大數(shù)據(jù)推動生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究

王福嶺 李懷強 衣強 張巖 郭華 郭偉紅

[摘要]大數(shù)據(jù)技術(shù)在水土保持監(jiān)測的結(jié)合使用，能夠使得水土流失發(fā)生規(guī)律的探索更為高效，這有助于災(zāi)害的提前預(yù)判，從而為生態(tài)決策的制定提供足夠的理論依據(jù)，使得最終的大數(shù)據(jù)決策發(fā)揮出更大的作用。

[關(guān)鍵詞]水土保持監(jiān)測;大數(shù)據(jù);生態(tài)環(huán)境建設(shè)

[中圖分類號]X321-39

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671-0037（2017）11-78-3

水土流失已成為我國頭號環(huán)境問題，成為社會普遍關(guān)注的熱點，越來越受黨和國家的高度重視，黨中央、國務(wù)院對水土保持生態(tài)建設(shè)做出一系列新的戰(zhàn)略決策和部署，將其確定為我國必須長期堅持的一項基本國策，加大投入，創(chuàng)新機制，加快發(fā)展。水利部提出在建設(shè)和完善水土保持信息化的要求下，水土保持監(jiān)測作為一項十分重要的水土保持基礎(chǔ)性工作。

l 水土保持是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的主體工程和根本性措施

習(xí)近平總書記指出，生態(tài)文明建設(shè)功在當(dāng)代、利在千秋。十八大以來，水利部高度重視水土保持監(jiān)測與信息化工作，隨著水土保持信息化工作的開展，其管理制度體系建設(shè)工作也相應(yīng)得到推進(jìn)。根據(jù)水土保持監(jiān)測與信息化工作管理層次、管理對象、管理流程和管理要素等內(nèi)容，2011年制定了《?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水土保持信息系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求》。

地面徑流泥沙觀測場和小流域綜合試驗區(qū)水土流失觀測，在監(jiān)測、科研、示范、推廣等方面做出了重要貢獻(xiàn)。1981-1990年，河南省對7個水土保持試驗站所小流域控制站、徑流小區(qū)和雨量站徑流、泥沙和氣象觀測資料進(jìn)行了整匯編和刊印。2011年河南省監(jiān)測站網(wǎng)建成后，全省監(jiān)測點從2011年開展觀測工作至今已取得了5個監(jiān)測小流域控制站、13個坡面徑流場和11個水文站降水、徑流和泥沙監(jiān)測成果數(shù)據(jù)。為了有效管理、應(yīng)用監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，河南省2012年開始恢復(fù)監(jiān)測成果數(shù)據(jù)整匯編和刊印工作。自1999年利用1995年本底數(shù)據(jù)開展全國水土保持遙感普查以來，河南省已擁有1995年、2000年的遙感普查成果數(shù)據(jù)，以及2012年為完成全國第一次水利普查工作任務(wù)，收集和處理2010年河南省境內(nèi)1 002個野外單元的多層面、多元化地理信息數(shù)據(jù)。由于多次普查時間跨度大、技術(shù)路線不同，三個階段成果數(shù)據(jù)的范圍和精度均有差異，各自數(shù)據(jù)庫相對獨立，信息數(shù)據(jù)之間對比分析能力低。除此之外的基礎(chǔ)地理空間信息十分匱乏，遠(yuǎn)不能滿足高速發(fā)展的信息時代的需要，信息化工作具體應(yīng)用亟待開發(fā)。

截至2016年底，依托全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)一期、二期工程，全國共建成水利部水土保持監(jiān)測中心、7個流域機構(gòu)水土保持監(jiān)測中心站、31個省級水土保持監(jiān)測總站、175個水土保持監(jiān)測分站和735個水土保持監(jiān)測點，監(jiān)測任務(wù)與內(nèi)容決定了發(fā)展大數(shù)據(jù)的可能，監(jiān)測工作進(jìn)展為發(fā)展大數(shù)據(jù)打下了良好基礎(chǔ)。為了使得水土保持監(jiān)測工作得以持續(xù)地進(jìn)行，要進(jìn)行大數(shù)據(jù)的深入研究，并且制定好發(fā)展的計劃，有條不紊地進(jìn)行大數(shù)據(jù)的應(yīng)用探究工作，從而確定最為合適的大數(shù)據(jù)應(yīng)用方案，將其真正運用到水土保持監(jiān)測過程之中。

2 大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算和移動通信等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，水土保持管理者對水土監(jiān)測信息獲取的需求日益強烈，這也為水土監(jiān)測信息化的發(fā)展提供了技術(shù)支撐和動力。

大數(shù)據(jù)思維是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心，大數(shù)據(jù)應(yīng)用更加重視相關(guān)關(guān)系分析。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)，水利部五年來，對16個國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)、19個重點治理區(qū)和1個生產(chǎn)建設(shè)項目集中區(qū)開展了水土流失動態(tài)監(jiān)測，完成79萬平方公里監(jiān)測范圍的土地利用、植被覆蓋、水土流失狀況和生產(chǎn)建設(shè)活動擾動狀況的動態(tài)監(jiān)測，持續(xù)開展了69條典型小流域和92個典型監(jiān)測點的水土流失定位觀測。根據(jù)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，為掌握水土流失變化情況、指導(dǎo)全國水土保持和生態(tài)建設(shè)提供了重要依據(jù)。

日前河南省水土保持監(jiān)測機構(gòu)共有監(jiān)測人員292人，其中，省總站49人，監(jiān)測分站72人，監(jiān)測點171人。監(jiān)測人員中教授級高級工程師5人，高級工程師24人，工程師77人，全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)二期工程（河南?。┮延?011年完成驗收。二期工程在河南省建設(shè)29個水蝕監(jiān)測點。其中，1個觀測場（新建1個），15個控制站（新建4個，利用水文站點11個），13個徑流場（新建13個）。涵蓋了河南省重點治理區(qū)、重點監(jiān)督區(qū)和重點預(yù)防保護(hù)區(qū)?；拘纬闪四嗌场搅?、降雨、土壤、植被、土地利用等信息采集體系，監(jiān)測站已經(jīng)具備了一定范圍內(nèi)的水土保持信息的分析能力，為信息化工 作的開展積累了成功經(jīng)驗。

水利部提出了系統(tǒng)軟硬件環(huán)境建設(shè)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)完善及監(jiān)管示范等方面的任務(wù)。陸續(xù)制定和頒布省（自治區(qū)、直轄市）水土保持信息系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求、水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符、水土保持元數(shù)據(jù)、小流域劃分及編碼規(guī)范、水土保持遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

近年來，水土保持監(jiān)測的信息化主要還停留在以“3S”技術(shù)為代表的信息化階段，從21世紀(jì)初的第二次、第三次遙感工作的開始，至2013年完成的全國第一次水利普查，河南省培養(yǎng)了一批3S技術(shù)的應(yīng)用型人才，人數(shù)由最初的2人發(fā)展到20多人，工作內(nèi)容也從最初的遙感調(diào)查，拓展至規(guī)劃、實施方案、設(shè)計等各個方面，為信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展做好了人員儲備。但與整個信息化的技術(shù)發(fā)展相比，缺少有效的創(chuàng)新。

水土保持監(jiān)測大數(shù)據(jù)具有信息量大、離散程度高、數(shù)據(jù)源廣、各種數(shù)據(jù)處理方式不一致等特征。以水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息應(yīng)用為重點，依托河南省水土保持監(jiān)測二期網(wǎng)絡(luò)工程項目，結(jié)合國務(wù)院《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》提出的重點行動，結(jié)合IPv6的特點，重點研究物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識與編碼、通信、數(shù)據(jù)處理與融合、電子標(biāo)識、智能感知、定位導(dǎo)航、電子圖像處理等監(jiān)測關(guān)鍵核心技術(shù)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為驅(qū)動解決河南省水土保持監(jiān)測發(fā)展中的突出難題。

大數(shù)據(jù)必將日益凸顯其核心作用。實現(xiàn)與水土保持監(jiān)測工作的有效融合，有助于建立比較完善的水土保持?jǐn)?shù)據(jù)采集、傳輸、交換和發(fā)布體系，和國家、流域保持一致，實現(xiàn)信息資源的充分分享和有效開發(fā)利用。

3 以大數(shù)據(jù)技術(shù)為驅(qū)動的互聯(lián)網(wǎng)+水土保持監(jiān)測技術(shù)體系

隨著技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，免費或比較便宜的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)越來越豐富，而且好用，以資源三號等衛(wèi)星影像為主要信息源，基于遙感軟件，采用面向?qū)ο蠓诸惖燃夹g(shù)快速提取土地利用、植被覆蓋度等，能夠反映河南省小流域自然和其生態(tài)環(huán)境、流域農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)化、氣象信息等情況的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)也越來越多。面向?qū)ο蠓诸惣夹g(shù)，利用對象信息（色調(diào)、形狀、紋理、層次）、類間信息（與鄰近對象、子對象、父對象的相關(guān)特征），針對對象而非傳統(tǒng)意義上的像素進(jìn)行高分辨率遙感影像識別，是遙感影像自動識別技術(shù)的發(fā)展方向之一，可有效提高水土保持遙感監(jiān)測解譯精度和工作效率，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對這類數(shù)據(jù)進(jìn)行高效轉(zhuǎn)換、萃取、融合、分析，將為研究掌握流域水情水資源的情勢及水土保持工 作提供必不可少的幫助。

河南省小流域水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)及其將來的定期更新維護(hù)，為我們提供了海量數(shù)據(jù)。目前，日趨嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)狀迫切需要我們利用遙感影像預(yù)處理、影像分割、面向?qū)ο蠓诸?、矢量?shù)據(jù)處理、利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行影像處理和變化檢測，土地利用、植被覆蓋度等信息快速提取技術(shù)以及eCognition、ERDAS等遙感軟件先進(jìn)的技術(shù)手段，使大數(shù)據(jù)具有多樣、海量、快速和價值等特點。這些數(shù)據(jù)反映了流域整體情況，充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)深層挖掘分析這些寶貴的數(shù)據(jù)，可有助于研究流域經(jīng)濟(jì)社會與河南省小流域水土保持之間的關(guān)系，可揭示其相互制約影響和促進(jìn)發(fā)展的模式?；谶b感RS、地理信息系統(tǒng)GIS和全球定位系統(tǒng)GPS的“3S”有效結(jié)合技術(shù)，為土壤流失量、面源污染量的定量監(jiān)測模型提供模型所需的因子（圖）數(shù)據(jù)而獲得定量監(jiān)測結(jié)果，為水土流失治理和依法監(jiān)督管理等提供有力的科學(xué)依據(jù)。

4 基于微信平臺的水土保持監(jiān)測

微信是近年來涌現(xiàn)出的幾款的手機應(yīng)用程序之一，從它問世起就迅速地積累了大量的用戶。它使用方便，功能強大，其微信公眾平臺更是成為各個企業(yè)機構(gòu)進(jìn)行品牌推廣的首選方式。河南財經(jīng)政法大學(xué)項目團(tuán)隊目前正在致力于微信公眾號在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用研究。通過微信公眾號實現(xiàn)各監(jiān)測站點水土保持?jǐn)?shù)據(jù)的時間段查詢，分析水土保持?jǐn)?shù)據(jù)的特點，提供水位數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、TDR數(shù)據(jù)的時段查詢及推送。

大數(shù)據(jù)思維是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心，大數(shù)據(jù)應(yīng)用更加重視相關(guān)關(guān)系分析。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)，有助于我們探索和找出水土流失發(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。監(jiān)測任務(wù)與內(nèi)容決定了發(fā)展大數(shù)據(jù)的可能，監(jiān)測工作進(jìn)展為發(fā)展大數(shù)據(jù)打下了良好基礎(chǔ)。進(jìn)行水土保持大數(shù)據(jù)收集，通過云儲存上傳至終端設(shè)備，結(jié)合云計算進(jìn)行分析，進(jìn)而為水土保持工作的有效開展提供強大的支撐，對于水土保持監(jiān)測信息化的發(fā)展將具有深遠(yuǎn)的影響。

習(xí)近平總書記在十九大報告中指出，加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國。人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然。我們要建設(shè)的現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，既要創(chuàng)造更多物質(zhì)財富和精神財富以滿足人民日益增長的美好生活需要，也要提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品以滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。水土保持工作者在生態(tài)文明建設(shè)中不僅要承擔(dān)起生態(tài)建設(shè)的重任，更要做生態(tài)文化的先鋒。要盡可能地創(chuàng)造出 豐富的生態(tài)成果、物質(zhì)成果和生態(tài)文化成果，努力做生態(tài)文明建設(shè)的引導(dǎo)者、組織者、實踐者和推動者。

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