基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的海南紅樹(shù)林保護(hù)初探

王明松，錢(qián)靜媛

（三亞學(xué)院 信息與智能工程學(xué)院，海南 三亞 572022； 三亞理工職業(yè)學(xué)院，海南 三亞 572022）

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的海南紅樹(shù)林保護(hù)初探

王明松，錢(qián)靜媛

（三亞學(xué)院 信息與智能工程學(xué)院，海南 三亞 572022； 三亞理工職業(yè)學(xué)院，海南 三亞 572022）

紅樹(shù)林資源廣泛分布于海南的環(huán)海岸線(xiàn)，對(duì)防浪護(hù)堤、促淤造陸、維持生物多樣性和凈化自然環(huán)境等起著重要的作用，是建設(shè)綠色智慧旅游島的基礎(chǔ)環(huán)境保障。本文的主旨是利用以大數(shù)據(jù)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)，保護(hù)被日益破壞的紅樹(shù)林種群而提出的基礎(chǔ)框架，為紅樹(shù)林的全面保護(hù)與開(kāi)發(fā)給出了一條創(chuàng)新性思路。

大數(shù)據(jù)；紅樹(shù)林保護(hù)；綠色旅游島；信息系統(tǒng)

一、紅樹(shù)林對(duì)海南社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用

紅樹(shù)林是以草本、藤本紅樹(shù)等物種為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落，其一般長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶低海岸潮間帶上部，受到周期性潮水浸淹，主要分布于陸地與海洋交界帶的灘涂淺灘，是陸地向海洋過(guò)度的特殊生態(tài)系統(tǒng)。全世界約有55種紅樹(shù)林樹(shù)種。中國(guó)紅樹(shù)林共有27種，分屬20科、25屬。主要分布于廣西、廣東、臺(tái)灣、海南、福建和浙江南部沿岸。無(wú)論是種類(lèi)和分布范圍，在太平洋西岸，中國(guó)的紅樹(shù)林都具有代表性。

海南的紅樹(shù)林種類(lèi)豐富，在熱帶海岸線(xiàn)上形成了一道獨(dú)特的景觀，是我國(guó)紅樹(shù)林種類(lèi)較多的地區(qū)之一。其主要分布于海南島東部、東北部的文昌市清欄港、下場(chǎng)港及與瓊山縣相連的東寨港；南部的三亞、榆林等港灣及東南部陵水縣新村港等處也分布廣泛。東部萬(wàn)寧市的楊梅港、北部匯邁縣的花場(chǎng)港及臨高縣的馬裊港也有分布，西部澹州市的新英港及海頭港和昌江縣的南羅新港等地亦有分布。

紅樹(shù)林對(duì)海南島的生態(tài)保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

（一） 防浪護(hù)堤作用

由于紅樹(shù)林長(zhǎng)期生長(zhǎng)在海潮浸淹的鹽漬土壤上,所以形成一種與環(huán)境相適應(yīng)的、獨(dú)一無(wú)二的生態(tài)學(xué)特性，通過(guò)網(wǎng)羅碎屑的方式促進(jìn)土壤的形成，抵抗潮汐的沖擊，對(duì)固堤護(hù)岸、抗風(fēng)浪有很好的作用。根系發(fā)達(dá)、在海邊茂密生長(zhǎng)的紅樹(shù)林固灘護(hù)堤的能力很強(qiáng),對(duì)風(fēng)浪具有強(qiáng)大的“消能”作用，是抵擋海嘯的天然屏障。研究表明，沿海灘涂紅樹(shù)林防護(hù)林帶寬度100m，高度4～6m，郁閉度達(dá)40%，消浪效果可達(dá)80%以上。

（二）促淤造陸功能

通過(guò)網(wǎng)羅碎屑的方式促進(jìn)土壤的形成。紅樹(shù)林發(fā)達(dá)的根系減緩了流速，促進(jìn)了顆粒物質(zhì)的沉積。測(cè)定結(jié)果表明，紅樹(shù)林灘涂淤積速率大大高于鄰近裸灘2－3倍。因此，紅樹(shù)林可加速灘地淤高和向海伸展，使海灘面積不斷擴(kuò)大和抬升，從而達(dá)到鞏固堤岸的作用。紅樹(shù)林的促淤造陸功能在防止因全球變暖帶來(lái)的海平面上升方面有獨(dú)特的作用。

（三）維持生物多樣性功能

由于紅樹(shù)林區(qū)內(nèi)潮溝發(fā)達(dá)，吸引深水區(qū)的動(dòng)物來(lái)到紅樹(shù)林區(qū)內(nèi)覓食棲息。為海洋動(dòng)物提供良好的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境。紅樹(shù)林擁有豐富的鳥(niǎo)類(lèi)食物資源，是候鳥(niǎo)的越冬場(chǎng)和遷徙中轉(zhuǎn)站，更是各種海鳥(niǎo)的覓食棲息，生產(chǎn)繁殖的場(chǎng)所，海鳥(niǎo)的消化殘余物堆積在紅樹(shù)林濕地土壤里，使得濕地土壤的生產(chǎn)力大大提高，此外，鳥(niǎo)類(lèi)的糞便也是小型魚(yú)類(lèi)的食物。在發(fā)育良好的紅樹(shù)林還偶有野豬、貍類(lèi)及鼠類(lèi)等小型哺乳類(lèi)出沒(méi)其間。紅樹(shù)林里也招致了某些蜂類(lèi)、蠅類(lèi)和螞蟻等棲息。它們對(duì)紅樹(shù)植物的傳粉和受精起著一定的作用。

（四）凈化環(huán)境功能

紅樹(shù)植物屬于常綠闊葉林，凈化空氣質(zhì)量的功能很強(qiáng)，是二氧化碳的消耗者和氧氣的釋放者。紅樹(shù)林下泥土中H2S的含量很高，泥灘中大量的厭氧菌在光照條件下能利用H2S為還原劑，使CO2還原為有機(jī)物，這是陸地森林所不具備的。此外，紅樹(shù)林可以吸收SO2、HF和其它有害氣體。

但是隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人口的增加，人類(lèi)對(duì)紅樹(shù)林的破壞活動(dòng)日趨嚴(yán)重。2013年出版的《中國(guó)紅樹(shù)林國(guó)家報(bào)告》顯示，當(dāng)年擁有的紅樹(shù)林面積2.26萬(wàn)公頃，與1950年代初相比，全國(guó)已有超過(guò)50%的紅樹(shù)林消失于無(wú)形。海南省大量紅樹(shù)林區(qū)域被上世紀(jì)70年代圍海造田，大面積紅樹(shù)林遭到砍伐破壞。80年代至90年代，紅樹(shù)林周邊興起蝦塘養(yǎng)殖，大片濕地被侵占，候鳥(niǎo)棲息地岌岌可危；2010年前后，咸水鴨養(yǎng)殖致使紅樹(shù)林水體高度富營(yíng)養(yǎng)化，團(tuán)水虱瘋狂繁殖，紅樹(shù)大量枯萎死亡，海岸的生態(tài)面臨崩潰的邊緣。以?？谑袞|寨港為例，1980年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)夾著大海潮，猛烈地朝著東寨港襲來(lái)。東寨港有兩條農(nóng)田防護(hù)堤，西堤因?yàn)橛屑t樹(shù)林的保護(hù)，只被沖決13處，總長(zhǎng)196米，農(nóng)田受災(zāi)較輕。但是東堤前沿的紅樹(shù)林因圍海造田被砍掉大部分，大堤經(jīng)受不起臺(tái)風(fēng)和海潮的沖擊，決口84處，總長(zhǎng)1097米，堤內(nèi)農(nóng)田大多都被淹沒(méi)，農(nóng)作物也都被毀壞，受災(zāi)十分嚴(yán)重。上世紀(jì)90年代，東寨港紅樹(shù)林區(qū)域 又開(kāi)始大量蝦塘養(yǎng)殖，導(dǎo)致紅樹(shù)林大片濕地被侵占，生態(tài)系統(tǒng)趨于崩潰，紅樹(shù)大量死亡。現(xiàn)在介于淡水和咸水交界處的紅樹(shù)林灘涂地又成為咸水鴨養(yǎng)殖的場(chǎng)所。咸水鴨依靠獨(dú)特的紅樹(shù)林灘涂地，以小貝殼、小魚(yú)蝦、玉米、稻谷為主食，長(zhǎng)期自由放養(yǎng)在紅樹(shù)林灘涂地上。鴨子游到紅樹(shù)林里來(lái)找吃的，不斷覓食紅樹(shù)林泥土里的小魚(yú)蝦蟹，導(dǎo)致灘涂泥土被破壞，海水潮漲潮落使得紅樹(shù)林的根裸露出來(lái)，紅樹(shù)林很容易就倒下死亡。鴨子的糞便，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，咸水鴨把螃蟹、跳跳魚(yú)、海螺等團(tuán)水虱的天敵都吃光了，團(tuán)水虱大量繁殖，鉆空紅樹(shù)的樹(shù)根、樹(shù)莖，導(dǎo)致紅樹(shù)枯死。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)概論

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，人類(lèi)社會(huì)信息化進(jìn)程進(jìn)入了新的發(fā)展階段。整個(gè)社會(huì)的信息收集渠道日益多層次和多樣化，信息應(yīng)用廣度和深度不斷拓展，信息總量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，以信息資源為基礎(chǔ)架構(gòu)創(chuàng)新驅(qū)活動(dòng)不斷涌現(xiàn)，從而帶來(lái)全社會(huì)信息在類(lèi)型多樣性、關(guān)系復(fù)雜性、應(yīng)用時(shí)效性等方面呈現(xiàn)出嶄新的趨勢(shì)和特征。這種全新的信息化社會(huì)環(huán)境，將信息科學(xué)和其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇和巨大挑戰(zhàn)。隨著信息數(shù)據(jù)的多元化、分布復(fù)雜和非結(jié)構(gòu)化的隨機(jī)出現(xiàn)，涌現(xiàn)了大量對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的新技術(shù)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)是在新的網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，面對(duì)海量復(fù)雜數(shù)據(jù)的管理、歸納、應(yīng)用研究而發(fā)展產(chǎn)生的一種新的解決方案。它是一套完備的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)和思想意識(shí)創(chuàng)新力，其特有的戰(zhàn)略意義和核心價(jià)值主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，數(shù)據(jù)現(xiàn)已成為社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展要素之一，它廣泛應(yīng)用在科學(xué)研究、商業(yè)、教育、國(guó)防等多層領(lǐng)域，在戰(zhàn)略思維上，大數(shù)據(jù)已經(jīng)從商業(yè)領(lǐng)域上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。我國(guó)自2012 年起，多個(gè)政府部門(mén)連續(xù)密集地出臺(tái)了十余個(gè)與大數(shù)據(jù)相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃，特別是國(guó)務(wù)院于2015 年8 月出臺(tái)了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，明確提出了政府率先開(kāi)放政務(wù)大數(shù)據(jù)并強(qiáng)化與社會(huì)各方形成合力的相關(guān)任務(wù)和計(jì)劃時(shí)間表，突顯我國(guó)發(fā)展大數(shù)據(jù)的意志與決心。

第二，大數(shù)據(jù)是對(duì)傳統(tǒng)信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步深化和創(chuàng)新。大數(shù)據(jù)科學(xué)正在加速形成以數(shù)據(jù)為核心的新的理論與技術(shù)體系。大數(shù)據(jù)所特有的類(lèi)型多樣、混合異構(gòu)、快速增長(zhǎng)、體量巨大、關(guān)系復(fù)雜、高維稀疏等特性，為統(tǒng)計(jì)學(xué)、模式識(shí)別、人工智能等傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析理論提供了更多源的研究方法。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)為核心的存儲(chǔ)、索引、融合、處理、分析、應(yīng)用、安全等全過(guò)程技術(shù)，亟待實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展，不斷形成和完善大數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)體系。同時(shí)，大數(shù)據(jù)的相關(guān)工程框架也不斷成熟，以Hadoop、Spark(內(nèi)存計(jì)算)等主流的大數(shù)據(jù)工程技術(shù)體系，開(kāi)展大數(shù)據(jù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是大數(shù)據(jù)對(duì)促進(jìn)信息化革新的重要貢獻(xiàn)。

第三，大數(shù)據(jù)是實(shí)踐“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”理念的重要支撐力量。以應(yīng)用為導(dǎo)向、以應(yīng)用為引領(lǐng)，是大數(shù)據(jù)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的主要特征。大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)是信息化時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)不斷的技術(shù)探求和工程實(shí)踐，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動(dòng)提供一站式共性基礎(chǔ)服務(wù)，有效降低應(yīng)用技術(shù)門(mén)檻，支持創(chuàng)業(yè)公司和個(gè)人群體在平臺(tái)上開(kāi)展不同領(lǐng)域、不同層次、不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)新，加速形成以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為核心的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)圈，提供穩(wěn)定安全的產(chǎn)品化應(yīng)用解決方案，促進(jìn)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)加快形成。

Spark框架技術(shù)是目前解決大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的優(yōu)秀工程框架之一。Spark是一個(gè)基于內(nèi)存計(jì)算的開(kāi)源集群計(jì)算系統(tǒng)，目的是更快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。Spark由加州伯克利大學(xué)AMP實(shí)驗(yàn)室Matei為主的小團(tuán)隊(duì)使用Scala開(kāi)發(fā)，提供了與 Hadoop 相似的開(kāi)源集群計(jì)算環(huán)境，基于內(nèi)存和迭代優(yōu)化的設(shè)計(jì)。Spark具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

1. 輕量級(jí)快速處理。對(duì)于大數(shù)據(jù)處理，運(yùn)行速度是重要的測(cè)量指標(biāo)。Spark允許Hadoop集群中的應(yīng)用程序在內(nèi)存中以100倍的速度運(yùn)行，即使在磁盤(pán)上運(yùn)行也能快10倍。Spark通過(guò)減少磁盤(pán)IO來(lái)達(dá)到性能提升，它們將中間處理數(shù)據(jù)全部放到了內(nèi)存中。Spark使用了RDD（Resilient Distributed Dataset）的理念，允許它可以透明的內(nèi)存中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，只在需要時(shí)才持久化到磁盤(pán)。

2. Spark支持多語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，易于推廣使用。Spark允許Java、Scala及Python，使開(kāi)發(fā)者在自己熟悉的語(yǔ)言環(huán)境下進(jìn)行工作。

3. 支持復(fù)雜查詢(xún)。在簡(jiǎn)單的“map”及“reduce”操作之外，Spark還支持SQL查詢(xún)、流式查詢(xún)及復(fù)雜查詢(xún)。

4. 實(shí)時(shí)的流處理能力。對(duì)比MapReduce只能處理離線(xiàn)數(shù)據(jù)，Spark支持實(shí)時(shí)的流計(jì)算。Spark依賴(lài)Spark Streaming對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理。

5. 可以與已存Hadoop數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。Spark可以獨(dú)立的運(yùn)行，除了可以運(yùn)行在當(dāng)下的YARN集群管理之外，它還可以讀取已有的任何Hadoop數(shù)據(jù)。這個(gè)特性讓用戶(hù)可以輕易遷移已有Hadoop應(yīng)用。

三、以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的紅樹(shù)林保護(hù)信息系統(tǒng)

運(yùn)用以大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的信息技術(shù)，對(duì)紅樹(shù)林的保護(hù)和發(fā)展具有重要的意義。

（一）有利于監(jiān)督和管理紅樹(shù)林資源分布

當(dāng)前對(duì)紅樹(shù)林信息收集的主要做法是靠人工在樹(shù)林中長(zhǎng)期的進(jìn)行測(cè)量來(lái)獲取數(shù)據(jù)資源數(shù)量和分布，其數(shù)據(jù)處理方法也是人工運(yùn)算，每次要花很長(zhǎng)的時(shí)間才可獲得合理使用的數(shù)據(jù)，效率低下。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的日臻成熟，以此作為后臺(tái)的技術(shù)支撐，進(jìn)行資源數(shù)據(jù)的獲取和分布統(tǒng)計(jì)，將會(huì)極大提高工作和管理效率。通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等技術(shù)對(duì)地面進(jìn)行掃描、攝像等，可以獲取大量的相關(guān)數(shù)據(jù)資源，再對(duì)其進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、整理和歸納，形成重要的決策依據(jù)，也方便對(duì)林業(yè)資源變化監(jiān)控和應(yīng)對(duì)措施的制訂。通過(guò)研究

圖1: 保護(hù)信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)

以Yahoo的YARN作為核心點(diǎn)，YARN創(chuàng)建一個(gè)全局的資源管理器（ResourceManager，RM）和若干個(gè)針對(duì)應(yīng)用程序的應(yīng)用主服務(wù)器（ApplicationMaster，AM）。經(jīng)過(guò)這樣的變化，YARN在擴(kuò)展性方面有很大改進(jìn)，可以支持10000+計(jì)算機(jī)集群，同時(shí)改進(jìn)了MapReduce的性能，并且支持Hadoop之外的其他計(jì)算框架。除了支持批處理的Hadoop之外，還有Spark和Storm等計(jì)算框架的集成。其中，Hadoop用于離線(xiàn)數(shù)據(jù)分析，Spark用于多迭代批處理數(shù)據(jù)分析，Storm則是用于流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和預(yù)測(cè)。借助YARN將大數(shù)據(jù)離線(xiàn)、近線(xiàn)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了整合。

TP399

B

(2016) 02-156-05

2015-10-6

王明松（1972- ），男，遼寧營(yíng)口人，三亞學(xué)院信息與智能工程學(xué)院，碩士，從事軟件工程研究。

錢(qián)靜媛（1976- ），女，呼和浩特人，三亞理工職業(yè)學(xué)院，本科，從事會(huì)計(jì)學(xué)研究。