国家环境数据共享与服务体系研究

2011-01-24徐富春王利强虞朝晖

中国环境管理 2011年2期

李顺徐富春王利强孙强虞朝晖张波

（1 环境保护部信息中心，北京 100029；2 北京师范大学资源学院，北京 100875）

1.环境数据共享与服务面临的问题

我们的政府各级组成部门一般采取国家、省、地市、区县四级的行政体制，横向对本级政府主管部门负责，纵向为逐级业务指导关系。四级行政体制关系导致政府行业的信息化建设有其自身的特点，形成横向相对松散、纵向相对紧密的树状结构。环保行业也不例外，这使环境数据共享与服务面临如下问题：

1.1 网络环境复杂

环境保护电子政务网络由环境保护电子政务内网和环境保护政务专（外）网两部分组成。电子政务内网是环境保护主管部门内部传输涉密信息的网络，连接同级政府，但与国家环境保护政务专网物理隔离。

国家环境保护政务专网是环保行业的外部业务办公网，是由环境保护部与各级环境保护行政主管部门的政务外网和直属单位的办公网络组成。它是各级环保行业管理单位信息交流和开展业务应用的网络系统，是环境保护系统内数据传输、共享交换的主要通道。主要采用SDH、VPN等技术实现网络互联，与互联网（Internet）逻辑隔离。

环境保护公众信息服务网络依托互联网建设，主要通过各级环保主管单位政府网站为社会公众、企业等提供数据共享和信息服务。

1.2 横向信息“孤岛”

环境保护与管理是一个综合性问题，从环保机构政府职能的角度看，环境管理涉及环境质量监测管理、污染源监督管理、生态环境保护、环境应急、核安全与辐射管理等诸多领域，各级环境保护政府部门又将这些领域（管理职能）细化分割到相应的业务司局、处室。各业务职能单位都从自身业务的视角孤立开展信息系统和数据资源建设，忽略了业务领域本身的协同和内在的联系，没有统一的信息资源规划，营造了越来越多的信息孤岛。四级环保管理机构自下而上由于管理协调难度的差异，信息孤岛现象也越发严重。

1.3 纵向信息“烟囱”

环保机构也存在多套自下而上相对稳定的数据采集、报送体系和软件系统，如污染源管理就存在环境统计、排污申报、排污收费、总量核查、污染源自动监控等，软件系统一般由环保部相应的业务司局、处室组织开发设计、统一下发，部分省市参照国家软件结合自身个性需求自行开发了适合自己的业务软件。部级层面横向的信息“孤岛”现象，体现在四级数据采集报送上就形成了纵向信息“烟囱”。

1.4 数据传输渠道多样、共享与服务质量参差不齐

国家环境信息化整体基础能力薄弱，环境保护业务专网只延伸到省级，整个系统内没有统一的主干网络渠道，四级的数据传输形式多样（基于VPN、电子邮件、FTP、光盘报送等多种方式）。各级环保机构内部横向数据共享服务处于起步阶段，四级环保机构系统内部纵向数据共享服务没有开展，对社会的共享服务通过各级政府网站建设相对红火。但内网、专网、互联网三部分内容建设处于割裂状态，缺少一体化的规划设计，共享与服务质量也参差不齐。

“十一五”以来，国家污染物总量减排工作对环境信息化支撑能力提出了更高要求，各种污染源、环境质量自动监控设备，环境卫星遥感设备陆续推广使用，环境数据采集、传输、处理、应用如何快速、准确，数据服务质量如何高效，是环境数据共享与服务面临的新的挑战。如图1所示。

图1 环境数据共享与服务的新需求

2.国家环境数据共享与服务体系提出的时代背景

2.1 数据应用的演变与环境信息化发展特点

数据资源一般指人类各种认识和改造世界的科技活动产生的原始性、基础性数据及按照不同需求加工后的数据集和相关信息，它既包括各部门大规模观测、探测、调查和试验工作所获得的长期积累和整编的海量科学数据，也包括广大科技工作者长年累月的研究工作所产生的大量科学数据及数据产品。数据和信息作为一种资源，具体有以下特点：客观性、长效性、长期积累性、公益性、共享性、非排他性、不对称性、增值性、可传递性、资源性[1]。其中非排他性和不对称性是数据资源相对于其他资源（如人力、物力、财力、自然资源等）所特有的特点。数据经过分析应用可以转变为信息和知识，从而推动科技发展、社会进步，也可用于企业业务管理，提高企业的竞争能力。

数据应用的成熟度一般分为5个阶段，如图2。

图2 数据应用的演变过程

第一阶段为数据应用初级阶段，数据用于支撑单一业务运行阶段，数据的使用者主要关注业务的运行和业务报表，不同业务间数据资源封闭。

第二个阶段的应用增加了对数据的分析，数据的交互和分析结果开始应用于指导业务管理。

第三个阶段是数据资源的集成整合阶段，强调相关业务间共用灵活稳定的数据架构、业务处理过程中可进行数据的互访。

第四个阶段强调信息资源规划，数据是应用的核心，数据、数据流稳定，数据应用多变。多层次的数据分析应用促进业务创新。

第五个阶段是数据应用的最成熟阶段，强调数据的分析挖掘。数据已经成为用户的战略资产，成为数据使用者差异性竞争的关键。

我国环境信息化建设始于“七·五”期间，经过B-1、B-1扩、日本无偿援助项目“中国100个城市环境信息系统建设”等项目的实施，已经取得了一定的成绩。但还面临着：总体信息化程度低、发展不均衡；信息缺乏共享交流、内容覆盖面有限；信息服务能力不足，形式单一等诸多问题[2]。随着“十一五”节能减排工作的大力开展，国家加大了对环境保护工作的投入，环境信息化工作也迎来“污染源自动监控项目”、“环境信息传输与统计能力建设项目”等重大专项，各省市也加大了环境信息化建设投入。从数据应用的成熟度来看，环保系统数据的应用主要处在第一、二个阶段，部分发达省市处于第三个阶段。环境信息化发展呈现如下趋势和特点：

1）从注重基础设施建设转向注重服务与应用，注重信息资源开发和利用；

2）从注重内部服务应用，转向对外服务和应用，从浅层次转向深层次；

3）从外向驱动转向内在需求；

4）从纵向业务系统转向横向互动。

我国环保系统环境数据应用的成熟度以及环境信息化发展现阶段的特点为国家环境数据共享与服务提出了需求，奠定了基础。

2.2 “国家环境信息与统计能力建设”项目实施为环境数据共享与服务带来契机

2009年国家发改委正式批复了《国家环境信息与统计能力建设项目初步设计及概算》（发改投资[2009]659号文件，污染物减排专项），投资5.79亿人民币进行环境信息化基础能力建设，主要建设内容设计为5个部分：1）制定27项与减排工作有关信息化标准与技术规范；2）建设覆盖国家、省级、市级、县级以及重点污染源的网络系统；3）建立国家、省两级综合数据库实现数据交换与共享（国家、省两级环境数据中心的雏形）；4）建立国家、省两级减排应用支撑平台，开发环境统计管理系统、建设项目管理系统、减排数据管理与综合分析系统，形成集成已有系统和支撑未来业务系统的能力；5）建立完善系统安全保障体系，系统运行维护管理体系。总体框架见图3。

项目实施的实质和核心是建设四级国家环境保护业务专网，并在此基础上建设国家省两级环境数据中心，依托该网络建设国家环境信息传输与交换平台、应用支撑平台，连接和支撑九个减排相关的核心业务系统。

国家环境信息与统计能力建设项目启动和实施，为构建国家环境数据共享与服务体系创造了前所未有的契机。

3.国家环境数据共享与服务体系概念和实质

2002年，高复先在信息通讯网的基础上提出了信息资源网的概念，指出信息开发利用是全方位的，是跨部门、跨地区、多层次的，将这个面向社会需求的信息资源及其开发利用体系称之为“信息资源网”。信息资源网是指各信息提供部门和使用部门建立的各种数据库、信息中心和信息应用系统。从功能角度来讲，信息通讯网主要是将信息以某种媒体形式进行传输，而信息资源网则包括了从信息采集、加工，直至最终利用众多环节[3]。

国家环境数据共享与服务体系是面向环保行业及社会需求的信息资源及其开发利用体系，以国家环境保护业务专网为网络核心，连接环保系统各层级环境信息数据库、数据中心、环境核心业务应用系统和环境质量、污染源排放自动监控设备，是政府主导建设的环境信息资源网。

国家环境数据共享与服务体系作为信息资源网，具有以下实质：

1）是具备有序结构的信息资源整体

由于环境保护和管理业务的多样性和复杂性必然要反映到环境信息中来，这就需要对各种环境信息进行分类、汇总、加工、合理组织，按照客观事物的相互关联在信息资源内部建立起与之相对应的有序结构，这种有序结构由环境信息本身具有的客观内容所决定。此外环境信息的供求也是复杂的多对多关系，为了提高信息资源的利用效率，信息资源的组织应该对用户更为友好、更为透明。构建环境数据共享与服务体系的主要任务，就是要广泛开发环境信息资源并使其具备上述结构。

2）包括信息资源的开发及信息产品的生产体系

信息需求者自然可以自行采集、加工自己所需要的信息。但现代社会中由于信息总需求大大增加，处于对效率的追求，信息的生产者与信息的需求者便逐渐分离了。这样就形成了信息生产的社会化，形成了信息服务业，专业化分工是现代信息产品生产的又一特征。环境信息资源的生产也具备这些趋势和特征。要满足全社会的环境信息需求，国家环境数据共享与服务体系就必须包括一种充分发展的、社会化的、专业化的信息开发利用体系。

图3 国家环境信息与统计能力建设项目总体框架

3）包含信息产品的营销体系

国家环境数据共享与服务体系需要在宏观上给予持续不断地投入，但更需要通过营销体系取得效益，这样才能使该体系自身能够滚动发展。信息营销是沟通信息供给与需求之间的重要环节，也是促进信息资源合理流动的重要环节。有效地营销体系包括有形和无形的信息市场体系，是体系建设的又一内容。

4）包含信息资源的管理体系

对信息资源的开发利用也要像对其他资源一样加强管理。国家环境数据共享与服务体系的管理主要包括资源管理、行业管理、技术管理。资源管理方面包括信息资源的配置、信息共享及信息检索获取的授权、入网信息产品的审查等；行业管理方面，包括对信息产品生产的统筹规划、专业分工以及信息产品生产资格的认证等；在技术管理方面，要制定相关的标准、规范，选用新的设备技术、培训人才等。从更高的宏观层面上讲，还需要抓紧制定有关环境信息服务的法律、法规，对整个信息资源的开发利用实行宏观调控。

5）兼有软硬两个方面的形态

国家环境数据共享与服务体系包括硬件设施建设，也包括软件资源开发。要突出软资源的核心地位，也不能忽视硬设施的配置。

4.国家环境数据共享与服务体系技术框架设计

4.1 数据共享与服务的内涵

为了对保证本文研究体系的一致性，将计算机网络环境下的数据共享与数据服务的内涵进行如下区分和界定。

数据共享主要侧重基础数据资源的发现、获取和分发。

数据的发现和获取主要有两种途径：

一种是数据的使用者通过资源目录体系查询可共享的标准数据单元所对应的元数据信息，通过元数据信息快速确定自己所需要的数据范围，访问地址或获取方式，进一步通过在线或离线的方式获取数据。数据使用者是指通过数据共享服务门户网站访问数据资源的人。

第二种是统一网络环境中的应用系统通过既定的数据访问接口（可以基于数据库的访问接口、基于SOA的Web Service接口等）对另外应用系统或数据中心共享的数据资源进行访问和调用。此类数据使用者是指访问可共享数据资源的应用系统。

数据的分发也有两种途径：

一种是数据的提供者通过资源目录体系对自己要共享的数据资源（标准数据集或数据单元）进行元数据信息注册。

第二种是应用系统直接开放数据访问接口（包括文件或数据库访问接口），或通过总线（ESB）注册和发布基于SOA的标准的数据访问接口。

数据资源的目录服务、导航服务、数据检索、数据信息发布、数据及数据产品（标准数据集或数据单元）分发等都属于数据共享的范畴。

数据服务主要强调针对性的数据综合分析和数据加工定制服务，以及以数据为核心的功能服务。

数据综合分析服务的提供者是单位或者个人。本文所研究的政府行业的数据服务的提供者主要为代表政府行业部门的各级数据生产部门（环保行业如各级的环境监测单位）和数据综合管理部门（环保行业如各级环境信息中心）。服务的内容主要有两种：一种为职责范围内需要公开或公布的公报或公告，如“空气质量日报”、“水环境质量周报”、“全国环境质量年报”、“环境统计公报”等主动公开发布（环境保护部对社会公开的数据服务可以参照《环境信息公开办法（试行）》、《环境信息公开指南》、《环境信息公开目录》等）；另外一种为数据的生产或数据综合管理部门根据热点的行业问题进行的数据综合和专题分析，对由此产生的数据成果和产品进行主动发布。公开的渠道根据数据服务的范围选择各级政务内网、政务专网、Internet门户网站。

数据加工定制服务，主要指数据的使用者按照既定的流程和规则，通过网络平台提出个性化的数据需求，并支付相应的成本，数据提供者针对个性化需求进行数据的加工整理，并将符合要求的数据成果提供给数据使用者。

数据功能服务是以提供基于Web、分布是以数据为核心标准功能服务接口（基于SOA技术的Web Service接口），服务通过UDDI注册和管理，服务的获取通过网络直接访问调用。

4.2 环境数据共享与服务的分类

在对数据共享与服务内涵界定的基础上，我们对环境数据共享与服务的范围、对象、共享服务内容进行分类归纳。本文从政府环境数据共享服务依托的网络环境出发，把环境数据共享与服务分为内部、系统内和社会三类，三类的特点和差异见下表1。

表1 内部、系统内和社会三类环境数据共享的特点和差异

4.3 国家环境数据共享与服务体系技术框架

4.3.1 技术框架设计

国家环境电子政务专网是整个环保系统数据采集、传输、共享的网络基础和主渠道，是国家环境数据共享与服务体系建设的核心网络。国家环境数据共享与服务体系技术框架如图4。

图4 国家环境数据共享与服务体系技术框架

以满足环境保护工作和社会公众对环境数据共享需求为目的，依托环保系统成熟的业务体系，以现有数据为基础，逐步吸纳国内外相关领域的数据资源，通过整合集成、标准化和归一化处理，形成一批高质量的具有环保系统数据特征的标准数据集，构建各级环境数据中心，逐步形成以数据中心为核心，以电子政务内网、国家环境电子政务外网、因特网为依托的分布式环境数据共享与服务体系。

国家环境数据共享与服务体系核心由三级环境数据中心（国家级数据节点、省级数据节点、地市级数据节点）、依托于四级专网的环境数据传输与交换平台以及分别依托于内网、专网和互联网的各级共享服务门户构成。国家级数据节点由国家环境数据中心（环境保护部数据节点）、国家环境监测数据中心（中国环境监测总站数据节点）、国家环境卫星资料中心（环境保护部环境卫星应用中心数据节点）、国家环境科研资料中心（中国环境科学研究院、国家环境保护总局华南环境研究所数据节点）等组成，省市级数据中心包括各个省市级数据节点。区县一级原则上鼓励充分利用上级地市数据中心的各种软硬件、数据资源，专注于本级业务软件的应用和数据接入。

在电子政务专网各级数据中心的基础上，四级环保机构根据自身的数据内容和特点分别基于各自电子政务内网、专网、Internet建设面向内部用户（内网环境管理用户）、系统内用户和外部用户（社会公众、媒体、其他政府部门、科研单位等）的数据共享和服务门户。

基于数据中心的环境数据资源共享建设思路如图5。

图5 基于数据中心的环境数据共享建设思路

4.3.2 运管模式设计

国家环境数据共享与服务体系实行统筹规划、分层分级管理、数据共享的运行管理模式。环境保护部负责整个共享服务体系的规划建设与综合管理。

其中环境保护部组织建设四级国家环境保护业务专网、环境数据传输与交换平台、国家级数据节点以及国家级的数据共享与服务门户，省市级环保厅局负责建设本级环境数据中心分节点、省市级数据共享与服务门户以及本级应用系统的专网接入。列入环境保护重要业务数据目录的相关责任单位负责按照规定的时间、频次、格式和规范对数据进行采集、加工、传输、存储和发布。

依托于专网建设的三级数据中心逐级进行核心元数据汇集和资源目录同步，专网用户可通过国家级门户对整个共享网络系统内的数据资源进行访问并获得多种共享交换功能服务；用户也可以通过省市级门户，对本级数据节点的数据资源进行透明的访问并获得多种共享交换功能服务。连接在专网的多级应用系统也可以通过环境信息传输与交换平台进行环境数据的传输交换。

环境数据共享与服务体系采用分级用户认证授权方式。进入专网的用户由国家统一建设的安全体系和CA系统认证和授权。各级数据节点和服务门户的访问由本级认证管理和访问授权。