深圳城市生态大数据智慧管理和服务平台技术集成与应用研究

生态环境是人类赖以生存和发展的基础,城市生态大数据智慧管理和服务平台建设是生态城市和美丽城市建设的需要。以深圳市为例,借助物联网、移动互联网、计算机、数据库和网络地理信息系统技术,以及时空地理大数据整合和共享、大数据挖掘分析和云端一体化业务协同等关键技术,结合城市生态系统评估分析决策模型/方法/对策库,在实现深圳市“空-地-网-统计-众源”等多源异构生态大数据有效集成的基础上,搭建了 “数据采集-信息提取-知识发现-决策生成-快速服务”全流程、一体化的深圳市生态大数据智慧管理和服务平台,构建了面向业务部门和科研人员等专业用户的生态野外数据调查采集系统和城市生态监测与评估管理决策分析系统,以及面向社会大众的深圳生态大调查APP。平台首次揭示了深圳市1979年以来不同生态系统的格局、构成、过程、服务和健康状况的变化,提升了深圳市生态环境综合决策科学化、生态环境监管精准化、生态环境公共服务便民化水平。平台有效降低了用户数据收集与处理和操作专业模型的难度,突破了原始数据应用的瓶颈和难点,提高了专业模型在业务部门中的使用率。未来,依靠“生态大数据+生态专业模型”的技术方案实现从数据到知识的挖掘,是实现城市生态大数据智慧化和专业化管理的关键,也是全面提高城市生态环境保护信息化服务水平的重要途径。     

生态环境大数据发展现状与趋势

随着大数据时代的到来生态环境大数据给生态环境领域研究带来了新的机遇与发展。本文回顾了生态环境大数据在收集、监测、分析与应用方面的发展现状。虽然生态环境大数据研究相对于其他领域起步较晚,但是目前正处于蓄势待发的状态。生态环境大数据研究未来的发展趋势为: 一、建立数据共享机制;二、需要跨区域的不同监测站点甚至不同观测网络进行联合观测与研究, 建立从样地到区域甚至到全球多尺度的、系统的观测与研究, 并且应该推进观测的标准化和规范化, 进一步统一不同生态环境观测网络的观测标准, 建立国际统一的观测标准和规范;三、需要开发针生态环境对大数据的统计分析软件, 尤其应该重视地理信息技术与统计分析技术的结合,特别是过程模型与大数据的结合。最后, 虽然生态环境大数据的应用研究相对薄弱但未来的发展空间是巨大的, 未来生态环境大数据的应用主要应该体现在生态环境资源管理、生态环境动态监测、生态环境评价等方面。     

面向生态系统评估的多源数据融合体系

基于生态系统服务功能的生态系统评估是识别生态环境问题、开展生态系统恢复和生物多样性保护、建立生态补偿机制的重要基础，也是保障国家生态安全、推进生态文明建设的重要环节。生态系统评估涉及生态系统多个方面，需要多要素、多类型、多尺度的生态系统观测数据作为支撑。地面观测数据和遥感数据是生态系统评估的两大数据源，但是其在使用时常存在观测标准不一、观测要素不全面、时间连续性不足、尺度不匹配等问题，给生态系统评估增加了极大的不确定性。如何融合不同尺度的观测数据量化生态系统服务功能是实现生态系统准确评估的关键。为此，从观测尺度出发，阐述了地面观测数据、近地面遥感数据、机载遥感数据和卫星遥感数据的特点及其在问题，并综述了这几类数据源进行融合的常用方法，并以生产力、固碳能力、生物多样性几个关键生态参数为例介绍了“基于多源数据融合的生态系统评估技术及其应用研究”项目的多源数据融合体系。最后，总结面向生态系统评估的多源数据融合体系，并指出了该研究的未来发展方向。     

基于文献计量的生态系统观测研究网络长期观测数据应用研究

基于CNKI数据库,采用文献计量和知识图谱的方法,通过对应用生态系统观测研究网络长期定位观测数据的文献进行分析,探讨长期观测数据的应用领域、具体用途、用户特点及不同生态站数据的应用状况与研究主题,以期为提高生态系统观测研究网络长期观测数据的共享服务能力、充分发挥长期观测数据的价值提供参考。分析结果表明:生态系统观测研究网络长期观测数据受到越来越多学者的关注,其应用学科领域以林业、农业基础科学为主,同时不断扩展到其他学科中,呈多元化态势;数据主要在生态系统服务研究、模型模拟、人工林研究、水污染研究、生物多样性研究、小麦玉米研究、土壤水分研究等方面发挥作用;数据的主要用户群体为高等院校和科研院所,不同机构应用长期观测数据开展的研究各有侧重;各生态站的长期观测数据能够为揭示其所代表生态区和生态系统类型的生态系统结构与功能、能量流动与养分循环的变化规律,分析主要生态环境问题的现状、动态变化及驱动机制等方面提供重要支撑。最后,对生态系统观测研究网络长期观测数据应用的相关方面提出几点建议:(1)健全数据引用机制,制定相应的科学数据引用和著录标准;(2)发挥生态网络长期观测数据优势,开展专题数据产品的生产,充分开发生态网络长期观测数据的潜在价值;(3)加大和稳定生态站的经费投入,提高生态站的观测能力和水平,同时还要完善、优化生态站布局。     

生态环境大数据面临的机遇与挑战

随着大数据时代的到来和大数据技术的迅猛发展,生态环境大数据的建设和应用已初露端倪。为了全面推进生态环境大数据的建设和应用,综述了生态环境大数据在解决生态环境问题中的机遇和优势,并分析了生态环境大数据在应用中所面临的挑战。总结和概括了大数据的概念与特征,又结合生态环境领域的特点,分析了生态环境大数据的特殊性和复杂性。重点阐述了生态环境大数据在减缓环境污染、生态退化和气候变化中的机遇,主要从数据存储、处理、分析、解释和展示等方面阐述生态环境大数据相较于传统数据的优势,通过这些优势说明生态环境大数据将有助于全面提高生态环境治理的综合决策水平。虽然生态环境大数据的应用前景广阔,但也面临着重重挑战,在数据共享和开放、应用创新、数据管理、技术创新和落地、专业人才培养和资金投入等方面还存在着许多问题和困难。在以上分析的基础上,提出了生态环境大数据未来的发展方向,包括各类生态环境数据的标准化、建设生态环境大数据存储与处理分析平台和推动国内外生态环境大数据平台的对接。     

多源数据融合技术在汶川地震生态环境影响应急评估中的应用

在实施汶川地震生态环境影响应急评估工作过程中,考虑到时间紧、范围大的现实情况,对空间数据处理技术与方法上进行了深入探索,成功地采用多源数据集成与融合技术,将不同传感器、不同空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率和不同格式的数据进行了集成与融合,大大提高了遥感影像的有效覆盖范围和灾害信息判读精度,快速、全面地实现了地震灾害对生态环境影响的初步评估,探索出应对巨灾后生态环境遥感监测与评估的基本方法与技术。最后,建议我国要加强生态环境本底数据库建设,完善部门间数据共享机制,促进多源数据集成与融合技术的推广与应用,为更好应对未来的生态灾难做准备。     

大数据时代下的生态系统观测发展趋势与挑战

随着观测技术的发展, 生态学研究尺度不断扩大。生态系统观测从小规模合作、短时间个人观测向大规模、长时间、跨学科、多因子联合观测转变。传感器技术的革新带来了生态观测在时空尺度的扩展与精确度上的提升, 致使生态学观测数据的容量、产生速度与数据种类飞速增长。对生态系统数据获取、存储与管理的传统方法无疑不再能满足现代生态学研究的要求。因此, 我们建议以大数据时代的数据存储、管理与处理技术为基础, 整合生态物联观测网络(Internet of Ecology)、公民科学观测网络以及基于标准化数据管理的研究者网络互联, 建立整合生态系统观测平台来应对这一困境。为生态学研究者打造一站式生态观测服务, 是大数据时代下生态系统观测的大势所趋。     

生态环境移动数据采集系统研究与实现

针对快速、实时、有效采集并录入生态环境野外调查大样本量、多源数据的需求,充分应用移动GIS技术、移动智能终端、3G等现代信息技术优势,提出了基于ArcGIS for Mobile的移动数据采集方案,研究解决了包括系统运行机制、数据访问模式、移动数据库技术等面向全国生态环境野外调查的移动GIS关键技术,设计并研发野外调查移动数据采集系统。该系统采用C#和Java语言,以SQL Server 2008 为服务器端的数据库环境,在Microsoft Visual Studio 2008集成开发环境上实现设计开发,并在全国生态环境10年变化遥感调查与评估项目土地覆盖类型地面核查、生态系统参数野外观测等工作中予以应用。实践检验表明：该系统实现了野外调查数据的数字采集、智能校验、实时上传与有效管理,简化了填报程序,规范了填报内容,提高了工作效率,能够为生态环境相关的调查数据采集提供信息化支持。     

基于GIS和遥感技术的生态系统服务价值评估研究进展

生态系统服务价值评估是当前生态系统管理领域研究的热点,密切联系着人类的生活福祉.本文系统综述了基于地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的生态系统服务价值评估的研究进展,归纳为以下3个特征：生态经济学理论作为价值定量计算的核心方法被普遍采纳;GIS和RS在数据获取、时空分析和集成平台方面发挥着关键作用;运用生态系统服务功能机理模型模拟自然现象与人类活动之间的关系.根据目前该领域的研究现状及不足,提出了可扩展、分布式的集成研究框架--“生产线”框架,探讨了GIS和RS技术与生态系统服务价值评估集成研究的未来发展趋势.     

我国生态环境大数据建设方案实施及其公开效果评估

生态环境大数据建设是新一代环境管理手段,也是我国建设"数据强国"的基本要求。在《生态环境大数据建设总体方案》实施2年后,针对31个省级、27个省会城市、6个大数据建设试点城市的环境保护厅/局落实生态环境大数据的建设进行调查分析,通过文献分析和资料调查,全面评估我国生态环境大数据建设的总体状况,以期为生态环境大数据建设的下一步工作提供建议。结果表明,尽管生态环境大数据建设在数据资源整合方面取得了较大进步,但在地区发展、机构建设、数据共享开放和大数据应用等方面还存在着许多问题,针对这些不足,提出了未来几年我国生态环境大数据建设的发展方向,包括扩充环境信息中心相关职能、推进大数据整合与共享、加强国际交流和提升大数据在重点领域的应用范围。     

长江三角洲生态环境脆弱带生态修复技术研究进展

我国长江三角洲作为中国第一大经济区，综合实力最强的经济中心，其城市化和工业化发展迅速，但在人类活动的高强度影响和干预下，该地区的资源环境问题日益突出：生态环境脆弱性程度的增高，脆弱性发展趋势的加快等等一系列问题严重影响着长江三角洲的可持续发展，该区域生态环境呈现出的脆弱性特征已成为我国新的生态环境脆弱带。基于长江三角洲自然、经济、社会和环境状况的数据基础，及国内外脆弱性综合评价指标(自然因素和人为因素),对长江三角洲进行生态环境评估发现该区域具体的生态环境问题主要为土壤污染、城区大气污染、水环境污染，以及地面沉降等。通过剖析长江三角洲4类生态环境问题(土壤污染、大气污染、水环境污染、地面沉降)的现状、形成的具体原因及带来的影响，结合国内外生态修复技术的研究成果，详细论述了该区域4类生态环境问题的生态修复技术类型(物理方法、化学方法、生物方法、生态方法)、基本原理及各自的优缺点，同时评估了不同生态修复技术在污染治理过程中的可行性、安全性、经济性，旨在以上述理论研究为参照标准评估该区域环境污染治理过程中生态修复技术的修复潜力，为长江三角洲生态环境问题的治理修复提供方案及理论参考。长江三角洲...     

京津冀城市群地区生态安全格局构建与保障对策

京津冀城市群健康与可持续发展是保障我国国家安全的重要基础,但因其城市化过程缺乏区域间协同联动,产业布局各自为政,导致生态用地流失、水生态失衡等问题,由此带来生态系统服务下降、生态风险加剧、生态安全受到威胁。因此,如何从区域角度构建科学合理的生态安全格局,成为保障京津冀城市群区域一体化协同发展的关键。在国家重大专项(典型脆弱生态修复与保护研究——京津冀城市群生态安全保障技术研究,项目编号为2016YFC0503000)的支持下,该研究将围绕"区域生态安全保障"这一核心主题,揭示京津冀城市群生态安全格局的维持机制与影响因子,重点研发关键生物栖息地生态修复、受损生态空间生态重建、生态监管与生态风险预测预警技术,进而构建区域协调与空间联动的生态安全保障决策系统和预测预警平台,并开展示范应用研究,为京津冀城市群地区生态安全保障提供技术支撑。     

我国大型煤炭基地建设的生态恢复技术研究综述

煤炭能源是我国的主体能源,在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。煤炭工业是关系我国经济发展和能源供应安全的重要基础产业。由于受传统发展观的影响,煤炭工业一直存在生产粗放、安全事故频发、资源浪费严重、环境治理和管理滞后等问题。我国大型煤炭基地的建设对提高煤炭供应保障能力起到了关键支撑作用。因此,从区域可持续发展的角度出发,加强矿区的生态恢复,深化煤炭资源的开发利用和环境保护,对促进国家和区域生态环境与社会经济的可持续发展,构建和谐矿区,确保区域乃至全国的生态安全特别是能源安全具有重要的意义。介绍了国家大型煤炭基地的发展历程、分布和开发现状,以及煤炭开采利用带来的一系列生态环境问题,重点阐述了当前我国煤炭基地建设的关键生态恢复技术体系,并从生态恢复与环境管理的角度提出我国大型煤炭基地的可持续发展建议。     

矿山废弃地生态重建研究进展

提出了今后需要加强研究的几个问题 :(1)加强干旱半干旱地区矿山废弃地生态重建的理论与实践研究 ;(2 )筛选与培育耐重金属污染和超富集重金属的植物物种 ;(3)加强西部矿山废弃地共性问题的研究与探讨 ,即如何根据植物与土壤的关系将矿业废弃地划分为不同的类型 ,并在此基础上研究不同类型的废弃地与植物的相互关系 ,进而探讨出必要的人工辅助措施 ,这将是今后矿山废弃地生态重建机制研究的重点。     

晋陕蒙交界地区生态退化与恢复的研究现状和展望

晋陕蒙交界地区是我国生态环境破坏最严重的地区之一,当地所存在的植被退化、水土流失和土地沙化等一系列生态问题,不但威胁该地区居民的生存与发展,而且也影响我国东部地区的生态环境质量与经济发展。因此,开展针对该地区的生态恢复理论和恢复技术研究就显得非常重要。本文对该地区数十年来在生态恢复方面的理论研究和治理实践工作的历史和现状进行了分析,提出了今后应该加强对植被退化机理、植被恢复目标群落的确定和如何在大尺度地域上开展生态恢复等问题进行研究的建议,以便为更好地开展该地区的生态恢复工作提供帮助。     

黄土高原神府资源开采区生态环境质量时空格局特征

煤炭的开采促进了地区经济发展,同时也影响了当地的生态环境。因资源开采区在监测研究中常忽视了生态环境质量的长时间影响和时空变化。以神府开采区为例,基于Landsat系列遥感数据,使用遥感生态指数、Mann-Kendall检验法、R/S分析法等,对该区2000—2020年间生态环境质量时空格局特征进行时间序列分析和空间格局特征研究。结果表明：研究区域20年的RSEI均值为0.469,生态环境质量多年平均属于中等等级。2000—2020年间神府矿区生态环境质量总体上看有所改善,20年前后波动变化维持在0.523;同时建设用地也不断增加,从107.09km²增加至273.53km²。变化趋势上生态环境质量趋势变优、不显著和变差的面积比例分别约为56.1%、16.3%和27.6%。研究区生态环境可持续性整体上不强,大量区域显示反持续性特征。资源开采活动引发的地质环境问题致使生态环境退化,表现为直接影响区生态环境质量低于间接影响区,平均低2.68%。研究揭示了矿区长时间序列的变化状况与未来变化趋势及可持续性特征,探讨工矿业对生态环境质量的影响,为神府矿区...     

基于土地利用变化的细河流域景观生态风险评估

以辽宁省细河流域为研究对象,利用1985、1995年和2005年3个时期的Landsat TM及2015年Landsat OLI遥感数据,进行了细河流域土地利用解译,定量分析了流域近30年来土地利用动态变化特征;根据景观生态学理论引入景观生态风险评价模型,将研究区划分为340个生态风险评价单元,基于地统计学和空间自相关方法,对1985—2015年细河流域景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了评价。结果表明:(1)自1985年以来,研究区的6种土地利用类型皆发生了变化,其中建设用地由于林地和耕地的大量转入增加最明显。(2)1985—2015年流域高、较高和中生态风险区面积增加,且向流域南部转移;低、较低生态风险区面积减少,且向流域北部集聚;流域整体生态风险呈增高趋势。(3)研究区各时期景观生态风险呈现正的空间相关性,在空间上趋于集聚。人类活动干扰导致景观破碎,是影响该区域景观生态风险最重要的原因。     

老工矿区污染生态问题与今后研究展望

老工矿区的环境污染及其引发的生态问题,已成为当今制约经济与社会可持续发展的世界性技术难题.对老工矿区这一概念的基本定义与范畴仍有争议,本文首先对这一概念从理论上进行了探讨;然后从剖析我国老工矿区现状尤其是其环境污染现实问题的复杂性入手,对老工矿区的区域二次污染这一科学前沿给予了重点关注;在深入阐述老工矿区环境污染问题复杂性与其特点的基础上,建议今后从国家层面上开展老工矿区二次污染发生机理与控制的系统研究,以及从分子生态毒理学角度系统开展有关新型疾病对环境污染响应的研究,是21世纪初环境科学和生态学研究的两大关键科学问题,这无疑是今后我国环境保护战略的重要组成部分.