美国环境信息化建设及其启示

张波，徐富春

（环境保护部信息中心，北京 100029）

美国环境信息化建设及其启示

张波，徐富春*

（环境保护部信息中心，北京 100029）

摘 要我国环境信息化存在基础设施和系统建设分散，数据难以共享，信息资源开发利用程度低，公众服务能力弱等问题，难以满足新时期生态环境保护工作的要求。美国环保署在环境信息管理方面建立了一套完善的组织架构和管理体制，实现了环境数据的共享、开放和信息资源的综合开发与利用。本文介绍了美国环保局的首席信息官（CIO）制度，信息化基础设施统一建设和运维等信息化管理制度，以及设施登记系统，有毒物质排放清单，我身边的环境，环境数据仓库，环境数据传输与交换等信息系统，结合我国的环境信息化建设，提出了若干政策建议。

关键词环境信息化；管理体制；数据共享

引言

目前，我国的环境信息化仍然存在基础设施和系统建设分散，应用“烟囱”和数据“孤岛”林立，信息资源开发利用程度低，综合支撑和公众服务能力弱等问题，难以满足新时期生态环境保护工作的要求。充分运用大数据、云计算等现代信息技术，全面提高生态环境监管、决策和公共服务水平，推进生态环境治理体系和治理能力现代化，迫切需要研究、学习国外环境信息管理和技术方面的先进经验，通过建立职能统一、运行高效的环境信息化管理体制，应用先进的信息技术提高我国生态环境保护的质量和效率[1,2]。

作为信息化高度发达的国家，美国在环境信息管理方面建立了一套完善的组织架构和管理体制，为美国环保局（EPA）制订有效的政策和决策提供了重要的支撑。EPA由位于华盛顿特区的空气和辐射、水、化学品安全和污染防治、环境执法、环境信息、总法律顾问、环境巡查、国际和种族事务、研究和发展、固体废弃物和应急反应以及行政和人力资源管理等共13个办公室，分布在全国的10个区域办公室以及17个实验室组成[3]，员工数量超过17 000人。EPA负责信息化建设的环境信息办公室（Offi ce of Environmental Information，OEI）成立于1999年10月，主要职责包括环境信息收集、分析、发布的全生命周期管理；对EPA的信息化投资和资产进行管理；实施创新的信息技术和信息管理解决方案，以支持EPA保护人类健康和环境的使命。

1 美国环保局信息化建设组织架构及管理体制

作为EPA负责信息化建设的机构，OEI内设信息收集、项目管理、信息质量管理保障、信息分析和获取、信息技术和规划等部门，员工数量超过400人，其组织架构如图1所示[4]。首席信息官制度与信息化基础设施的统一建设和运维是EPA信息化管理的基本制度。

图1 环境信息办公室（OEI）的组织架构

1.1 首席信息官制度

为了加强政府信息资源管理、提升电子政务建设的效率和效能。美国于20 世纪80 年代在政府机构中建立了首席信息官（Chief Information Offi cer，CIO）制度，联邦政府、州政府及地方政府各部门都设立了首席信息官，全面负责信息资源的管理、开发、利用，并直接参与决策管理。联邦政府的CIO兼任行政管理和预算局（Offi ce of Management and Budget， OMB）副局长,确保了信息化建设资金的来源。CIO制度有效保证了信息的统一采集、管理和共享，已经成为发达国家电子政务的一项基本制度[5]。

EPA的CIO由总统任命，直接领导OEI的工作。职责包括：①根据EPA的业务需求制订信息化发展规划,指导和管理信息化建设投资；②制订并监督EPA内部信息管理政策的执行；③建立信息化整体技术架构，执行并监督信息化项目的实施。由于EPA的CIO兼任EPA的助理局长，具有跨部门的约束、协调及资源支配能力，较好地保证了EPA信息化战略的有效实现[6,7]。

随着“大数据”时代的到来，数据已经成为重要的战略资源。2012年，奥巴马总统宣布美国启动“大数据研究和发展计划（Big Data Research and Development Initiative），2015年2月，美国联邦政府设立了首席数据官（Chief Data Offi cer，CDO），充分利用数据为联邦政府的管理提供决策支撑。EPA也于2015年设立了首席数据科学家（Chief Data Scientist），负责EPA的大数据建设和环境信息的分析和挖掘，显示了EPA对环境数据分析和应用的高度关注。

1.2 信息化基础设施统一建设和运维

EPA信息化基础设施的建设和运行维护由国家计算机中心（National Computer Center，NCC）负责。EPA各业务部门不再单独购买软硬件设备，而是根据需求编制经费预算并拨给NCC，由NCC负责信息化基础设施的统一建设。各业务部门开发的应用系统须填写相关申请表格，经过硬件需求、应用程序代码及信息安全测试等检查工作，由NCC进行系统部署及后期的运行和维护。

NCC坐落于北卡罗来纳州的研究三角园区（Research Triangle Park），由OEI管理和运行，能够提供小型机、服务器、存储等多种硬件设备,数据库、ETL（数据抽取、转换和加载）、BI（业务智能）、数据注册、地理信息系统等企业级软件工具,以及实体安全、信息技术安全、UPS（不间断电源）系统、备份及灾害复原等安全环境和措施。整体运维基于ITIL（信息技术基础架构库），实现了7×24小时现场支持及技术服务。EPA的官方网站、业务智慧分析中心(BIAC)、环境数据仓库(Envirofacts)、水质管理信息系统(STORET)、空气质量信息系统(AQS)等大部分信息系统均部署在NCC的机房中，共有超过800个信息系统、150个ORACLE数据库、60个业务智能(BI)应用及相关软件工具[8]。EPA信息化基础设施的统一建设和运维节省了大量的资金、人力投入，有效地保障了信息安全。

2 EPA部分信息系统介绍

EPA的信息系统建设已经跨越了EPA内部业务应用阶段(即办公自动化和管理信息系统),走向更加复杂的EPA与各联邦政府间共享、协同的高级应用阶段,成为EPA和联邦政府履职的必要组成部分。

2.1 环境信息标准化——设施登记系统

为解决不同系统、数据库之间的标准化和数据语意冲突，方便数据的整合、共享，EPA建立了环境资料注册（Environment Data Registry, EDR）机制，提供信息系统和数据的标准信息（包括名称、格式、来源、位置等）。EDR分为系统程序及数据库注册、数据集合注册、数据(元素)注册、环境词汇注册、开发组件注册、化学物质注册及设施登记（注册）等（其中，系统注册界面如图2所示）。其中，设施登记系统(Facility Registry System，FRS)对包括企业、污水处理厂、民用设施、甚至采矿作业等享有排污权的设施进行登记，为每个排污设施创建唯一、综合的设施识别信息，形成排污设施登记数据库；通过为每个排污设施赋予唯一的“设施标识码”，使不同业务系统数据之间的关系得以明确，能够实现跨业务系统和跨库检索；通过设施标识码建立排污设施与EPA和各州业务信息系统的链接（图3），实现了EPA内部和联邦政府范围内的数据集成和共享，FRS的界面如图4所示。

图2 系统注册界面

图3 设施登记系统(FRS)与相关系统的关系

图4 设施登记系统(FRS)界面[9]

FRS由OEI集中管理和维护，通过把各业务系统的设施数据链接起来，满足了EPA识别以下信息的业务需求：某一行业的所有被监管设施；设施的准确位置（包括排污口经纬度）；某设施所涉及的各种排污许可和环境监管信息；某企业的所有排污设施（例如：某石油公司的所有分厂）。

FRS自实施以来登记了160万个设施记录，整合了28个州的污染设施主数据；管理超过7800个联邦，50000个部落领地和超过3000个国家的环境行为跟踪（NEPT）设施数据，成为EPA数据整合的基石。EPA还通过污染设施的信息公开，收集公众对设施数据质量的问题反馈，识别和纠正错误数据和重复记录。三年内收到13000个数据错误的反馈，更正了12750个错误，大幅提高了设施信息的质量和有效性。

2.2 环境信息公开——有毒物质排放清单

美国政府的信息发布由各个机构根据《信息自由法》和《文书工作缩减法》的规定进行，凡是赋予信息收集代码的信息，除法律规定不能公开的以外，一律向社会发布。有毒物质排放清单（Toxic ReleaseInventory,TRI）制度已经成为EPA环境信息公开的典范。当企业排放有毒物质的数量超过规定阈值时，必须向其所在州环保部门以及EPA提交年度报告（Form R），报告企业生产、使用、存储、处置、转移和排放有毒物质的数量。EPA在收集、整理、分析企业提交的相关数据后，通过网络向社会进行信息公开。TRI 制度在美国有毒物质污染控制方面成效显著，更为化学品环境管理政策法规的制定以及公众参与提供了坚实的基础[10]。

为了让企业了解TRI如何申报，EPA为需要申报的企业开发了一套软件，称为TRI-MadeEasy (TRIME)，申报者可自行在网络上下载，并依据提示申报，大大减少了人工申报产生的错误。该软件具有错误检查功能，申报数据可通过CDX传送到EPA。为方便公众查询，EPA开发了基于互联网的查询工具，称为TRI-Explorer（图5）。用户可以通过EPA网站使用该软件查询企业有毒物质排放的相关信息。

图5 TRI-Explorer界面[11]

2.3 官方网站——我身边的环境

EPA开发的“我身边的环境”(My Environment)系统（图6），保障社会公众对周围污染源的知情权。这套系统在联邦政府、州政府以及地方组织的通力合作下完成，数据涵盖了EPA、州政府、受管制社区的环境空间数据及属性数据。社会公众能够查询其社区附近的空气、水、土壤等环境质量数据，污染源、健康风险等数据，有助于社会公众发掘社区周围环境污染，积极参加到环保工作中。系统的主要功能如下：

（1） 最新的交互式地图。根据使用者的需求在地图中显示管制设施、监测站、水体、水流、地下水、人口密集区的位置，以及传统地图所具备的包括街道、高速公路、学校、教堂等地物的位置。

（2） 具备分析与报表输出功能。此系统可连接至EPA环境数据仓库（Envirofacts）、TRI-Explorer以及“在你的河流冲浪”(Surf Tour Watershed)等，方便用户定制所需的报表。

2.4 环境数据仓库

EPA各业务部门为满足业务需求，分别建设了信息系统和数据库，这些系统大多互不兼容，难于共享。为整合、集成相关业务系统和数据以获取综合性的环境信息，EPA的OEI通过从不同业务系统中抽取数据，整合形成环境数据仓库(EnviroFacts)。通过EPA网站让EPA内部及社会公众方便地查询空气、水、固体废物、有毒化学品毒、土壤等相关信息（EnviroFacts查询界面如图7所示）。目前包括空气设施(Air Facilities)，有害废弃物数据库(Hazardous Waste Holders)，超级基金场地(Superfund Sites)，毒性化学物质数据库(Toxic Release Inventory Facilities)以及水污染排放设施(Facilities that Discharge to Water)等的数据已经整合到EnviroFacts中（EnviroFacts的架构示意图如图8所示）。EPA还建设了业务智慧分析中心（BIAC），运用数据仓库和实时在线分析（OLAP）工具，通过统计图表等方式展现整合成果，提供决策支持。

图6 “我身边的环境”(My Environment)查询界面

图7 EPA环境数据仓库(EnviroFacts)查询界面[12]

图8 EPA环境数据仓库(EnviroFacts)架构示意

2.5 环境数据传输与交换

EPA的环境数据的传输与交换依托中央数据交换系统（Central Data Exchange，CDX）实现，该平台提供单一数据申报及交换窗口，使EPA各部门、州政府环保部门、部落或环保团体、企业能够快速交换环境数据（图9）。CDX目前已经扩展到与加拿大及墨西哥的跨境环境数据传输，是EPA数据采集、传输和交换重要的基础设施[13]。

CDX基于互联网传输，采用最新的信息技术与工具构建，以提升数据交换的安全，其运作机制包括CDX Web及CDX Node两种：CDX Web提供使用者通过Web上传数据进行数据交换的通道；CDX Node提供“机器对机器”（machine-to-machine）的自动数据交换通道。目前已超过26万个用户在CDX上注册，50个州和9个部落运用CDX所提供的空气、水等相关环境数据，60个系统的数据在CDX上交换，每年的交易数量超过80万笔，节省了大量数据传输、交换的时间与经费。

图9 CDX数据交换示意

3 建议

美国CIO制度的实施保证了EPA信息化战略的有效实现。建议环保部借鉴其成功经验，逐步建立相关管理制度和工作机制，实现信息资源的统一管理和信息化基础设施的统一建设和运维，发挥信息化建设的整体效益。

EPA非常重视信息系统的标准化工作，建立了环境资料注册机制，解决了不同系统、数据库之间的标准化和语意冲突等问题。环保部制订了环境信息分类与代码、环境信息数据字典规范、环境信息术语等部分标准和技术规范，建议环保部参考EPA的环境资料注册机制，完善系统及数据库注册等相关技术规范，以有效管理日益庞杂的环境信息系统和环境数据库。

EPA的数据采集和交换依托统一的基础设施即CDX系统，环保部的数据采集比较分散，业务部门分别采集，不利于共享。建议环保部参考CDX的建设经验，统一建立环境数据采集清单（正面清单或负面清单）和环境信息传输和交换平台，规范采集、传输和交换环境数据。

EPA通过设施登记系统（FRS）实现了污染源和污染设施的登记和关联。建议环保部在环境数据资源整合工作中借鉴FRS的建设经验，建立污染源统一代码登记制度，为后续的排污许可证等管理提供支撑。

EPA业务智慧分析中心(BIAC)运用数据仓库技术，将信息系统适度集中化，实现数据的整合、分析及利用。环保部近年来开展了环境信息资源中心建设工作，将现有信息系统和数据集成整合并推动数据共享与服务。建议加强业务智能分析和数据挖掘等工作，建立统一的业务智能分析平台，为各部门提供数据分析和挖掘服务。

EPA的有毒物质排放清单（TRI）是环境信息公开的成功案例，建议环保部的环境信息公开和环境数据开放借鉴此经验，建立环境信息公开清单和环境数据开放清单，加强环境信息公开力度，提高环境数据开放水平，并建立公众反馈和互动机制。

参考文献

[1] 魏斌. 深化电子政务应用推动环境监管创新[J]. 环境保护, 2013, 41(11): 39-41.

[2] 魏斌, 黄明祥. 新形势下环境信息化发展展望[J]. 中国环境管理, 2015, 7(1): 14-17.

[3] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015a.EPA Organization Chart.http://www2.epa.gov/aboutepa/epaorganization-chart.Visited 18 October 2015.

[4] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015b. About the Office of Environmental Information(OEI).http://www2.epa. gov/aboutepa/about-office-environmental-information-oei. Visited 18 October 2015.

[5] 郭少友. 美国政府信息化建设及对我国的启示[J]. 情报海外, 2003, 22(5): 20-21.

[6] 刘立媛, 李蔚. 国外推进信息化建设经验对我国环境信息化建设的启示[J]. 环境与可持续发展, 2012, 37(5): 50-54.

[7] 刘立媛. 美国环境信息政策制定经验及对我国的借鉴意义[J]. 中国环境管理, 2010, (3): 43-47.

[8] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015c.National Computer Center.http://www2.epa.gov/greeningepa/nationalcomputer-center. Visited 18 October 2015.

[9] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015d.Facility Registry Service (FRS).http://www2.epa.gov/enviro/facilityregistry-service-frs. Visited 18 October 2015.

[10] 于相毅, 毛岩, 孙锦业. 美日欧PRTR制度比较研究及对我国的启示[J]. 环境科学与技术, 2015, 38(2): 195-199.

[11] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015e. TRI Explorer.http://iaspub.epa.gov/triexplorer/tri_release. chemical. Visited 18 October 2015.

[12] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015f. Envirofacts.http://www3.epa.gov/enviro.Visited 18 October 2015.

[13] USEPA(US Environmental Protection Agency).2015g.Central Data Exchange.https://cdx.epa.gov.Visited 18 October 2015.

Application of Environmental Information Technology in the US and Its Implications

Zhang Bo, Xu Fuchun*
(Enviromental Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029)

Abstract:China’s environmental information technology application faces many problems such as the dispersed construction of infrastructure and systems, diffi culty in data sharing, poor utilization and development of information resources, weak public service capacity, and it is difficult to meet the demands of eco-environmental protection in the new era. US EPA has set up a sound organizational structure and administrative mechanism on environmental information management, which realized data sharing, public access to environmental data and comprehensive development and utilization of information resources. This article introduces the EPA’s management systems of Chief Information Officer (CIO), unified information infrastructure construction, operation and maintenance, some information systems of EPA, such as Facility Registration System (FRS), Toxics Release Inventory (TRI), My Environment, Envirofacts and Central Data Exchange (CDX). It makes policy recommendations combining China’s environmental information technology application.

Keywords:environmental information technology application; administration mechanism; data sharing

中图分类号：F49;F205

文献标识码：A

文章编号：1674-6252（2015）06-0053-07

作者简介：张波（1972—），男，理学博士，环境保护部信息中心技术室副主任，研究员，研究方向为环境系统分析，地理信息系统。

*责任作者： 徐富春（1961—），男，工学硕士，环境保护部信息中心副主任，研究员，研究方向为环境系统工程、环境信息管理与应用。