大数据推动生态环境建设研究

王福岭 李怀强 衣强 张岩 郭华 郭伟红

[摘要]大数据技术在水土保持监测的结合使用，能够使得水土流失发生规律的探索更为高效，这有助于灾害的提前预判，从而为生态决策的制定提供足够的理论依据，使得最终的大数据决策发挥出更大的作用。

[关键词]水土保持监测;大数据;生态环境建设

[中图分类号]X321-39

[文献标识码]A

[文章编号]1671-0037（2017）11-78-3

水土流失已成为我国头号环境问题，成为社会普遍关注的热点，越来越受党和国家的高度重视，党中央、国务院对水土保持生态建设做出一系列新的战略决策和部署，将其确定为我国必须长期坚持的一项基本国策，加大投入，创新机制，加快发展。水利部提出在建设和完善水土保持信息化的要求下，水土保持监测作为一项十分重要的水土保持基础性工作。

l 水土保持是生态环境建设的主体工程和根本性措施

习近平总书记指出，生态文明建设功在当代、利在千秋。十八大以来，水利部高度重视水土保持监测与信息化工作，随着水土保持信息化工作的开展，其管理制度体系建设工作也相应得到推进。根据水土保持监测与信息化工作管理层次、管理对象、管理流程和管理要素等内容，2011年制定了《省（自治区、直辖市）水土保持信息系统建设基本技术要求》。

地面径流泥沙观测场和小流域综合试验区水土流失观测，在监测、科研、示范、推广等方面做出了重要贡献。1981-1990年，河南省对7个水土保持试验站所小流域控制站、径流小区和雨量站径流、泥沙和气象观测资料进行了整汇编和刊印。2011年河南省监测站网建成后，全省监测点从2011年开展观测工作至今已取得了5个监测小流域控制站、13个坡面径流场和11个水文站降水、径流和泥沙监测成果数据。为了有效管理、应用监测成果数据，河南省2012年开始恢复监测成果数据整汇编和刊印工作。自1999年利用1995年本底数据开展全国水土保持遥感普查以来，河南省已拥有1995年、2000年的遥感普查成果数据，以及2012年为完成全国第一次水利普查工作任务，收集和处理2010年河南省境内1 002个野外单元的多层面、多元化地理信息数据。由于多次普查时间跨度大、技术路线不同，三个阶段成果数据的范围和精度均有差异，各自数据库相对独立，信息数据之间对比分析能力低。除此之外的基础地理空间信息十分匮乏，远不能满足高速发展的信息时代的需要，信息化工作具体应用亟待开发。

截至2016年底，依托全国水土保持监测网络和信息系统建设一期、二期工程，全国共建成水利部水土保持监测中心、7个流域机构水土保持监测中心站、31个省级水土保持监测总站、175个水土保持监测分站和735个水土保持监测点，监测任务与内容决定了发展大数据的可能，监测工作进展为发展大数据打下了良好基础。为了使得水土保持监测工作得以持续地进行，要进行大数据的深入研究，并且制定好发展的计划，有条不紊地进行大数据的应用探究工作，从而确定最为合适的大数据应用方案，将其真正运用到水土保持监测过程之中。

2 大数据在生态环境建设中的应用

随着物联网、云计算和移动通信等信息技术的不断发展，水土保持管理者对水土监测信息获取的需求日益强烈，这也为水土监测信息化的发展提供了技术支撑和动力。

大数据思维是大数据应用的核心，大数据应用更加重视相关关系分析。水土保持监测是一项重要的基础性工作，发展和应用大数据，水利部五年来，对16个国家级水土流失重点预防区、19个重点治理区和1个生产建设项目集中区开展了水土流失动态监测，完成79万平方公里监测范围的土地利用、植被覆盖、水土流失状况和生产建设活动扰动状况的动态监测，持续开展了69条典型小流域和92个典型监测点的水土流失定位观测。根据动态监测结果，为掌握水土流失变化情况、指导全国水土保持和生态建设提供了重要依据。

日前河南省水土保持监测机构共有监测人员292人，其中，省总站49人，监测分站72人，监测点171人。监测人员中教授级高级工程师5人，高级工程师24人，工程师77人，全国水土保持监测网络和信息系统建设二期工程（河南省）已于2011年完成验收。二期工程在河南省建设29个水蚀监测点。其中，1个观测场（新建1个），15个控制站（新建4个，利用水文站点11个），13个径流场（新建13个）。涵盖了河南省重点治理区、重点监督区和重点预防保护区。基本形成了泥沙、径流、降雨、土壤、植被、土地利用等信息采集体系，监测站已经具备了一定范围内的水土保持信息的分析能力，为信息化工 作的开展积累了成功经验。

水利部提出了系统软硬件环境建设、数据库建设、应用系统开发完善及监管示范等方面的任务。陆续制定和颁布省（自治区、直辖市）水土保持信息系统建设基本技术要求、水土保持数据库表结构与标识符、水土保持元数據、小流域划分及编码规范、水土保持遥感监测技术规范等标准规范。

近年来，水土保持监测的信息化主要还停留在以“3S”技术为代表的信息化阶段，从21世纪初的第二次、第三次遥感工作的开始，至2013年完成的全国第一次水利普查，河南省培养了一批3S技术的应用型人才，人数由最初的2人发展到20多人，工作内容也从最初的遥感调查，拓展至规划、实施方案、设计等各个方面，为信息化技术的广泛应用和发展做好了人员储备。但与整个信息化的技术发展相比，缺少有效的创新。

水土保持监测大数据具有信息量大、离散程度高、数据源广、各种数据处理方式不一致等特征。以水土保持监测网络和信息应用为重点，依托河南省水土保持监测二期网络工程项目，结合国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》提出的重点行动，结合IPv6的特点，重点研究物联网标识与编码、通信、数据处理与融合、电子标识、智能感知、定位导航、电子图像处理等监测关键核心技术，以大数据技术为驱动解决河南省水土保持监测发展中的突出难题。

大数据必将日益凸显其核心作用。实现与水土保持监测工作的有效融合，有助于建立比较完善的水土保持数据采集、传输、交换和发布体系，和国家、流域保持一致，实现信息资源的充分分享和有效开发利用。

3 以大数据技术为驱动的互联网+水土保持监测技术体系

随着技术不断发展进步，免费或比较便宜的卫星遥感数据越来越丰富，而且好用，以资源三号等卫星影像为主要信息源，基于遥感软件，采用面向对象分类等技术快速提取土地利用、植被覆盖度等，能够反映河南省小流域自然和其生态环境、流域农业和城镇化、气象信息等情况的卫星影像数据也越来越多。面向对象分类技术，利用对象信息（色调、形状、纹理、层次）、类间信息（与邻近对象、子对象、父对象的相关特征），针对对象而非传统意义上的像素进行高分辨率遥感影像识别，是遥感影像自动识别技术的发展方向之一，可有效提高水土保持遥感监测解译精度和工作效率，利用大数据技术对这类数据进行高效转换、萃取、融合、分析，将为研究掌握流域水情水资源的情势及水土保持工 作提供必不可少的帮助。

河南省小流域水土保持监测数据及其将来的定期更新维护，为我们提供了海量数据。目前，日趋严重的水土流失现状迫切需要我们利用遥感影像预处理、影像分割、面向对象分类、矢量数据处理、利用矢量数据进行影像处理和变化检测，土地利用、植被覆盖度等信息快速提取技术以及eCognition、ERDAS等遥感软件先进的技术手段，使大数据具有多样、海量、快速和价值等特点。这些数据反映了流域整体情况，充分利用大数据技术深层挖掘分析这些宝贵的数据，可有助于研究流域经济社会与河南省小流域水土保持之间的关系，可揭示其相互制约影响和促进发展的模式。基于遥感RS、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS的“3S”有效结合技术，为土壤流失量、面源污染量的定量监测模型提供模型所需的因子（图）数据而获得定量监测结果，为水土流失治理和依法监督管理等提供有力的科学依据。

4 基于微信平台的水土保持监测

微信是近年来涌现出的几款的手机应用程序之一，从它问世起就迅速地积累了大量的用户。它使用方便，功能强大，其微信公众平台更是成为各个企业机构进行品牌推广的首选方式。河南财经政法大学项目团队目前正在致力于微信公众号在水土保持监测中的应用研究。通过微信公众号实现各监测站点水土保持数据的时间段查询，分析水土保持数据的特点，提供水位数据、气象数据、TDR数据的时段查询及推送。

大数据思维是大数据应用的核心，大数据应用更加重视相关关系分析。水土保持监测是一项重要的基础性工 作，发展和应用大数据，有助于我们探索和找出水土流失发生发展的规律，实现科学预测，为生态决策从经验决策、量化决策向大数据决策转变提供支撑。监测任务与内容决定了发展大数据的可能，监测工作进展为发展大数据打下了良好基础。进行水土保持大數据收集，通过云储存上传至终端设备，结合云计算进行分析，进而为水土保持工作的有效开展提供强大的支撑，对于水土保持监测信息化的发展将具有深远的影响。

习近平总书记在十九大报告中指出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化，既要创造更多物质财富和精神财富以满足人民日益增长的美好生活需要，也要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要。水土保持工作者在生态文明建设中不仅要承担起生态建设的重任，更要做生态文化的先锋。要尽可能地创造出 丰富的生态成果、物质成果和生态文化成果，努力做生态文明建设的引导者、组织者、实践者和推动者。

参考文献：

[1]蒲朝勇.推动水土保持监测与信息化工作的思路与要求[J].中国水土保持，2017（5）：1-4.

[2]罗万勤.黄委水土保持监测规划稳步推进[N].黄河报.2012.

[3]刘顺生.淮河流域水土保持监测分区研究[D].山东：山东农业大学，2012.

[4]钱玲.鄂西南山区水电站水土保持监测与评价[D].武汉：华中农业大学，2013.

[5]万通通.公路建设期水土保持监测技术方法研究[D].西安：长安大学，2013.

[6]郭索彦.深入贯彻新水土保持法扎实推进水土保持监测与信息化工作[J].中国水利，2011（12）：67-69，84.

[7]罗志东，李智广，史明昌.水土保持信息化标准体系建设初探[J].水土保持通报，2017（5）：30-33.