关于生态环境综合感知平台建设的探析

吴德沣 殷小军

一、概述

生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础。国家高度重视生态环境建设，习近平总书记多次强调，要像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境，把不损害生态环境作为发展的底线，让广大人民群众共享生态文明建设成果。国家在森林、草原、水土、河湖、海洋、生物保护等方面进行了部署，要求持续改善生态环境质量，构筑国家生态安全屏障。

随着信息技术的飞速发展和广泛应用，信息化日益成为生态环境高质量发展的重要支撑。南京着力推动生态环境信息化建设，谋划建设了长江经济带（南京段）生态环境立体多源实时动态感知平台，采用了生态环境监测的创新技术，以全面感知、自动传输、智能分析、精细管理的理念，构建多源立体感知、AI生态数据分析、一图实时展示的综合感知平台，实现长江经济带（南京段）生态环境的监管的信息化、数字化、精细化、可视化，为环境质量精准管控提供技术支撑，为环境污染精确溯源提供数据支撑，为产业结构调整奠定基础。

二、建设思路

生态环境系统是一个集传感识别、图像分析、数据处理、智能预警的综合系统，其基础模块主要包括：GIS模块、大气质量管理、水源质量管理、噪声管理、多样性生物监测、重点污染源管理、生态红线监督管理等方面。

长江经济带（南京段）生态环境立体多源实时动态感知平台主要内容包括搭建立体多源实时动态感知体系，开展部分生态数据AI分析，构建一图实时展现窗口，长江经济带（南京段）高质量发展研究。利用超分辨率VPS成像芯片和相机研发攻关进展，从前端环境数据采集到后端存储、分析、应用为一体的整套设计方案，在前端接入或部署各类相关参数环境数据在线监测仪，监测包括大气空气质量、污水、地表水、应急执法等数据等环境数据，叠加视频信号经传感系统实时传输、统计与分析，实现对环境信息的分析、发布、查询和事件管理等功能。

将生态环境大数据和物联网传感设备接入智慧南京综合感知平台，形成数据共享机制，实现设备统一管理。在时间和空间上对长江经济带（南京段）的生态系统及其组合体的类型、结构和功能等要素进行系统的测定和观察，利用生命系统及其相互关系的变化监测生态环境质量状况，为合理利用资源，改善生态环境和自然保护提供决策参考。

三、建设内容

平台通过卫星遥感、无人机航拍、流域水质物联网监测站、视频监控、无人船巡航等技术手段，实现对长江流域（南京段）的河道、堤岸、排口、断面、水库的生态环境进行全方位的遥感和地面监测，“更快速”感知影响城市环境、人体健康、生命安全的实时指标；“更全面”感知污染排放、环境污染、应急事故的变化过程；“更有效”判定环境监察执法与应急处置工作的执行状态与效果；“更智慧”决策重点企业、区域和流域重大环境管理问题，从而形成生态环境多源立体感知体系。

（一）立体多源实时动态感知

从天、空、地三个层面，从实时监测数据、遥感高光谱影像两个维度，构建生态环境立体多源实时动态感知体系，实现从微观、中观到宏观的全貌精细化监测，为进一步开展智能分析、构建生态大数据打下良好基础。

1.建立卫星遥感监测体系

定期获取流域生态高光谱、高分辨影像，通过比对分析掌握长江经济带（南京段）生态环境变化、岸线变化、规划和工程进度。

2.建立无人机高光谱航拍机动平台

利用无人机构建高光谱机动平台，弥补卫星遥感平台的部分时间盲点，在应急事件中快速、及时、高频次的获取流域生态高分辨率高光谱影像。同时，利用自主可控的超高分辨率VPS芯片，对重点工程和重点区域，开展高精度航拍，掌握更高精度、更加及时的生态和工程现状。

3.建立流域水质物联网实时监测系统

环境监测数据协同卫星和无人机获取的高光谱影像，供AI生态数据分析构建反演模型。在接入现有各部门监测设备和监测数据的基础上，在重点污染区域，高密度大量部署物联网监测设备，全程、实时、动态获取水质变化数据。选取码头、渡口、化工园等重点区域，构建大气网格化实时监测系统，实时动态掌控监测对象对生态环境的影响程度。同时，共享环保、水务等部门的环境监测数据，避免重复建设造成浪费。

4.建立高清夜视摄像和采样智联取证系统

沿长江（南京段）流域进行部署，实时、动态获取流域重点区域的视频影像，抓拍水质异常事件视频影像，联动采集水质样本，构建污染溯源、成因分析的完整证据链。

（二）AI生态数据分析

1.开展流域生态环境数据同化反演应用

将由物联网监测实时获取的大量水质数据与天空高光谱遥感影像进行比对分析，通过深度学习建立反演模型，由遥感影像反演得出流域水质分布图像。

2.开展流域遥感影像的人工智能分类和识别应用

通过对光谱、形貌特征的分类提取，获取流域岸线和上下游范围内的产业分布、复绿进度、岸线整治和清退等情况。通过定期影像数据比对，掌握岸线整治工程进度，直观、客观评价工程完成情况。

（三）一图实时展现

以长江流域（南京段）GIS地理信息为基础，利用智慧大屏作为展示载体，将长江经济带（南京段）生态环境多源感知系统，通过多图层的方式，进行立体、多源、实时、动态展现。

1.底图动态展示

利用定期获取的卫星高分辨遥感影像、无人机航拍的重点区域高分辨影像，开发岸线生态环境图层，融合由高光谱、高分辨遥感影像得出岸线产业结构分类，并定期进行比对，准确反映流域产业结构分布、岸线一公里内清退进度和产业结构优化调整进度等相關信息。

2.动图实时展示

开发环境质量图层，融合高光谱遥感影像和反演指标、水质物联网实时监测数据，动态反映流域水环境质量。开发流域视频直播展现图层，通过流域新建高清夜视图像，直观展现流域和岸线的实时动态。

3.蓝图全面展示

面向“多规合一”统筹要求，结合国民经济和社会发展规划、土地利用规划、湿地保护、水资源保护等生态环境推进业务，开发长江经济带工作推进图层，展现长江经济带蓝图规划；通过高分辨遥感影像识别分类和定期比对，客观反映具体业务推进程度，并根据实际业务推进情况进一步优化调整。通过多图层和全景展示，为监管部门提供准确、及时的数据，形成构建长江经济带规划发展和业务推进的重要抓手。

四、取得成效

生态环境综合感知平台采用了近年来生态环境领域涌现的一些代表性创新技术，如遥感技术、水质物联网监测技术等，取得积极成效。

（一）完善长江经济带（南京段）生态环境监控感知体系

综合利用超高分辨成像、卫星遥感、光谱采集分析、物联网感知、大数据和人工智能等一系列先进技术，开展先进技术间的融合和协同创新，促进各部门数据信息共享，构建天地一体、上下协同的生态环境监控感知体系，宏观、实时、全面、动态掌握区域生态环境情况，形成创新技术应用示范。

（二）建设长江经济带（南京段）生态环境建设展示窗口

将生态环境监控感知体系获得的生态大数据，进行数据处理、分析、挖掘和展现，为区域生态环境发展保护、修复完善提供了实时全貌展现。

五、结语

长江经济带（南京段）生态环境立体多源实时动态感知平台，是积极采用物联网、大数据、人工智能、卫星遥感等先进技术手段探索科学高效的管理模式尝试，是协同和融合利用信息技术对重点业务发展的创新，也是打造长江经济带规范管理和健康发展的引领示范、推动区域高质量发展的有益尝试，平台探索取得了积极成效，助力高科技手段支撑区域科学管理，打造生态宜居人文绿都。

作者单位：南京市信息中心