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【深度】“智慧环保” 源于环保智慧

【深度】“智慧环保” 源于环保智慧

发布日期:2020-09-07 作者:绿色大视野 点击:

本期·导读

为防止“智慧环保”炒概念、偏需求,本期特别关注环保智慧支撑“十四五”流域规划的新动向,强调“智慧环保”应该从环保智慧中吸取营养。因为智慧城市、智慧水务、智慧制造、智慧交通、智慧环保等智慧概念颇多,从概念到实践,人们期待成功,难点和痛点都在于如何真正吸取行业智慧营养,实现锻长板,补短板,展现真智慧。为实现“有河要有水,有水要有鱼,有鱼要有草,下河能游泳”的要求,生态环境部环境规划院提出4个规划目标,10个主要问题,18个成因、症结,11个规划项目大类,为流域环境治理智慧平台理清了思路,点明了“输入响应、优化调控”的路径。可喜的是,环境保护业诘ノ恢泄肪晨蒲а芯吭骸⒑贾菔谢繁>帧⑸肪巢课佬腔肪秤τ弥行恼亲裱腔刍繁5正确方向在行动。

学习宁振波和林雪萍两位深谙数字孪生技术的专家论述,让我们更懂得,数字孪生必须通过物理实体的数据验证。为了避免智慧环保给公众带来虚假的信息,我们必须防止危险的数字孪生,坚持环保智慧支撑智慧环保。期望本期内容能让读者更懂得环保智慧应在有效推进资源全面节约和循环利用服务领域发力,智慧环保则应保证让生态环保行动更聪明一些、更智慧一些。这才是智慧环保源于环保智慧的真谛

目·录

一、特别关注:

环保智慧支撑“十四五”流域规划

二、初见端倪:

智慧环保迈出的第一步

1、长江生态环境保护修复智慧决策平台取得阶段性进展

2、基于数字杭州的智慧环保

3、饮用水水源保护区环境执法卫星遥感支持APP

三、业外启示:

物理实体是皮,数字模型是毛

四、概念澄清:

数字孪生平台万能吗?

五、智慧环保:

实践加理念导向新实践

1、从排污口水量在线监测起步

2、智慧环保新理念

六、本刊评论员:

“智慧环保”源于环保智慧

一、特别关注:

环保智慧支撑“十四五”流域规划

2020年7月27日,生态环境部召开重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制工作推进会。生态环境部副部长翟青指出,在充分认识“十四五”流域规划重要性的同时,也要看到此次规划编制的复杂性与挑战性。

他表示,这次规划编制与以往有很大的不同,一方面,更加注重生态要素,建立统筹水资源、水生态、水环境的规划指标体系,强调在目标设置上有所突破。“我们提出了‘有河要有水,有水要有鱼,有鱼要有草,下河能游泳’的要求,希望通过几年的努力,让断流的河流逐步恢复生态流量,生态功能遭到破坏的河湖逐步恢复水生动植物,形成良好的生态系统,对老百姓身边的一些水体,进一步改善水环境质量,不断满足老百姓的景观、休闲、垂钓、游泳等亲水要求。”

另一方面,此次规划注重实地调研和“开门编规划”,自上而下与自下而上紧密结合,务求管用、好用、解决问题,在工作方式方法上进行创新。

“目前,‘十四五’规划编制工作已在全国各地全面推开。大家要明确一条基本原则,规划务必要确保‘管用、好用、解决问题’,规划编出来就是要用来指导工作的,决不能让规划只停留在纸面上,要充分学习借鉴试点城市的经验和做法,周密筹划、扎实开展规划编制工作。”翟青说。

生态环境部环境规划院为此提出了“四个在哪里”,“十个主要问题”,“18个成因、症结”的目标、问题、结果导向建议,充满了环保智慧。

1、环保智慧系统目标:

坚持问题导向、搞清“四个在哪里”,即搞清楚问题、症结、对策、落实“四个在哪里”,拿出切实管用的办法,确保编制出的规划“管用、好用、解决问题”。

2、环保智慧系统问题清单

以群众身边突出的水生态环境问题为重点,从水资源、水环境、水生态、水环境风险等4个方面列出了10个主要问题,为对照检查、识别问题提供了很好的分析工具。

1)水资源失衡:是否存在河流湖泊断流干涸或生态流量(水位)不足等问题;

2)水环境超标:是否存在饮用水水源地水质不达标、黑臭水体、劣Ⅴ类或不达标水体等问题;

3)水生态破坏:是否存在河湖生物完整性指数下降、河湖自净能力降低、湖库富营养化等问题;

4)水环境风险:是否存在饮用水水源安全风险、底泥滩涂重金属污染风险、重要水体环境风险等问题。

3、环保智慧系统症结聚焦

针对10个主要问题,《技术大纲》提出了18个可能的成因,可为查找症结提供方向指引。我国幅员辽阔、地势复杂,各流域区域特点各异,应从各流域各区域的实际出发,做足案头功课,多方搜集问题线索。既要分析水环境质量变化趋势、超标指标、超标月份和水期以及污染空间分布,也要利用历史卫星遥感影像,识别河湖生态缓冲带恢复、湿地建设等情况,总结提炼“河河不同、地地有别”的问题清单。重点在于18个症结聚焦点:

1)水资源调控:区域用水结构、水资源配置、闸坝下泄流量、再生水管理;

2)水环境控源:城镇生活、工业等点源污染、农业农村面源污染、治污水平及设施运行状况;

3)水生态探源:渔业捕捞、侵占敏感生态空间、水利设施阻隔;

4)水风险管理:河湖底泥重金属累积风险、交通运输带来的突发环境风险、地质原因导致的原生性风险。

4、环保智慧系统科学决策

从饮用水水源保护、污染减排、水资源保障、水生态保护修复、水环境风险防控等5个方面列出了可用的任务措施,并相应地提出了饮用水水源地规范化建设、不达标水源地达标治理、城镇污水处理及管网建设、工业污染防治、农业农村污染防治、移动源污染防治、排污口整治、水资源优化调度、区域再生水循环利用、水生态保护修复、风险预防共11个项目大类,可分项提出科学决策结论。

二、初见端倪:

智慧环保迈出的第一步

1、长江生态环境保护修复智慧决策平台取得阶段性进展

长江生态环境保护修复智慧决策平台(一期)由中国环境科学研究院、生态环境部信息中心、长江委长江科学院、北京师范大学、中国环境监测总站、生态环境部南京所、三峡集团上海勘测设计研究院联合承担。

平台目标:实现长江生态环境大数据互汇互享、智能决策。

提供服务:面向政府、科研单位、企业与公众,提供多功能、智能化、综合性的大数据科研和管理服务。

平台设置六大功能模块,包括数据共享、综合展示、成果管理、决策支持、调度会商和辅助工具库等模块。目前,平台已入库400多个数据集,主要可以提供:水质监测、水污染排放、生态系统、气象水文、水利水务、基础地理、社会经济、环境知识、驻点成果、联合研究等多元数据查看、下载;水环境质量、污染源、水文、气象及流域画像等在线展示功能;实现驻点和联合研究成果分类上报、审核入库、进度管理、成果集成等在线管理。

智慧决策平台主要包括三个部分:

第一是长江流域数据汇集与优化共享平台。采集汇总长江流域重点城市各部门、各区域涉水数据和项目成果数据,采用时序数据库、边缘计算、分布式列存技术、数据湖架构、数据治理、知识图谱等技术手段,构建自动化、实时化的综合数据集。提出数据共享交换平台解决方案,保障数据及时、准确、稳定地传输、交换和共享,最终实现跨系统、跨数据库、跨业务的数据汇集及交换共享服务;解决长江流域海量、异构的大数据存储与管理难题;根据不同类型的数据,实现分类分级共享功能。

第二是长江流域水质目标综合决策支持系统。建立长江流域重点区域数据集,集成水专项等已有成果,构建水环境模拟与预测系统、突发事件应急决策系统、生态环境管控辅助决策系统、水质目标考核评价管理系统,构建变化环境下的长江流域多要素综合模拟技术体系。在此基础上,通过开展技术评估、验证和综合集成,构建长江流域水质目标综合决策业务化平台,提高长江流域水质目标综合决策技术的系统化、标准化和信息化水平。

第三是长江流域生态环境演示与会商系统。应用优势技术,构建长江重点流域和重点湖库生态环境场景演示系统,进行长江流域水环境问题的识别和预警,实现源数据——问题诊断——成因分析——决策支持的全过程演示。通过对重点流域和重点湖库模型输出数据进行自动化解析处理,实现与控制单元划分等空间信息的叠加,基于三维GIS和大数据技术,直观呈现可视化的模型分析结果。构建长江大保护决策会商系统,实现与政府、部门与机构的互通互连。对突发应急事件,进行指挥调度,实现远程会商。

2、基于数字杭州的智慧环保

2020年3月31日,习近平总书记在浙江省杭州市考察调研时指出,城市大脑是建设“数字杭州”的重要举措,对杭州市运用城市大脑提升交通、文旅、卫健等系统能力和创新成果表示肯定。

2016年,杭州在国内率先提出城市大脑概念,通过大数据、云计算、人工智能等手段不断探索“智慧城市”建设,努力打造“全国数字治理第一城”,为全国大城市治理数字化和现代化提供杭州样本、贡献杭州经验。国内第一个提出建立污染源一源一档动态管理系统、国内第一个编制比较完整的智慧环保指导方案、在环境信息化探索的道路上自创“杭州模式”,而这些只是杭州市环保局环境信息化道路探索中的一个个亮点。

杭州环境信息化建设从2003年起步,2008年进入系统规划建设阶段,2013年作为杭州建设智慧城市十大工程之一——“智慧环保”开始投入建设至今,虽与数据支撑决策还有距离,但已完成原始数据的积累,站上智慧环保的起跑线。

目前,杭州市环保局编制的《杭州市智慧环保系统总体规划》回答了智慧环保为什么、做什么、怎么做的问题,使智慧环保从抽象的概念走向可操作层面。

以固废动态监管系统为例,完善的重点是门户建设、污泥转运全过程管理、医疗废物转移RFID管理、GPS监控管理、视频监控。污泥转运的全过程管理是建设的亮点,融合了GPS定位、视频监控技术、信息卡联网的方式。信息卡是全过程管理的核心,由环境信息中心为生产污泥的单位办理。信息卡是运输污泥企业的一卡通,可以将记录的产废单位信息,包括所产废物等相关信息都传输到移动终端上,可通过移动终端直接生成电子联单,并可实现打印。

3、饮用水水源保护区环境执法卫星遥感支持APP

水源地安全直接关系千家万户的饮用水安全,在近两年如火如荼开展的水源地保护“攻坚战”中,由生态环境部卫星环境应用中心研发的水源遥感执法系统,成为了三千名执法人员的“必备武器”,大大提升了执法效率和行业现代治理能力。

在国务院《全国集中式饮用水水源地环境保护专项行动方案》正式印发之时,生态环境部卫星环境应用中心构建了一套“上有卫星遥感、下用APP执法”的作业J剑攵运幢;で段Т蟆⒎植脊悖缦赵粗掷喽嗲伊闵⒌特点,为执法人员及时全面发现问题提供抓手。

系统包含移动端APP和网站端两种模式,整合了水源地卫星遥感专题信息、卫星遥感数据、水源保护区边界数据、水源地自查环境问题数据和水源地现场督查数据,融合了空间定位技术和空间信息分析技术。在卫星发现水源地问题后,推送到执法人员的手机App上,让每一个执法人员知道‘我’在哪,执法边界在哪里,环境问题在哪里及如何到达目标。

同时,网站端与水源遥感执法APP的数据实现共享与同步,考虑到了现场和管理人员的不同使用需求,网站版用于现场信息的审核、申诉和调度,起统筹管理作用。

两者结合实现了水源地专项监管的“三个一”,即

——业务流程一体化

——问题发现一张图

——推进整治一套表

系统已经支持了2018年5月和9月的水源地专项的第一、二轮专项督查,2019年5月-6月的强化监督(第一阶段)水源地专项行动;累计帮助了3000余执法人员完成对全国3000多个水源地的9176多个问题执法,采集问题照片72000余张。利用统一规范和技术手段实现了部-省-市-县四级数据的同步管理。

三、业外启示:

物理实体是皮,数字模型是毛

宁振波教授在数字工业知识中心公众号发表《数字化转型的上甘岭》,就传统制造、数字化制造、智能制造的发展历程提出:物理实体是皮,数字模型是毛,两者的相互融合构成了智能制造的基础。这一论断很值得从事智慧环保的IT人思考:没有环保智慧,可能有智慧环保吗?

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摘引宁振波教授的部分观点:

云计算、大数据、移动互联网、物联网、人工智能或智能制造等技术相互关联,不是单独存在的。如上图所示,最底层是工业大数据的采集,从产品的策划、总体设计,到产品的仿真,到制造、检测、试验、运行维护到服务、支持、回收和退役的这个全过程,就是产品全生命周期(PLM)的研制体系。

初期是产品策划、市场调研和设计,过程中要依靠大量的传感器采集海量数据,这就是工业大数据。我们所应用的三维CAD设计、三维产品设计要进行仿真分析,需要大量的数据采集,这些数据都要一致,就要形成数据的标准。所以数据采集,第一追求准确性、第二追求完整性、第三追求实时性。这些数据重新构成整个产品研制过程的模型,这个模型是实时的、真实的工业过程的模型。设计的模型是理论模型,设计仿真这种模型要做实物和理论模型的高度关联性分析,理论和实践的结合是工业软件生存的基础,用实践来考核工业软件的可靠性与实用性。

这些采集的数据通过工业互联网传递到云平台,云平台的服务器与软件做大量的实时分析,即《三体智能革命》中总结的16个字:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行。实时分析分为两部分:简单分析在边缘层进行,复杂的分析在服务器层进行。分析后上传到顶层做人脑和机器结合的决策,此时人工智能和智能制造体系就起关键作用。决策结果通过精准执行反馈到一线,指导整个产品研发过程。

这个过程最重要的是集成电路(IC)和软件。近几年,诸多专家讲到“云、大、移、物、智”,有了集成电路(IC)和工业软件,能迅速搭建“云、大、移、物、智”体系。集成电路(IC)与工业软件是中国制造业的基础。在集成电路(IC)与工业软件上进行自主研发创新,才是中国智能制造发展的未来。

如何考核一个企业的数字化水平?机械加工企业的制造依据是三维模型,而不是二维图纸。以此为考核标准,中国99.9%的制造业企业仍然不是数字化,这就是为什么我称之为数字化转型上甘岭。

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基于蓝图的工业制造是第一次工业革命的结果,在设计流程不变的基础上,利用工业软件进行产品设计,即节省时间,又能保存完整的原始数据,将不可仿真的二维设计变成可仿真的三维数字模型,这在工业设计上又是一个质的飞跃。过去,把计算机软件用在已有的工业流程中,利用单个软件的应用已达到提高生产效率的目的,但这并没能形成一个体系,只能算简单意义的信息化改革。从材料到产品全架构的数字化模型,层层架构实现数字化仿真,多专业实现建模仿真,最终装配成一个仿真的产品。在虚拟空间中完成产品的设计及生产,发现问题后进行模型的修改,通过网络快速迭代产品设计信息,实现工艺设计与试制试验并行进行,这才是真正的工业革命!

用计算分析和数字化仿真,来指导、简化、减少甚至取消物理试验,这才是工业软件的真正意义。物理试验生成数据,与理论数据重新进行对比分析,如此反复迭代,减少甚至取消物理试验的次数,大大降低产品研发成本。以飞机为例,每次风洞试验都需要耗费大量费用,利用数字化仿真,做了大量的CAE试验后,波音787减少了60%的风洞试验,这无疑节省了巨大的研发成本,并且提高了质量与速度。

以上这个阶段我称之为数字化转型的上甘岭,也是产品全生命周期承上启下的关键部分。这部分最难的是工艺设计,如何把三维产品的设计和仿真模型工业可用,而不是手工可用。有国外的一份数据表明,基于三维工业产品设计所消耗的资金与时间成本是20%-30%,加工生产所消耗的资金与时间成本也是20%-30%,工艺设计则需要消耗的资金与时间成本是40%-60%,所以说,工艺设计的转型给企业带来的效益是巨大的。但中国大部分企业拘泥于传统的思想,没有跨越这一重要转型的鸿沟。

四、概念澄清:

数字孪生平台万能吗?

IT公司常用数字孪生平台介绍自己的万能特征,脱离生态(水生、陆生)、水(水资源、水环境、水生态)、气(大气物理、大气化学、气象灾害)、土(环境本底、城市地块、农业地块)、固废(垃圾分类、无害化、资源化、能源化技术、危险废物)等不同环境领域的物理意义差异和地带性特征,能正确完成数据收集、信息转化、决策分析、见诸效益这一智慧过程吗?

通常,介绍数字孪生平台是概念性的,说明平台具备仿真设备、仿真组态、工业P推教ā⒎治錾诚洹⑽锪璞腹芾淼裙δ埽迪置嫦蛏璞浮⒉摺⑵笠导兜全过程数字化表现、全生命周期的数据互联。将算法模型嵌入到数字孪生平台中,实时接入并运算部署在生产线上的传感器采集的生产工艺和状态数据,挖掘工业大数据价值,助力企业在设备精益管理、提质增效、节能降耗等方面实现工艺过程数字化、智能化。给用户一种错觉,这是个万能工具,拿来就能用。其实不然。

林雪萍教授在《数字孪生:第四象限的崛起》文章中对数字孪生有很明确的警示:与其迷恋数字孪生的魔力(其实没有),不如借机大力熏陶和推动系统工程思维的落地,否则数字孪生真的变成了一种推销工具软件的最好广告语。

数字孪生被看成是“把物理系统的数字化信息,重新构建成一个独立体”。而美国宇航局NASA在2010年发布的《模拟仿真技术路线图》则应该最早地在文献中明确提出了数字孪生的概念。

数字孪生跟传统的模型、软件,最大的不同在于,它是自生长的动态模型。

一个产品交付用户之后,由于网络的无处不再,数据传输的便利性,追踪一个实体以及根据它的模型进行仿真,都变得触手可得。在用户侧出现了的数字空间的全新疆土。原本空荡的第四象限,有了新主人。数字孪生,它既呼应了物理产品的存在,同时也跟用户的使用息息相关。安静的第四象限,由于数字孪生的出现而变得热闹起来。

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在没有数字孪生之前,三个象限有两个信息流通道,设计与制造之间是双向通道,这是信息空间和物理空间的交互。

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图二:三条信息新通道

由于数字孪生在第四象限站稳脚跟,它增加了三条数据通道。一条是数字孪生与物理产品之间的交互:这是数字孪生的支点性定义。如果没有这一点,数字孪生与它的前身——各种模型,就毫无差别。数字孪生之所以从模型堆里面脱颖而出,就是它具备了与物理实体的交互性、相似性,许多场合还具有实时性。一向沉寂无声的数据仓库中,第一次传出了规律性的心跳声。这是第四象限作为全新疆土,对第三象限宣告了一个兄弟般的存在。

第二条信息通道,就是它将自身的线索,返回到了制造商的手中。这条通道的合法性,还有很多限制和讨论。但制造商,终于可以拥有足够的信号,倾听产品咚咚的回音。这是一个里程碑性的握手,对于制造商改善产品的性能,意义重大。

第三条信息通道,是数字孪生指向了设计部门。一般而言,制造环节,会把数字孪生反馈的信息,提供给设计部门。然而更直接的方法就是,设计部门可以直接得到物理产品的动态信息。

数字孪生在第四象限的崛起,使得整个数据流第一次在全生命周期内形成彻底的闭环。而这种信息交互与通讯的框架,保证信息传递的准确与保真,则显得尤其重要。

这意味着数字孪生并不是真实世界的全部反应。它永远只是对物理世界的一个局部模仿、一个随动的模型、一个有缺陷的影子。它唯一努力的方向,就是向真实无限靠拢。这意味着,一个数字孪生的高保真度(High Fidelity)是一个关键命题。尽管这个独立体希望尽量接近真身的样子,但这是一个不可完成的使命。数字孪生同样也是可以分好坏等级的。健康的数字孪生,会有更好的保真度;而一个糟糕的数字孪生,会远远地偏离它的物理实体。它完全有可能给人们虚假的信息,这就是危险的数字孪生。可以说,在数字孪生们的世界里,如果一个一个数过去,那一定是到处充满了病怏怏的病夫——它们并不能完成人们对数字孪生所寄予的那些过于热情的期待。

决定数字孪生健康度的要素,就要看数字孪生是以何种方式被构建出来。可惜,数字孪生现在被各个行业使用,全无数字孪生的标准,而每个公司又各有自己的定义。

总而言之,当下过于热心的描述,未免让人对它充满膜拜、放松警惕而疏忽事实的真相:数字孪生并没有全部重构物理产品的全部。恰恰相反,在绝大多数情况下,它是物理实体大量裁剪后的高浓缩简版。一台上千个零部件的机器,会被不同的用户裁剪成不同的颗粒度,也许只有几个零部件,进入数字孪生的世界。数字孪生,天生就是一个不完整的存在。

单独的数字孪生是乏力的,它只是视觉上肤浅,满足了一种追求华丽表面的心思。只对数字孪生呈现了偏爱而舍弃了它背后的系统工程思维,就跟买椟还珠并无两样,这是工业界的一种选择性短见。如果进而将数字孪生放大成一种轰轰烈烈的示范项目,那更是会成为一个悲哀。

然而数字孪生终究只是一种可以仿真的模型,一种与工业互联网相得益彰的模型。它本身并不自动地释放价值,更不能看成是一种独立的生产力。单独拔高数字孪生的价值,并无太大的意义。它带来的最大启发,就是用更多的信息流动和数据分析构建一套“行为暴露真相”的叙事方式。在美国、在日本、在德国,数字孪生都只是一个普通的学术概念,工程界平静地拿来引用,不沾半点神奇星火。这更多的是一种思维方式的进化。

五、智慧环保:

实践加理念导向新实践

1、从排污口水量在线监测起步

1996年,中国国家环保局发布《排污口规范化整治技术要求(试行)》中规定,列入重点整治的污染水排放口应安装流量计,这可称为最初的在线监测系统。

2001 年,国家环保总局颁布了《化学需氧量(COD)自动在线监测仪发展产品技术要求(HBC6-2001)》,摸索出以 COD 为指标水质在线监测系统。

2006 年之后,尤其是“污染源减排三大体系芰ㄉ琛毕钅渴凳┖螅笳 COD 污染负荷 60%以上的国控重点污染源必须安装在线监测仪器,且必须联网运行。

2010年,国家发改委《关于当前推进高技术服务业发展有关工作的通知》发出后,国家环保部推动环境监控物联网示范工程建设试点,规划过去的环境监控系统的功能和质量及应用全面提升。与制度法律约束一同进行的是监督的实践。

2011 年,国务院《关于加强环境保护重点工作的意见》指出增强环境信息基础能力、统计能力和业务应用能力。建设环境信息资源中心,加强物联网在污染源自动监控、环境质量实时监测、危险化学品运输等领域的研发应用,推动信息资源共享。

2013 年,住建部下发“智慧城市”试点通知,数字环境向智慧环境演进,云计算和大数据将成为智慧环境的核心技术。

2014年至今,《十三五环境监测质量管理工作方案》、《“互联网+”绿色生态三年行动实施方案》、《生态环境监测质量监督检查三年行动计划(2018-2020)》等政策相继出台,在线监测已成为有关部门及时获得连续性监测数据的有效手段,环境监测数据的准确性和权威性催生了智慧环保市场的良性发展。

2016年,环境保护部印发了《生态环境大数据建设总体方案》,环境监测行业迎来黄金发展期,而生态环境大数据平台的建设规划,将智慧环保送上了“风口”。

2016年4月,习近平在网络安全和信息化工作座谈会上发表讲话:要以信息化推进国家治理体系和治理能力现代化,统筹发展电子政务,构建一体化在线服务平台,分级分类推进新型智慧城市建设,打通信息壁垒,构建全国信息资源共享体系,更好用信息化手段感知社会态势、畅通沟通渠道、辅助科学决策。同年10月,习近平在中共中央政治局第三十六次集体学习时的讲话:我们要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用,以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手,以数据集中和共享为途径,建设全国一体化的国家大数据中心,推进技术融合、业务融合、数据融合,实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务。

2017年初,国家发改委发布《“互联网+”绿色生态三年行动实施方案》的通知,提出大力发展“智慧环保”的要求,明确了具体的执行单位及时间表,标志着智慧环保提上了国家日程。

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根据国家发改委发布《“互联网+”绿色生态三年行动实施方案》,提出大力发展“智慧环保”的要求。数据显示,2018年行业规模为521亿元,同比增长10.91%,2010-2018年行业复合增速达到19.31%

2018年,习近平总书记在全国生态环保大会上指出,培育壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业,推进资源全面节约和循环利用。这为我国智慧环保产业发展指明了方向。

2020年4月习近平总书记近日赴浙江考察时,在杭州城市大脑运营指挥中心提出,让城市更聪明一些、更智慧一些,是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路,前景广阔。

至此,智慧环保的建设目标,是充分利用大数据、物联网、区块链、人工智能等新技术,让数据的获取、传输、分析、决策服务形成一体化的创新与管理模式,旨在推动环境管理、环境监测、环境应急、环境执法和科学决策更精准有效。

2、智慧环保新理念

产业信息网发布的《2015-2022年中国智慧城市行业调研现状及未来前景评估报告》显示,智慧环保是互联网技术与环境信息化相结合的概念。“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展,它是借助物联网技术,把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象(物体)中,通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来,可以实现人类社会与环境业务系统的整合,以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。且中国物联网校企联盟认为物联网技术的发展会带动智能环保的发展,将环境的保护实现最有效化。

“智慧环保”的总体架构包括:感知层、传输层、智慧层和服务层。感知层:利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程,实现对环境质量、污染源、生态、辐射等环境因素的“更透彻的感知”;传输层:利用环保专网、运营商网络,结合3G、卫星通讯等技术,将个人电子设备、组织和政府信息系统中存储的环境信息进行交互和共享,实现“更全面的互联互通”;智慧层:以云计算、虚拟化和高性能计算等技术手段,整合和分析海量的跨地域、跨行业的环境信息,实现海量存储、实时处理、深度挖掘和模型分析,实现“更深入的智能化”;服务层:利用云服务模式,建立面向对象的业务应用系统和信息服务门户,为环境质量、污染防治、生态保护、辐射管理等业务提供“更智慧的决策”。

智慧环保的概念起源于智慧地球,2009 年初,IBM 首次提出“智慧地球”的概念,后被时任美国总统奥巴马上升为国家战略。“智慧地球”的核心是以一种更智慧的方法,即利用新一代信息技术,将信息基础架构和基础设施结合,改变政府、企业和公众交互的方式,提高交互的明确性、灵活性和响应速度。

“智慧地球”概念提出后,很快被渗透到各个领域,尤其是环保领域,产生了很多智慧环保的应用案例,最典型的是纽约曼哈顿哈德森河的治理。19世纪中期哈德森河两岸是度假胜地,后来由于工业和生活排污遭到严重污染。为恢复哈德森河的生态,纽约州政府发起了“新一代水资源管理计划”,在这条河的整个流域都安装了传感器,通过网络把河水的盐度、浊度、叶绿素和颗粒物粒径等信息实时传递到后台的计算中心区,计算中心区对数据进行处理后,在分析管理平 台将数据进行可视化的展现,专业人员根据信息建模模拟哈德森河的环境模型和治理方案,评估各种方案对哈德森环境的影响以及治理效果。在大数据、云计算、传感物联网等技术的支撑下, 哈德森河被成功修复,再度成为生态旅游的胜地。

过去 20 多年,我国环境信息化有了很大进展,通过在线监测收集了大量的基础数据。随着新一代信息技术的发展,在线监测会加强全面布局,将建立不同类 型的云计算、云服务平台,对收集到的数据进行系统化的整合分析,对各种环境需求做出智能的 响应,使环境监管更加精准化,环境决策更加智慧化,环境服务更加立体化。

我国环保产业经过30多年的发展,取得了长足的进步。随着国家环境保护力度的不断加大和环保产业政策的日趋完善,我国环保产业已经从初期的以"三废治理"为主,发展为包括环保产品、环境基础设施建设、环境服务、环境友好产品、资源循环利用等领域的门类比较齐全的产业体系。

在“十三五”的环保政策热潮以及ICT技术成熟背景下,我国智慧环保行业发展迅速,据前瞻产业研究院测算,2017年行业规模为470亿元,同比增长8.3%;2018年行业规模达到532亿元,同比增长13.16%。2010年-2018年行业复合增速达到19.60%。初步估计2019年市场规模近585亿元。对比整个万亿级的环保市场而言,智慧环保的市场规模相对较小。面对环保行业发展的瓶颈,需要攻坚克难的魄力与智慧。发展智慧环保,一是要发展物联网技术,建设实时、自适应进行环境参数感知的感知系统;二是利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,整合现有信息资源,建设具有高速计算能力、海量存储能力和并行处理能力的智能环境信息处理平台,为最终实现“智慧环保”的各项应用服务提供平台支撑与信息服务。

六、本刊评论员:

“智慧环保”源于环保智慧

当今,智慧城市、智慧水务、智慧制造、智慧交通、智慧环保等智慧概念颇多,从概念到实践,人们期待成功,难点和痛点都在于如何真正吸取行业智慧营养,实现锻长板,补短板,展现真智慧。

为制定重点流域“十四五”规划,实现“有河要有水,有水要有鱼,有鱼要有草,下河能游泳”的要求,生态环境部环境规划院提出了环保智慧系统目标、环保智慧系统问题清单、环保智慧系统症结聚焦、环保智慧系统科学决策涉及的4个规划目标,10个主要问题,18个成因、症结,11个规划项目大类,为流域环境治理智慧平台理清了思路,点明了“输入响应、优化调控”的路径。为真想献力智慧环保的IT公司提供了环保需求和环保智慧。可喜的是,环境保护业诘ノ恢泄肪晨蒲а芯吭骸⒑贾菔谢繁>帧⑸肪巢课佬腔肪秤τ弥行恼亲裱腔刍繁5正确方向在行动。

以长江生态环境保护修复智慧决策平台(一期)为例,首先,开发单位由中国环境科学研究院、生态环境部信息中心、长江委长江科学院、北京师范大学、中国环境监测总站、生态环境部南京所、三峡集团上海勘测设计研究院联合组成,实现了跨界融合、数据共享。其次,智慧决策平台把长江流域数据汇集与优化共享平台、长江流域水质目标综合决策支持系统、长江流域生态环境演示与会商系统融为一体,既能反映长江污染防治攻坚战的进展,又能支撑长江大保护的长远决策。

值得提醒的是,在智慧环保的进程中,让IT专业与环保专业深度联合,使数字孪生平台等专用工具能健康发展,需求十分迫切。本刊特引述宁振波和林雪萍两位深谙数字孪生技术的专家,他们非环境领域,但他们的共同观点都点明了数字孪生的本质。宁振波教授指出:“物理实体是皮,数字模型是毛,两者的相互融合构成了智能制造的基础”,“机械加工企业的制造依据是三维模型,而不是二维图纸。以此为考核标准,中国99.9%的制造业企业仍然不是数字化”。林雪萍教授指出:“健康的数字孪生,会有更好的保真度;而一个糟糕的数字孪生,会远远地偏离它的物理实体。它完全有可能给人们虚假的信息,这就是危险的数字孪生”,“与其迷恋数字孪生的魔力(其实没有),不如借机大力熏陶和推动系统工程思维的落地,否则数字孪生真的变成了一种推销工具软件的最好广告语”。他们的告诫,让我们懂得智能制造还刚刚向数字化起步,数字孪生必须通过物理实体的数据验证。为了避免智慧环保给公众带来虚假的信息,我们必须防止危险的数字孪生,坚持环保智慧支撑智慧环保。

智慧环保必须为培育壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业,推进资源全面节约和循环利用服务。因为发展这三大产业是2018年习近平总书记在全国生态环保大会上的指示。2020年4月习近平总书记在杭州城市大脑运营指挥中心提出,让城市更聪明一些、更智慧一些,是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路,前景广阔。

让我们更懂得环保智慧应在有效推进资源全面节约和循环利用服务领域发力,智慧环保则应保证让生态环保行动更聪明一些、更智慧一些。这才是智慧环保源于环保智慧的真谛。

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