水污染防治技术信息网格建设研究

熊 锋

（苏州苏水工程设计咨询有限公司，江苏 苏州 215000）

引言

近年来，在生态文明思想指导下，各行业诸领域普遍加强了水环境影响评价与水污染防治工程项目竣工环保验收工作，并取得了一定成绩。但是，由于水环境治理中的技术信息共享机制较差，各地区在实际开展水环境治理时，逐渐出现了对水污染技术信息网格建设的需求。当前，中国式现代化改革有必要依托统一大市场提供的便利条件，一方面借助信息网络的建设参与全球同行业竞争，另一方面在竞争过程中需加强相关知识产权的创新及发展。

1 水污染防治技术信息网格建设的必要性

1.1 从市场竞争分析

我国环境管理工作具有起步晚、发展速度快、规模大等基本特点，从国内市场竞争的角度看，环保企业规模越大，其竞争优势越强。但是，在统一大市场条件下，竞争内容发生了根本性变化，主要集中在“定价权”竞争和“供应链”竞争方面[1]。具体而言，在前一种竞争方面，这类企业需要加强知识产权创新才能真正参与到对行业体系管理标准制定权的争夺之中，目前的知识产权创新重点集中在水污染防治技术的创新层面；在后一种竞争方面，单独的企业竞争优势并不明显，需要从环保行业出发，结合供应链把上游、中游、下游企业关联起来，加强供应链竞争，提高整体竞争优势，为单独企业参与竞争提供保障。尤其是国际市场的供应商与上游企业联合开发水污染防治技术后，向国内市场输入的设备、技术等，具有一定的垄断性，我国企业在供应链诸环节的可营利空间相对较小。因而无论从知识产权创新，还是扩增或营利空间看，当前均需加快水污染防治技术信息网络建设工作。

1.2 从产业升级分析

目前，在中国式现代化改革中明确了生态产业化与产业生态化的升级方向，各行业企业在该转型方向指引下，为了更好地实现节能减排、环境保护、产出综合效益，始终需加强环境信息系统建设，推进行业信息资源共享[2]。具体而言，2018年至今，在我国水环境技术信息化建设过程中，重点集中在水环境管理决策支持系统上，包括流域水环境管理、防洪决策等。从实践经验看，已产生了多种研究成果。例如，长江防洪决策支持系统、黄河防洪防凌决策支持系统、太湖流域防洪决策支持系统，以及针对水环境的环境影响评价和预测预警管理等。从笔者对相关知识的自主学习、同行交流及工作经验看，在当前数字孪生平台建设中应用“三库体系”（数据库、模型库、知识库），能够达到预期的信息化建设目标。各行业企业应在此基础上，结合产业升级需求，在技术赋能路径下持续推进水污染防治技术信息网络建设工作。

2 水污染防治技术信息网格的构建与实现

水污染防治技术信息网格建设工作，主要是为了把所有节点数据关联起来，使相关人员可以从每个节点访问整个信息网格中的其他节点数据，以更好地推进水污染治理[3]。从我国部分地区的区域信息网格建设经验看，构建与实现高质量水污染防治技术信息网格可以起到三重作用：（1）推动水污染防治技术创新，并在知识产权创新路径下，使我国企业在供应链竞争中扩增国内环保企业的可营利空间。（2）使国内水污染治理技术评估标准化，进而健全现有技术评估机制。（3）在信息网格建成后把参建各方（包括环保部门、环保咨询机构、各行业企业等）统一纳入信息网格平台“应用层”，形成供应链竞争优势。同时，借助信息网格平台建设，创建水污染防治技术共享机制，为参建各方决策提供科学依据等。本文将分别从数据集建设、信息网格虚拟组织、信息网格中心节点、异构节点共享方式、信息访问安全策略五个方面，对其构成及实践内容做出具体分析。

2.1 数据集建设

2.1.1 综合信息数据

水污染防治技术信息网格建设的基础数据，从数据资源结构看，主要包括：（1）企业综合信息数据；（2）生产工段技术数据；（3）废弃物处理技术数据；（4）某些行业特性表数据。通常情况下，把前三种数据资源同构后可充当“核心基础表”，满足大部分行业需求。同时，将最后一种数据资源作为特殊行业所需特殊表。例如，医药行业废水处理设施及设计参数数据集、废水处理单元净化效果数据集；再如，腈纶行业装置物料平衡数据集、装置水平衡数据集等。建议在数据集建设方面，根据上述数据资源结构，先编制企业总体概况表、企业环保概况表、其他节能减排措施表、生产工段信息表等，这样做有利于将综合信息数据表单化，为后续数据集的应用、处理等提供必然条件。

2.1.2 水污染防治技术数据

水污染防治技术数据重点放在对污染数据集的建设方面，由于废弃物中的废水、废气、固体垃圾，均属于水污染治理范畴，因而建议在实际的水污染防治数据集建设阶段，尽可能分门别类地建立一张或多张废弃物处理技术表，如废水处理技术数据集、废气处理技术数据集、固废处理技术数据集等，使污染防治技术数据表更加全面。尤其在部分特殊行业中，应根据某些行业的实际情况，先制作常用的表单，再结合行业特殊性增加其他数据集。具体操作时，一般使用EXCEL表、XML表，或者在技术条件允许的情况下选择SQL数据库技术建立数据库，加强数据关联分析，提高污染防治技术数据集建设质量。

考虑到我国现阶段水污染防治信息网格建设现状，建议实践中先选择典型水污染行业，再对应水污染防治技术确定相关的主流元数据标准，进而在元数据基础上将所有表单整合到一张“元数据基本信息表”中[4]。例如，部分地区已经应用的BAT特征信息表与子信息表、ETV元数据表等，均能够保障数据资源结构的完整性与应用时的有效性。需要指出的是，信息表中包括了若干数据集，编制此类表单时，工作人员应提前做好水污染防治要素清单的编制，并一一检查水污染防治指标，确保编制的表单内容满足全面性要求。

2.2 信息网格虚拟组织

数据集建设工作是水污染防治技术信息网格构建与实现的必要条件，在此基础上应进一步构建信息网格虚拟组织并保障其实施。通常而言，工作人员在设计虚拟组织的过程中，应对相关单位的管理体制进行具体分析，兼顾各节点数据资源单独管理意愿，进而设计适用性较高的组织。例如，在当前阶段，工作人员可以选择Local LDAP把节点元数据存放起来，再根据实际区域（如国家、省、市等）将其组织到同一个Global LDAP中，这样做可以实现各节点数据之间的关联，达到数据共享要求。以我国为例，把中国环境科学研究院节点作为Global LDAP主节点，将它与其他子节点关联后可建立所需的虚拟组织（如图1）。具体关联中每个节点选择Information Grid Service作为支撑技术，利用其中的动态地组建或撤销（Register Agent/Unregister Agent）功能，并在设置好节点访问权限的前提下，实现主节点对子节点的直接动态调用与控制等。

图1 水污染防治技术信息网格虚拟组织示意

2.3 信息网格中心节点

按数据集→信息表→数据库建设思路，可以在元数据基础上，将所有信息表编制成数据库。例如，在信息网格中心节点方面可选择如下技术：（1）门户网站集成技术；（2）目录服务技术；（3）计算机可视化技术；（4）数据库技术；（5）地理信息系统等。然后，在建立数据库时，根据实际的水污染防治需求选择最佳的可行技术，并结合相关标准（环境标准、排放标准）与要求（如政策法规、设备与装置、示范工程等）等创建所需数据库。最后，建立网上发布机制，并设置相关的查询、检索、咨询等服务功能，使信息网格中心节点构建后，满足新时期达标排放与节能减排需求。

首先，主节点控制主体应包括政府部门、科研机构、企业、公众，将其设置为应用层。

其次，水污染防治系统方面，应纳入BAT技术推广系统、ETV技术认证推广系统、技术共享系统、设备装置信息系统、流域突发事件预警方案系统、示范工程系统、决策支持系统、专家在线系统、社会经济信息系统、流域基础地理信息系统等，并将其分为两大系统：（1）网格虚拟数据库管理系统（Information Grid Service）；（2）主节点附属数据库管理系统（Web Service）[5]。

再次，在前一个系统下设置污染防治技术信息网格部分，构建以数据库层（BAT、ETV、污染防治技术、非结构化污染防治技术资料）→注册/调用→虚拟化软件层（信息网格中间件）→查询（统一接口）/调用→网格虚拟数据库管理系统层→应用层为主的系统架构。在后一个系统下设置主节点附属的其他Web Service功能模块，具体设置以流域数据库层（流域水环境、地理信息及其他子课题数据库等）→水污染防治数据库（如非结构化数据资料、示范工程、设备装置、政策法规、突发事件、环境标准与排放标准等）→查询/调用→主节点附属数据库管理系统层→应用层为主的系统架构。

最后，通过通讯关联使两大系统之间形成关联与互动，保障信息网格中心节点系统在一个“大平台+小系统”框架下获得有效应用。

2.4 异构节点共享方式

水污染防治技术信息网格建设完成中心节点设置后，一方面需对其中没有建立元数据的个别水污染防治技术数据库节点进行标准化处理，另一方面应遵循已建元数据标准，确保其他水污染防治技术达到相关标准要求。通常情况下，为了确保异构节点能够适用已建元数据标准，应选择数字孪生技术保障异构元数据获得共享。

例如，部分地区应用Mobile Agents与元数据映射技术后，可以满足异构节点共享要求。假定中国环境科学研究院为主节点，元数据异构节点为A、B，此时可以将主节点与A、B子节点关联起来，实现元数据异构节点间的共享[6]。具体而言，元数据异构节点A、B中，均包括四个部分：（1）Register Agent；（2）Judge Agent；（3）Mapping Agent；（4）LDAP Agent。其中，Mapping Agent中的原Local LDAP和副本Local LDAP之间存在映射关系，元数据字段映射模块与字段转化模块之间存在共享关系，此时可以利用该功能实现原节点对副本节点的调用、修改、复制等操作，实现主节点元数据与异构元数据之间的同构目标。

2.5 信息访问安全策略

水污染防治技术信息网格建设工作完成后，需要配套设置信息访问安全策略才能确保其安全运营。目前，通常采用两大步骤达到安全管理目标。第一个步骤是进行身份评估，具体操作时可以利用Globus安全基础设施方案，在安全委托条件下设置SSL协议并进行扩展，确保本网格系统中大平台与小系统之间的有效关联。具体操作时，建议设置安全代理，一方面减少用户数量，另一方面通过代理创建安全信任链，提高其安全性。第二个步骤是开展访问控制评估，主要对实践主体的权限进行全面评估与控制。例如，通常条件下可以把水污染防治技术分为若干等级，再根据知识产权分类划分成公开查询、不允许公开查询等。目前，应用LDAP时自带有一个访问控制安全模型，并结合访问控制列表（Access Control List，ACL）实现对相关访问的控制等。

3 水污染防治技术信息网格后续建设策略

3.1 以国内市场为例

现阶段，我国水污染防治技术信息网格建设处于初级阶段，尚没有实现信息化管理向数据化的转型升级。在这种现实条件下，建议实践主体设置短期目标、长远目标，一方面以数据集建设→信息网格虚拟组织→信息网格中心节点→异构节点共享方式→信息访问安全策略为主要技术路径落实短期目标，先完成“大平台+小系统”的建设工作。另一方面在国际-国内市场双循环条件下，为其后续推广应用做好预留工作。从全球同类市场的实践经验看，大多数国家会选择两种预留方式：（1）直接预留接口，与其合作国家或地区签订合同后，通过网络关联方式将其系统接入到该平台。（2）委托服务预留，不直接预留接口，而是采用“云服务”方式打包相关技术，以第三方服务机构的形式向委托对象提供相关服务，包括水污染防治信息网格平台咨询服务、建设服务、运维管理服务等。

3.2 以国际市场为例

我国在水污染防治信息网格建设方面，随着后续技术的发展必然会出现与国际间共享水污染防治技术的问题，在这种情况下，既要考虑到统一大市场中的竞争与合作，又要从知识产权创新的角度探索适用于中国环保行业、环保企业参与同行业竞争与合作的方式，预防吃力不讨好、技术泄漏等风险。从当前其他国家的实践经验与本土市场对未来的展望看，国际间共享污染防治技术信息网格建设任重而道远。首先，我们要加强对国际异构主节点间元数据同构的研究。例如，我国要调用A国的元数据，此时牵涉到中国主节点与A国子节点的关系研究，中国主节点设置好后应明确中国从“中转节点”（相当于中国设置在A国有根节点）调用技术本身的现实情况。其次，应构建国际水污染防治技术信息网格虚拟组织，此时需充分研究中国与其他国家之间的跨国建构主节点对等关系、特殊根节点设置情况等，确保设计方案能够满足相互合作时的安全性、适配性等。例如，应用基于Mobile Agents跨国资源调用系统时，可以在系统中生成一个Security Agent，再通过完成任务后的“毁灭”确保传递安全证书的有效性。然后，将Query Agent发向Global LDAP，筛选相关元数据信息，并通过自我复制方式向用户反馈与汇总，用户判定所需信息后进行数据调用。具体操作时，用户可以通过购买与免费服务两种方式使用。例如，在离线方式下或在线方式下，直接免费使用部分基础功能，或者直接购买所需的具有知识产权的技术等。

4 结语

总之，水污染防治技术在现代水环境治理工作中始终发挥着不可取代的作用，在新时期水环境高质量建设与水污染高水平防治过程中，建议各行业诸领域结合市场竞争、产业升级，认真分析建设相关信息网络的必要性，并在此基础上做好本土市场的信息网格构建与实现工作。考虑到统一大市场中两大市场的双循环与双流通有所加快，建议在后续建设过程中，一方面立足国内市场，完善其信息网络，扩大技术要素配置比例；另一方面将国内市场与国际市场关联起来，为后续水污染防治技术的推广应用等奠定坚实基础，并尝试探索基于知识产权售卖之路的新型营利模式等。