生態環境大數據在電網規劃中的應用初探

湖北華中電力科技開發有限責任公司 徐桂彬 黃文杰

電網建設過程中不可避免對生態環境有影響，有時這種影響是不可逆的，導致生態環境嚴重破壞。2003年9月1日起實施的《中國人民共和國環境影響評價法》要求國務院有關部門、設區的市級以上地方政府及其有關部門要對其組織編制的專項規劃進行環境影響評價。電網規劃是電力行業發展與建設的首要環節，傳統的電網規劃依靠單項確定性的規劃方法，對于跨部門跨行業的數據信息利用率低下，通常需耗費大量人力物力，且電網是一個網狀結構，涉及的生態環境問題也復雜多樣，制約電網建設的條件較多，很難短時間內準確掌握清楚。

大數據被稱為是繼云計算、物聯網之后信息技術產業的又一次顛覆性革命，隨著計算機和信息技術的發展，社會正在全面數字化，進而引發了行業數據的爆炸性增長，促進了大數據的迅猛發展。在此大環境下，生態環境大數據為電網規劃科學性和合理性提供了技術平臺和方法支撐。

1 生態環境大數據

隨著社會的發展及科學技術的不斷進步，人類在掠奪自然資源的同時對生態環境造成了巨大的破壞為強化生態保護，2011年《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》明確提出在重要生態功能區、陸地和海洋生態環境敏感區、脆弱區等區域劃定生態紅線，這是我國生態環境保護進程中的重大突破，是實施綜合生態系統管理，加強我國生態環境保護和管理的重要舉措，將對維護國家和區域生態安全，保障我國可持續發展能力產生十分明顯的作用[1]。而生態環境大數據的建立，恰恰能為解決生態環境問題提供新的方向。

第一，生態環境大數據擁有龐大的多源數據庫，可利用傳感器技術和無線通信技術系統的收集、整理和存儲各種生態環境相關的數據，不僅有地面監測數據、遙感影像數據和社會經濟數據，在互聯網如此發達的今天，網絡上小小的文字、圖片、視頻等都可能包含了與生態環境相關的信息，從而實現數據的整合與利用。

第二，隨著云計算、機器學習和人工智能等技術的發展，可從大量低信息量數據挖掘出高信息量數據，并通過各種模型庫、算法庫和學習庫對這些不同來源、不同結構的數據進行分析，實現數據與模型的結合，為決策者提供全方位的信息，并利用可視化技術，不再是傳統文本顯示而是更為直觀、清晰的可視化分析。

第三，生態環境大數據的長期定位觀測服務，可最大限度的摒棄傳統的采樣和人為誤差，使結果更加可靠。能夠提供全面覆蓋的觀測數據且數據實時有效、自動傳輸，并包含各個時間尺度、空間尺度以及各個生物學層次的數據。

2 電網工程對環境的影響

電網工程對環境的影響主要分為兩個階段，工程建設期和工程運營期。在工程建設期過程中主要行為有爆破、土石挖方、堆放、回填以及構筑新建筑，這些行為都將直接作用于地表地貌、徑流、土壤、植被等，使其發生形態甚至固有性質的變化[2]。如在障礙物爆破過程中、尤其在地形地貌復雜環境下，往往對地形穩定性和地表粗糙度有著直接的改變。在道路鋪設過程中，通常挖方量超過填方量，其動土量所占比例基本與占地面積一致，因此造成土地侵蝕量相對較大、同時影響降水水下滲強度。在組塔過程中，常在塔基周圍有臨時施工占地，架線過程中有牽張場占地，而整個施工走廊往往需要削減樹梢，以上施工過程均會使植被覆蓋度降低[3]并對景觀穩定度造成干擾。當這些問題達到一定臨界值后將引發地質災害、水土流失、植被退化等生態環境問題，導致生態環境惡化甚至發生無法挽回的生態系統退化。

工程建設完成進入運營期后也將對生態環境有一定的影響。工程的永久占地主要是線路沿線塔基的建設，永久占地不可避免的要砍伐一些喬灌木和灌草叢，且在工程運行期間也會對導線下方高度較高的森林群落進行定期的砍伐，將對其生長產生一定影響，造成植物資源的破壞，嚴重的將會導致附近生物多樣性發生變化。工程運營期間將產生工頻電磁影響及噪聲干擾，還可能存在鳥類遷徙途中撞到高壓線的可能。如果區域內有大、中型動物，則可能改變了生物環境的區位關系，影響其生物生態結構及功能，甚至導致動物遷移產生阻隔效應，后果嚴重。

3 生態環境大數據在電網規劃建設中的應用

電網工程對環境的影響來自多個方面，傳統的完全人工測量方法既難以在宏觀上把握大范圍區域的生態環境概況，同時也無法在微觀上對每塊區域現狀的變化有準確的認知。針對這些問題，利用生態環境大數據先進技術和思路，本文從數據獲取、數據處理以及數據應用三個方面闡述生態環境大數據在電網規劃建設中的應用。

圖1 生態環境大數據在電網規劃建設中的應用數據圖

3.1 為電網規劃設計提供直觀的基礎數據

生態環境大數據來源多樣，數據量巨大。通過無人機航測、衛星遙感以及電子地圖等空天地一體化信息采集技術，可獲取到大量生態環境地理信息數據，特別是生態敏感區域，需更加細致精確的數據，相較于傳統的人工測繪方法可大幅提高數據的準確性和實時性，同時節省大量人力物力。生態環境大數據數據庫針對信息分散問題，可將各部門提供的海量紙質圖表、圖像視頻數據和用戶交互數據等非結構化數據整合、抽取和集成，采用統一的結構存儲這些數據，保證數據質量。并為電網規劃設計提供數據展示服務，不僅局限于文本和圖形，將引入標簽云、三維立體建模等可視化技術，友好直觀的展現基礎數據。

3.2 提供對時空數據的分析和預測

傳統的統計分析主要是根據小樣本的精確數據對全局進行分析和預測，重點在與數據的因果關系分析。而在生態環境大數據的支持下，可將氣象、土壤、植被、大氣化學、水體等全集數據同時納入分析范圍，不再追求傳統的對因果關系的檢測，更加側重于多樣性和敏感性，綜合考慮各種情況，從而解決某些特定的、傳統分析難以解決的問題。除了數據分析，生態環境大數據更重要的幫助在于根據建立模型預測未來。傳統的對生態環境的研究往往有一定的滯后性，特別是環境污染方面較難感知和預料，影響一旦產生往往就已發展到相當嚴重的程度[4]。

隨著云計算、機器學習和人工智能等技術的不斷發展，基于生態環境大數據可建立認知計算模型，利用海量數據的交叉驗證結合專家經驗進行自動訓練、自我學習，從而做到高精準預報預測。而在生態系統變化方面，通過縱向比較區域歷史數據和橫向比較相似區域數據，結合多種生態模型對海量數據進行深度挖掘和關聯分析，尋找各個要素之間的相關性，通過他們之間的聯系進行預測分析。

圖2 電網選線選址的輔助決策方案圖

3.3 為電網選線選址提供輔助決策

電力設施建成后，一旦需要遷改則會付出巨大的經濟代價，因此電網設計之初選線選址尤為重要。在生態紅線區劃定后使得電網規劃更加復雜，但在生態環境大數據背景下，利用GIS 技術可很好解決選線選址問題，因為考慮到電網路徑是位于地理空間中的人工構建物，其線路距離較長，通過的地區的地理條件十分復雜，且與眾多電力線路和通訊線路交叉跨越，送電線路和其桿塔位置均與地理空間位置關系密切，垂直方向的層次信息亦十分重要，因此三維可視化地理信息模型可以更高效、簡便、直觀地對工程中的空間位置和地理環境信息進行管理及分析處理，并且在大量基礎數據和大數據強大預測能力的支持下，通過人機交互的方式模擬真實場景，將所有方案一一實現，進而選取更優化的方案，有效地為設計、施工管理和決策人員服務。

3.4 為生態補償提供技術平臺和方法支撐

生態補償是指在綜合考慮生態保護成本、發展機會成本和生態服務價值的基礎上，采用行政、市場等方式，由生態保護受益者或生態損害加害者通過向生態保護者或因生態損害而受損者以支付金錢、物質或提供其他非物質利益等方式，彌補其成本支出以及其他相關損失的行為[5]。然而一直以來在理論研究中未形成統一的生態補償標準確定方法，在我國，區域所面臨的生態環境問題直接決定了其自身所開展生態補償的側重點及差異性。構建生態環境大數據平臺，可結合GIS遙感等技術，通過對現有敏感區規劃圖件智能識別實現敏感區精準定位。特別是可將劃分區域與當地實際情況進行對比，準確的掌握區域情況，保證其科學性和合理性，為后續的評價和賠償標準提供基礎和依據。

3.5 為電網建設后續工作提供智能監測服務

生態環境變化是一個長期的階段性的過程，通過生態環境大數據可獲取預測信息做出合理的方案規劃。但在電網建設后續工作中有許多人為因素或其他不可抗逆因素，依然會導致生態環境問題的發生。此時就需要實時數據不斷更新，對已有工程追蹤分析評價，監測工程后續進展，及時發現約束和解決生態環境問題，確保電網建設完全安全無害。特別是針對生物多樣性問題尤為關注，如動物遷徙阻隔等，這均需要長時間序列的監測。同樣，對于工頻電場、工頻磁場以及產生的噪音問題，也要依據電網規劃區域進行合理的調整。并且生態知識只有通過成功的生態實踐才能轉化為生態實踐智慧，將經驗總結成為新的數據，也為其他工程提供一定的參考。

4 生態環境大數據對電力部門的意義

電力是國民經濟的命脈，支撐著國民經濟的快速發展，隨著綠色發展概念的提出，電力系統的建設已進入嶄新歷史階段。隨著電網規模的擴大，電網規劃建設對生態環境的影響愈加明顯。大數據時代的到來也為電力行業開辟了新的道路，利用生態環境大數據，從數據獲取、數據處理到數據應用多個方面，宏觀上快速了解電力設施對生態環境的影響，微觀上針對每個區域的不同問題提出合理的應對方案，建立工程選址規劃技術平臺、工程監測系統，在下一步規劃施工過程中盡可能避免或減少對生態環境的影響。而在之后的研究中，如何將生態環境大數據同社會經濟效益、電力企業管理、增值服務挖掘等應用價值緊密結合，成為了新的探索方向。

4 結語

綜上所述，生態環境大數據對電力部門平衡規劃建設與自然生態環境保護有一定的參考價值，也為電力行業的發展提供了新的思路。