大數(shù)據(jù)與水土保持監(jiān)測

衣 強

(河南省水土保持監(jiān)督監(jiān)測總站,450008,鄭州)

大數(shù)據(jù)與水土保持監(jiān)測

衣 強

(河南省水土保持監(jiān)督監(jiān)測總站,450008,鄭州)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我們已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時代。各行業(yè)領(lǐng)域擁有或采集獲取的海量數(shù)據(jù),都可稱為大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)具有海量、多樣、快速和應(yīng)用價值高等特點。水土保持監(jiān)測是一項重要的基礎(chǔ)性工作,發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù),有助于探索和發(fā)現(xiàn)水土流失發(fā)生發(fā)展的規(guī)律,實現(xiàn)科學(xué)預(yù)測,為生態(tài)決策從經(jīng)驗決策、量化決策向大數(shù)據(jù)決策轉(zhuǎn)變提供支撐。在發(fā)展大數(shù)據(jù)的問題上,要認(rèn)清其尚處于初級階段,存在一定的困難和挑戰(zhàn),要在全面推進(jìn)監(jiān)測工作的基礎(chǔ)上,適時制訂大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃,有計劃、有步驟的開展探索與研究,找到適合的大數(shù)據(jù)解決方案,真正實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用。

大數(shù)據(jù)；水土保持；監(jiān)測；預(yù)測；決策

當(dāng)前世界正處在一個數(shù)據(jù)量爆增的時期,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步突出表現(xiàn)出2方面技術(shù)的發(fā)展:一是數(shù)據(jù)存儲技術(shù)不斷提高,存儲容量已經(jīng)擴展至 PB (Petabyte,拍字節(jié))甚至更高級別[1]；二是云計算技術(shù)發(fā)展與成熟,使我們可以存儲、分析和應(yīng)用比以往更大規(guī)模的信息和數(shù)據(jù)[2]。這些變化都顯示我們進(jìn)入了一個大數(shù)據(jù)時代。

1 大數(shù)據(jù)

1.1 大數(shù)據(jù)的概念

發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù),首先需要了解什么是大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)這個詞最早出現(xiàn)于著名未來學(xué)家阿爾文·托夫勒1980年出版的《第三次浪潮》一書中。2009年隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展普及,網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長,大數(shù)據(jù)成為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的流行詞；而現(xiàn)在所說的大數(shù)據(jù)已不僅僅是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù),廣義上各行業(yè)領(lǐng)域擁有的或采集獲取的海量數(shù)據(jù),都可稱為大數(shù)據(jù)[3]。

1.2 大數(shù)據(jù)的特點

大數(shù)據(jù)具有海量、多樣、快速和應(yīng)用價值高等4個特點。

1)海量,即數(shù)據(jù)規(guī)模大,包括2層含義:一是數(shù)量大,較之?dāng)?shù)據(jù)采集、傳輸和存儲技術(shù)不發(fā)達(dá)時期的數(shù)據(jù)量來說,規(guī)模和數(shù)量巨大；二是信息量大,指數(shù)據(jù)反映的信息量大,信息量已不是少量樣本數(shù)據(jù)反映的部分信息,而是更加接近總體數(shù)據(jù)反映的信息[4]。

2)多樣,即數(shù)據(jù)類型的多樣性,一個大數(shù)據(jù)集可能包含一種或多種數(shù)據(jù)類型。

3)快速,指獲取、生成數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)化的速度快而且連續(xù)；傳感、采集等電子技術(shù)的發(fā)展,使人類感知、測量事物的能力大大提高；現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲與其感知、測量的對象之間的時間差距已經(jīng)縮短至分鐘級,甚至是秒級。

4)應(yīng)用價值高,指大數(shù)據(jù)除自身具有很高的應(yīng)用價值外,與其他相關(guān)的大數(shù)據(jù)集經(jīng)過重組、擴展和交叉利用,也能夠產(chǎn)生除自身價值以外的其他價值[5]。

1.3 大數(shù)據(jù)思維和相關(guān)關(guān)系分析

大數(shù)據(jù)思維是人們科學(xué)運用大數(shù)據(jù),實現(xiàn)其價值而開展的邏輯思維,是一種意識。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是通過思維加技術(shù)來實現(xiàn)的,其中大數(shù)據(jù)思維是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心[6]。大數(shù)據(jù)正在改變我們的思維方式,讓我們更加重視相關(guān)關(guān)系的分析,然而重視相關(guān)關(guān)系不等于放棄因果關(guān)系分析,畢竟探索和發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律和本質(zhì)依然是我們的最終目標(biāo)[7]。

1.4 大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來,大數(shù)據(jù)作為一種新型戰(zhàn)略資源,已經(jīng)引起世界各國政府、科技界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注[8]。2012年美國啟動了《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃》,提出了大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略,并開展相關(guān)研究[9]。繼美國之后,世界不少國家和組織也陸續(xù)提出了大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。

在行業(yè)應(yīng)用方面,大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、通信和金融等行業(yè)應(yīng)用較為成熟,其他行業(yè)也在陸續(xù)開展大數(shù)據(jù)研究及其應(yīng)用工作[10]。谷歌成功預(yù)測美國冬季流感就是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的經(jīng)典案例,2009年谷歌通過分析5 000萬條美國人最頻繁檢索的詞匯和美國疾病中心2003—2008年間季節(jié)性流感傳播時期數(shù)據(jù)比較,在建立特定的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,成功預(yù)測了2009冬季流感的傳播情況。2014年世界杯,德國足協(xié)應(yīng)用SAP大數(shù)據(jù)方案,綜合分析競賽對手技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù),并據(jù)此制定應(yīng)對策略,成為德國隊奪得世界冠軍的“秘密武器”,這也是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的成功案例。

我國大數(shù)據(jù)應(yīng)用與研究起步較晚,但已引起社會高度重視,特別是黨在“十八大”提出的“新四化”戰(zhàn)略,標(biāo)志著國家信息化建設(shè)和大數(shù)據(jù)研究應(yīng)用已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略,國家發(fā)展改革委員會、工信部等部門正在加快大數(shù)據(jù)核心技術(shù)研究應(yīng)用,以充分利用大數(shù)據(jù)這一戰(zhàn)略資源[11]。行業(yè)應(yīng)用方面,國內(nèi)的銀行、保險、電信和電商等行業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用,為了挖掘巨大社會價值和商業(yè)價值,國內(nèi)其他行業(yè)也在積極開展大數(shù)據(jù)研究應(yīng)用工作。

2 大數(shù)據(jù)與水土保持監(jiān)測

水土保持監(jiān)測是一項重要的基礎(chǔ)性工作。監(jiān)測的主要目的是查清水土流失現(xiàn)狀,科學(xué)評估水土保持效益,發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)中影響水土流失的關(guān)鍵因素,為科學(xué)研究提供基礎(chǔ)資料,為政府決策和監(jiān)督治理提供依據(jù),為廣大民眾提供水土保持生態(tài)服務(wù)等[12]。

當(dāng)前,我國水土保持工作正在向預(yù)防監(jiān)督動態(tài)化、綜合治理精細(xì)化、監(jiān)測評價即時化和信息服務(wù)的全面有效的方向發(fā)展[13]。這需要大量的、多類型、多層級、長時序監(jiān)測數(shù)據(jù)來支撐,在水土保持監(jiān)測中發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù)有利于實現(xiàn)這一目標(biāo)。

2.1 發(fā)展大數(shù)據(jù)的前提條件

發(fā)展大數(shù)據(jù),首先需要形成不斷擴充和累積的海量數(shù)據(jù)。水土保持監(jiān)測工作就是長期連續(xù)采集和獲取水土保持相關(guān)信息數(shù)據(jù),其任務(wù)和內(nèi)容主要包括水土流失影響因子監(jiān)測、水土流失狀況監(jiān)測、水土流失危害監(jiān)測和水土保持措施及效益監(jiān)測等4方面；通過監(jiān)測能夠持續(xù)不斷地形成海量的結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù),使形成監(jiān)測大數(shù)據(jù)成為可能[14]；發(fā)展大數(shù)據(jù)最終目的是管理、分析和應(yīng)用大數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有助于人們探索事物發(fā)展變化的規(guī)律,實現(xiàn)科學(xué)預(yù)測[15],這與水土保持監(jiān)測綜合分析應(yīng)用監(jiān)測數(shù)據(jù),實現(xiàn)科學(xué)預(yù)測和決策支撐的目標(biāo)相契合——發(fā)展應(yīng)用大數(shù)據(jù)有助于水土保持監(jiān)測目的的實現(xiàn)。

2.2 發(fā)展大數(shù)據(jù)的良好基礎(chǔ)

2011年,全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)工程順利完成,已建成1個部監(jiān)測中心,7個流域機構(gòu)監(jiān)測中心站、31個省(自治區(qū)、直轄市)監(jiān)測總站、175個監(jiān)測分站和736個監(jiān)測點,配備了數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸?shù)仍O(shè)備,依托水利信息網(wǎng)基本實現(xiàn)了互聯(lián)互通,初步形成覆蓋我國主要水土流失類型區(qū)的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[16]。

在數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)建設(shè)方面,監(jiān)測中心建成了全國水土流失、生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持管理和水土保持生態(tài)建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫。通過全國動態(tài)監(jiān)測與公告項目,在國家級水土流失重點防治區(qū)在不同尺度的水土流失和水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫。各流域機構(gòu)、省(自治區(qū)、直轄市)也建成了相應(yīng)的水土流失和水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫。隨著監(jiān)測工作的推進(jìn)和重點項目的持續(xù)開展,這些數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷增加。

全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立和運行,監(jiān)測工作不斷推進(jìn)和重大監(jiān)測項目的持續(xù)開展,水土流失和水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷增加,為發(fā)展水土保持監(jiān)測大數(shù)據(jù)打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù)的幾點思考

近幾年,通過在其他行業(yè)、領(lǐng)域的應(yīng)用,我們必須清醒地認(rèn)識到,大數(shù)據(jù)研發(fā)尚處于初級階段[17],在以下3個方面還存在困難與挑戰(zhàn):1)足夠豐富和開放的數(shù)據(jù),是大數(shù)據(jù)形成基礎(chǔ),需要高效全面數(shù)據(jù)采集體系和完善的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)來支撐,同時需要一個良性發(fā)展的數(shù)據(jù)共享生態(tài)系統(tǒng)；2)強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力需要構(gòu)建先進(jìn)的信息軟件平臺和科學(xué)分析算法,提升數(shù)據(jù)處理分析能力,才能真正實現(xiàn)行業(yè)大數(shù)據(jù)分析；3)大數(shù)據(jù)決策和應(yīng)用需要與之配套的管理模式和運作方式,這是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要保證。因此,在水土保持監(jiān)測發(fā)展大數(shù)據(jù)的問題上,要冷靜對待,認(rèn)真思考,在全面推進(jìn)監(jiān)測工作的基礎(chǔ)上,適時發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù)。

2.3.1 制訂合適的大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃 發(fā)展和應(yīng)用大數(shù)據(jù),必須制訂相關(guān)的發(fā)展計劃。在深入研究和科學(xué)分析的基礎(chǔ)上,制訂適合監(jiān)測工作發(fā)展需要的大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃,才能有計劃、有步驟地探索出適合監(jiān)測工作的大數(shù)據(jù)解決方案,最終真正實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用[18]。發(fā)展計劃要與水土保持部門制定的監(jiān)測規(guī)劃、信息化建設(shè)規(guī)劃相適應(yīng)。

2.3.2 加強監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)和信息化建設(shè) 監(jiān)測站網(wǎng)是水土保持監(jiān)測工作的基礎(chǔ),是監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要來源。監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享、管理與應(yīng)用需要相應(yīng)的信息化平臺。推進(jìn)監(jiān)測工作,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用,需要加強監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)和信息化建設(shè):1)要進(jìn)一步優(yōu)化站網(wǎng)布設(shè),開展規(guī)范化、現(xiàn)代化建設(shè),全面提升站網(wǎng)監(jiān)測能力,建成適合經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；2)在水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上搭建一個信息數(shù)據(jù)傳輸、存儲、應(yīng)用和共享的信息技術(shù)平臺,建設(shè)完善水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫,構(gòu)建水土保持?jǐn)?shù)據(jù)中心[19]。

2.3.3 提升監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和信息數(shù)據(jù)提取能力提升監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和信息數(shù)據(jù)提取能力,才能逐步實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理的快速高效。1)提高監(jiān)測設(shè)備自動化水平,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的實時高效。當(dāng)前監(jiān)測站網(wǎng)的監(jiān)測設(shè)備自動化程度不高,數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸幧形磳崿F(xiàn)自動化、系統(tǒng)化,監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、分析的時效性低,迫切需要提高監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)采集、處理的自動化；2)提高遙感影像等信息源數(shù)據(jù)提取能力,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速提取,隨著我國遙感技術(shù)不斷提高,遙感影像時效性不斷增強,提高水土保持相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)提取能力,才能提高這部分監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性。

2.3.4 促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和綜合應(yīng)用 水土流失過程復(fù)雜,影響因素多,大數(shù)據(jù)分析需要綜合應(yīng)用多方面海量數(shù)據(jù),促進(jìn)包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、水文水資源等行業(yè)、部門的數(shù)據(jù)共享和綜合應(yīng)用,才能真正實現(xiàn)監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用[20]。

2.3.5 開展大數(shù)據(jù)探索與研究 在區(qū)域、中等流域,圍繞監(jiān)測數(shù)據(jù)快速采集獲取、數(shù)據(jù)集成和大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用與分析等內(nèi)容開展探索與研究,有助于找到適合水土保持監(jiān)測的大數(shù)據(jù)解決方案,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

3 結(jié)束語

當(dāng)前,發(fā)展大數(shù)據(jù)是各行各業(yè)共同關(guān)注的熱點問題。如何通過大數(shù)據(jù)技術(shù),全面、有效地推動水土保持事業(yè)的快速發(fā)展,是我們面臨的問題和挑戰(zhàn)。要在加強信息化建設(shè)的同時,適時制訂大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃,通過有計劃、有步驟的探索與研究,找到適合的大數(shù)據(jù)解決方案并加以應(yīng)用,真正實現(xiàn)科學(xué)預(yù)測,為生態(tài)決策從經(jīng)驗決策、量化決策向大數(shù)據(jù)決策轉(zhuǎn)變提供支撐。

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(責(zé)任編輯:郭雪芳)

Big data and soil and water conservation monitoring

Yi Qiang
(Henan Province Soil and Water Conservation Supervision and Monitoring Centre,450008,Zhengzhou,China)

With the progress of science and technology,we have entered the era of big data.Massive amounts of data obtained in a variety of industries,can all be referred to as big data.Big data have the characteristics such as large amount,variety,high velocity and high value of application.Soil and water conservation monitoring is an important basic work.Development and application of big data help us to explore and find out the rules of the development of soil and water loss,and thus to realize scientific forecast.It provides support for the transfer from experience-based ecological decision and quantificated decision to big data decision.In respect of development of big data,we should recognize that it is still in the primary stage,and thus there might exist difficulties and challenges.Therefore,we should make big data research and development plans timely on the basis of all-round monitoring.Exploration and research should be planned and conducted step by step,in order to find the right big data solutions that realize the analysis and application of big data.

big data；soil and water conservation；monitoring；forecast；decision

S157

A

1672-3007(2015)04-0123-04

2015- 01- 19

2015- 06- 23

項目名稱:河南省水土保持監(jiān)測科研項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的小流域監(jiān)測信息化應(yīng)用技術(shù)研究”(201503121)

衣強(1972—),男,學(xué)士,高級工程師。主要研究方向:水土保持監(jiān)測。E-mail:hnyi2004@126.com