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環保理念 | ENVIRONMENTAL

環境監控的過去，現在與未來

環境監控的過去，現在與未來

發布時間：2014.08.15　　瀏覽次數：

王劍峰林宣雄（寫于2006年7月18日）
（甘肅蘭州環保局信息中心，西安交通大學軟件學院）

1 引言
        進入21世紀以后，環境問題日益成為人們關注的重大問題，對于持續高速發展的中國來說，今后面臨的****挑戰就是環境問題，這一點已為中外環保專家及中國政府官員所高度認知，而且發達和發展中國家都面臨著環境問題，只是程度不同而已，因此環境保護已經成為當今人類社會最重要且最迫切的課題。
        環境監控是環境保護的最重要內容之一，它包含兩個層面的意思：（1）環境狀態的監測和數據采集；（2）污染處理裝置的控制及基于監測數據的污染處置措施（微觀層面，在線聯動式）及防止環境惡化的控制措施和環境管理（宏觀層面，離線離散式）。簡單地說，環境監控就是環境的監測和控制，是環境監測和環境控制管理的綜合。
        環境監控和環境治理是環境保護的兩個重要方面，構成相輔相成的關系，對其作簡單的釋義，可以理解為環境的“診斷”和“治療”，前者貫穿后者的前后，即“治療”前的“診斷”和“治療”后的“診斷”。環境監控起“治療”前的環境狀態診斷和污染程度測度及“治療”后的環境狀態評價作用，從這個意義上來看，沒有環境監控或忽視環境監控的環境治理是不科學的治理，是難以徹底的治理。過去，中國的環境治理不重視環境監控，缺乏環境監控，夸張地說是“江湖郎中”式的治理，因此治理效果不明顯甚至沒有效果，從而招致民怨。
        從過去學術研究來看，中外文獻鮮涉環境監控的內容，國外的學者采用分而治之的方法，即把環境監控分作環境監測和環境控制兩個分支來進行[1]，因而缺乏綜合研究成果。
2 環境監控的系統抽象模型
       基于上述環境監控的定義，可以用如下的模型（圖1）來作系統刻畫。

        從圖1可知環境監控主要是基于環境質量、污染源和生態三大類環境要素的監測和控制，而環境質量主要包含大氣環境質量和流域水環境質量兩個子類；污染源主要是指工業企業污染排放物，包括水、氣、聲、渣四個子類，當然也包含城市生活污水；生態主要包含海洋生態和陸域生態兩個子類。因此，環境監控有相當的展開度，幾乎覆蓋了環境的方方面面。
        在人類發展的漫長歲月中，保護環境的科研活動從未停止，迄今已經研究開發了一系列環境監控分析儀器，分為現場在線分析儀器和實驗室離線分析儀器兩大類。由分析儀器探測并采集環境的元數據，通過自動分析和人工分析獲得環境的真實狀態。
        實時、動態、連續地獲得環境數據就是環境監控的一個重要過程，根據獲得的環境數據進行在線自動控制、分析決策、采取重大環保行動構成了環境監控的完整過程。環境監測本身不是一項簡單的工作，環境控制自然是更復雜的分析決策過程，而綜合起來的環境監控就是一項極為復雜的系統工程，這里牽涉數據采集、傳輸、分析、數據挖掘、數據融合等多方面的、融技術性、智能性和決策性（復雜的群決策）為一體的處理和活動，完全突破了一般技術性系統的“智力”范圍。
        這里引出了環境監控系統概念，它包含三個方面的意思：（1）環境監控純技術系統（采集、傳輸和自動處理）；（2）環境監控的智能分析決策系統（基于各種模型的分析和智能決策）；（3）環境監控的人工延伸系統（和政府其它部門的聯動）。
        那么環境監控和環境監控系統的區別何在呢？簡單地說，環境監控強調的是一個研究的概念，而環境監控系統體現的是一個基于研究的實現系統，強調的是一個實現的概念。兩者密切聯系，不可分割；前者是基礎，后者包含前者。
3 環境監控研發與建設歷史演變的簡單回顧
3.1 環境質量的監測
        環境保護在中國起步較晚，基本上是在改革開放之后才開始的，即上世紀70年代末80年代初，中國政府開始把環境保護確定為現代化建設的一項戰略任務[2],而環境監控研究開發工作主要體現在流域和大氣的自動監測上，即環境監測是從環境質量開始的。83年北京環保局建設了國內第一個大氣自動監測站，86年天津引進法國分析儀器在海河建設了第一個水質自動監測站。當時的布點主要集中在特大城市和省會城市以及嚴重污染江河，屬于試點性質。今天中國的主要流域水質都安裝了自動監測裝置，大氣質量監測已經延伸到縣一級，這一進程差不多花去了20年的時間。
        大氣質量主要監測5項指標：（1）總懸浮顆粒物（TSP）；（2）氮氧化物（NOx）；（3）二氧化硫（SO2）；（4）硫酸鹽化速率（mgSO3/100cm2.堿片.日）；（5）降塵。流域水質主要監測指標有15項：（1）高錳酸鹽指數；（2）COD；（3）氨氮；（4）揮發酚；（5)汞；（6）六價鉻；（7）鉛；（8）鎘；（9）石油類；（10）鋅；（11）坲化物；（12）硫化物；（13）陰離子表面活化劑;(14)溶解氧；（15）PH，其中高錳酸鹽指數、COD、氨氮、溶解氧、PH為常規5參數，根據流域的具體情況，在常規5參數的基礎上可增加2、4、6、8、10個參數，從而監測不同流域的5、7、9、11、13、15個項目，以此來表征不同流域水的質量。
        環境質量監測一般以自動站的方式進行建設。大氣監測選點有講究，監測點位布局要合理，市區一般選擇最高建筑物頂部進行安裝；流域水質監測的點位與布局要根據水流的流向和水流的輸入輸出口分布來選擇確定，流域水質自動站一般蓋有專門的站房，由專人管理。環境質量監測由于由國家或地方政府出資建設，建設和運維資金有保障，而且大氣質量狀況（質量等級和污染指數）信息披露和主要流域水質狀況上報統計有明確要求，因而運轉情況良好，在環境保護中發揮著重要的作用。
3.2 污染源在線自動監測
       環境質量不是孤立形成的，它們主要是由工業污染排放物（工業污染源）復合形成的，工業污染排放是“因”，環境質量是“果”，從這個意義上來說，環境質量的監測離不開污染源的監測，大氣和流域環境質量的好壞主要是由“點源”（污染源）決定的，“點源”對其貢獻****，當然特定的“線源”和“面源”（如農業面源）也有相當的貢獻。在環境質量監測取得經驗的基礎上，1997至2000年國家環境監察（當時是環境監理）開展了轟轟烈烈的污染源在線自動監測工作，從小試、擴大試到全面推開，迄今走過了八九年的艱難過程，2006年國家環�？偩诸C布了“污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準hj/t212-2005”(行業標準)[3]，標志著這項工作的新思路、新起點，起到了峰回路轉的效果。
       由于先天不足，污染源在線自動監測走了很多彎路，當然也有其創新之處。與環境質量監測建設由國家或地方政府撥款不同，污染源在線自動監測建設的經費主要由污染企業支付，有的地方由當地政府出部分啟動引導資金，大部分還是要落到企業頭上。由于相應的法律法規沒有跟上，企業更無須考慮環境成本，因而企業極其抵觸，不愿出資或拖延出資，不愿用進口分析儀器，甚至寧選劣質產品，企業以“花錢買手銬”的心理強烈反對在其排放口安裝在線自動監測裝置。污染源在線自動監測走的路線恰好與環境質量監測走的路線相反，后者是先進口后國產，前者是先國產后進口，因而走彎路也就正常了。此外，環境質量監測由確定的職能部門（監測站）負責管理，而污染源在線自動監測則沒有明確的職能部門負責管理（雖然通常由環境監察部門負責建設，但通常沒有專人負責管理和運行維護），社會化第三方運維也沒有及時跟進，況且污染源點多面廣、數量大，因而用不起來、用不好就是很自然的事情了。污染源在線自動監測成功案例不多，整體效果不好，行業付出了沉重的代價。國家環境監察在污染源在線自動監測建設之初就提出市場化運作思路是值得肯定的，是創新之作，也是今后必經之路。
3.3 生態監測
       污染源復合形成并決定環境質量，而生態則是由污染源、環境質量復合而成，即污染源的狀況和環境質量決定生態質量。在環境質量監測、污染源監測的基礎上，21世紀之初提出了生態監測，但是如何搞不清楚，是世界性難題。研究探討性較多，實施性系統少見或幾乎不見。從概念和具體可操作性上來說，生態監測主要集中在濕地、海洋紅樹林、植被、物種等監測上，自動化手段不多，觀察性分析性工作較多。生態監測有專門的部門負責，只是缺乏方法和手段，經費由政府出，其監測的規�；捎诔晒Π噶械娜狈Χ邢�。
3.4 環境監控中心的提出和建設
3.4.1 環境監控中心建設概況
       環境質量監測、污染源在線自動監測和生態監測都與具體的部門相關聯，就是說這樣建立起來的系統都是部門業務系統，是基于部門的而不是基于環保局的，應用是局部的，沒有基于網絡的共享，因而研究和系統建設僅限于監測（采集數據，分析），而達不到監控水準。
       2002年以后，環境監測（控）工作開始得到重視，其標志就是環境監測（控）工作不僅僅從一部門或幾個部門的業務來考慮，而是強調基于網絡的共享，重視了基于信息流的工作流，開始把基于部門的、部門橫向間不共享的、具有明顯信息孤島特征的業務系統統合起來考慮，體現了明顯的信息化味道，這時陸續提出了環境監控中心的概念，有些零星不系統的研究和探索開始見諸于論文和實際的系統[4]，2003年成都市環保局由一把手局長掛帥建設了********個環境監控指揮中心。當然這時“控”的內容很少、很弱，但已經把“控”作為一個目標來追求了，而到了今天，環境監控概念已經被大家所接受，研究活動也空前活躍，在全國陸陸續續建設了規模不等、內涵不同的一系列環境監控中心，如浙江嘉善、武義縣一級環境監控中心，在建并即將完成的的安徽銅陵地市級環境監控中心，在建不久將完成的甘肅蘭州、已建的河南鄭州、山東濟南等省會城市級環境監控中心，以及在建的安徽、已建的福建省級環境監控中心等，在全國形成了諸侯紛爭、百花齊放的局面，并且上升到環境監控應急指揮的形態，當然由于環境監控研究不充分、實踐不足，存在良莠參雜是很自然的，不過現在應該是總結分析提高的時候了，否則浪費財力，更形不成全國環境監控信息板塊。
3.4.2環境監控中心邏輯結構
       環境監控的研究不充分，實踐不足，因而導致全國已建的環境監控中心內容各異，但總結分析解剖一下，可得到抽象的、一般的邏輯結構（圖2）。圖2描述了基于當前技術水準、反映環境監控需求水平的環境監控中心結構和層次組成，從一個側面體現了目前環境監控的研究和實踐水平。
       從圖2可以看出，完整、全功能的環境監控中心至少有六層，涉及數據采集、傳輸、加工處理、監控平臺、決策指揮、現場執法等，構成一個大循環，體現了一定程度的閉環控制（系統內控）和開環控制（環保人員作用于環境）。從圖2還可以看出，環境監控中心融合了兩種最重要的業務數據，即環境質量數據（環境監測業務數據）和污染源數據（環境監察業務數據或現場執法數據），這兩種數據是環境信息化的最基本、最重要的數據（元數據），而其他數據則主要是從這兩類數據派生、衍生出來的。

                                                 圖2 環境監控中心邏輯結構

3.5 幾點總結
       環境監控研發建設歷史不長，走過很多彎路，從原來無規劃的試點性質逐漸走到今天的規�；�、標準化，從原來的單一業務發展到目前今天的綜合業務，從過去的簡單行政強制統一到今天的根據地區的差異的分類指導，從過去蜂擁而上到今天的理性分步的有計劃實施，付出了不小的代價，也理性了不少。
1.標準化是必經之路
信息化強調標準，沒有標準就沒有信息化，更構不成信息化板塊，環境監控是環保信息化的重要內容，在遵循通用的國際國內標準之外，必須有自己的行業標準，否則難以實現信息的廣泛共享，難以實現跨界監控（跨行政區域，跨流域）。
2.多業務的綜合的共享系統才能真正發揮作用
環境監控要納入環保信息化、數字環保的總體框架去考慮，不能沒有規劃，各自為政隨意而為，如果那樣必然會形成一個個信息“孤島”，避免不了“另起爐灶”、推倒重來的命運，造成信息化的嚴重浪費。
3.建設、應用和管理同樣重要
環境監控（中心）的建設是基礎，應用是關鍵，運行維護管理是保障，三者不可偏廢，有的地方只看重建設，輕應用，更忽視運行維護管理，從而出現建起來沒人用，或者建設不久系統便不能用，從而沒有實現系統的效用。
4.環境監控是領導工程
環境監控涉及復雜的技術和行政協調，沒有環保局重要領導的領導決策協調，難以打破部門利益的阻礙，從而保障項目的順利進行。
5 環境監控的發展趨勢
        在中國經濟持續高速發展、挺身進入世界第四經濟體的新形勢下，環境問題更加突出，只追求經濟發展的歷史欠賬日益表面化，并且日益威脅到人們的日常生活，因而環境監控日益得到重視，研究走向更寬更深，借鑒國外、其它行業經驗的開發也進步成熟不少，國家及各級地方政府投入更多的資金，國外一些公眾、私人基金也愿意加入到中國的環保中來，一些大公司也挺身進入環保領域，環保信息化、環境監控空前走熱，預示著在中國環保信息化、環境監控會有一輪新的大發展。
        那么環境監控今后會朝什么方向發展呢？或者說會有怎樣的走勢呢？根據對當前環境監控建設的現狀和研究開發的動向分析，以及中國環保新形勢對環境監控要求分析，我們認為中國的環境監控會朝著環保大系統的方向發展，形成一個以環境監控為核心的環保信息化大系統，從而在新形勢下發揮重要作用。
        圖3給出了環保大系統的邏輯框架。從圖中可以看出，環保大系統有三個層次（三大塊）：（1）實時環境監控基礎設施（由分析儀器和實時數據采集系統構成）；（2）環保信息化綜合平臺；（3）以綜合平臺為共享載體的、包括監控中心、舉報投訴中心、應急指揮中心、業務中心和數據中心的現代環保大系統技術業務體系。

                                         圖3 環保大系統邏輯框架

    以環境監控為核心的環保大系統代表了潛在的環保需求，符合新形勢下環保對環境監控的要求，可以在環境保護中發揮重大作用，因而可以毫不遲疑地說，環保大系統是環境監控的發展大趨勢。當然換這樣的環保大系統還存在技術上的難題，但是完全可以攻克的。
    中國的環境監控不久會迎來一個全新的格局。

1 Fryinger,Steven P.An integrated environmental information system (IEIS) for corporate environmental management,2001,5(4):361-367
2 國家環境保護局.中國環境保護21世紀議程，北京：中國環境科學出版社，1995
3 國家環�？偩�.污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準hj/t212-2005，2006
4 王橋，徐富春主編.環保信息技術與應用，北京：化學工業出版社，2004

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