關(guān)于生態(tài)環(huán)境綜合感知平臺建設(shè)的探析

吳德灃 殷小軍

一、概述

生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本條件，是經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎(chǔ)。國家高度重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，習近平總書記多次強調(diào)，要像保護眼睛一樣保護生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，把不損害生態(tài)環(huán)境作為發(fā)展的底線，讓廣大人民群眾共享生態(tài)文明建設(shè)成果。國家在森林、草原、水土、河湖、海洋、生物保護等方面進行了部署，要求持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，構(gòu)筑國家生態(tài)安全屏障。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應用，信息化日益成為生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。南京著力推動生態(tài)環(huán)境信息化建設(shè)，謀劃建設(shè)了長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實時動態(tài)感知平臺，采用了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的創(chuàng)新技術(shù)，以全面感知、自動傳輸、智能分析、精細管理的理念，構(gòu)建多源立體感知、AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析、一圖實時展示的綜合感知平臺，實現(xiàn)長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管的信息化、數(shù)字化、精細化、可視化，為環(huán)境質(zhì)量精準管控提供技術(shù)支撐，為環(huán)境污染精確溯源提供數(shù)據(jù)支撐，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

二、建設(shè)思路

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是一個集傳感識別、圖像分析、數(shù)據(jù)處理、智能預警的綜合系統(tǒng)，其基礎(chǔ)模塊主要包括：GIS模塊、大氣質(zhì)量管理、水源質(zhì)量管理、噪聲管理、多樣性生物監(jiān)測、重點污染源管理、生態(tài)紅線監(jiān)督管理等方面。

長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實時動態(tài)感知平臺主要內(nèi)容包括搭建立體多源實時動態(tài)感知體系，開展部分生態(tài)數(shù)據(jù)AI分析，構(gòu)建一圖實時展現(xiàn)窗口，長江經(jīng)濟帶（南京段）高質(zhì)量發(fā)展研究。利用超分辨率VPS成像芯片和相機研發(fā)攻關(guān)進展，從前端環(huán)境數(shù)據(jù)采集到后端存儲、分析、應用為一體的整套設(shè)計方案，在前端接入或部署各類相關(guān)參數(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)在線監(jiān)測儀，監(jiān)測包括大氣空氣質(zhì)量、污水、地表水、應急執(zhí)法等數(shù)據(jù)等環(huán)境數(shù)據(jù)，疊加視頻信號經(jīng)傳感系統(tǒng)實時傳輸、統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)對環(huán)境信息的分析、發(fā)布、查詢和事件管理等功能。

將生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備接入智慧南京綜合感知平臺，形成數(shù)據(jù)共享機制，實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一管理。在時間和空間上對長江經(jīng)濟帶（南京段）的生態(tài)系統(tǒng)及其組合體的類型、結(jié)構(gòu)和功能等要素進行系統(tǒng)的測定和觀察，利用生命系統(tǒng)及其相互關(guān)系的變化監(jiān)測生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，為合理利用資源，改善生態(tài)環(huán)境和自然保護提供決策參考。

三、建設(shè)內(nèi)容

平臺通過衛(wèi)星遙感、無人機航拍、流域水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測站、視頻監(jiān)控、無人船巡航等技術(shù)手段，實現(xiàn)對長江流域（南京段）的河道、堤岸、排口、斷面、水庫的生態(tài)環(huán)境進行全方位的遙感和地面監(jiān)測，“更快速”感知影響城市環(huán)境、人體健康、生命安全的實時指標；“更全面”感知污染排放、環(huán)境污染、應急事故的變化過程；“更有效”判定環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法與應急處置工作的執(zhí)行狀態(tài)與效果；“更智慧”決策重點企業(yè)、區(qū)域和流域重大環(huán)境管理問題，從而形成生態(tài)環(huán)境多源立體感知體系。

（一）立體多源實時動態(tài)感知

從天、空、地三個層面，從實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感高光譜影像兩個維度，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境立體多源實時動態(tài)感知體系，實現(xiàn)從微觀、中觀到宏觀的全貌精細化監(jiān)測，為進一步開展智能分析、構(gòu)建生態(tài)大數(shù)據(jù)打下良好基礎(chǔ)。

1.建立衛(wèi)星遙感監(jiān)測體系

定期獲取流域生態(tài)高光譜、高分辨影像，通過比對分析掌握長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境變化、岸線變化、規(guī)劃和工程進度。

2.建立無人機高光譜航拍機動平臺

利用無人機構(gòu)建高光譜機動平臺，彌補衛(wèi)星遙感平臺的部分時間盲點，在應急事件中快速、及時、高頻次的獲取流域生態(tài)高分辨率高光譜影像。同時，利用自主可控的超高分辨率VPS芯片，對重點工程和重點區(qū)域，開展高精度航拍，掌握更高精度、更加及時的生態(tài)和工程現(xiàn)狀。

3.建立流域水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)協(xié)同衛(wèi)星和無人機獲取的高光譜影像，供AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析構(gòu)建反演模型。在接入現(xiàn)有各部門監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在重點污染區(qū)域，高密度大量部署物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，全程、實時、動態(tài)獲取水質(zhì)變化數(shù)據(jù)。選取碼頭、渡口、化工園等重點區(qū)域，構(gòu)建大氣網(wǎng)格化實時監(jiān)測系統(tǒng)，實時動態(tài)掌控監(jiān)測對象對生態(tài)環(huán)境的影響程度。同時，共享環(huán)保、水務(wù)等部門的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，避免重復建設(shè)造成浪費。

4.建立高清夜視攝像和采樣智聯(lián)取證系統(tǒng)

沿長江（南京段）流域進行部署，實時、動態(tài)獲取流域重點區(qū)域的視頻影像，抓拍水質(zhì)異常事件視頻影像，聯(lián)動采集水質(zhì)樣本，構(gòu)建污染溯源、成因分析的完整證據(jù)鏈。

（二）AI生態(tài)數(shù)據(jù)分析

1.開展流域生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)同化反演應用

將由物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測實時獲取的大量水質(zhì)數(shù)據(jù)與天空高光譜遙感影像進行比對分析，通過深度學習建立反演模型，由遙感影像反演得出流域水質(zhì)分布圖像。

2.開展流域遙感影像的人工智能分類和識別應用

通過對光譜、形貌特征的分類提取，獲取流域岸線和上下游范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)分布、復綠進度、岸線整治和清退等情況。通過定期影像數(shù)據(jù)比對，掌握岸線整治工程進度，直觀、客觀評價工程完成情況。

（三）一圖實時展現(xiàn)

以長江流域（南京段）GIS地理信息為基礎(chǔ)，利用智慧大屏作為展示載體，將長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境多源感知系統(tǒng)，通過多圖層的方式，進行立體、多源、實時、動態(tài)展現(xiàn)。

1.底圖動態(tài)展示

利用定期獲取的衛(wèi)星高分辨遙感影像、無人機航拍的重點區(qū)域高分辨影像，開發(fā)岸線生態(tài)環(huán)境圖層，融合由高光譜、高分辨遙感影像得出岸線產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分類，并定期進行比對，準確反映流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布、岸線一公里內(nèi)清退進度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整進度等相關(guān)信息。

2.動圖實時展示

開發(fā)環(huán)境質(zhì)量圖層，融合高光譜遙感影像和反演指標、水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)反映流域水環(huán)境質(zhì)量。開發(fā)流域視頻直播展現(xiàn)圖層，通過流域新建高清夜視圖像，直觀展現(xiàn)流域和岸線的實時動態(tài)。

3.藍圖全面展示

面向“多規(guī)合一”統(tǒng)籌要求，結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、濕地保護、水資源保護等生態(tài)環(huán)境推進業(yè)務(wù)，開發(fā)長江經(jīng)濟帶工作推進圖層，展現(xiàn)長江經(jīng)濟帶藍圖規(guī)劃；通過高分辨遙感影像識別分類和定期比對，客觀反映具體業(yè)務(wù)推進程度，并根據(jù)實際業(yè)務(wù)推進情況進一步優(yōu)化調(diào)整。通過多圖層和全景展示，為監(jiān)管部門提供準確、及時的數(shù)據(jù)，形成構(gòu)建長江經(jīng)濟帶規(guī)劃發(fā)展和業(yè)務(wù)推進的重要抓手。

四、取得成效

生態(tài)環(huán)境綜合感知平臺采用了近年來生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域涌現(xiàn)的一些代表性創(chuàng)新技術(shù)，如遙感技術(shù)、水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)等，取得積極成效。

（一）完善長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系

綜合利用超高分辨成像、衛(wèi)星遙感、光譜采集分析、物聯(lián)網(wǎng)感知、大數(shù)據(jù)和人工智能等一系列先進技術(shù)，開展先進技術(shù)間的融合和協(xié)同創(chuàng)新，促進各部門數(shù)據(jù)信息共享，構(gòu)建天地一體、上下協(xié)同的生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系，宏觀、實時、全面、動態(tài)掌握區(qū)域生態(tài)環(huán)境情況，形成創(chuàng)新技術(shù)應用示范。

（二）建設(shè)長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境建設(shè)展示窗口

將生態(tài)環(huán)境監(jiān)控感知體系獲得的生態(tài)大數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理、分析、挖掘和展現(xiàn)，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展保護、修復完善提供了實時全貌展現(xiàn)。

五、結(jié)語

長江經(jīng)濟帶（南京段）生態(tài)環(huán)境立體多源實時動態(tài)感知平臺，是積極采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、衛(wèi)星遙感等先進技術(shù)手段探索科學高效的管理模式嘗試，是協(xié)同和融合利用信息技術(shù)對重點業(yè)務(wù)發(fā)展的創(chuàng)新，也是打造長江經(jīng)濟帶規(guī)范管理和健康發(fā)展的引領(lǐng)示范、推動區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的有益嘗試，平臺探索取得了積極成效，助力高科技手段支撐區(qū)域科學管理，打造生態(tài)宜居人文綠都。

作者單位：南京市信息中心