广西温室气体排放数据库系统的设计与开发

史绍亮 陈 专 吕 旷 赵绪成

广西温室气体排放数据库系统的设计与开发

史绍亮 陈 专 吕 旷 赵绪成

（中国科技开发院广西分院，广西 南宁 530022）

文章在多年省级温室气体清单编制的基础上，设计开发了广西温室气体排放数据库系统，为能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化与林业、废弃物处理等领域的清单数据收集、管理、核算以及报告生成提供了技术平台。通过2005年、2010年至2020年共12个年度的清单数据的试算，对系统的计算准确性和可操作性等进行了全面测试，有效提高了广西温室气体清单编制的工作效率和数据的准确性。

温室气体；数据库；气候变化

引言

气候变化深刻影响着人类生存和发展，是世界各国共同面临的重大挑战。积极应对气候变化、控制温室气体排放，是世界发展的必然趋势，也是我国对国际社会的庄严承诺，更是推进生态文明建设、实现绿色低碳发展的必然途径。为积极参与并解决气候变化问题，2015年我国政府向联合国提交了《强化应对气候变化行动—中国国家自主贡献》，确定了二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%等四项国家自主贡献目标[1]。2020年，习近平主席在第七十五届联合国大会上表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和[2]。在2021年全国两会上，更是将碳达峰和碳中和写入了2021年国务院政府工作报告中[3]，引起舆论高度关注。

面对当前巨大的减排压力，发展低碳经济、抑制碳排放过快增长、促进碳排放尽早达峰已经成为各省、市的紧迫任务。温室气体清单编制是应对气候变化的一项基础性工作，通过清单可以全面了解地区温室气体排放的现状与趋势，摸清“碳”家底，识别温室气体的关键排放源、重点吸收汇，为落实温室气体排放控制目标提供科学依据。

广西积极响应国家号召，早在十年前便开始省级温室气体清单编制工作。2011年首次编制了广西2005年、2010年温室气体清单，初步摸清了广西温室气体排放状况，为确定温室气体的排放基准线提供了数据支撑。为总结省级温室气体清单编制经验以及延续清单编制工作，自治区主管部门先后组织编制了2011—2020年广西的省级温室气体清单，通过积累近十年的清单数据，分析了广西历年温室气体排放源、排放水平变化趋势和影响排放水平变化的主要因素，提出控制温室气体排放的对策建议，相关研究成果为广西控制温室气体排放目标及实现碳达峰路径研究提供了可靠的数据支撑。

为更好贯彻落实相关控制温室气体排放的政策，实现构建国家、地方、企业三级温室气体排放技术统计和核算工作体系，当前最为重要和基础的一项工作是建立温室气体排放数据库系统，实行重点企业直接报送能源和温室气体排放数据制度，为下一步制定统计、监测、考核办法，建立统计体系等重要工作奠定基础。

在国际上，美国环境保护署（EPA）已于2012年1月17日发布了新的温室气体排放数据库，用于追踪大型设备的温室气体排放[4]。目前，我国也开始建立中国温室气体排放清单数据库的研究，已确定中国温室气体清单数据管理系统的功能和结构设计方案，基本完成数据库管理系统用户界面的功能设计，完成清单查询系统数据库结构、内容和设计格式等，数据库系统建成后将提供给各参与方使用[5]。

通过近十年的省级温室气体清单编制经验的积累，掌握了大量的数据收集方法和排放数据的核算技巧，为下一步工作奠定了良好基础。但由于温室气体的排放源数量大、分布广，各行业的排放系数和排放因子差异很大，传统的数据收集无法满足目前实际情况的快速发展需要。为及时了解温室气体排放情况，为广西碳强度下降指标提供数据支撑和广西建立单位GDP二氧化碳排放统计、监测、监督体系提供技术支撑，建立广西温室气体排放数据库系统已成为广西一项刻不容缓的工作。

广西温室气体排放数据库系统建成后将根据有关部门的规定和温室气体排放数据信息披露的要求，将数据按照不同的划分等级，通过合理授权，为不同用户赋予不同的数据访问权限。比如：普通用户只具有浏览网页和检索数据的权限，数据管理员和系统管理员还可以对数据进行管理以及温室气体排放情况的分析、评价和预测，对外部提供数据交流与共享等。

1　广西温室气体排放数据库系统概况

做好省级温室气体清单编制工作，既是贯彻落实国家和自治区应对气候变化工作部署的要求，也是推动应对气候变化工作、实现低碳发展、落实温室气体排放控制目标的重要基础性工作。

收集省级温室气体清单编制指南中要求的五大领域的活动水平数据和温室气体排放系数[6]是清单编制工作的重要环节，对于收集到的大量基础数据，除编制清单报告为节能减排提供依据外，还可以充分利用使之发挥更大作用。通过建立大数据信息服务模型，使复杂而不规范的活动水平数据和排放因子等数据处理起来更高效便捷[4]，从而实现数据信息横向扩展，在为用户提供数据获取、存储、组织、分析和决策等服务的同时，为其提供常规分析、广度分析、深度挖掘、智能管理、潜力预测等高附加值服务功能[7]。

在此基础上，设计开发广西温室气体排放数据库系统实现对温室气体排放数据的录入、核算、统计和分析，以及清单报告管理等。广西温室气体排放数据库系统的建设是温室气体清单编制的重要基础工作，该数据库的建成，有利于提高温室气体排放量的核算以及保证温室气体清单产品的质量，对提高广西温室气体清单编制水平具有重大现实意义，为温室气体排放企业预警、辅助决策提供支撑。

2 广西温室气体排放数据库系统的设计与开发

2.1 系统架构

广西温室气体排放数据库系统采用基于B/S模式的应用体系架构，如图1所示，以Apache 2.4作为Web服务器，采用Oracle 数据库管理系统，利用PHP 技术和Handsontable组件，按照企业级的应用系统设计模式设计开发。系统由数据库管理系统、应用服务器、业务系统Web端三部分组成，分别构成数据层、业务逻辑层、表示层。

数据库管理系统：数据库管理系统采用Oracle 11 g Enterprise版，数据层的数据存取、数据交换、数据共享和灾备与恢复均基于Oracle数据库技术平台建立。

应用服务器系统：采用Windows Server 2008 R2操作系统，Apache作为Web服务器，应用系统采用基于YII的PHP框架设计开发，并通过服务器完成业务逻辑在应用服务器平台上的部署、运行和维护。YII技术体系是一个高效的框架，其RPS显著优于其他应用框架；YII拥有Web 2.0应用的全部特性，采用MVC设计模式，具有DAO和Active Record功能，而且与jQuery完美结合，具有表单数据输入和验证功能；另外，YII配备了许多安全措施，使得Web应用程序可以有效地防止网络攻击。

Web端：Web端应用采用CSS 3、JS和HTML 5技术设计开发，利用ajax富客户端技术，所有数据查询及展示都在Web端完成，用户无需安装任何本地应用，系统自动升级，实现零安装、零维护。外部系统的接口通过Web Service实现。

图1 广西温室气体排放数据库系统架构图

2.2 开发方法

在整个系统设计开发过程中，利用MVC分析方法，采用YII设计系统，完成模块生成、视图创建和控制设计，为多层结构的客户端、中间层与表现层之间协调应用逻辑。基于数据库访问效率的考虑，使用双重数据访问模式。使用PDO方式执行清单数据综合计算；采用Active Record方式实现基础数据的输入与校验，按照对象关系对应（O/R Mapping），完成清单中各类方法、公式包含的关系型数据与对象模型的映射。使用Handsontable组件实现表单数据的在线输入和清单数据的自动计算，分析数据输入单元与数据库字段的对照关系，优化数据存储以提高系统的响应速度。

2.3 功能模块

广西温室气体排放数据库系统的设计开发主要遵循“使用方便、操作简单”的原则，为更有利于省级温室气体清单的编制，根据《IPCC国家温室气体清单指南》[8]的要求，结合广西实际情况和历年清单编制经验，确定了本地区能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理五大领域的清单编制范围。

能源活动温室气体排放清单编制范围包含二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等三种气体。主要在化石燃料燃烧、生物质燃料燃烧、煤矿及矿后活动、电力调入调出等活动中直接或间接排放。

工业生产过程编制范围包括水泥、石灰、钢铁、硝酸、铝以及电力设备的生产过程，广西不存在电石和半导体的生产。排放气体主要为二氧化碳，在电力设备生产中存在少量六氟化硫的排放，目前仅有一家企业排放。

农业编制范围包括甲烷和氧化亚氮的排放，甲烷主要产生于稻田、动物肠道发酵、动物粪便等；主要产生于农用地及动物粪便等。

土地利用变化和林业编制范围包括生物量碳贮量增加或减少，以及林地转化过程中由于地上生物质的燃烧和分解引起的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮排放。

废弃物处理编制范围主要包括城市固体废弃物、生活污水和工业废水处理、固体废弃物焚烧处理等过程产生的甲烷、氧化亚氮和二氧化碳的排放。

广西温室气体排放数据库系统根据省级温室气体清单编制中五大领域的范围和排放的不同，分别有针对性地设计了不同的功能模块和计算方式，有效提高了省级温室气体清单编制的效率和准确性。

3 广西温室气体排放数据库系统的运行与应用

广西温室气体排放数据库系统在功能上主要分为数据采集、数据管理、用户管理三大模块。

3.1 数据采集

数据库系统的数据采集主要包括对省级温室气体清单编制中五大领域的温室气体排放活动水平数据、排放因子等数据的采集。为了提升用户体验，系统采用了类似Excel的界面设计，有利于用户的操作习惯，方便用户数据录入。在操作界面使用不同颜色标注了不同的功能，其中绿色框是可编辑的数据输入框，土黄色部分不能编辑，主要是计算结果单元、表格的行标题、列标题以及部分备注信息。

在数据录入过程中，由于部分表格列数和行数过多，在同一页面无法完全显示，需要拖动才能进行录入。为避免操作过于繁琐，系统对此部分的数据录入设计了表单样式，用户只需点击相应的行标题链接即可进入表单录入界面，进一步方便用户进行数据录入。

用户录入相应数据后，可点击页面右边的悬浮绿色箭头，即可对数据进行计算和保存，系统便会根据已有的活动水平数据、排放因子自动进行计算，生成温室气体清单总报告。

3.2 数据管理

数据库系统设计了搜索查询、统计分析和清单报告等数据管理模块，方便主管部门对清单数据的管理和应用。

用户可以根据需要通过设置地区、领域、部门、排放量以及年份等条件进行数据查询，包括历史数据、跨地区数据等等，查询结果通过表格的形式呈现给用户；也可根据需要进行数据分析，可以查看各领域排放量的占比情况，各领域各部门排放量情况以及各领域各部门排放量随时间的变化趋势等。

此外，系统设计了清单报告的管理功能。清单编制机构可以在系统中自动生成清单报告数据表格，完成清单报告的撰写后，再通过系统上传并提交给主管部门审阅。主管部门可以在线查看清单报告，对清单报告质量进行审核并给出相应的意见。

3.3 用户管理

为了充分发挥系统的作用，保证用户能够有条不紊地进行使用，系统实现了超级管理员、自治区主管部门、地市主管部门、清单编制机构等不同角色用户的管理，包括用户的增加、删除、修改以及权限的分配等功能。

广西温室气体排放数据库系统目前已应用于省级温室气体清单编制工作，通过2005年、2010年至2020年共12个年度的清单数据的试算，对系统的计算准确性和可操作性等进行了全面测试，得到各类用户的一致好评，同时也提高了广西温室气体清单编制的工作效率和数据的准确性。

4 总结

作为应对气候变化的一项基础性工作，编制省级温室气体清单主要是为了识别出温室气体排放种类及其排放源，厘清各部门各行业领域的排放现状，从而有助于制定控制温室气体排放的政策和措施。广西温室气体排放数据库系统的开发以IPCC温室气体编制规范和省级温室气体编制指南为基础，对广西温室气体排放分各行各领域进行了统计分析，有利于提高清单编制工作的效率以及保证温室气体清单数据的质量。但在系统建设和应用过程中，也发现了一些不足之处，还需在今后的工作进行完善。

一是活动水平数据收集方法有待改善。数据是系统的生命和灵魂，有效的数据是系统能正常工作的前提。温室气体活动水平数据的有效性决定了系统对温室气体排放统计的准确性。由于目前温室气体排放相关数据依赖于各行业部门提供，难以获取准确的统计数据或者具有时效性的数据，对系统的数据录入和检错功能要求较高。因此，系统需更多的数据和不同的环境进行检验，并在实践中不断完善。

二是系统的数据统计分析能力有待提高。建立温室气体排放数据库主要为了方便统计核算各行各领域的温室气体排放量，提高温室气体清单编制的工作效率。在系统建设过程中已经初步设计了统计分析功能，但未能进行更深层次的数据挖掘，在温室气体排放数据可视化方面仍需提高，为进一步控制重点行业和重点企业的温室气体排放，以及地方政府科学分解碳强度下降指标提供数据支撑。

三是排放因子本地化工作有待加强。温室气体清单编制涉及的数据量大、范围广，相关温室气体排放因子的确定需要一个长期的观测和统计过程，系统当前的设计主要采用IPCC推荐的排放因子。在今后的工作中，应尽可能加强排放因子本地化工作，有效体现出温室气体清单的地方特点。

[1] 王贺礼，孙李媛，谢运生，等. 江西省温室气体排放数据库建设方案研究[J]. 江西科学，2015，33(3): 441-444.

[2] 新华网. 习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/ 2020-09/22/c_1126527652.htm，2020-09-22.

[3] 新华社. 政府工作报告——2021年3月5日在第十三届全国人民代表大会第四次会议上[EB/OL]. http://www.gov.cn/ premier/2021-03/12/content_5592671.htm，2021-03-12.

[4] 师华定，王占刚，高庆先，等. 温室气体排放数据库系统设计与实现[J]. 中国环境监测，2010，26(1): 1-5.

[5] 黎永生，史绍亮，吕旷，等. 广西温室气体排放信息服务平台建设研究[J]. 大众科技，2018，20(5): 142-144.

[6] 卞梦凡，高钰婷，郝影，等. 国家温室气体清单编制原则与当前实务[J]. 中国统计，2021(12): 42-44.

[7] 李永江. 温室气体清单编制的思路和基本原则[J]. 印制电路信息，2010(10): 56-59，64.

[8] 胡艳麟，朱齐艳. 《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》(2019年修订版)废弃物卷修订浅析[J]. 低碳世界，2021，11(9): 49-50.

Design and Development of Greenhouse Gas Emission Database System in Guangxi

On the basis of years of provincial greenhouse gas inventory compilation, this paper designs and develops Guangxi greenhouse gas emission database system, which provides a technical platform for inventory data collection, management, audit and report generation in the fields of energy activities, industrial production process, agriculture, land use change and forestry, waste treatment and so on. Through the trial calculation of inventory data in 12 years from 2005, 2010 to 2020, the calculation accuracy and operability of the system are comprehensively tested, which effectively improves the work efficiency and data accuracy of greenhouse gas inventory preparation in Guangxi.

greenhouse gas; database; climate change

TP311.13

A

1008-1151(2022)05-0009-04

2022-02-19

史绍亮（1989－），男，湖南邵阳人，中国科技开发院广西分院工程师、信息系统项目管理师，硕士，研究方向为应对气候变化相关研究、信息系统开发等。