大数据时代森林资源监测新模式

黄国胜,刘 谦,蒲 莹,孙乡楠

(国家林业和草原局调查规划设计院,北京 100714)

大数据作为现阶段互联网产业发展的表象和特征,得益于云计算等创新理念的技术加持,曾经难以得到有效挖掘和分析的数据开始变得富有利用价值[1]。大数据时代,马赛克理论在信息采集与分析领域的应用得到不断拓展和深化,已经成为了洞察客体的有力理论武器。马赛克理论提供了一个信息收集的基本原则,即不同的信息片段,尽管对持有者来说，仅存在有限的效用或是毫无效用,但当与其他信息片段结合时,则可以发挥更为重要的作用。通过挖掘这些信息片段之间的相互关系,分析产生的协同效应,从而使得马赛克信息的价值远大于其各个孤立部分的总和[2]。基于大数据、云计算搭建的国家森林资源智慧管理平台,已经将森林资源数据采集和业务应用有机融合起来。在此基础上,应用马赛克理论重树森林资源监测新模式,必将对森林资源监测方式产生颠覆性的变革,极大提升森林资源监测能力和信息服务水平。

1 森林资源监测发展现状

建国以来,森林资源监测水平在林业发展和科技进步的环境趋势下,历经数代林业工作者的扎实探索,在理论基础、技术手段、和规范标准方面都取得了长足的进步和值得肯定的成绩。通过陆续施行的近70项包括森林资源监测等多个行业方面的技术标准或规范,配套的森林资源调查制度已经基本成型。由国家森林资源连续清查、森林资源规划调查、森林作业设计调查和各类专项检查核查所组成的森林资源调查监测体系已经完成建立[3]。

南方庄社区7公里外的北京市西城区陶然亭社区卫生服务中心内,65岁的滕玉焕老人照例来此拿药。滕玉焕说,社区开药看病,不用排长队，60岁以上老人免挂号费,也是对老年人的优惠。

21世纪以来,林业的发展方向逐渐由木材生产向生态建设转变。通过调整监测目标、扩充监测内容、优化监测方法和应用高新技术等做法,森林资源监测水平和服务能力得到进一步提升。2003年实施的863计划项目“森林资源遥感监测定量化综合处理与业务运行系统”,进一步推动了遥感技术在森林资源清查中的应用,促进了森林资源清查遥感监测从定性监测向定量和半定量监测发展,形成系统的业务流程和规范[4]。2004—2006年,经过近40位专家的通力合作,全国森林资源和生态状况综合监测框架研究项目顺利通过验收,为后续体系建设提出了一体化监测的思路[5]。在此基础上,实施了国家重点研发计划项目“森林资源综合监测技术研究”,对抽样设计、数据采集、数据融合等技术进行了重点攻关,为森林资源监测发展积累了丰厚的技术储备。

2010年,以贯彻落实《全国林地保护利用规划纲要(2010—2020年)》为契机,开启了全国森林资源管理“一张图”建设,实施了年度更新制度[6],并以此为基础搭建了国家森林资源智慧管理平台。目前,我国森林资源监测已经完成了9次全国森林资源连续清查和6轮森林资源规划设计调查,实施了全国森林资源管理“一张图”(曾名为林地“一张图”)年度更新工作,启动了年度的森林资源管理专项调查核查工作,全面掌握了森林资源现状及其动态,基本满足了生态建设的需要和林业发展中愈发迫切而广泛的信息需求。

2 森林资源监测形势与挑战

党的十八大召开以来,中央机关和政府对林业工作更加重视,习近平总书记对生态文明建设和林业改革发展作出了一系列重要指示批示,其中特别指出:林业建设是事关经济社会可持续发展的根本性问题。十八届三中全会提出,“要加快生态文明制度建设”、“实行最严格的源头保护制度”、“健全自然资源资产产权制度和用途管制制度”、“划定生态保护红线”、“对领导干部实行自然资源资产离任审计”等[7]。十九大报告中,对生态文明建设有明确的阐述,即:“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”；“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,推动形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局”；“要提供更多生态产品以满足人民日益增长的生态环境需要”；“实施重要生态系统保护和修复重大工程,提升生态系统质量和稳定性”；“持续完善天然林保护制度,持续扩大退耕还林还草”；“坚决制止和惩处破坏生态环境行为”。新版《中华人民共和国森林法》中：第四条明文规定“国家实行森林资源保护发展目标责任制和考核评价制度”；第二十七条明文规定“国家建立森林资源调查监测制度,对全国森林资源现状及变化情况进行调查、监测和评价,并定期公布”。新时代背景下,面对新的形势和任务,时效性、协同性和现势性成为森林资源监测工作的关键词,数据采集和信息服务能力成为评价森林资源监测工作的重要维度。

强化林地用途管制,实行最严格的源头保护制度,要求对森林资源实行全面监管,需要及时掌握森林资源总体变化趋势,及时获取局部区域森林资源下降或生态状况恶化的警示信息,具体掌握森林资源数量减少或质量下降的山头地块,才能有效制止和惩处破坏生态环境行为。然而,国家森林资源清查作为抽样调查的调查体系,调查成果不能与具体地块实现准确对应。地方性的二类调查成果,虽然将资源数据落实到了现地,但由于客观条件限制,监测成果无法在宏观层面实现整体对接。此状况难以适应国家实行森林资源保护发展目标责任制和考核评价制度的政策需要,森林资源监测方式亟需由过去抽样调查向全面监测方式进行转变。

MMC-HVDC输电线路双端非同步故障测距方法//杨亚超,黄纯,江亚群,刘鹏辉,汤涛//(16):148

2.1 监测时效

编制自然资源资产负债表,目的是利用核算账户的形式,通过核算全国或某一地域的自然资源资产存量及变化情况进行统计核算,掌握经济主体对自然资源资产的占用、恢复和其他活动情况,总体反映区域经济发展引发的自然资源环境代价和生态效益。编制自然资源资产负债表,对摸清某一时间节点的自然资源资产“家底”,客观评估其实物量和价值变化情况具有重要的意义,是政府进行科学决策、实行干部离任审计制度以及开展自然资源投资的重要依据。森林资源是国家自然资源的重要组成部分,编制自然资源资产负债表,需要时效性更高(包括统一时间基点)、与干部任期同步的森林资源消长变化信息为依据。一类清查的完成周期为5年,意味着国家和省级森林覆盖率、森林蓄积量等重大指标需5年完成一次更新；二类调查的完成周期是10年,意味着市、县级的关键信息指标需要10年才能更新一次结果[8]。这种状况无法适应于生态文明体制改革的新需求,要求森林资源监测从定期调查向年度监测转变。

2.2 监测内容

坚持人与自然和谐共生,统筹“山水林田湖草”系统综合治理,需要把森林生态系统作为监测对象,深入调查植被种类和群落的结构,科学揭示生物个体及其环境之间的内在联系,搞清生态系统的基本组成、结构和功能,才能为科学构建植被恢复模式,推动生态系统保护和修复工作提供重要依据。目前我国森林资源调查监测仅仅局限于资源利用目的或部门管理需要,而不是针对植被群落和整个生态系统,只能算作资源调查,不能称为植被调查或生态系统调查。在植被调查中,没有统一的分类标准和调查方法,部门之间或部门内各类调查之间也是各自为政、条块分割,未能顾及国家战略性、基础性工作需要。这种状况难以适应生态系统保护修复、落实绿色发展目标和推进生态文明建设的需要,要求森林资源监测内容从资源调查向系统监测转变。

2.3 监测方式

两组受检人员入院后均接受彩色多普勒超声诊断，探头型号和频率分别为M5S-D、2.5至4.0MHz。在扫描期间需让患者处于左侧卧位，探测其胸骨左缘，之后实施各个切面的常规扫描。探头在以下部位进行探查，如：心尖、胸骨，之后对心尖四腔心、心尖五腔心和胸骨旁左室长轴切面进行观察，将各项指标详细记录，包括：心脏形态、血流状况和心脏舒张功能指标等。待上述操作完成后对心脏和相关血管的解剖学参数、血流速度和特点予以明确。

2.4 监测信息采集能力

首先,森林资源监测“马赛克”模式,将有助于突破事权障碍,将一类清查、二类调查、三类调查及其他专项资源监测成果有机结合,探索建立调查数据和监测资源的共享机制,切实解决长期存在的不同种类、不同尺度监测数据协调衔接不畅的问题,形成数据多方监控、多方补充、多方利用的局面,显著提高森林资源监测信息的协同性。

2.5 监测信息服务能力

遵循大数据思维构建的国家森林资源智慧管理平台,已经具备了搭建森林资源监测“马赛克”模式大数据云平台的基本雏形,需要逐步向森林、林木资源以及各类专业和业务延伸,建成以森林资源数据为核心的林草大数据库,融入国家数据共享大平台建设中去,为构建全国信息资源共享体系做出积极贡献。在构建森林资源监测“马赛克”模式中,应深入贯彻“数化万物·智在融合”的理念,扎实推进数据融合、业务数化、信息挖掘、服务协同等关键技术创新。

3 森林资源监测模式创新

“米多，如果你爸妈看见你这么能干，一定会很自豪。”颜姨上前拥抱了一下米多，“之前你说去见一个异想天开的读者，见到了吗？”

推进林业精准管理,实现林业管理现代化,需要各种尺度森林资源监测成果相对接,使规划—计划—设计—施工对上“图”,监理—检查—验收—评价对上“数”,实现国家和地方各项工作的决策和实施协调一致,确保各项林业政策措施落到实处,确保国家宏观决策科学性、增强政策措施落实有效性。国家层面在做宏观决策时,通常以全国森林资源清查结果为依据,地方在完成林业规划和经营方案时,普遍将二类调查成果作为基础编制。调查体系差异客观上导致了2套数据不一致的情况,影响了国家和地方在林业发展上的政策衔接,规划对接和管理承接。这种状况与推进现代林业管理和治理模式创新要求极不适应,要求森林资源监测信息采集方式从分类调查向一体化监测转变。

基于全国森林资源管理“一张图”,创新互联网+业务应用模式,开发系列业务应用工具软件(APP),统一接入国家森林资源智慧管理平台。业务人员利用APP在开展各类业务时,很方便地利用平台各类数据,在完成特定需要业务数据采集的同时,实现应用接口与数据录入的高度整合。

第三,森林资源监测“马赛克”模式,将突破传统资源监测仅仅依靠单一调查数据来源的模式,有助于实现森林资源监测多源数据的有机融合,通过各种数据源的相互验证和评价模型的快速甄断,去除监测数据“噪音”,充分发挥“马赛克”模式的抗干扰能力,有效化解调查数据错误以及人为特殊对待的系统偏差,大大增强监测体系的防偏能力,有力保障森林资源监测信息的可靠性和精准度。

4 监测新模式的关键技术创新

在国家推动大数据战略、建设数字中国的大背景下,要求形成万物互联、人机交互、天地一体的网络空间,以数据整合与共享为突破口,消除信息壁垒,构建全国覆盖的,具有统筹利用和统一接入功能的大型数据共享平台,打造具备跨越地域、层级、部门、系统和业务的协同管理和服务的全国信息资源共享体系。由于各项监测目标、内容、标准和方法的不同等多种原因,监测信息呈现多源性、异构性等矛盾特征,信息资源不能共享或贯通,信息孤岛的现象已非常突出。各类调查监测工作的信息采集水平差异明显,部分野外数据采集一般仍停留在手工记录阶段,地方级监测和经营管理等业务的信息化程度较低。目前各自为政、各建系统的现状,造成了现有的信息系统都是孤立、封闭的系统架构,实现信息共享困难重重。这种状况与实施国家大数据战略,建立数据共享大平台,构建全国信息资源共享体系的要求不相适应,要求森林资源监测信息服务从单纯纵向的“川字形”向纵横贯通的“井字形”服务模式转变。

中药的药用部分有多种，有些中药的根、茎、叶、花、果实均可入药，但不同部位所含的有效成分含量不同，其疗效、临床应用也不同。有学者开展了广藿香不同药用部位挥发油物质基础差异与抗白色念珠菌的相关性研究，结果发现，全株提取的挥发油中广藿香酮的含量最高，其次是地上部分，而叶几乎不含广藿香酮；抗白色念珠菌活性大小顺序为全株＞地上部分＞叶[24]，说明药用部位与中药挥发油的质量密切相关。因此，规范每种中药的药用部位，不仅可大大减少中药挥发油的质量差异，还可提高其药理活性。

马赛克理论[9],通常是指若干非重大的信息或次要的信息碎片通过聚合,能够形成有重要价值的信息。在森林资源监测中,应用具有高度灵活性的“马赛克”概念,通过互联网实现连接,将森林调查、监督管理等一整套具有条块状数据特征的“马赛克”信息资源,达成信息深度融合及数据实时共享,产生适用于各种业务场景、相互交织的组合效应——森林资源监测“马赛克”模式,将显著提高森林资源监测能力及其信息服务水平。

4.1 数据融合技术

基于国家森林资源智慧管理平台,按照统一的数据建设标准规范,对基础地理信息、多时空遥感影像、各类资源调查数据、各种业务管理数据进行融合并集成管理。目的为构建尺度相互补充、结论协调一致、展示完整无缝的森林资源信息管理大数据。

4.2 业务数字化技术

其次,森林资源监测“马赛克”模式,将加速变革我国现有森林监测体系的调查时序规律,建立多年普查与年度监测更新相结合的时序机制,构建点面结合、上下联动、数图衔接的全国森林资源监测体系。特别是有助于将点上调查(抽样调查)、面上更新(一张图更新)有机结合起来,通过接入国家森林资源智慧管理平台的各种业务APP,把资源调查、遥感监测以及造林绿化、退耕还林、林木采伐、森林抚育、森林灾害、林地征用以及护林员现地举证等数据及时汇集到平台上来,发挥多源数据汇集的“马赛克”整体效果,实现全国森林资源管理“一张图”的即时更新和森林资源监测的适时出数,有效增强森林资源监测信息的现势性和时效性。

4.3 数据挖掘技术

依据系统论综合性原理,将现有森林资源监测指标体系进行科学完善。以统一信息平台、统一规范标准为基础,运用大数据技术,对监测现时信息与过往历史信息做关联衔接,从而进行全面统计、分析与评价,进而挖掘出更加丰富的优质的数据产品。

其次，农村社会化服务体系不完善。东营市农村社会化服务体系不完善，信息化建设相对滞后，难以及时提供必要的技术指导和市场信息。

4.4 服务协同技术

建立互联网+监测信息共享应用新模式,开发各类数据服务和业务应用接口,形成全域覆盖、统筹利用、统一接入的数据共享平台,为不同层级、相关部门、各类专业、多种业务提供直观可视、全面精准、安全高效的一站式在线协同服务。

5 结语

通过创建森林资源监测“马赛克”模式,建立以大数据技术为依托、基于互联网+的监测信息共享与服务新机制,构建抽样调查与年度更新相结合、变化检测与模型更新一体化、业务数字化与监测评价相融合、国家成果和地方成果相衔接,反应快捷、在线可视的监测评价系统,从而实现全国森林资源及其生态状况“一个体系”监测、“一套数”评价、“一张图”管理、“一个平台”监管,为推进森林资源常态化、动态化、精准化管理奠定坚实的基础,为加快推进生态文明建设,推动林草事业高质量发展,全面提升林业现代化水平提供全面精准、安全高效的智慧服务。