關(guān)于生態(tài)環(huán)境綜合感知平臺(tái)建設(shè)的探析

吳德灃 殷小軍

一、概述

生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本條件，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。國(guó)家高度重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，習(xí)近平總書(shū)記多次強(qiáng)調(diào)，要像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境，像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境，把不損害生態(tài)環(huán)境作為發(fā)展的底線，讓廣大人民群眾共享生態(tài)文明建設(shè)成果。國(guó)家在森林、草原、水土、河湖、海洋、生物保護(hù)等方面進(jìn)行了部署，要求持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，構(gòu)筑國(guó)家生態(tài)安全屏障。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信息化日益成為生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。南京著力推動(dòng)生態(tài)環(huán)境信息化建設(shè)，謀劃建設(shè)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知平臺(tái)，采用了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新技術(shù)，以全面感知、自動(dòng)傳輸、智能分析、精細(xì)管理的理念，構(gòu)建多源立體感知、AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析、一圖實(shí)時(shí)展示的綜合感知平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管的信息化、數(shù)字化、精細(xì)化、可視化，為環(huán)境質(zhì)量精準(zhǔn)管控提供技術(shù)支撐，為環(huán)境污染精確溯源提供數(shù)據(jù)支撐，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

二、建設(shè)思路

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)集傳感識(shí)別、圖像分析、數(shù)據(jù)處理、智能預(yù)警的綜合系統(tǒng)，其基礎(chǔ)模塊主要包括：GIS模塊、大氣質(zhì)量管理、水源質(zhì)量管理、噪聲管理、多樣性生物監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)污染源管理、生態(tài)紅線監(jiān)督管理等方面。

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知平臺(tái)主要內(nèi)容包括搭建立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知體系，開(kāi)展部分生態(tài)數(shù)據(jù)AI分析，構(gòu)建一圖實(shí)時(shí)展現(xiàn)窗口，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）高質(zhì)量發(fā)展研究。利用超分辨率VPS成像芯片和相機(jī)研發(fā)攻關(guān)進(jìn)展，從前端環(huán)境數(shù)據(jù)采集到后端存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用為一體的整套設(shè)計(jì)方案，在前端接入或部署各類相關(guān)參數(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)包括大氣空氣質(zhì)量、污水、地表水、應(yīng)急執(zhí)法等數(shù)據(jù)等環(huán)境數(shù)據(jù)，疊加視頻信號(hào)經(jīng)傳感系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸、統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的分析、發(fā)布、查詢和事件管理等功能。

將生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備接入智慧南京綜合感知平臺(tái)，形成數(shù)據(jù)共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一管理。在時(shí)間和空間上對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）的生態(tài)系統(tǒng)及其組合體的類型、結(jié)構(gòu)和功能等要素進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)定和觀察，利用生命系統(tǒng)及其相互關(guān)系的變化監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，為合理利用資源，改善生態(tài)環(huán)境和自然保護(hù)提供決策參考。

三、建設(shè)內(nèi)容

平臺(tái)通過(guò)衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)航拍、流域水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)站、視頻監(jiān)控、無(wú)人船巡航等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)江流域（南京段）的河道、堤岸、排口、斷面、水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行全方位的遙感和地面監(jiān)測(cè)，“更快速”感知影響城市環(huán)境、人體健康、生命安全的實(shí)時(shí)指標(biāo)；“更全面”感知污染排放、環(huán)境污染、應(yīng)急事故的變化過(guò)程；“更有效”判定環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法與應(yīng)急處置工作的執(zhí)行狀態(tài)與效果；“更智慧”決策重點(diǎn)企業(yè)、區(qū)域和流域重大環(huán)境管理問(wèn)題，從而形成生態(tài)環(huán)境多源立體感知體系。

（一）立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知

從天、空、地三個(gè)層面，從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、遙感高光譜影像兩個(gè)維度，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知體系，實(shí)現(xiàn)從微觀、中觀到宏觀的全貌精細(xì)化監(jiān)測(cè)，為進(jìn)一步開(kāi)展智能分析、構(gòu)建生態(tài)大數(shù)據(jù)打下良好基礎(chǔ)。

1.建立衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)體系

定期獲取流域生態(tài)高光譜、高分辨影像，通過(guò)比對(duì)分析掌握長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境變化、岸線變化、規(guī)劃和工程進(jìn)度。

2.建立無(wú)人機(jī)高光譜航拍機(jī)動(dòng)平臺(tái)

利用無(wú)人機(jī)構(gòu)建高光譜機(jī)動(dòng)平臺(tái)，彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感平臺(tái)的部分時(shí)間盲點(diǎn)，在應(yīng)急事件中快速、及時(shí)、高頻次的獲取流域生態(tài)高分辨率高光譜影像。同時(shí)，利用自主可控的超高分辨率VPS芯片，對(duì)重點(diǎn)工程和重點(diǎn)區(qū)域，開(kāi)展高精度航拍，掌握更高精度、更加及時(shí)的生態(tài)和工程現(xiàn)狀。

3.建立流域水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)協(xié)同衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)獲取的高光譜影像，供AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析構(gòu)建反演模型。在接入現(xiàn)有各部門監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在重點(diǎn)污染區(qū)域，高密度大量部署物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，全程、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)獲取水質(zhì)變化數(shù)據(jù)。選取碼頭、渡口、化工園等重點(diǎn)區(qū)域，構(gòu)建大氣網(wǎng)格化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控監(jiān)測(cè)對(duì)象對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度。同時(shí)，共享環(huán)保、水務(wù)等部門的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，避免重復(fù)建設(shè)造成浪費(fèi)。

4.建立高清夜視攝像和采樣智聯(lián)取證系統(tǒng)

沿長(zhǎng)江（南京段）流域進(jìn)行部署，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)獲取流域重點(diǎn)區(qū)域的視頻影像，抓拍水質(zhì)異常事件視頻影像，聯(lián)動(dòng)采集水質(zhì)樣本，構(gòu)建污染溯源、成因分析的完整證據(jù)鏈。

（二）AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析

1.開(kāi)展流域生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)同化反演應(yīng)用

將由物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)獲取的大量水質(zhì)數(shù)據(jù)與天空高光譜遙感影像進(jìn)行比對(duì)分析，通過(guò)深度學(xué)習(xí)建立反演模型，由遙感影像反演得出流域水質(zhì)分布圖像。

2.開(kāi)展流域遙感影像的人工智能分類和識(shí)別應(yīng)用

通過(guò)對(duì)光譜、形貌特征的分類提取，獲取流域岸線和上下游范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)分布、復(fù)綠進(jìn)度、岸線整治和清退等情況。通過(guò)定期影像數(shù)據(jù)比對(duì)，掌握岸線整治工程進(jìn)度，直觀、客觀評(píng)價(jià)工程完成情況。

（三）一圖實(shí)時(shí)展現(xiàn)

以長(zhǎng)江流域（南京段）GIS地理信息為基礎(chǔ)，利用智慧大屏作為展示載體，將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境多源感知系統(tǒng)，通過(guò)多圖層的方式，進(jìn)行立體、多源、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)展現(xiàn)。

1.底圖動(dòng)態(tài)展示

利用定期獲取的衛(wèi)星高分辨遙感影像、無(wú)人機(jī)航拍的重點(diǎn)區(qū)域高分辨影像，開(kāi)發(fā)岸線生態(tài)環(huán)境圖層，融合由高光譜、高分辨遙感影像得出岸線產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分類，并定期進(jìn)行比對(duì)，準(zhǔn)確反映流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布、岸線一公里內(nèi)清退進(jìn)度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整進(jìn)度等相關(guān)信息。

2.動(dòng)圖實(shí)時(shí)展示

開(kāi)發(fā)環(huán)境質(zhì)量圖層，融合高光譜遙感影像和反演指標(biāo)、水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)反映流域水環(huán)境質(zhì)量。開(kāi)發(fā)流域視頻直播展現(xiàn)圖層，通過(guò)流域新建高清夜視圖像，直觀展現(xiàn)流域和岸線的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

3.藍(lán)圖全面展示

面向“多規(guī)合一”統(tǒng)籌要求，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、濕地保護(hù)、水資源保護(hù)等生態(tài)環(huán)境推進(jìn)業(yè)務(wù)，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶工作推進(jìn)圖層，展現(xiàn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶藍(lán)圖規(guī)劃；通過(guò)高分辨遙感影像識(shí)別分類和定期比對(duì)，客觀反映具體業(yè)務(wù)推進(jìn)程度，并根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)推進(jìn)情況進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。通過(guò)多圖層和全景展示，為監(jiān)管部門提供準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)，形成構(gòu)建長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶規(guī)劃發(fā)展和業(yè)務(wù)推進(jìn)的重要抓手。

四、取得成效

生態(tài)環(huán)境綜合感知平臺(tái)采用了近年來(lái)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域涌現(xiàn)的一些代表性創(chuàng)新技術(shù)，如遙感技術(shù)、水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等，取得積極成效。

（一）完善長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系

綜合利用超高分辨成像、衛(wèi)星遙感、光譜采集分析、物聯(lián)網(wǎng)感知、大數(shù)據(jù)和人工智能等一系列先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)展先進(jìn)技術(shù)間的融合和協(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)各部門數(shù)據(jù)信息共享，構(gòu)建天地一體、上下協(xié)同的生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系，宏觀、實(shí)時(shí)、全面、動(dòng)態(tài)掌握區(qū)域生態(tài)環(huán)境情況，形成創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用示范。

（二）建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境建設(shè)展示窗口

將生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系獲得的生態(tài)大數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、挖掘和展現(xiàn)，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展保護(hù)、修復(fù)完善提供了實(shí)時(shí)全貌展現(xiàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知平臺(tái)，是積極采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、衛(wèi)星遙感等先進(jìn)技術(shù)手段探索科學(xué)高效的管理模式嘗試，是協(xié)同和融合利用信息技術(shù)對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)發(fā)展的創(chuàng)新，也是打造長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶規(guī)范管理和健康發(fā)展的引領(lǐng)示范、推動(dòng)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的有益嘗試，平臺(tái)探索取得了積極成效，助力高科技手段支撐區(qū)域科學(xué)管理，打造生態(tài)宜居人文綠都。

作者單位：南京市信息中心