大数据技术在洱海流域保护治理中的初步探索与应用

大数据技术在洱海流域保护治理中的初步探索与应用

 

“以数据为中心，驱动洱海保护治理数字化转型”是构建洱海保护治理科学决策的重要前提。数字洱海监管服务平台累计数据超51亿条，“智慧大脑”不断升级，大数据技术的探索和应用应运而生。我们基于洱海保护治理现状，组建由用户、IT专家、大数据专家、生态环境保护专家共同组成的大数据课题研究小组，针对洱海生态大数据构建及应用进行分析研究，重点梳理洱海保护治理关注度较高的问题，建立有效的产学研合作体系，实现多学科、多技术的相互融合，为开展洱海大数据分析工作提供理论支持和技术支撑。

 

离线数据预处理与多源数据融合

为保证平台展示数据的有效性和准确性，利用离线大数据预处理模型与多源数据融合模型，对数据进行预处理，将空间序列、时间序列存在重叠的多源数据进行融合，对离群数据、缺失数据进行插值处理，同时对数据短期、长期变化趋势、变化速度及关联性进行分析，并通过图形、列表等直观形式展现数据变化趋势、变化速度及数据关联性等，为决策者研判洱海水质各要素变化情况提供决策支持。

离线预处理模块

 

数据比对与推荐模块

 

 

洱海藻类时空关联分析

目前，洱海蓝藻防控压力仍然较大，对浮游植物系列数据有效挖掘利用，开展必要的分析预警是非常有必要的。因此，将目前累积的浮游植物系列数据，包括藻类数量、叶绿素a浓度等数据进行分门别类的整理，并进行数字化处理，通过数字化处理的基础数据统一收录，初步构建洱海浮游植物生态系统数据库。进而从时间和空间两大维度上呈现洱海时间轴线上浮游植物的数量变化、垂线上优势种的变化、空间上的藻属分布、重点湖区浮游植物分布等，同时借助大数据模型手段，建立起与洱海气象、主要水质指标、入湖污染负荷等环境因子之间的关联，实现对藻华分布、密度的预测预警，为蓝藻防控与改善提供可靠的决策依据。

洱海藻类时空关联分析

 

洱海水质综合分析

为加强洱海湖体水质综合研判，及时掌握全湖区水质变化情况，利用洱海湖区17条垂线及新增国控点和洱海27条主要入湖河流河口监测断面监测数据，结合时间序列的历史同期差异分析模型和聚类算法的洱海水环境历史相似时期回溯模型，能够对洱海重点湖区和河道水质变化趋势、污染负荷分析。以河道为视角，从上下游空间进行比较，获得某段河道污染负荷异常量；以湖区整体为视角，通过插值的方式进行全湖区数据填充，得到湖区网格水质和各要素相较历史同期变化。此外，还可以自动汇总洱海水质综合数据并生成预警简报派发给管理部门，能及时将有价值的信息可视化展现，支持日常的决策、连接相关部门与决策层的交流。

站点及河道水质分析结果

 

湖区水质综合分析结果

 

洱海截污治污诊断

洱海流域截污治污工程对控制入湖污染负荷发挥了重要作用，但污水处理厂超负荷运行且进水浓度低、截污管网入流入渗问题，影响整个截污治污体系的有效运行。因此，强化洱海流域截污治污体系精细化监管，开展智能故障诊断显得尤为重要。通过构建污水处理厂运行变化趋势分析模型，能够分析洱海流域17座污水处理厂进水口运行状态的波动变化、工作负荷和异常原因。基于模糊诊断的截污治污体系运行问题分析模型，按照管理片区对洱海流域截污治污体系存在问题，进行模糊的原因查找，为洱海流域截污治污体系运行管理和问题排查提供建议。

污水处理厂进水状态异常分析结果

 

 

截污治污体系运行异常原因模糊诊断结果

 

洱海网格化巡查管理问题分析

我们收集历年的巡查日志文件、督查通报、新闻汇编等文档，并进行文本转换、本地词典构建、关键段落提取等工作。利用词法分析的洱海治理文本时空信息分析模型，提取出如洱海专有的地名、机构名、环境治理及巡查管理工作相关的词句，高频和复发问题按类型、乡镇统计分析，便于决策者进行片区网格管控。

多源文本解析

 

巡查问题统计分析结果

 

新闻与多文本信息挖掘

 

大理州洱海管理局积极探索与当前治理洱海形势相适应的新手段、新方法，紧密结合洱海保护实际，初步实现了大数据技术的分析与应用。下一步，大数据分析应用系统继续在技术赋能精准辅助决策上下功夫，以知识图谱构建为核心，加强对水质异常原因的分析诊断，实现机器“管”和“看”数据，为发现问题-研究问题-解决问题提供新的思路和方法，切实落实"准预警，易操作、高效能"，形成一套提前预测、主动管控的洱海管治长效机制，为洱海水质有效提升保驾护航。