生态环境大数据在电网规划中的应用初探

湖北华中电力科技开发有限责任公司 徐桂彬 黄文杰

电网建设过程中不可避免对生态环境有影响，有时这种影响是不可逆的，导致生态环境严重破坏。2003年9月1日起实施的《中国人民共和国环境影响评价法》要求国务院有关部门、设区的市级以上地方政府及其有关部门要对其组织编制的专项规划进行环境影响评价。电网规划是电力行业发展与建设的首要环节，传统的电网规划依靠单项确定性的规划方法，对于跨部门跨行业的数据信息利用率低下，通常需耗费大量人力物力，且电网是一个网状结构，涉及的生态环境问题也复杂多样，制约电网建设的条件较多，很难短时间内准确掌握清楚。

大数据被称为是继云计算、物联网之后信息技术产业的又一次颠覆性革命，随着计算机和信息技术的发展，社会正在全面数字化，进而引发了行业数据的爆炸性增长，促进了大数据的迅猛发展。在此大环境下，生态环境大数据为电网规划科学性和合理性提供了技术平台和方法支撑。

1 生态环境大数据

随着社会的发展及科学技术的不断进步，人类在掠夺自然资源的同时对生态环境造成了巨大的破坏为强化生态保护，2011年《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》明确提出在重要生态功能区、陆地和海洋生态环境敏感区、脆弱区等区域划定生态红线，这是我国生态环境保护进程中的重大突破，是实施综合生态系统管理，加强我国生态环境保护和管理的重要举措，将对维护国家和区域生态安全，保障我国可持续发展能力产生十分明显的作用[1]。而生态环境大数据的建立，恰恰能为解决生态环境问题提供新的方向。

第一，生态环境大数据拥有庞大的多源数据库，可利用传感器技术和无线通信技术系统的收集、整理和存储各种生态环境相关的数据，不仅有地面监测数据、遥感影像数据和社会经济数据，在互联网如此发达的今天，网络上小小的文字、图片、视频等都可能包含了与生态环境相关的信息，从而实现数据的整合与利用。

第二，随着云计算、机器学习和人工智能等技术的发展，可从大量低信息量数据挖掘出高信息量数据，并通过各种模型库、算法库和学习库对这些不同来源、不同结构的数据进行分析，实现数据与模型的结合，为决策者提供全方位的信息，并利用可视化技术，不再是传统文本显示而是更为直观、清晰的可视化分析。

第三，生态环境大数据的长期定位观测服务，可最大限度的摒弃传统的采样和人为误差，使结果更加可靠。能够提供全面覆盖的观测数据且数据实时有效、自动传输，并包含各个时间尺度、空间尺度以及各个生物学层次的数据。

2 电网工程对环境的影响

电网工程对环境的影响主要分为两个阶段，工程建设期和工程运营期。在工程建设期过程中主要行为有爆破、土石挖方、堆放、回填以及构筑新建筑，这些行为都将直接作用于地表地貌、径流、土壤、植被等，使其发生形态甚至固有性质的变化[2]。如在障碍物爆破过程中、尤其在地形地貌复杂环境下，往往对地形稳定性和地表粗糙度有着直接的改变。在道路铺设过程中，通常挖方量超过填方量，其动土量所占比例基本与占地面积一致，因此造成土地侵蚀量相对较大、同时影响降水水下渗强度。在组塔过程中，常在塔基周围有临时施工占地，架线过程中有牵张场占地，而整个施工走廊往往需要削减树梢，以上施工过程均会使植被覆盖度降低[3]并对景观稳定度造成干扰。当这些问题达到一定临界值后将引发地质灾害、水土流失、植被退化等生态环境问题，导致生态环境恶化甚至发生无法挽回的生态系统退化。

工程建设完成进入运营期后也将对生态环境有一定的影响。工程的永久占地主要是线路沿线塔基的建设，永久占地不可避免的要砍伐一些乔灌木和灌草丛，且在工程运行期间也会对导线下方高度较高的森林群落进行定期的砍伐，将对其生长产生一定影响，造成植物资源的破坏，严重的将会导致附近生物多样性发生变化。工程运营期间将产生工频电磁影响及噪声干扰，还可能存在鸟类迁徙途中撞到高压线的可能。如果区域内有大、中型动物，则可能改变了生物环境的区位关系，影响其生物生态结构及功能，甚至导致动物迁移产生阻隔效应，后果严重。

3 生态环境大数据在电网规划建设中的应用

电网工程对环境的影响来自多个方面，传统的完全人工测量方法既难以在宏观上把握大范围区域的生态环境概况，同时也无法在微观上对每块区域现状的变化有准确的认知。针对这些问题，利用生态环境大数据先进技术和思路，本文从数据获取、数据处理以及数据应用三个方面阐述生态环境大数据在电网规划建设中的应用。

图1 生态环境大数据在电网规划建设中的应用数据图

3.1 为电网规划设计提供直观的基础数据

生态环境大数据来源多样，数据量巨大。通过无人机航测、卫星遥感以及电子地图等空天地一体化信息采集技术，可获取到大量生态环境地理信息数据，特别是生态敏感区域，需更加细致精确的数据，相较于传统的人工测绘方法可大幅提高数据的准确性和实时性，同时节省大量人力物力。生态环境大数据数据库针对信息分散问题，可将各部门提供的海量纸质图表、图像视频数据和用户交互数据等非结构化数据整合、抽取和集成，采用统一的结构存储这些数据，保证数据质量。并为电网规划设计提供数据展示服务，不仅局限于文本和图形，将引入标签云、三维立体建模等可视化技术，友好直观的展现基础数据。

3.2 提供对时空数据的分析和预测

传统的统计分析主要是根据小样本的精确数据对全局进行分析和预测，重点在与数据的因果关系分析。而在生态环境大数据的支持下，可将气象、土壤、植被、大气化学、水体等全集数据同时纳入分析范围，不再追求传统的对因果关系的检测，更加侧重于多样性和敏感性，综合考虑各种情况，从而解决某些特定的、传统分析难以解决的问题。除了数据分析，生态环境大数据更重要的帮助在于根据建立模型预测未来。传统的对生态环境的研究往往有一定的滞后性，特别是环境污染方面较难感知和预料，影响一旦产生往往就已发展到相当严重的程度[4]。

随着云计算、机器学习和人工智能等技术的不断发展，基于生态环境大数据可建立认知计算模型，利用海量数据的交叉验证结合专家经验进行自动训练、自我学习，从而做到高精准预报预测。而在生态系统变化方面，通过纵向比较区域历史数据和横向比较相似区域数据，结合多种生态模型对海量数据进行深度挖掘和关联分析，寻找各个要素之间的相关性，通过他们之间的联系进行预测分析。

图2 电网选线选址的辅助决策方案图

3.3 为电网选线选址提供辅助决策

电力设施建成后，一旦需要迁改则会付出巨大的经济代价，因此电网设计之初选线选址尤为重要。在生态红线区划定后使得电网规划更加复杂，但在生态环境大数据背景下，利用GIS 技术可很好解决选线选址问题，因为考虑到电网路径是位于地理空间中的人工构建物，其线路距离较长，通过的地区的地理条件十分复杂，且与众多电力线路和通讯线路交叉跨越，送电线路和其杆塔位置均与地理空间位置关系密切，垂直方向的层次信息亦十分重要，因此三维可视化地理信息模型可以更高效、简便、直观地对工程中的空间位置和地理环境信息进行管理及分析处理，并且在大量基础数据和大数据强大预测能力的支持下，通过人机交互的方式模拟真实场景，将所有方案一一实现，进而选取更优化的方案，有效地为设计、施工管理和决策人员服务。

3.4 为生态补偿提供技术平台和方法支撑

生态补偿是指在综合考虑生态保护成本、发展机会成本和生态服务价值的基础上，采用行政、市场等方式，由生态保护受益者或生态损害加害者通过向生态保护者或因生态损害而受损者以支付金钱、物质或提供其他非物质利益等方式，弥补其成本支出以及其他相关损失的行为[5]。然而一直以来在理论研究中未形成统一的生态补偿标准确定方法，在我国，区域所面临的生态环境问题直接决定了其自身所开展生态补偿的侧重点及差异性。构建生态环境大数据平台，可结合GIS遥感等技术，通过对现有敏感区规划图件智能识别实现敏感区精准定位。特别是可将划分区域与当地实际情况进行对比，准确的掌握区域情况，保证其科学性和合理性，为后续的评价和赔偿标准提供基础和依据。

3.5 为电网建设后续工作提供智能监测服务

生态环境变化是一个长期的阶段性的过程，通过生态环境大数据可获取预测信息做出合理的方案规划。但在电网建设后续工作中有许多人为因素或其他不可抗逆因素，依然会导致生态环境问题的发生。此时就需要实时数据不断更新，对已有工程追踪分析评价，监测工程后续进展，及时发现约束和解决生态环境问题，确保电网建设完全安全无害。特别是针对生物多样性问题尤为关注，如动物迁徙阻隔等，这均需要长时间序列的监测。同样，对于工频电场、工频磁场以及产生的噪音问题，也要依据电网规划区域进行合理的调整。并且生态知识只有通过成功的生态实践才能转化为生态实践智慧，将经验总结成为新的数据，也为其他工程提供一定的参考。

4 生态环境大数据对电力部门的意义

电力是国民经济的命脉，支撑着国民经济的快速发展，随着绿色发展概念的提出，电力系统的建设已进入崭新历史阶段。随着电网规模的扩大，电网规划建设对生态环境的影响愈加明显。大数据时代的到来也为电力行业开辟了新的道路，利用生态环境大数据，从数据获取、数据处理到数据应用多个方面，宏观上快速了解电力设施对生态环境的影响，微观上针对每个区域的不同问题提出合理的应对方案，建立工程选址规划技术平台、工程监测系统，在下一步规划施工过程中尽可能避免或减少对生态环境的影响。而在之后的研究中，如何将生态环境大数据同社会经济效益、电力企业管理、增值服务挖掘等应用价值紧密结合，成为了新的探索方向。

4 结语

综上所述，生态环境大数据对电力部门平衡规划建设与自然生态环境保护有一定的参考价值，也为电力行业的发展提供了新的思路。