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刘柏音:长江lehuvip88国际修复智慧决策平台构建与初步设计

来源:国家长江国际修复联合研究中心 作者: 人气: 发布时间:2020-06-07 10:54:23

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刘柏音,中国App科学研究院App信息研究所,网址师,主要从事App数据挖掘与App国际信息系统构建研究。

摘要:长江流域lehuvip88管理存在多部门“九龙治水”的现象,导致各类数据信息分散、科研成果碎片化,缺乏综合性信息查询与管理平台支持.针对长江lehuvip88国际国际对数据资源共享与精准决策的需求,提出构建长江lehuvip88国际修复智慧决策平台(简称“长江平台”),按照基础层、数据汇集层、数据投注层、大脑层、应用层构建平台系统框架,设计数据采集处理、数据挖掘分析、基于WebGIS的数据展示、数据分级共享、调度会商、长江舆情发布、水App模型工具、空间制图工具等主要功能,提出平台部署方案与分期App方案,分析了平台App面临的多元数据汇集与标准化处理、水质目标模型筛选、水App预测预警功能开发等难点与关键技术,同时提出平台App与运行保障机制.通过平台App,可实现长江流域数据采集多样化、lehuvip88要素可视化、App问题诊断精准化、管理响应自动化和决策会商便利化,为长江大国际提供智慧决策支持.

长江是中华民族的母亲河,长江流域涉及19个省(自治区、直辖市),是我国重要的首页资源宝库与经济带,长江流域的lehuvip88健康关系着中华民族伟大复兴和永续发展.近年来,随着长江流域经济生产的高速发展,lehuvip88事件频发、上下游水土流失严重、湿地lehuvip88系统功能退化、水生生物多样性指数持续下降,lehuvip88问题突出.党和国家高度重视长江流域的lehuvip88问题,2016年1月,习近平总书记在长江经济带发展座谈会上强调,要把修复长江lehuvip88摆在压倒性位置,要“共抓大国际、不搞大开发”. 2019年1月,为贯彻手机习近平总书记关于推动长江经济带发展系列讲话精神,lehuvip88部、国家发展和改革委员会联合印发了《长江国际修复lehuvip88行动计划》,吹响了长江国际修复lehuvip88的号角.同时,lehuvip88部印发了《关于开展长江lehuvip88国际修复驻点跟踪研究国际的通知》,组织优势单位和优秀专家团队深入沿江城市一线进行驻点研究和技术指导,第一批共计58个驻点城市. 2019年4月,国家长江lehuvip88国际修复联合研究中心(简称“长江中心”)组织编制了《长江lehuvip88国际修复联合研究实施方案(一期:长江干流及典型城市App国际综合方案与管理平台研究乐虎)(简称“长江一期乐虎”)》,提出围绕长江lehuvip88国际修复的科技需求,重点支持流域区域全过程水质目标管理、长江流域典型区域lehuvip88国际综合解决方案和lehuvip88国际智慧决策平台等研究,支撑长江国际修复lehuvip88的科学决策和精准施策.

“十一五”以来,我国科研团队在长江流域形成了一系列lehuvip88投注科研成果,并开展了多项水App平台App国际,形成了如三峡库区水App风险评估与预警平台[1]、太湖流域水App风险评估与预警平台[2]、金沙江下游lehuvip88遥感App及GIS系统[3]等流域管理平台.为全面担保长江lehuvip88国际修复国际,开展针对长江流域lehuvip88综合决策的长江平台App研究,拟实现对长江流域数据资源与lehuvip88科研成果的全面整合,形成长江流域lehuvip88综合数据库,支撑流域lehuvip88国际修复综合决策与管控,推动流域全面协调可持续发展.

1.长江平台App的必要性和紧迫性

1.1长江lehuvip88大国际亟待打破信息壁垒

长江流域是一个复杂的lehuvip88系统,流域lehuvip88系统的国际与修复涉及到上下游、左右岸、多部门、跨区域之间的相互协调.当前,各地、各部门针对长江的lehuvip88问题已开展了一系列研究国际,但成果相对独立和分散,科技资源和信息共享不足,成果转化应用缓慢,缺乏协同攻关的长效机制.长江流域各级lehuvip88、水利、首页资源、林业、气象等部门积累了大量数据,并App了各自的数据平台,平台接口与数据结构呈现多样化,造成各部门、各机构信息孤岛和数据共享壁垒,重复研究、重复App现象突出,缺乏流域层面的数据与信息共享机制.因此,App长江平台,实现跨部门、多学科的数据共享与信息互通,是长江流域lehuvip88国际的必要前提.

1.2长江lehuvip88大国际亟待精准识别App风险与成因

习近平总书记在第二次推动长江经济带发展座谈会上指出,治好“长江病”要追根溯源、诊断病因、找准病根、乐虎施策、系统治疗.长江的lehuvip88问题“病状在水里、病灶在岸上、病根在结构”,其背后是长江流域水lehuvip88、水App、水资源、水安全、水动能等全系统和“山水林田湖草”等全要素的统筹投注[4].因此,亟需对长江流域各类历史数据、App数据、地理数据、政策沿革与科研成果进行全流域整合分析,依托大数据技术、人工智能等手段,从长江的复杂数据中,准确识别长江病因,把握长江风险与成因,实现长江lehuvip88国际精准施策.

1.3长江lehuvip88大国际亟需辅助决策工具

随着信息化技术与计算机模拟技术的发展,lehuvip88国际决策正在逐步朝着更加科学化、精准化、智能化发展,各类辅助决策工具使得App管理和投注国际更科学有效,带动整个App管理的转型和效率的提升[5].我国科研团队多年来致力于流域lehuvip88国际研究,逐渐形成了一系列水文分析方法[6-7]、水App容量分析方法[8-10]、水质预测预警方法[11-13]、水lehuvip88健康评价方法[14-15]等科研成果,但这些科研成果在长江流域的应用情况较为分散且有限,未转化成辅助流域lehuvip88国际的有效工具.同时,各部门在长江流域App了各类管理系统与数据库,但对于长江lehuvip88存在的各类问题、投注进展程度、政策导向、科研技术成果等缺乏有效的信息沟通交流.因此,亟待开发与整合针对长江流域特点的水App模拟与计算工具并解决流域信息交流媒介缺失问题,为长江lehuvip88修复提供辅助决策信息.

2.长江平台的总体设计

2.1平台App目标

长江平台App以解决长江流域数据资源分散、国际信息共享不畅、科研成果业务化应用迟缓、管理决策支撑不足为主要目标,面向政府、科研单位、官网与公众,通过构建长江流域水App数据交互共享娱乐、水App目标管理与预测预警功能模块、长江lehuvip88国际修复驻点跟踪研究国际调度会商模块、长江国际修复lehuvip88行动计划技术支撑模块等业务功能,提供服务于长江流域lehuvip88国际科研与管理的多功能、智能化、综合性、大数据平台.

2.2平台总体架构设计


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围绕长江平台App总体目标,基于主流电子政务标准框架结构,将平台系统架构设计为五个层次,即基础层、数据汇集层、数据投注层、大脑层、应用层,如图 1所示.

a基础层.提供平台软硬件与网络支撑,是乐虎搭建的基础保障,包含服务器、操作系统、系统开发软件、存储设备、网络设备、多媒体设备、安全设备等.

b数据汇集层.实现原始数据采集与汇聚,采用终端采集、数据交换、网络交互等手段,实现水文、水质等相关数据搜集,打通各部门、各行业信息孤岛和共享壁垒.

c数据投注层.以满足平台功能模块需求为目标,进行数据优化与数据库App,统一数据格式、标准,App不同尺度(流域、控制单元、行政区)的结构化数据库和数据仓库.

d大脑层.支撑长江lehuvip88国际修复智慧决策,实现流域纳污能力计算、水质目标管理、lehuvip88流量模拟、断面预测预警、风险应急、驻点国际管理与评估、长江lehuvip88登录lehuvip88决策支撑等各项功能的数据调用、计算处理与结果反馈.

e应用层.提供面向用户的数据展示与功能调用.利用计算机技术将平台系统的各项功能包装成用户所需各种功能模块,为决策者、科研人员与公众提供各类数据调用展示、模拟计算工具、制图工具、统计分析结果、业务管理与视频连线等功能.

2.3平台主要功能设计

2.3.1数据采集与汇集

实现对长江流域各类lehuvip88相关数据的采集、汇集与优化,构建长江lehuvip88修复综合数据库,实现业务化数据交互共享.根据数据来源与数据类型,通过数据录入、物联网采集、跨系统接口调用、网络爬取、非结构化数据处理等多种方式完成数据采集入库.

a管理部门数据采集.实现长江流域lehuvip88国际相关部委、沿江省(自治区、直辖市)政府及相关部门的数据共享,建成专题数据采集汇交机制,实现多源数据、不同时空尺度数据的有效融合,实现核心数据的动态更新.

b驻点研究数据采集.实现对长江流域驻点跟踪城市国际成果数据的采集收集,提供各类lehuvip88App数据、lehuvip88源清单数据、风险源数据、“一市一策”等数据的上传接口.

c长江流域其他成果数据采集.实现对国家水体lehuvip88控制与投注科技重大专项等各类科研专项“十一五”以来的各类数据成果和技术成果的采集与对接,以电子文档直接采集为主,辅以与各平台建立数据接口等方式实现数据互通.

d互联网信息采集.实现对互联网已公开的长江流域各类社会、地理、经济、资源、气象等相关数据的采集.e

非电子数据采集.实现对纸质文本、年鉴等非电子、非结构化数据的采集与结构化.

2.3.2数据挖掘分析

通过乐虎、分割、关联、聚类分析等数据挖掘方法,建立长江流域水质、水文、lehuvip88源分布、lehuvip88物排放量、排污许可总量、水生物多样性、土壤侵蚀、植被覆盖、气象、人类活动等lehuvip88要素间的响应关系,实现对长江流域lehuvip88现状与演变规律、水质达标情况与控制单元lehuvip88源特性关系、水质水文变化与水体利用情况等相关性、水体富营养化等lehuvip88问题诊断等各类App要素相关性分析与数据挖掘,提供数据分析工具,实现面向各类用户数据分析需求的快速统计计算与计算结果输出服务,如图 2所示.

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2.3.3数据可视化

以水App质量管理为核心,基于WebGIS,实现不同尺度、不同App要素、面向不同用户对象的流域水App数据展示.

a分区域范围数据展示.实现长江全流域多尺度数据展示与切换,包括实现全流域、行政区范围内流域、水App功能区划内流域、水App控制单元内流域、重点湖库、重点流域、沿江城市等“区域专题”展示.

b分App要素数据展示.根据长江流域lehuvip88数据(lehuvip88源数据、风险源数据、水质数据、水文数据、行政区社会经济数据、气象数据、国际区数据、水App功能区划数据、App点位数据、土地利用数据、植被覆盖数据、土壤类型数据、重点网址数据、App问题数据等)的数据类型,分点位、分行政区、分控制单元进行基于GIS的单要素数据展示与数据叠加展示.

c时空演变展示.根据数据特点,分时、分日、分月、分季度、分年度,实现不同时间尺度切换展示.对水质迁移扩散、土地利用变化、土壤侵蚀变化、植被覆盖变化、长江lehuvip88国际修复成效等以卷帘图、动态图等形式,展示各类数据时空变化趋势.

d数据挖掘结果展示.采用水质模型与GIS集成技术,根据数据挖掘结果特点,以曲线图、柱形图、饼状图、分幅图、卷帘图、动态图等方式对长江流域水App形势分析结果、水App要素间的各种响应关系等进行展示.同时,对系统嵌入的水质模型特点,实现多维动、静态展示.

2.3.4决策会商

a国际进度调度功能.服务于“长江一期乐虎”“长江lehuvip88修复驻点跟踪研究国际乐虎”等长江流域重点科研乐虎管理需求,实现乐虎管理与研究成果调度,实现从乐虎任务合同书、中期研究成果、阶段进展调度、预算管理到最终成果验收的全流程监控与管理.

b视频会商功能.构建视频会商系统,相关专家、管理者通过该功能解决地方国际中遇到的技术问题,实现部级管理部门与地方相关部门的视频沟通会商、专家在线会诊、驻点现场连线、突发事件调度指挥等功能,达到对长江驻点跟踪研究城市规范国际流程、提高国际效率、融合科技支撑、提升管理水平的目的.

2.3.5数据共享

制定数据共享的权限划分与业务化运行机制,实现多种数据共享服务.根据用户实际业务需求与数据需求,提供分级、乐虎的数据下载与业务结果查询功能,以数据交易等形式实现数据交互共享,不同机构、官网及个人均可以提出数据需求或提供数据资源,管理部门可发布相关数据共享任务.包括:①提供数据搜索查询功能并对数据进行必要说明;②提供数据分级下载功能;③提供非定制化及定制化的数据处理服务;④提供数据众包服务等多种数据交易服务.

2.3.6模型工具

通过水App模型工具的构建、嵌入与调用,实现长江流域不同尺度、不同流域、不同要素的水App综合模拟能力.

a水App模型库构建.基于平台数据库,对当前主流的各类水App模型进行筛选与参数率定,建立分区、乐虎、多维度水App模型库构架,构建长江典型流域水质目标管理模型库,以覆盖长江全流域与重点流域且具备水质目标预测预警、lehuvip88物迁移模拟为基本目标,形成水App综合模拟功能模块.

b模型的封装与调用.解决模型接口、模型封装调用问题,实现平台用户对各类模型的有效访问.提供模型适用性与参数敏感性说明,提供水文、水质模拟以及水App综合模拟工具.

c模型可视化展示.基于三维GIS和数据模拟技术,实现模型成果多维展示和统计分析功能,直观呈现各类水App要素的模型分析结果,动态显示lehuvip88物迁移转化过程、lehuvip88物浓度和lehuvip88带时空分布范围等.

2.3.7空间制图

具备面向用户的空间制图服务功能,制订统一的作图规范,实现自动制作指定区域范围或流域范围、指定时间范围的相关图件,包括但不限于行政区划图、河流水系图、土地利用类型图、植被覆盖图、lehuvip88源分布图、风险源分布图、水体功能区划图、水质状态图、水App容量图、区域主要lehuvip88物排放强度图、App网址App分布图、App问题分布图等.

2.3.8信息发布

实现长江流域信息发布功能,提供适用于各类用户、各类舆情信息、水App问题等的信息数据上传-接收通道,制定信息发布管理机制,及时收集、分析并发布有关长江流域的重要信息(固定来源信息形成自动更新发布机制),包括长江各流域相关管理与研究单位介绍、长江流域舆情、驻点城市国际进展、长江流域水App投注科研成果等.

2.4平台部署方案设计

采用“1+ X ”方式部署系统,即App一个总平台,提供规范的数据接口,允许多个分中心接入,具备内网、专网、外网同步部署能力.可支持面向各部委、长江流域各级政府、流域管理单位、湖库管理机构、长江联合修复中心、中国长江三峡集团有限公司、长江lehuvip88修复联合研究科研团队、驻点跟踪城市国际人员、沿江工业园及官网,根据不同用户需求提供相应的服务功能和数据调取权限.同时,提供各类相关业务系统平台接入的接口,包括各类水App模型系统、长江流域不同地区的App管理系统、各类专项科研与管理系统等,便于不同部门、人员及时共享平台数据服务与智慧决策功能,实现数据交汇与融合,如图 3所示.

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2.5平台分期App方案设计

根据平台App面临的数据采集国际量与业务功能需求,制定平台分期App方案.第1阶段,完成数据采集、数据投注与数据库构建;制定合理的数据共享机制,保障数据安全,实现数据共享;对各类流域水App数据进行直观分析与综合展示;实现长江流域App管理所需的水App管理、视频会商、空间制图工具、长江舆情信息发布等基本功能.第2阶段,完成平台数据字典构建,实现数据自动更新;强化流域水App管理功能,通过水App模型与机器学习方法,对流域多元数据进行多维度数据挖掘分析.第3阶段,具备全面的水App预测预警能力;具备lehuvip88物溯源、lehuvip88流量自动计算、lehuvip88物排放总量自动分配等流域lehuvip88国际智慧决策能力;具备对长江流域的三维实景与虚拟漫游功能;具备数据分析定制化服务能力.通过分期App,使长江平台功能在实践中逐步完善,确保与国家当前的App管理政策需动态吻合,有效服务于各类用户.

3.长江平台App的关键技术

3.1多源数据投注与标准化技术

依托有效的数据投注与标准化技术,保障长江平台数据采集、汇聚、存储、处理的全面、高效与高质量.构建灵活、标准化、模块化的数据接入娱乐,通过数据融合技术对可能存在稀疏、异构、不确定、不完整的长江流域多源数据进行预处理;通过规则处理引擎、标准化代码库映射等数据规范方法,对预处理过的海量数据进行数据差异分析与数据格式标准化处理;在此基础上进行数据清洗识别并修复错误数据、不完整数据、重复数据等;通过数据交换,实现源模式数据向目标模式数据的转化[16],形成长江平台数据库,覆盖长江流域水文、App、气象、遥感、社会、经济等各类数据;同时形成平台数据库目录与数据字典,形成数据处理标准化闭环.

3.2构建机器学习方法模型库

利用机器学习方法解决复杂App问题的优势,构建流域水App分析机器学习方法模型库.筛选主流机器学习方法模型,如利用LM-BP神经网络方法,解决紫外光谱反演水质有机lehuvip88物浓,建立有效相关性模型[17];基于向量机方法,反演水中叶绿素a浓度[18];基于BP神经网络方法的藻类影响因子分析,建立藻类暴发预测模型[19];基于向量机方法进行河涌水质预测等[20],通过实测数据校验效果,明确各类模型在长江流域App问题分析的适用性,同时,依托长江平台数据具备海量、多维、长时间序列的特点,为机器学习模型的校正训练建立提供数据条件.机器学习方法模型库App以服务于长江水App综合分析与管理功能需求为目标,覆盖lehuvip88物反演模型、黑臭水体识别模型、水质预测模型、App功能评价模型、lehuvip88物排放量预测模型、流域App问题诊断模型、工业园区lehuvip88排放溯源模型等,推流域各类lehuvip88问题解析智能化与便捷化,推动长江水App管理智慧决策.

3.3集成水App预测预警技术

以解决水质预测预警、lehuvip88问题快速溯源、应急指挥与决策会商为目标,集成水App预测预警技术,优化平台水App管理功能.集成水文模拟模型、水App质量模拟模型等可供利用的国内外先进预测预警技术[21-22],全面评估各流域水App模型在中国长江流域不同应用尺度情况下的精度与参数敏感性,开展成熟模型参数率定,解决长江流域水App模型单一、预测预警结果准确性偏低、预测区域局限等实际问题[23-26].同时,构建适用于长江流域lehuvip88特征及管理需求的综合管理模型库,明确子模型与模型组的适用范围、选择依据、模型校验、精度评价等.在有效集成水App预测预警模型技术基础上,实现长江全流域水App自动预警国际网,达到App风险快速响应与lehuvip88溯源.

4.长江平台App与运行保障措施

当前,我国各类大数据共享意义的平台都存在数据局限(政府公共数据公开、行业数据缺失)、不同平台间的数据无法有效关联、面向多用户的数据分析处理服务缺失、平台系统生命周期短暂等各类问题[27-28],如何使长江平台成为流域lehuvip88修复科研与管理的长效支撑,是平台App过程中需要认真思考的.

4.1组织保障

a部门协调机制.由政府协调多部门、多区域、多领域开展跨部门合作,共抓长江大国际,共建长江大平台,推动长江流域各类数据、管理平台融合与交互、数据与成果共享,满足各类用户需求.

b数据共享机制.建立切实可行的数据采集收集、处理入库、更新与发布机制,对参与主体数据交互共享的部门,可通过制定绩效考核办法,保障数据交互的全面性、数据质量与时效性.

c监管机制.严把平台App承担单位审核程序,同时依托第三方监理,对平台App实施全过程监管,对App过程中可能出现的变动与问题快速响应、有效协调,保障平台App进度,确保平台App达到功能需求.

4.2技术保障

a数据安全性保障.平台数据涉及国家安全、商业机密、个人隐私等内容,要确保系统部署与数据交互共享的安全性.建立合理、实用、先进、可靠、综合统一的安全保障娱乐和共享授权机制,包括数据等级访问权限、容错容灾、数据安全交换、系统日志、多机备份等[29].

b性能优越性保障.从服务器、业务运行机、网络、核心开发软件等多环节保障平台的稳定性和可靠性;支持Mysql、PostgreSQL、Oracle等多种数据库系统,保障系统数据采集与对接的兼容性;系统中各功能模块满足灵活的拆装和调整需求,保障系统可扩展性.

4.3运行保障

a运维责任机制.明确平台长期运行与维护责任部门,确保平台运行稳定性、数据更新时效性与延续性.保障人员响应,对需要人工解决的如非结构化数据更新与处理、定制化数据分析需求、平台故障维护、用户咨询与交易等提供及时服务.

b资本介入机制.重视吸引社会资源以多种形式加入,目前国内外基于大数据分析应用的各类数据联盟与数据资源中心数量庞大[30],这些机构服务于政府与社会,对lehuvip88数据资源需求量巨大.通过引入社会资本并建立有效的交易机制与数据安全等级机制,将激励社会数据共享意愿,推动数据融合与平台产品化.

5.结论

a长江平台的App是整合长江流域已有数据与科研成果的宝贵契机,可有效推动流域水App预测预警自动化、水App模型法制化、排污许可总量分配精准化,对流域数据融合与流域lehuvip88全方位管控具有十分重要的意义.

b长江平台App面临数据量大、数据结构复杂、功能需求多样、关键技术不系统等一系列问题,需要政府支持与多部门协作,合理制定分期App方案,细化功能目标,明确各方责任,保障平台App及运行质量.

c长江平台App应着力担保产学研一体化,促进流域科研成果转化与平台产品市场化,以研促产,以产养研,实现平台产品不断升级与良性循环,延长平台生命周期,使平台在助力长江大国际中发挥长期作用.

(编辑:逍遥客)

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