運的全過程管理是建設的亮點,融合了GPS定位、視頻監控技術、信息卡聯網的方式。信息卡是全過程管理的核心,由環境信息中心為生產汙泥的單位辦理。信息卡是運輸汙泥企業的一卡通,可以將記錄的產廢單位信息,包括所產廢物等相關信息都傳輸到移動終端上,可通過移動終端直接生成電子聯單,並可實現打印。

                3、飲用水水源保護區環境執法衛星遙感支持APP

                水源地安全直接關系千家萬戶的飲用水安全,在近兩年如火如荼開展的水源地保護“攻堅戰”中,由生態環境部衛星環境應用中心研發的水源遙感執法系統,成為了三千名執法人員的“必備武器”,大大提升了執法效率和行業現代治理能力。

                在國務院《全國集中式飲用水水源地環境保護專項行動方案》正式印發之時,生態環境部衛星環境應用中心構建了一套“上有衛星遙感、下用APP執法”的作業模式,針對水源保護區範圍大、分布廣,風險源種類多且零散的特點,為執法人員及時全面發現問題提供抓手。

                系統包含移動端APP和網站端兩種模式,整合了水源地衛星遙感專題信息、衛星遙感數據、水源保護區邊界數據、水源地自查環境問題數據和水源地現場督查數據,融合了空間定位技術和空間信息分析技術。在衛星發現水源地問題後,推送到執法人員的手機App上,讓每一個執法人員知道‘我’在哪,執法邊界在哪裏,環境問題在哪裏及如何到達目標。

                同時,網站端與水源遙感執法APP的數據實現共享與同步,考慮到了現場和管理人員的不同使用需求,網站版用於現場信息的審核、申訴和調度,起統籌管理作用。

                兩者結合實現了水源地專項監管的“三個一”,即

                ——業務流程一體化

                ——問題發現一張圖

                ——推進整治一套表

                系統已經支持了2018年5月和9月的水源地專項的第一、二輪專項督查,2019年5月-6月的強化監督(第一階段)水源地專項行動;累計幫助了3000余執法人員完成對全國3000多個水源地的9176多個問題執法,采集問題照片72000余張。利用統一規範和技術手段實現了部-省-市-縣四級數據的同步管理。

                三、業外啟示:

                物理實體是皮,數字模型是毛

                寧振波教授在數字工業知識中心公眾號發表《數字化轉型的上甘嶺》,就傳統制造、數字化制造、智能制造的發展歷程提出:物理實體是皮,數字模型是毛,兩者的相互融合構成了智能制造的基礎。這一論斷很值得從事智慧環保的IT人思考:沒有環保智慧,可能有智慧環保嗎?

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                摘引寧振波教授的部分觀點:

                雲計算、大數據、移動互聯網、物聯網、人工智能或智能制造等技術相互關聯,不是單獨存在的。如上圖所示,最底層是工業大數據的采集,從產品的策劃、總體設計,到產品的仿真,到制造、檢測、試驗、運行維護到服務、支持、回收和退役的這個全過程,就是產品全生命周期(PLM)的研制體系。

                初期是產品策劃、市場調研和設計,過程中要依靠大量的傳感器采集海量數據,這就是工業大數據。我們所應用的三維CAD設計、三維產品設計要進行仿真分析,需要大量的數據采集,這些數據都要一致,就要形成數據的標準。所以數據采集,第一追求準確性、第二追求完整性、第三追求實時性。這些數據重新構成整個產品研制過程的模型,這個模型是實時的、真實的工業過程的模型。設計的模型是理論模型,設計仿真這種模型要做實物和理論模型的高度關聯性分析,理論和實踐的結合是工業軟件生存的基礎,用實踐來考核工業軟件的可靠性與實用性。

                這些采集的數據通過工業互聯網傳遞到雲平臺,雲平臺的服務器與軟件做大量的實時分析,即《三體智能革命》中總結的16個字:狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行。實時分析分為兩部分:簡單分析在邊緣層進行,復雜的分析在服務器層進行。分析後上傳到頂層做人腦和機器結合的決策,此時人工智能和智能制造體系就起關鍵作用。決策結果通過精準執行反饋到一線,指導整個產品研發過程。

                這個過程最重要的是集成電路(IC)和軟件。近幾年,諸多專家講到“雲、大、移、物、智”,有了集成電路(IC)和工業軟件,能迅速搭建“雲、大、移、物、智”體系。集成電路(IC)與工業軟件是中國制造業的基礎。在集成電路(IC)與工業軟件上進行自主研發創新,才是中國智能制造發展的未來。

                如何考核一個企業的數字化水平?機械加工企業的制造依據是三維模型,而不是二維圖紙。以此為考核標準,中國99.9%的制造業企業仍然不是數字化,這就是為什麽我稱之為數字化轉型上甘嶺。

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                基於藍圖的工業制造是第一次工業革命的結果,在設計流程不變的基礎上,利用工業軟件進行產品設計,即節省時間,又能保存完整的原始數據,將不可仿真的二維設計變成可仿真的三維數字模型,這在工業設計上又是一個質的飛躍。過去,把計算機軟件用在已有的工業流程中,利用單個軟件的應用已達到提高生產效率的目的,但這並沒能形成一個體系,只能算簡單意義的信息化改革。從材料到產品全架構的數字化模型,層層架構實現數字化仿真,多專業實現建模仿真,最終裝配成一個仿真的產品。在虛擬空間中完成產品的設計及生產,發現問題後進行模型的修改,通過網絡快速叠代產品設計信息,實現工藝設計與試制試驗並行進行,這才是真正的工業革命!

                用計算分析和數字化仿真,來指導、簡化、減少甚至取消物理試驗,這才是工業軟件的真正意義。物理試驗生成數據,與理論數據重新進行對比分析,如此反復叠代,減少甚至取消物理試驗的次數,大大降低產品研發成本。以飛機為例,每次風洞試驗都需要耗費大量費用,利用數字化仿真,做了大量的CAE試驗後,波音787減少了60%的風洞試驗,這無疑節省了巨大的研發成本,並且提高了質量與速度。

                以上這個階段我稱之為數字化轉型的上甘嶺,也是產品全生命周期承上啟下的關鍵部分。這部分最難的是工藝設計,如何把三維產品的設計和仿真模型工業可用,而不是手工可用。有國外的一份數據表明,基於三維工業產品設計所消耗的資金與時間成本是20%-30%,加工生產所消耗的資金與時間成本也是20%-30%,工藝設計則需要消耗的資金與時間成本是40%-60%,所以說,工藝設計的轉型給企業帶來的效益是巨大的。但中國大部分企業拘泥於傳統的思想,沒有跨越這一重要轉型的鴻溝。

                四、概念澄清:

                數字孿生平臺萬能嗎?

                IT公司常用數字孿生平臺介紹自己的萬能特征,脫離生態(水生、陸生)、水(水資源、水環境、水生態)、氣(大氣物理、大氣化學、氣象災害)、土(環境本底、城市地塊、農業地塊)、固廢(垃圾分類、無害化、資源化、能源化技術、危險廢物)等不同環境領域的物理意義差異和地帶性特征,能正確完成數據收集、信息轉化、決策分析、見諸效益這一智慧過程嗎?

                通常,介紹數字孿生平臺是概念性的,說明平臺具備仿真設備、仿真組態、工業模型平臺、分析沙箱、物聯設備管理等功能,實現面向設備、產線、企業級的全過程數字化表現、全生命周期的數據互聯。將算法模型嵌入到數字孿生平臺中,實時接入並運算部署在生產線上的傳感器采集的生產工藝和狀態數據,挖掘工業大數據價值,助力企業在設備精益管理、提質增效、節能降耗等方面實現工藝過程數字化、智能化。給用戶一種錯覺,這是個萬能工具,拿來就能用。其實不然。

                林雪萍教授在《數字孿生:第四象限的崛起》文章中對數字孿生有很明確的警示:與其迷戀數字孿生的魔力(其實沒有),不如借機大力熏陶和推動系統工程思維的落地,否則數字孿生真的變成了一種推銷工具軟件的最好廣告語。

                數字孿生被看成是“把物理系統的數字化信息,重新構建成一個獨立體”。而美國宇航局NASA在2010年發布的《模擬仿真技術路線圖》則應該最早地在文獻中明確提出了數字孿生的概念。

                數字孿生跟傳統的模型、軟件,最大的不同在於,它是自生長的動態模型。

                一個產品交付用戶之後,由於網絡的無處不再,數據傳輸的便利性,追蹤一個實體以及根據它的模型進行仿真,都變得觸手可得。在用戶側出現了的數字空間的全新疆土。原本空蕩的第四象限,有了新主人。數字孿生,它既呼應了物理產品的存在,同時也跟用戶的使用息息相關。安靜的第四象限,由於數字孿生的出現而變得熱鬧起來。

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                在沒有數字孿生之前,三個象限有兩個信息流通道,設計與制造之間是雙向通道,這是信息空間和物理空間的交互。

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                圖二:三條信息新通道

                由於數字孿生在第四象限站穩腳跟,它增加了三條數據通道。一條是數字孿生與物理產品之間的交互:這是數字孿生的支點性定義。如果沒有這一點,數字孿生與它的前身——各種模型,就毫無差別。數字孿生之所以從模型堆裏面脫穎而出,就是它具備了與物理實體的交互性、相似性,許多場合還具有實時性。一向沈寂無聲的數據倉庫中,第一次傳出了規律性的心跳聲。這是第四象限作為全新疆土,對第三象限宣告了一個兄弟般的存在。

                第二條信息通道,就是它將自身的線索,返回到了制造商的手中。這條通道的合法性,還有很多限制和討論。但制造商,終於可以擁有足夠的信號,傾聽產品咚咚的回音。這是一個裏程碑性的握手,對於制造商改善產品的性能,意義重大。

                第三條信息通道,是數字孿生指向了設計部門。一般而言,制造環節,會把數字孿生反饋的信息,提供給設計部門。然而更直接的方法就是,設計部門可以直接得到物理產品的動態信息。

                數字孿生在第四象限的崛起,使得整個數據流第一次在全生命周期內形成徹底的閉環。而這種信息交互與通訊的框架,保證信息傳遞的準確與保真,則顯得尤其重要。

                這意味著數字孿生並不是真實世界的全部反應。它永遠只是對物理世界的一個局部模仿、一個隨動的模型、一個有缺陷的影子。它唯一努力的方向,就是向真實無限靠攏。這意味著,一個數字孿生的高保真度(High Fidelity)是一個關鍵命題。盡管這個獨立體希望盡量接近真身的樣子,但這是一個不可完成的使命。數字孿生同樣也是可以分好壞等級的。健康的數字孿生,會有更好的保真度;而一個糟糕的數字孿生,會遠遠地偏離它的物理實體。它完全有可能給人們虛假的信息,這就是危險的數字孿生。可以說,在數字孿生們的世界裏,如果一個一個數過去,那一定是到處充滿了病怏怏的病夫——它們並不能完成人們對數字孿生所寄予的那些過於熱情的期待。

                決定數字孿生健康度的要素,就要看數字孿生是以何種方式被構建出來。可惜,數字孿生現在被各個行業使用,全無數字孿生的標準,而每個公司又各有自己的定義。

                總而言之,當下過於熱心的描述,未免讓人對它充滿膜拜、放松警惕而疏忽事實的真相:數字孿生並沒有全部重構物理產品的全部。恰恰相反,在絕大多數情況下,它是物理實體大量裁剪後的高濃縮簡版。一臺上千個零部件的機器,會被不同的用戶裁剪成不同的顆粒度,也許只有幾個零部件,進入數字孿生的世界。數字孿生,天生就是一個不完整的存在。

                單獨的數字孿生是乏力的,它只是視覺上膚淺,滿足了一種追求華麗表面的心思。只對數字孿生呈現了偏愛而舍棄了它背後的系統工程思維,就跟買櫝還珠並無兩樣,這是工業界的一種選擇性短見。如果進而將數字孿生放大成一種轟轟烈烈的示範項目,那更是會成為一個悲哀。

                然而數字孿生終究只是一種可以仿真的模型,一種與工業互聯網相得益彰的模型。它本身並不自動地釋放價值,更不能看成是一種獨立的生產力。單獨拔高數字孿生的價值,並無太大的意義。它帶來的最大啟發,就是用更多的信息流動和數據分析構建一套“行為暴露真相”的敘事方式。在美國、在日本、在德國,數字孿生都只是一個普通的學術概念,工程界平靜地拿來引用,不沾半點神奇星火。這更多的是一種思維方式的進化。

                五、智慧環保:

                實踐加理念導向新實踐

                1、從排汙口水量在線監測起步

                1996年,中國國家環保局發布《排汙口規範化整治技術要求(試行)》中規定,列入重點整治的汙染水排放口應安裝流量計,這可稱為最初的在線監測系統。

                2001 年,國家環保總局頒布了《化學需氧量(COD)自動在線監測儀發展產品技術要求(HBC6-2001)》,摸索出以 COD 為指標水質在線監測系統。

                2006 年之後,尤其是“汙染源減排三大體系能力建設”項目實施後,要求占 COD 汙染負荷 60%以上的國控重點汙染源必須安裝在線監測儀器,且必須聯網運行。

                2010年,國家發改委《關於當前推進高技術服務業發展有關工作的通知》發出後,國家環保部推動環境監控物聯網示範工程建設試點,規劃過去的環境監控系統的功能和質量及應用全面提升。與制度法律約束一同進行的是監督的實踐。

                2011 年,國務院《關於加強環境保護重點工作的意見》指出增強環境信息基礎能力、統計能力和業務應用能力。建設環境信息資源中心,加強物聯網在汙染源自動監控、環境質量實時監測、危險化學品運輸等領域的研發應用,推動信息資源共享。

                2013 年,住建部下發“智慧城市”試點通知,數字環境向智慧環境演進,雲計算和大數據將成為智慧環境的核心技術。

                2014年至今,《十三五環境監測質量管理工作方案》、《“互聯網+”綠色生態三年行動實施方案》、《生態環境監測質量監督檢查三年行動計劃(2018-2020)》等政策相繼出臺,在線監測已成為有關部門及時獲得連續性監測數據的有效手段,環境監測數據的準確性和權威性催生了智慧環保市場的良性發展。

                2016年,環境保護部印發了《生態環境大數據建設總體方案》,環境監測行業迎來黃金發展期,而生態環境大數據平臺的建設規劃,將智慧環保送上了“風口”。

                2016年4月,習近平在網絡安全和信息化工作座談會上發表講話:要以信息化推進國家治理體系和治理能力現代化,統籌發展電子政務,構建一體化在線服務平臺,分級分類推進新型智慧城市建設,打通信息壁壘,構建全國信息資源共享體系,更好用信息化手段感知社會態勢、暢通溝通渠道、輔助科學決策。同年10月,習近平在中共中央政治局第三十六次集體學習時的講話:我們要深刻認識互聯網在國家管理和社會治理中的作用,以推行電子政務、建設新型智慧城市等為抓手,以數據集中和共享為途徑,建設全國一體化的國家大數據中心,推進技術融合、業務融合、數據融合,實現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的協同管理和服務。

                2017年初,國家發改委發布《“互聯網+”綠色生態三年行動實施方案》的通知,提出大力發展“智慧環保”的要求,明確了具體的執行單位及時間表,標誌著智慧環保提上了國家日程。

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                根據國家發改委發布《“互聯網+”綠色生態三年行動實施方案》,提出大力發展“智慧環保”的要求。數據顯示,2018年行業規模為521億元,同比增長10.91%,2010-2018年行業復合增速達到19.31%

                2018年,習近平總書記在全國生態環保大會上指出,培育壯大節能環保產業、清潔生產產業、清潔能源產業,推進資源全面節約和循環利用。這為我國智慧環保產業發展指明了方向。

                2020年4月習近平總書記近日赴浙江考察時,在杭州城市大腦運營指揮中心提出,讓城市更聰明一些、更智慧一些,是推動城市治理體系和治理能力現代化的必由之路,前景廣闊。

                至此,智慧環保的建設目標,是充分利用大數據、物聯網、區塊鏈、人工智能等新技術,讓數據的獲取、傳輸、分析、決策服務形成一體化的創新與管理模式,旨在推動環境管理、環境監測、環境應急、環境執法和科學決策更精準有效。

                2、智慧環保新理念

                產業信息網發布的《2015-2022年中國智慧城市行業調研現狀及未來前景評估報告》顯示,智慧環保是互聯網技術與環境信息化相結合的概念。“智慧環保”是“數字環保”概念的延伸和拓展,它是借助物聯網技術,把感應器和裝備嵌入到各種環境監控對象(物體)中,通過超級計算機和雲計算將環保領域物聯網整合起來,可以實現人類社會與環境業務系統的整合,以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧。且中國物聯網校企聯盟認為物聯網技術的發展會帶動智能環保的發展,將環境的保護實現最有效化。

                “智慧環保”的總體架構包括:感知層、傳輸層、智慧層和服務層。感知層:利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統或流程,實現對環境質量、汙染源、生態、輻射等環境因素的“更透徹的感知”;傳輸層:利用環保專網、運營商網絡,結合3G、衛星通訊等技術,將個人電子設備、組織和政府信息系統中存儲的環境信息進行交互和共享,實現“更全面的互聯互通”;智慧層:以雲計算、虛擬化和高性能計算等技術手段,整合和分析海量的跨地域、跨行業的環境信息,實現海量存儲、實時處理、深度挖掘和模型分析,實現“更深入的智能化”;服務層:利用雲服務模式,建立面向對象的業務應用系統和信息服務門戶,為環境質量、汙染防治、生態保護、輻射管理等業務提供“更智慧的決策”。

                智慧環保的概念起源於智慧地球,2009 年初,IBM 首次提出“智慧地球”的概念,後被時任美國總統奧巴馬上升為國家戰略。“智慧地球”的核心是以一種更智慧的方法,即利用新一代信息技術,將信息基礎架構和基礎設施結合,改變政府、企業和公眾交互的方式,提高交互的明確性、靈活性和響應速度。

                “智慧地球”概念提出後,很快被滲透到各個領域,尤其是環保領域,產生了很多智慧環保的應用案例,最典型的是紐約曼哈頓哈德森河的治理。19世紀中期哈德森河兩岸是度假勝地,後來由於工業和生活排汙遭到嚴重汙染。為恢復哈德森河的生態,紐約州政府發起了“新一代水資源管理計劃”,在這條河的整個流域都安裝了傳感器,通過網絡把河水的鹽度、濁度、葉綠素和顆粒物粒徑等信息實時傳遞到後臺的計算中心區,計算中心區對數據進行處理後,在分析管理平 臺將數據進行可視化的展現,專業人員根據信息建模模擬哈德森河的環境模型和治理方案,評估各種方案對哈德森環境的影響以及治理效果。在大數據、雲計算、傳感物聯網等技術的支撐下, 哈德森河被成功修復,再度成為生態旅遊的勝地。

                過去 20 多年,我國環境信息化有了很大進展,通過在線監測收集了大量的基礎數據。隨著新一代信息技術的發展,在線監測會加強全面布局,將建立不同類 型的雲計算、雲服務平臺,對收集到的數據進行系統化的整合分析,對各種環境需求做出智能的 響應,使環境監管更加精準化,環境決策更加智慧化,環境服務更加立體化。

                我國環保產業經過30多年的發展,取得了長足的進步。隨著國家環境保護力度的不斷加大和環保產業政策的日趨完善,我國環保產業已經從初期的以"三廢治理"為主,發展為包括環保產品、環境基礎設施建設、環境服務、環境友好產品、資源循環利用等領域的門類比較齊全的產業體系。

                在“十三五”的環保政策熱潮以及ICT技術成熟背景下,我國智慧環保行業發展迅速,據前瞻產業研究院測算,2017年行業規模為470億元,同比增長8.3%;2018年行業規模達到532億元,同比增長13.16%。2010年-2018年行業復合增速達到19.60%。初步估計2019年市場規模近585億元。對比整個萬億級的環保市場而言,智慧環保的市場規模相對較小。面對環保行業發展的瓶頸,需要攻堅克難的魄力與智慧。發展智慧環保,一是要發展物聯網技術,建設實時、自適應進行環境參數感知的感知系統;二是利用雲計算、模糊識別等各種智能計算技術,整合現有信息資源,建設具有高速計算能力、海量存儲能力和並行處理能力的智能環境信息處理平臺,為最終實現“智慧環保”的各項應用服務提供平臺支撐與信息服務。

                六、本刊評論員:

                “智慧環保”源於環保智慧

                當今,智慧城市、智慧水務、智慧制造、智慧交通、智慧環保等智慧概念頗多,從概念到實踐,人們期待成功,難點和痛點都在於如何真正吸取行業智慧營養,實現鍛長板,補短板,展現真智慧。

                為制定重點流域“十四五”規劃,實現“有河要有水,有水要有魚,有魚要有草,下河能遊泳”的要求,生態環境部環境規劃院提出了環保智慧系統目標、環保智慧系統問題清單、環保智慧系統癥結聚焦、環保智慧系統科學決策涉及的4個規劃目標,10個主要問題,18個成因、癥結,11個規劃項目大類,為流域環境治理智慧平臺理清了思路,點明了“輸入響應、優化調控”的路徑。為真想獻力智慧環保的IT公司提供了環保需求和環保智慧。可喜的是,環境保護業內單位中國環境科學研究院、杭州市環保局、生態環境部衛星環境應用中心正是遵循智慧環保的正確方向在行動。

                以長江生態環境保護修復智慧決策平臺(一期)為例,首先,開發單位由中國環境科學研究院、生態環境部信息中心、長江委長江科學院、北京師範大學、中國環境監測總站、生態環境部南京所、三峽集團上海勘測設計研究院聯合組成,實現了跨界融合、數據共享。其次,智慧決策平臺把長江流域數據匯集與優化共享平臺、長江流域水質目標綜合決策支持系統、長江流域生態環境演示與會商系統融為一體,既能反映長江汙染防治攻堅戰的進展,又能支撐長江大保護的長遠決策。

                值得提醒的是,在智慧環保的進程中,讓IT專業與環保專業深度聯合,使數字孿生平臺等專用工具能健康發展,需求十分迫切。本刊特引述寧振波和林雪萍兩位深諳數字孿生技術的專家,他們非環境領域,但他們的共同觀點都點明了數字孿生的本質。寧振波教授指出:“物理實體是皮,數字模型是毛,兩者的相互融合構成了智能制造的基礎”,“機械加工企業的制造依據是三維模型,而不是二維圖紙。以此為考核標準,中國99.9%的制造業企業仍然不是數字化”。林雪萍教授指出:“健康的數字孿生,會有更好的保真度;而一個糟糕的數字孿生,會遠遠地偏離它的物理實體。它完全有可能給人們虛假的信息,這就是危險的數字孿生”,“與其迷戀數字孿生的魔力(其實沒有),不如借機大力熏陶和推動系統工程思維的落地,否則數字孿生真的變成了一種推銷工具軟件的最好廣告語”。他們的告誡,讓我們懂得智能制造還剛剛向數字化起步,數字孿生必須通過物理實體的數據驗證。為了避免智慧環保給公眾帶來虛假的信息,我們必須防止危險的數字孿生,堅持環保智慧支撐智慧環保。

                智慧環保必須為培育壯大節能環保產業、清潔生產產業、清潔能源產業,推進資源全面節約和循環利用服務。因為發展這三大產業是2018年習近平總書記在全國生態環保大會上的指示。2020年4月習近平總書記在杭州城市大腦運營指揮中心提出,讓城市更聰明一些、更智慧一些,是推動城市治理體系和治理能力現代化的必由之路,前景廣闊。

                讓我們更懂得環保智慧應在有效推進資源全面節約和循環利用服務領域發力,智慧環保則應保證讓生態環保行動更聰明一些、更智慧一些。這才是智慧環保源於環保智慧的真諦。

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