探索大数据在大城市环保领域的应用

◆崔峥嵘

探索大数据在大城市环保领域的应用

◆崔峥嵘

一、解决城市环保问题需要引入大数据支持

截至2015年，我国城镇化率已经达到56.1%，城镇常住人口突破7.7亿。伴随城市化进程的不断加快和城市人口大量流入，环境污染、基础公共服务供给不足等情况日益成为困扰城市发展的突出问题。传统的城市管理理念和手段已经难以适应和跟上形势发展的需要，更新管理理念、引入现代化手段、从根本上缓解和解决上述问题成为政府和全社会共同关心的热点。

基于互联网平台上的大数据技术发展到今天，已经能够为城市环境治理的科学决策提供实时、准确、多元、全样本的信息支持。大数据应用服务于城市环境现代化管理、帮助丰富和提升管理手段，已经在世界范围内逐渐被接受和推广运用，并已经成为国内多座大型城市的发展共识。

二、大数据技术解决城市环保问题的探索与实践

环境科学将城市环境分类划分为水环境、大气环境、声环境和固废环境。大数据技术目前已经在治理大气环境、固废环境问题引发的城市环境危机方面得到了良好的应用。

（一）针对大气污染及治理。我国大中城市目前针对空气质量状况的监测工作，主要通过环保部门设置的空气质量监测站点进行监测，针对站点未能覆盖的区域，只能通过分析周边邻近区域数值对其空气质量数值进行估计。鉴于空气质量因受多重因素影响，不仅不同区域空气质量有所差别，甚至同一区域空气质量也在随时产生变化，因此传统做法容易造成数据准确度方面的较大误差。例如：北京市在六环内设立的35个空气质量监测站点，其监测的数据已经远远无法反应整个北京城区的空气质量状况。

由于受到空气流动性影响，以及传统的空气质量监测站点建设成本高、仪器设备复杂、操作难度大、大规模布点不现实等因素限制，传统的手段应对大气治理过程中监测、预测、治理等环节普遍存在难以逾越的困难和阻力。

随着移动互联网技术的应用和普及，大数据技术通过开发廉价便携的环境监测设备，尤其是基于手机插件或可穿戴设备的传感器，突破了传统空气检测技术手段限制，可以整合多元信息源，形成更为系统和丰富的数据基础，能够为大气治理工作提供及时和科学的支持。

目前国外已经开发出了可测量温度、湿度、二氧化碳和二氧化氮的便携传感设备。西班牙巴塞罗那微观装备实验室开发出传感器组件，可以测量上述指标，同时还包括光强和噪声。目前国内很多企业也开发出了家庭用空气检测设备，这些数据的上传和集中处理，对城市空气治理起到较大的辅助作用。

传统的空气污染源的识别需要构建区域大气联合立体观测体系，包括卫星遥感、飞机航测、激光雷达、模型预测、排放表征、地面观测等。大数据技术在空气污染源识别方面的应用，体现在可以通过数据汇总分析，帮助建立数据模型，形象直观第反映出某一区域的大气污染产生、污染物运送和沉降规律，从而有效识别污染源，为区域有效治理区域空气污染提供准确参考。

目前中国科学院构建的从全球-洲际-区域-城市群-城市-街区多尺度多污染模式的模拟体系，建立了从宏观到微观的立体监测，为空气污染的治理提供了规划和管理依据。该体系将多种环境指标信息和污染源排放信息相整合，通过大数据进行分析，可以进行企业排污强度测算、污染源分布情况及其对周边环境质量的影响分析，并以此为依据，为识别空气污染源、定时监测环境治理效果、制定环境治理方案、不断调整改进治理方案提供帮助。

大数据与人工智能系统相结合，还可以通过对气象数据、空气质量检测数据、污染源监控数据进行相关性分析，从而进行空气质量预测，提高空气质量预警预报的准确度。美国IBM公司启动了一项名为“绿色地平线”的计划，运用深度学习的人工智能系统，将环保部门所提供的大量数据整合，优化本身的预估模型，形成空气质量报告，提前三天对空气状况进行预测并且提供诸如关闭某类工厂或某区域实行机动车限行的应急解决措施。下一步，该系统随着数据量的扩大以及系统分析能力的提高，预测的精确度还将提高、预测周期也能进一步延长。

微软公司应用大数据方法研发的集成空气系统可以通过分析城市1平方公里内空气细粒度数据并做出空气质量预测。该系统通过整合城市实时监测的空气质量数据、人流、车流、气象、公共设施、网络关注度等数据，通过大数据分析预测24小时内空气质量状况。微软公司表示该系统在北京预测准确度可以达到75%，广州和深圳可以达到80%。

（二）针对生活垃圾处理。生活垃圾处理同样是城市治理的重点和难点。以北京为例，2200多万常住人口每天产生的生活垃圾达到1.84万吨。而且，随着常住人口及流动人口的进一步增长，生活垃圾的增速还将进一步攀升，预计大约增速为8%左右。

传统的生活垃圾处理方式主要包括集中填埋和统一焚烧两种方式。2009年以前，北京市90%以上的生活垃圾通过卫生填埋方式进行处理，每年需消耗掉500亩土地，占用了大量的土地资源。即使在这种情况下，北京的垃圾填埋场仍处于超负荷运转，同时污染防控压力很大。一旦垃圾处理能力提升速度跟不上垃圾量增速，有可能出现垃圾围城的困境。

运用传统的生活垃圾填埋处理方式还要考虑到二次污染问题。二次污染是指在垃圾清理、汇集、转运、处理等环节中产生的臭气、污水、散落和泄漏物造成的环境污染。同时垃圾填埋地可能产生的垃圾渗滤液和填埋气，也会对大气、水体和土壤造成污染。

随着全民健康意识的普及和增强，传统的垃圾焚烧处理方式近来也颇受社会诟病。特别是某些城市的生活垃圾焚烧行业管理职责不清、对公众信息不透明，加之极个别焚烧厂存在的有害气体超标排放、渗滤液偷排、灰渣乱倒的问题，造成了垃圾焚烧项目周边公众的不满，并容易引发矛盾。

与城市生活垃圾产生量不断增长、生活垃圾处理手段有限并存的问题还表现在垃圾分类难以推广和普及，这不仅造成大量可再生资源的浪费，同时直接加大了垃圾处理工作量。我国城市居民目前能够进行垃圾分类投放的比例较低，2014年杭州市负责处理垃圾分类的杭州市环境部门给出的数据是：全市每天产生超过3500吨生活垃圾，其中分类垃圾只有800多吨。

针对上述问题，国内多家城市积极着手采取应对措施，包括将大数据技术应用到生活垃圾处理管理过程中，充分发挥大数据对管理决策科学化的辅助作用。通过大数据运用不仅挖掘出经济成长、社会发展、人口变动及垃圾增长的关系，进行垃圾总量预测以及优化处理设施布局，合理设计垃圾处理能力；而且在推进城市生活垃圾治理体系和治理手段现代化建设、为市民提供干净整洁的城市环境、提高市民满意度等方面做出了有益的探索。

目前有些城市已经着手建立以信息众筹和决策互动为特征的城市生活垃圾管理大数据系统。系统包括以政府相关部门常态传送的政务信息，譬如垃圾管理的法律规章、标准细则、部门职责、机构编制等；可能与之具有关联的经济增长、社会发展、人口数量和空间布局等信息；全市垃圾收运时点、线路、场所和各类资源回收主体目录、布点和运营状况以及后端处理设施规模、运营情况、在线监测数据等资讯；市民和单位按照设定标准提供的垃圾信息，譬如有关垃圾当日产生量、成分构成及比例的动态数据；例行发布的政策资讯，譬如垃圾处理议题的网络探讨、垃圾产生数据的专家在线分析、垃圾处理备选方案的公众电子审议、主管部门意见以及决策的公开呈现等。大数据系统的建立，为推动城市生活垃圾新的分类、收运和处置手段的实施提供了可靠保证。

在垃圾分类的推广方面，厦门市江头街道江村社区近期引进基于大数据平台的“绿色钱包”垃圾分类管理系统，这套系统以居民的垃圾分类相关信息整合作为基础，经过科学分析，寻找最有效率的垃圾分类宣传和垃圾转运模式。通过小区设置固定的基站、卫生督导员的POS机、居民的智能手机或分发的IC卡，这些终端组合成了一个“绿色钱包”网络。居民可以从基站领取“二维码贴纸”，在分类包装、集中投放垃圾同时，将二维码贴在垃圾袋上，通过用手机扫码，记录扔垃圾的时间。系统会根据居民分类投放的情况给予其账户相应的积分，还可以依据积分发红包，对认真进行垃圾分类行为予以奖励。

“绿色钱包”真正成为卫生督导员的高效率助手。原先，他们需要手动登记每一袋垃圾的投放情况，既不卫生而且准确率不高，现在督导员只需用设备扫码，就能知道这袋垃圾由谁投放、投放内容，并自动进行记录。通过大数据技术，“绿色钱包”还能对居民投放垃圾的集中时间段和类别进行分析，以方便垃圾转运车选定时间，更高效及时地运走小区里的垃圾。此外，由于需要扫码后扔垃圾，无形之中让居民的垃圾投放更加集中，减少了可能造成的“二次污染”。

“绿色钱包”的试用，调动了居民进行垃圾分类的主动性。社区垃圾分类不仅方便了垃圾后续处理过程，而且节约了可再生资源，同时给社区带来了整体卫生状况提升等系列变化。通过大数据分析，整合投放、登记、转运、宣传等所有环节，让垃圾分类的推广更加系统化。通过在固定基站、客户端等处投放广告，“绿色钱包”同时产生经济效益，这些效益又能够用于对居民的鼓励，一种“可循环、可复制、可推广”的模式已经逐渐形成。目前，厦门市江头街道正根据具体情况，在街道范围内全面推广“绿色钱包”。

城市生活垃圾收运流程涉及收集、运输、中转和处置4个流程。在不同流程中，大数据都发挥着重要作用。通过挖掘历史积累数据，可以预测主要社区或者商业区的垃圾产生量；其次，根据各处理厂实际处理垃圾的能力、城市道路路况信息、运输系统车辆状况等数据，可计算出最有的运输路径。这样既能降低运输成本，又能提高垃圾处理效率，使垃圾尽快就近被处理掉。

在优化垃圾处理设施布局方面，广州市目前正在推进建设全国首个多功能、资源共享、管理高效的垃圾分类大数据管理平台，按照地区统计辖区内的所有住户数量，建立垃圾分类数据库并对辖区内住户每天的垃圾进行统计，分析垃圾的成分和数量，逐步实现垃圾分类的合理化、智能化。同时，广州市还在逐步探索政府、企业、居民三方共同监管的方式，即运营企业加强管理、精细运营、严控排放，与市城管委、市环保局联网实施同步在线监管，并积极配合相关部门的各类检测和临时抽查，实现全流程监管；同时，委托专业的第三方机构对焚烧厂各项排放指标进行检测，并通过不同的媒介定期对排放数据指标公开，打消公众的疑虑。

三、天津借助大数据技术解决环保问题的建议

（一）建议政府涉及环保、卫生、科技等相关部门联合开展专题调研论证，借鉴其他城市先进经验；充分倾听专家学者意见，使决策更具专业性和前瞻性。在此基础上，制定扶植大数据产业参与环保领域开发建设的政策并着手建立完善配套运行机制。

（二）发挥企业主体作用，注重引入国内和国际上具有领先技术水平的行业领军企业，支持和鼓励相关企业建立市场化的产业配套运行链条。

（三）注重挖掘大数据管理的溢出效应。大数据管理的应用不仅为城市环保领域精细化管理提供依据，为环保产业链条上的企业带来直接经济效益，同时还为其它企业精准营销提供参考，带动软件、通讯、金融等服务等相关产业的发展。

（四）注重发挥社会影响力。城市生活垃圾处理的初始环节管理采用众包模式，通过手机APP等终端设备吸引市民的广泛参与，这种模式方便政府主管部门与市民之间直接沟通和交流，使宣传、培训、沟通和决策更具时效性、便捷性和民主性。建议重视和引导好这些平台发挥积极作用，通过强化正面引导和环保理念宣传，提升市民参与热情，保证参与的效果。

天津市政府驻福州办事处）