大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用

邵 斌 劉建濤

(廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北 廊坊 065000)

一、生態(tài)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系分析

(一)大數(shù)據(jù)采集技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心在于以衛(wèi)星遙感技術(shù)、傳感技術(shù)、射頻技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動(dòng)平臺(tái)等多種技術(shù)手段，對(duì)所需的數(shù)據(jù)信息加以采集。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，信息化技術(shù)全面發(fā)展的今天，生態(tài)環(huán)境的數(shù)據(jù)信息獲取方式也逐漸朝著多元化的方向發(fā)發(fā)展。采集的數(shù)據(jù)包含了地面數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)信息等諸多方面的內(nèi)容。而在數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用之中，遙感技術(shù)往往會(huì)使空間信息技術(shù)的應(yīng)用提供更加全面的保障。從實(shí)際情況來(lái)看，能夠覆蓋到全球的生態(tài)環(huán)境檢測(cè)體系包含了衛(wèi)星遙感和地面監(jiān)測(cè)兩個(gè)類別，而在這之中，地面檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系包含了氣象站檢測(cè)和全球環(huán)境監(jiān)督管理體系等諸多方面。地面氣象站監(jiān)測(cè)包含了100多種數(shù)據(jù)信息的來(lái)源，涉及到35000個(gè)氣象站點(diǎn)，云集了多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)，能夠獲取云量、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度以及降水等多種數(shù)據(jù)信息。全球環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系往往涵蓋了生態(tài)系統(tǒng)檢測(cè)、環(huán)境污染檢測(cè)等諸多方面內(nèi)容，能夠?qū)λ㈥懙氐纳鷳B(tài)進(jìn)行監(jiān)督管理，并對(duì)環(huán)境的污染情況和環(huán)境質(zhì)量加以控制，對(duì)生態(tài)環(huán)境的要素和時(shí)空變化的情況有著更加合理的認(rèn)識(shí)。另一法方面，全世界也構(gòu)建了多個(gè)公民數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，利用所有民眾的力量去收集環(huán)境數(shù)據(jù)，從而達(dá)到完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，提升數(shù)據(jù)完善性的作用。美國(guó)在BudBurst項(xiàng)目之中，就通過全美人民對(duì)植物生命周期的數(shù)據(jù)收集對(duì)綠色植物與環(huán)境變化之間的關(guān)系進(jìn)行了研究和分析，而我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)部門也啟動(dòng)了生態(tài)環(huán)境遙感大數(shù)據(jù)體系的建設(shè)活動(dòng)，主要目的在于通過遙感大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)效力的全面提升，目前已經(jīng)建立起具備2D和3D環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集的，能夠覆蓋全國(guó)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理體系[1]。

(二)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信息來(lái)源較為廣泛，數(shù)據(jù)的類型和處理方式也存在著較大的差異性，不同專家學(xué)者對(duì)于大數(shù)據(jù)技術(shù)的處理流程也進(jìn)行了全面的劃分。有些專家將其劃分成為了獲取、集成和分析三個(gè)階段，而有些專家則認(rèn)為其流程應(yīng)該包含了解釋說(shuō)明和可視化等諸多階段。而在這個(gè)過程之中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理體系是升天環(huán)境大數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵所在，其應(yīng)該具備更強(qiáng)的兼容性和拓展性，同時(shí)要具有較強(qiáng)的先進(jìn)性與穩(wěn)定性，要能夠在多種復(fù)雜的條件之下加以應(yīng)用，進(jìn)而滿足不同數(shù)據(jù)體系的處理要求。目前主要的大數(shù)據(jù)文件處理系統(tǒng)包含了HDFS、GFS、CEPH以及Tachyon，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)體系則包含了Big Table、PNUTS以及Dynamo等，這些數(shù)據(jù)的來(lái)源結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，類型較多，數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)往往是采用了DataStage、Data Flux等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其能夠得到初步的轉(zhuǎn)化，從而為后續(xù)的大數(shù)據(jù)全面處理奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在后續(xù)的深入處理之中，包含了機(jī)器學(xué)習(xí)和智能化算法等諸多方面的內(nèi)容，而統(tǒng)計(jì)分析也包含了描述、相關(guān)性分析、回歸分析與劇烈分析等諸多分析方法，能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境的監(jiān)督和控制提供有效的數(shù)據(jù)支持。這里要注意的是，生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)本身就具有一定的獨(dú)特性和復(fù)雜性，涉及到的分析方法較多，需要全面應(yīng)用多種先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和地理信息處理軟件，而通過Meta分析技術(shù)和大數(shù)據(jù)信息挖掘技術(shù)，也能夠使生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)得到全面的整合，進(jìn)而為生態(tài)環(huán)境管理決策的制定提供必要的依托。

大數(shù)據(jù)平臺(tái)是數(shù)據(jù)處理和分析的基礎(chǔ)所在，其平臺(tái)本身是以信息化管理體系為依據(jù)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息加以整合，迅速提取出更具價(jià)值的信息，進(jìn)而使生態(tài)環(huán)境的重大風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力與決策的科學(xué)性得到不斷提升，為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供需求的數(shù)據(jù)。我國(guó)在生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)的規(guī)劃之中也提出了設(shè)置大數(shù)據(jù)環(huán)保云、大數(shù)據(jù)管理以及大數(shù)據(jù)應(yīng)用等諸多平臺(tái)的要求，以能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境為核心，構(gòu)建了多種信息資源有機(jī)融合的數(shù)據(jù)管理體系。云計(jì)算作為當(dāng)前最新的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，主要是以MapReduce和Hadoop為代表的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)平臺(tái)，而我國(guó)江蘇省也通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)生態(tài)數(shù)據(jù)信息的全面監(jiān)督與控制，為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督管理體系的構(gòu)建奠定了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用的價(jià)值

(一)提升檢測(cè)的有效性。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠全面提升檢測(cè)的有效性，確保整個(gè)大區(qū)之內(nèi)的環(huán)境污染數(shù)據(jù)滿足互聯(lián)互通的要求，提升分析數(shù)據(jù)的優(yōu)化性，確保環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)控以及數(shù)據(jù)高效處理分析機(jī)制得到保障，對(duì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)加以實(shí)時(shí)顯示。舉例而言，我國(guó)相應(yīng)的專家與學(xué)者就提出了e-Science的大氣數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，并在數(shù)據(jù)處理算法和結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)開展了在線分析和計(jì)算，達(dá)到節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的作用。而在自主學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用之下，也能夠使大氣網(wǎng)格化監(jiān)控有效性得到不斷提升。通過Server-Client技術(shù)的應(yīng)用，能夠使多種遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)信息滿足可視化的要求，提升數(shù)據(jù)信息抽取和可視化診斷的質(zhì)量，同時(shí)也能夠在中國(guó)氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)之中獲取多種問題的解決對(duì)策，使土壤相關(guān)數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)更具準(zhǔn)確性[2]。

(二)優(yōu)化數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)Χ喾N污染數(shù)據(jù)信息加以整合，通過對(duì)應(yīng)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)督管理的方式加以分析。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠符合數(shù)字化信號(hào)處理、噪聲數(shù)據(jù)信息獲取以及監(jiān)測(cè)預(yù)警的基本要求，同時(shí)，在數(shù)據(jù)的批量處理之下，也能夠使多種問題得到實(shí)時(shí)性控制。我們也可以通過對(duì)水利系統(tǒng)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立，以土壤流失方程和水利普查流程來(lái)開發(fā)水土流失的評(píng)價(jià)機(jī)制，進(jìn)而使大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用效力得到有效提升。而在我國(guó)提出“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)應(yīng)用理念之后，也對(duì)多種土壤環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了提取和補(bǔ)充，在數(shù)據(jù)不斷對(duì)比和更新優(yōu)化之下，提升了土壤生態(tài)環(huán)境數(shù)字化評(píng)價(jià)的效力。在大數(shù)據(jù)技術(shù)之下，也能夠結(jié)合生態(tài)環(huán)境特征，對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和影響因素加以有效監(jiān)督管理，同時(shí)也可以根據(jù)多種生態(tài)環(huán)境體系，對(duì)區(qū)域土壤變化情況加以分析，結(jié)合多種大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化機(jī)制進(jìn)行峰分析，從而為后續(xù)管理有效性的提升提供必要的保障。

三、大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用的趨勢(shì)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用雖然能夠全面提升數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信息的有效性和便利性，能夠使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)效率得到保障，然而隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提升，數(shù)據(jù)的類型和量級(jí)也隨之提升，再加上大數(shù)據(jù)技術(shù)涉及到的領(lǐng)域眾多，導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)信息缺乏有效的整合和應(yīng)用，同時(shí)其他領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)信息也沒有得到合理應(yīng)用，不同的生態(tài)環(huán)境要素有著更加動(dòng)態(tài)化的特征，而環(huán)境污染的形式與原因也較為復(fù)雜，在構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系時(shí)往往會(huì)受到人為因素的影響，導(dǎo)致指標(biāo)評(píng)價(jià)體系受到人為因素的影響，難以達(dá)到預(yù)期的功能和作用。因此，在未來(lái)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用將以提升與其他數(shù)據(jù)庫(kù)的協(xié)調(diào)性和兼容性違法發(fā)展發(fā)方向，不斷提升獲取數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用質(zhì)量和應(yīng)用效率，考慮到多種生態(tài)環(huán)境要素的變化特點(diǎn)以及污染物的數(shù)據(jù)特征，通過必要的方式對(duì)其他相關(guān)體系的數(shù)據(jù)加以獲取，進(jìn)而使管理目標(biāo)和管理范圍的確定更能符合實(shí)際需求，提升評(píng)價(jià)法方法和評(píng)價(jià)模型構(gòu)建的合理性，使大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值和作用能夠得到充分發(fā)揮。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域之中，為我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的順利開展提供了必要的依托。而大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入，能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)督管理之中獲取的海量數(shù)據(jù)信息加以挖掘和整合，確保多種有價(jià)值的信息得到合理利用，為我國(guó)生態(tài)環(huán)境決策管理的科學(xué)性和有效性提供了必要的保障。而這也就要求了我們能夠?qū)Υ髷?shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行全面分析，明確大數(shù)據(jù)采集技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)和要點(diǎn)，并明確大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用的主要趨勢(shì)，從而推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的全面應(yīng)用。