我国环境监测信息化的现状及发展趋势

摘要：随着环境问题日益受关注，政府部门和社会公众对环境监测技术的需求更加严格。信息化作为互联网时代的大方向，其与环境监测的结合也应该上升到新的高度。本文主要研究了目前环境监测信息化的发展现状，并通过对当前存在的问题以及社会发展对环境监测的需求预测了未来环境信息化的发展趋势。

关键词：环境监测信息化；现状；发展趋势

中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2016）03-0037-05

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.03.010

引言

环境监测作为环境管理和环境执法的基础，在环境监管过程中发挥着极其重要的作用。随着科技的发展，信息化逐渐渗透进入传统的监测模式，高科技与传统模式的结合，也相应改变了环境监测日常的工作和管理方式。相较于传统手段中逐件处理的工作方式，信息化手段的批量化和规模化处理提高了环境监测工作的效率，增强了环境监测部门的执法能力，提高了环境监测综合管理能力[1]。环境监测信息化的主要目的是对环境监测实现流程监控、监测数据汇总、不同部门区域之间数据共享以及环境数据信息的深度挖掘。从技术层面而言，环境监测信息化主要是从信息的采集、传输、储存管理以及计算分析四个方面推进。在信息的采集和传输方面，通过建立贯通环境监测总站与地方环境监测部门、地方环境监测部门与污染企业之间的信息传输专网，达到管理部门对排污企业日常监测、污染源监督监测与风险应急监测等数据信息的采集汇总和跨区域共享；信息的储存管理有赖于计算机软硬件的完善。单从提高环境监管部门工作效率上考虑，环境监测信息化的工作效果卓越，但从整体看其仍存在诸多问题有待改进和完善。随着整个社会对环保的重视程度增加，监管部门对环境监测信息化技术有更高的需求。本文将以现状为出发点探讨信息化技术目前的不足以及将来的发展趋势。

1环境监测信息化的现状

1.1 信息化技术在环境监测中的应用

当前阶段，信息化手段在我国环境监测工作中的应用主要体现在几个方面：

1.1.1 数据库的应用

数据库是信息化技术发挥作用的基础，现阶段我国环境监管部门对监测数据的信息采集汇总程序为：管理部门汇总所有管辖下的企业端监测数据，全国各地的管理部门又将各类环境（包括水、大气、噪声等）的监测数据汇总到环境监测总站。对环境数据的采集和整理汇总，不仅可以让环境管理部门、污染源企业及时地了解和掌握与之相关的环境数据与环境信息，还可以建立优化完善环境管理的基础。由于环境监测数据过于庞大繁杂，必须有功能完善的数据库作为支撑才能保障数据信息的存储安全。环保相关的数据库除环境监测统计数据库外，还包括一些风险源数据库、化学品数据库、企业数据库、监测方法技术标准数据库、仪器数据库、专家数据库、计算分析模型数据库等等。辅助数据库的建立使得监测技术更加规范，有效减少了监测数据的系统误差，大大提高了监测数据的真实可信程度和监测数据价值。

1.1.2 信息管理系统的应用

信息管理系统主要能够实现对工作流程、监测数据、质量、资源、位置、安全和成本的全方位管理，以其先进的技术和合理的管理模式实现了对实验室不同环节的有效衔接和控制，提高了办公效率并且降低了运营成本。信息管理系统同样是以数据库技术为基础，通过计算机软硬件的配合操作实现对环境数据的查询、统计、优化处理，除此之外还能够与各种预测、规划、评价模型结合进行风险预测和评估。环境监测中的信息管理系统多为LIMS，LIMS（Laboratory information management system）全称实验室信息管理系统，我国从20世纪90年代开始引入LIMS系统。在环境监测工作中，LIMS系统主要是针对每一份样品的流转过程设置程序，对样品的登记、采集、测定等环节进行流程化管理，对监测数据的原始值、修正值等进行详细的记录，保证监测数据的可追溯性和可靠性。

1.1.3 GIS、遥感等技术的应用

环境信息数据量庞大而繁杂，据统计这些环境信息85%以上与空间位置有关[2]。将环境信息数据与具体的点位坐标相结合，便于管理部门对于特定区域环境情况的监管。在环境监测工作中，GIS平台主要应用于地图数据的管理、查询、分析和网络发布。例如在应急监测系统中，通过将污染源点位数据、水源地点位、居民区点位、应急监测点位数据等环境数据集成至GIS平台数据库，将环境污染数据与地图点位数据建立关联，实现污染信息的地图化，有利于决策者更全面把握污染区域的周边环境，制定最优处置方案。GIS的可视化表达提升了环境监测数据的表达能力，既有利于监管部门的管理，同时有利于社会公众对监测数据信息的理解。除了对人类社会的周边环境进行监测，GIS技术也能够对森林、湿地、海洋等生态系统进行监测提供帮助，我国学者已经开展了部分相关研究：如陈涛等人对岷江中上游生态环境的调查应用了GIS[3]；陈大光[4]应用遥感技术对康平县的土地沙漠化进行了动态监测和研究；姜义等[5]人通过遥感手段对渤海湾西岸的海岸线变迁进行了研究；另外马荣华等[6]使用ETM数据结合实测光谱估测了太湖叶绿素和悬浮物的含量。大连湾采用ARCVIEW和ARCINFO软件平台建立了海湾陆源污染物的总量控制系统，GIS技术的为环境监测提供了更深更广的监测范围，对于传统监测手段的地域局限性起到很好的弥补作用。随着科技的发展，GIS将会向着更加智能的方向发展，为环境监测做出更大贡献。

环境监测信息化一个较为典型的应用案例“数字流域”，它综合运用了3S、多媒体及虚拟现实（VR）等高新技术，结合现场实测数据，将流域的各类监测指标信息进行数字化处理，建立水资源环境动态监测与评价体系，实现静态与动态相结合，有利于各级环境管理部门有效地监控全流域的水资源数量和质量情况，为做出宏观的政策调控与资源开发决策提供数据支持[7]。

1.2 环境监测信息化存在的问题

1.2.1 数据库的不完善

环境监测的数据具有多来源、多维度、多时态等特点，其复杂性大大增加了数据库建立的困难。数据库的不完善性主要表现在：一、监测数据的不完整，环境自动监测系统广泛应用与监测领域，但由于硬件设备等条件的约束，目前的监测工作只能覆盖到部分水环境、固定源烟气排放环境等，其余大量的环境目标尚未完全纳入监测对象的范围内[8]。二、数据信息的共享性差，环境监管部门目前的数据体系采用的是多头采集，并没有一套统一的污染源数据库。环境管理部门的业务数据多针对部门内业务需求，各部门业务数据彼此独立封闭，缺乏数据整合、共享及综合应用能力，不同部门之间不能够很好地共享监测数据及其他数据，形成所谓“信息孤岛”，无法实现监测数据的真正价值。在此过程中还会造成数据的重复建设，导致人力、物力和财力的浪费。

数据库的不完善除了不利于对监测信息的管理外，也会影响GIS与环境领域的结合，GIS系统应用到环保领域时，需要强大的环境信息数据库的支持。环境数据库的建立和完善需要环境管理部门的重视，数据库是环境监测信息化的基础。

1.2.2 LIMS系统的盲目选择

LIMS是基于数据库和信息管理技术的实验室自动化新型管理模式[8]，可以为实验室的高效率运转以及数据信息的储存、分析提供保障[9]。目前国内环境监测信息化建设多数借鉴LIMS的框架和思路，但是由于国内的实验室业务流程不清晰、自动化程度不高、预先设计计划性不足以及对于LIMS的应用经验不足等原因，在实际引入时使用并不顺畅。在引入LIMS系统前，应该重视前期的设计工作，前期工作的完善可以很大程度上减少甚至避免在实际操作中的问题。如何将先进技术与自身实际情况更好的结合是监测部门应该思考的问题。

1.2.3 需求分析的不完整

环境管理部门在环境监测系统的建设过程中往往更加重视后期的使用，而对前期的整体规划常缺乏完整的考虑。不同处室的业务系统的建设分别建设、相互独立，这就导致需求的狭隘性。在建立系统之前缺乏宏观考虑，部门之间缺乏沟通，考虑问题有局限性和倾向性，导致处室提出的需求仅基于自身的业务流程，不同处室之间的需求差异和系统差异使得信息的共享互通更加困难，为未来的信息互通共享增加了难度。这样建立的信息系统很难适应业务发展的需要和数据共享的趋势，并且不同部门之间的建设可能会重复投资，造成资源的浪费。另外，随着国家对环保的重视程度提升，相关政策调整较快，给需求的提出增加了难度。

2发展趋势

政府部门与社会公众对环境监测的要求已不再是简单的环境数据的采集以及汇总，而是要面向环境评估、环境预测、环境应急、现场执法等全方位、更高层次更深入的环境信息的掌控。

2.1 环境监测大数据是主旋律

随着环保事业的不断发展，环境监测的范围也在逐渐扩展，加之云计算、移动互联网等技术的推动，环境管理部门每年收集到海量的环境信息数据，这种海量数据被称为“大数据”。大数据是云计算、物联网技术之后IT产业又一颠覆性的技术革命，大数据一般具有以下5个特点：数量大、多样性、有价值、速度快和真实性高。大数据具有无法估量的价值，美国政府很早意识到这一点，将对大数据的研究上升为国家意志，2012年美国政府投资2亿美元启动了“大数据研究和发展计划”[10]，足见对于大数据的重视程度。中国的专家学者也已经开始重视对大数据的研究，学术界和产业界目前已成立多个大数据的产学研联盟，政府设立大数据科研专项支持其研究。大数据的重要性在于其隐藏的信息，如何有效地利用大数据和挖掘有效信息是未来研究的重点。

在环境监测领域，大数据技术能够实现污染源企业的精准锁定，将污染源企业的各类信息定向保存展示，对污染源整个生命周期中的动态变化实时监控，为环境管理部门的决策提供依据。环保大数据技术在保留原有监测数据的基础上，又可以通过环境质量纵向、横向对比深度挖掘数据，挖掘出环境质量与污染源之间的联系。通过对不同行业、不同区域的污染源的对比，筛选出重点监测对象，有效提高环境监管的效率。大数据对某一特定区域内环境质量时间-空间变化规律以及污染源分析、确定环境承载力、预测环境质量发展趋势、评估治理效果等可以起到很好的支撑作用。环境管理部门借助大数据采集技术，可以将收集到的大量关于水、大气、固废、噪声等环境因素的环境质量指标信息传输到中心数据库进行数据分析，为环境治理方案的制定提供指导。环境监测部门可以通过大数据实时监测环境治理效果，从而动态更新污染治理方案。大数据的另一重要意义在于通过数据公开，向社会公众传播实用的环境治理数据和案例，起到政府带头的作用，鼓励全社会对于环境信息的关注和参与，有效提高环境保护的效率和效果。

大数据面临着数据的分析、整合、集成的困难，这需要国家环境管理部门的宏观统筹，跨越部门、地域的数据信息的独立障碍。目前我国环境监测部门也正在为之而努力：为增加不同区域之间环境监测数据的可比性，环保部监测司已经提出将会制定全国统一的大气、地表水、地下水、土壤、海洋、生态、污染源、噪声、振动等环境目标的监测技术标准规范。大数据形势下，只有实现跨部门跨地区协作，实现环境数据信息的跨区域共享才能够真正实现环境信息大数据的价值，为我国的环境监管切实提供辅助功能。

2.2 公众参与是环境监测信息化发展的重要特征

未来的环境监测不可或缺的一部分是公众的参与，然而环境监测固有的技术性、机密性等特征决定了公众参与面临巨大困难。政府搭建信息公开和反馈平台，让公众能够享有环境监测信息的知情权、监督权和参与权，未来的环境监测信息化应该向着把公众权利落到实处的方向发展，真正实现从环境监测从信息提供向信息服务的转变。提高社会公众的环保工作参与程度，发挥社会公众在环境管理中监督和反馈等方面的积极辅助作用。搭建政府与社会沟通的平台，完善政府的环保网站，简化公众获取信息的难度和反馈信息的程序，开辟多种渠道接收公众意见，使社会公众也成为环境的管理者。另外，科技的发展促使环境监测仪器日益精准，便携式监测仪器与环保知识的普及使得环境监测已经从政府全权负责转变为政府主导全民参与的模式。目前，开发商已开发出环境监测的手机App软件，例如阿里云计算平台的环境监测App“污染地图”，可实时查询3000多家废气排放企业的排放数据，将污染信息直观暴露在社会公众面前，起到很好的监督作用，污染信息公开将会引导新的环保理念。

2.3 智能技术加速环境监测信息化的发展

物联网、云计算、遥感等智能技术广泛应用于各个领域，环境监测信息化的发展同样有赖于这些高新技术。物联网应用于环境监测中易于获得实时、准确、动态的监测数据，实现环境监测的自动化、智能化和网络化[11]。

物联网技术已经成为了环境监测信息化的重要手段，它通过运用全球定位系统、传感器、遥感、红外探测等高新技术，实现对环境信息进行实时监测，辅助监管部门对环境进行有效的监控。目前物联网技术已经逐渐在环境监测中发挥更大作用，“十一五”期间我国初步建立四级监控体系，该污染源自动监控系统也是目前我国最大的物联网，实现了对污染源数据信息的采集、传输以及异常报警等功能，该系统为污染物的减排做出了很大贡献，并且在应用中逐渐得到改进完善和创新。内蒙古的“三位一体”环保监控平台依托于物联网技术，对重点污染源进行在线、视频、工况监控，通过多系统集成基本实现了区内环境数据信息共享。江苏省通过传感器装置（摄像头、探头、感知芯片等）、陆上屏控和卫星遥感技术实现了对太湖水域的监测体系，对物联网技术的充分利用诠释了智慧型环保的理念。未来的物联网技术应该向着更广泛的监测对象、更细致的监测信息的方向发展，真正实现环境监测的智能化、现代化。

云计算技术利用计算服务集群构建大规模的数据中心，通过互联网或其他大型网络将计算资源以按需分配的方式提供给不同用户[12]，目前云计算的发展还不是很成熟，有待于进一步的发展和探索。

遥感技术在环境监测领域的发展非常迅速，在高空通过卫星定位的方式获得影像信息，从宏观角度监测区域内的环境状况。国外环境监测对遥感技术的应用较多，挪威、加拿大、美国、荷兰和德国等国都有专门机构，使用遥感技术实现对所管辖海域的海上溢油进行动态监测[13]。遥感技术能够对对森林、湿地、荒漠化的土地，及生态工程等远离人类生活的区域进行大范围的实时监控，这为环境监管部门全方位、及时地掌握环境的当前状况、变化幅度和变化趋势提供了支持。遥感技术还能够对突发性环境事故大区域连续监控，为应急处置措施的制定提供了支持。但当前遥感技术的应用有局限性，首先是其只能够定性监测污染情况，其次对于监测对象不具有选择性。因此未来遥感技术的发展应该侧重于污染物的选择性监测和污染物的定量化监测方面，通过卫星图像智能分析特定污染物的浓度，这有赖于软硬件的高度精细和智能。

综上所述，环境监测信息化今后的发展是由环境数据信息监测向全方位信息监测转变，扩展环境监测对象的数量和区域范围，向着更智能、更精准、更广覆盖的方向发展，真正实现全社会智慧型环保。环境监测信息化的良好发展有赖于政府的正确引导、公众的积极参与、高新技术的不断探索创新。

参考文献

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[8]化工实验室信息管理系统LIMS[M].北京：化学工业出版社，2006：1.

[9]杨海鹰，潘华.实验室信息管理系统[M].北京：化学工业出版社，2007：3.

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[13]安居白，张永宁.特大国家海上溢油遥感监测现状分析[J].交通环保，2002，23（3）：27-29.

收稿日期：2016-06-10.

作者简介：张秀兰（1973-），女，工程师，数据综合分析.

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