智慧水土保持体系建设研究(2)

　　3 关键支撑技术

　　3. 1 物联网技术

　　物联网就是物物相连的互联网，其核心和基础仍然是互联网技术，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术。物联网技术是指通过信息传感设备和约定协议，将物品与互联网相连接，开展通讯和信息交换，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。物联网主要由感知层、网络传输层和信息处理层组成。物联网用途极其广泛，遍及交通、安保、物流、环保、监测、医疗等多个领域。

　　3. 2 云计算

　　云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算作为新型计算模式，可以应用到智慧水土保持决策服务方面，通过构建高效可靠智慧水土保持云计算平台为水土保持综合治理规划智能决策提供计算和存储能力。

　　3. 3 3S 技术

　　3S 技术是遥感技术（ RS） 、地理信息系统（ GIS）和全球定位系统（ GPS） 的统称，在水土保持及各学中已得到广泛应用。

　　3. 4 大数据分析

　　大数据分析是指在合理时间内对规模巨大数据进行分析的过程。大数据可以概括为 4 个 V,数据量大（ volume） 、速度快（ velocity） 、类型多（ variety） 、真实性（ veracity） .随着信息技术在水土保持行业的应用及水土保持管理服务的不断加强，大数据技术在水土保持领域的应用也是不可或缺的。

　　3. 5 高速移动互联网技术

　　主要指 Wifi 网络建设、4G 高速移动互联网建设、光纤高速互联网、IPV6 协议等下一代互联网建设，是一种新型的数字通信模式。广义的移动互联网是指用户使用蜂窝移动电话、PDA 或者其他手持设备，通过各种无线网络，包括移动无线网络和固定无线接入网等接入到互联网中，进行话音、数据和视频等通信业务。随着无线技术和视频压缩技术的成熟，基于无线技术的网络视频监控系统，为水土保持工作提供了有力的技术保障。基于 3G、4G 技术的网络监控系统需具备多级管理体系，整个系统基于网络构建，能够通过多级级联的方式构建一张可全网监控、全网管理的视频监控网，提供及时优质的维护服务，保障系统正常运转。

　　3. 6 水土流失预测及治理决策模型构建

　　集合大量的水土流失预测模型和气象预测模型，结合基础数据库，进行大数据挖掘和模拟，通过人工智能决策和系统虚拟仿真，预测不同条件下的水土流失强度，对水土流失的防治、山地自然灾害的防控进行智能规划和模拟，最终选择最优决策。

　　4 智慧水土保持建设基础

　　随着计算机网络和空间技术的应用和发展，我国信息化建设不断加快，目前智慧水土保持建设已初具条件，建设现状主要体现在以下 4 点[14].

　　4. 1 信息采集与存储体系初具规模

　　目前我国已经建成了水利部水土保持监测中心、7 大流域机构水土保持监测中心站、30 个省（ 自治区、直辖市） 水土保持监测总站和新疆生产建设兵团水土保持监测总站、175 个水土保持监测分站和 738 个水土流失监测点，形成了泥沙、径流、降雨、土壤、植被、土地利用等信息采集体系； 省级以上水土保持部门的各类在线存储设备的存储能力不少于200 TB.据不完全统计，截至 2011 年底，全国省级以上水利部门建成的水土保持数据库数据总量已超过 10 000 GB,数据内容涉及土壤侵蚀、综合治理、预防监督、定位观测、法律法规、重要文件等方面。

　　4. 2 业务应用系统开发不断深入

　　全国水土保持监测与管理信息系统以开发建成，在水利部、7 大流域机构、31 个省（ 自治区、直辖市） 和新疆生产建设兵团水利信息中心安装部署，初步形成了全国水土保持应用系统平台。建成了长江上游滑坡、泥石流预警管理信息系统、黄土高原淤地坝信息管理系统、松辽流域水土保持监测与管理信息系统等一系列专业化的应用管理系统。水土保持公务管理系统的广泛应用，促进了水土保持行政职能、办公方式和服务手段的转变，大大提高了工作效率。

　　4. 3 信息服务社会能力逐步提高

　　水土保持门户网站是已成为水土保持管理部门向社会发布大量及时、翔实、可靠的水土保持信息的平台，水利部从2003 年起，连续发布年度《中国水土保持公报》，长江、黄河、松辽水利委员会也相继发布了流域水土保持公报，引起了社会各界的高度关注，为全国水土保持生态建设、水土流失灾害监控、生态环境评价和生态服务功能评价提供了基础数据，在政府决策、经济社会发展和公众信息服务等方面发挥了积极作用。

　　4. 4 信息化保障能力日益增强

　　水利部发布了《全国水土保持信息化发展纲要》、先后颁布了省（ 自治区、直辖市） 水土保持信息系统建设基本技术要求、水土保持术语、监测点代码、信息管理技术规程、数据库表结构与标识符、水土保持元数据等一系列技术标准，发布了《水土保持生态环境监测网络管理办法》《全国水土保持监测网络和信息系统运行管理办法》等一系列规程、标准，进一步夯实水土保持信息化工作基础，推进了信息资源共享。水土保持信息化队伍得到了长足发展。在全国水土保持监测网络和信息系统建设一、二期工程的推动下，全国已有近 5 000 人的水土保持监测专业技术人员，水土保持信息化队伍初步建成。

　　5 智慧水土保持体系建设的主要目标、原则和内容

　　5. 1 建设目标

　　实现水土保持信息实时感知、水土保持管理服务高效协同、水土保持监督执法及时有效、水土保持规划科学智能，实现水土保持客体主体化、信息反馈全程化，最终智慧化的水土保持发展新模式。

　　5. 2 建设原则

　　1） 统筹协调，系统管理。智慧水土保持体系的建立需要在全面考虑不同尺度特征和不同服务客体要求的前提统一设计，明确各部分组件的功能重点，以系统学的方式全面管理。

　　2） 标准引领，技术先进。智慧水土保持体系需要在水土保持信息化的基础上进一步规范制订相关规章制度和技术标准，实现管理科学规范化，提高智慧水土保持体系的应急生存能力。规范和指定相关数据标准和访问协议，实现数据高度共享化，在不同的系统、软件之间可以无缝衔接。

　　3） 产研并进，面向创新。以水土保持重点工程为中心，以实际应用为牵引，在智慧水土保持建设的过程中不断创新，研究新的方法和技术，使智慧水土保持永葆活力。

　　4） 服务为本，推动转型。以面向人的服务为建设智慧水土保持体系的本质要求，全面加快建设物联网、下一代物联网等基础设施，推动由数字水土保持向智慧水土保持的转型。

　　5） 整合资源，共享协同。充分利用国家公共信息网络和水利行业的信息化基础资源，避免低水平的重复建设，通过统一的信息资源共享平台，促进资源共享，节约人力和资金成本，提高水土保持信息的利用效率。

　　5. 3 主要建设内容

　　智慧水土保持体系的特点就是要在获取大量适时数据的基础上，进行数据挖掘和分析，做出最优的决策判断。近年来，虽然我国水土保持信息化建设取得了巨大成就，但是距实现智慧水土保持还有一定差距，主要体现在： 1） 水土保持监测终端物联网尚未建成，智能数据采集硬件设施不足； 2） 技术标准体系建设滞后，影响智慧水土保持体系建设； 3）水土保持数据库体系建设亟待完善； 4） 高速互联网，尤其是高速移动互联网建设还不完善，部分经济落后，水土流失严重的地区暂时还无法覆盖移动数据网络，数据传输无法达到智慧水土保持的要求；5） 面向大众和水土保持主管部门的应用平台建设不完善； 6） 适用于我国主要类型区的水土流失模型、水土保持智能规划系统等应用模型有待进一步系统研究开发。

　　基于以上现状，总的来说实现智慧水土保持体系，主要应从以下 7 方面建设：

　　1） 水土流失监测终端物联网构建。水土流失监测终端物联网是实现智慧水土保持的基础，是所有上层组件实现的数据来源，在未来的建设中需要加大投入资金，布设多种功能的数据探测终端，对水土保持基础数据进行智能获取，实现数据监测“可测即可见”,实现对数据的即时响应。

　　2） 高速互联网建设。高速互联网是实现物联网和互联网连接的纽带，在骨干网方面需要进一步建设水土保持光纤网，发展 IPV6 网络，增大网络带宽以满足日益增加的数据传输的需要。在网络末端，需要加大投入增加 4G/3G 等移动网络的覆盖范围，同时建设重点水土保持区域的 Wifi 局域网，实现小区域、小流域范围的物联网。

　　3） 水土保持数据库建设。进一步继续建设和完善水土保持基础数据库、业务数据库和元数据库，加强各级数据可的伸缩性、安全性和共享性，提高数据库的更新和移植能力，优化数据库的组织形式和检索算法，使得数据的应用更有效率，为大数据的挖掘、云计算与决策以及最终的面向公众和部门的智慧服务奠定数据基础。

　　4） 水土流失综合防治决策系统构建。水土流失综合防治决策系统包括水土保持智能监督管理系统、水土流失智能预测系统、自然灾害预警防治系统和水土保持智慧规划系统，是在对水土保持数据进行挖掘和计算的基础上，以众多水土保持模型组件协同仿真模拟，以得出水土流失最优防治模式为目标的系统。未来还需进一步对其中水土保持模型进行完善和标定，开发适用不同尺度范围和地域的水土保持模型，逐步构建完善水土流失综合防治决策系统。

　　5） 一体化管理系统构建。智慧水土保持是一项系统工程，需要各个部分协同工作，建立一体化管理系统主要包括 2 方面： 一是数据管理一体化，需要建立各部门之间统一的软件系统，保证数据的规范化和无缝衔接； 二是人员管理一体化，需要建立智慧水土保持各运行管理人员的操作规程一体化、人员培训一体化、规章制度一体化，使智慧水土保持高效运行。

　　6） 数据安全应急系统构建。数据安全是智慧水土保持持续运行的保障，不可抗力的破坏、病毒入侵和黑客攻击都可造成数据的缺失和破坏，需要建立应对数据破坏的应急机制，做好数据和相关系统的备份，确保初具安全。

　　7） 对外公众服务平台构建。智慧水土保持的最终目的是服务大众，对外公众服务平台则是整个智慧水土保持体系的输出终端。需要进一步完善个水土保持部门的门户网站的信息发布功能，在门户网站建设的基础上进一步开发短（ 彩） 信信息、微博、微信等新媒体的主动预警和信息发布功能。

　　6 结束语

　　智慧水土保持是在智慧地球的建设背景下，以新技术产生为支撑所出现的在水土保持领域的一项重大革新。我国是世界水土流失最严重的国家之一，随着物质生产的极大丰富，人们对水土保持的要求也与日俱增。水土保持工作需要实现集约化、智能化和动态化，同时还要提高水土保持施设建设和当地经济发展的综合决策能力。智慧水土保持体系的构建，对于建设社会主义生态文明社会具有重大意义。

　　7 参考文献

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　　[5] 刘亚秋，景维鹏，井云凌。 高可靠云计算平台及其在智慧林业中的应用[J]. 世界林业研究，2011（ 5） : 18-24