新一代信息技术促进黄河流域生态保护和高质量发展应用研究

王军

摘 要：随着互联网的发展，以大数据、人工智能、物联网为代表的新一代信息技术正在加速促进农业、制造业和服务业之间的产业融合，推动我国经济高质量发展。为促进新一代信息技术在黄河流域生态保护和高质量发展进程的运用，分析了黄河流域的资源条件、社会经济发展和产业构成现状，在探讨黄河流域生态保护和高质量发展面临的问题基础上，提出运用新一代信息技术促进黄河流域生态保护和高质量发展的框架，即建立生态环境空天地一体化管理系统、完善综合防汛预警体系、健全黄河供水区水资源管控体系、加快流域内产业结构优化调整、建立完整的流域产业链等。在该框架的基础上建议建立空天地一体化大数据平台，以加速黄河流域的生态恢复，保障黄河流域的高质量发展。

关键词：生态保护;高质量发展;新一代信息技术;大数据平台;黄河流域

Abstract：With the development of internet， new-generation information technology represented by big data， AI and IOT， is accelerating the industrial integration among agriculture， manufacturing and service industries and driving high quality development of Chinas economy. In order to promote the application of new generation information technology in the process of ecological protection and high quality development in the Yellow River basin， this paper analyzed the current situation of natural resources， social and economic development and industrial composition of the Yellow River basin. Then on the basis of discussing the problems faced by ecological protection and high quality development of the basin， this paper put forward the general framework by using new-generation information technology to promote ecological protection and high quality development of the basin， that is to establish the air-space-ground integrated management of ecological environment， improve the comprehensive flood prevention and early warning system， maintain the management and control system of water resources in the Yellow River water supply area， strengthen the optimization and adjustment of industrial structure in the basin and establish a harmonized industrial chain in the basin. On the basis of the framework， it was suggested to establish an air-space-ground integrated big data platform， which could accelerate the ecological restoration along the Yellow River basin and ensure high quality development of the basin.

Key words： ecological protection; high quality development; new-generation information technology; big data platform; Yellow River basin

隨着互联网的发展，新一代信息技术的落地应用，人类的社会生活已经从概念性的人工智能时代迈入实用性的人工智能时代。大数据、人工智能、物联网、5G通信等新一代信息技术正在加速促进农业、制造业和服务业之间的产业融合，推动我国经济的高质量发展。2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表重要讲话，将黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略[1]。2017年、2018年习近平总书记在中共中央政治局的集体学习中曾强调，要加强生态环境领域的大数据运用和生态领域人工智能运用[2-3]。以大数据、人工智能为代表的新一代信息技术具有更强的网络性、倍增性、创新性以及渗透性[4]，催生了诸多新兴经济模式。黄河流域是我国重要的生态屏障和重要的经济地带，是打赢脱贫攻坚战的重要区域[1]，运用新一代信息技术是落实黄河流域生态保护和高质量发展战略的有效途径。

1 黄河流域资源、经济发展与产业构成现状

黄河全长5 464 km，流经9个省（区），2018年底流域总人口4.2亿，占全国的30.3%[1]。黄河养育了中华儿女，是中国最早的农耕文明发祥地之一。可是，随着经济的发展、人口的增多，黄河流域的生态环境受到破坏，经济发展比较落后。

1.1 资源现状

黄河流域降水量少，但供水量较大。2019年黄河流域的平均年降水量为496.9 mm，比全国平均年降水量少23.7%。图1为黄河流域2009—2019年水资源量与降水量的统计，可以看出，从2016年起，黄河流域的降水量虽在增长，但增长缓慢。据2009—2019年《中国水资源公报》，2019年黄河流域供水总量约为400亿m3，约占当年黄河流域水资源总量的50%，供水量占比较高。在黄河流域的用水量构成中，农业用水占比最高。2012年以来，黄河流域的供水量变化不大，人均水资源量约为全国平均水平的1/5。

黄河流域土地资源、矿产资源丰富。黄河流域现有耕地面积占全国耕地面积的15%，已探明的矿产资源种类繁多，占全国已探明矿产资源种类的一半以上，石油、天然气、钠盐、煤炭以及有色金属等储量丰富[5]，开发潜力较大，且分布较集中，开采便捷，对于推动我国经济社会高质量发展有重要作用。

1.2 经济发展现状

黄河流域经济发展低于全国平均水平。据统计[6]，2019年黄河流域9个省（区）GDP总量为24.74万亿元，占全国GDP比重由2015年27.70%降至24.97%。2019年黄河流域9个省（区）人均GDP为55 470.33元，比全国人均GDP低了近21.8%。2010年以来，黄河流域人均GDP与全国人均GDP差距越来越大，2019年全国人均GDP较2010年增长130.1%，较2015年增长41.12%;黄河流域人均GDP较2010年增长96.1%，较2015年增长23.29%。2010—2019年黄河流域与全国人均GDP比较见图2。

总体来看，黄河流域9个省（区）在2015年后的“十三五”时期，经济总量、人均水平均出现明显的下滑趋势，这说明黄河流域宏观经济的发展和全国的差距越来越大，经济发展水平低于全国平均水平。

2019年全国各省（区）经济规模、GDP占全国比重和增速情况，见图3。

从2019年黄河流域9个省（区）的经济规模来看，可将其发展分三个层次：山东、河南、四川三省分别占全国GDP的7.17%、5.48%、4.70%，占黄河流域GDP比重分别为28.72%、21.93%、18.84%，为第一层次;陕西、内蒙古、山西三省（区）的GDP占全国GDP的比重在1%～3%之间，为第二层次，其中陕西的GDP增速是较快的，在黄河流域中排第四位;甘肃、青海、宁夏三省（区）的GDP占全国GDP比重均在1%以下，不仅在黄河流域中排名靠后，而且在全国排名中也处于末位区，属于经济发展较落后的地区，经济转型压力更大。从2019年黄河流域各省（区）的GDP增速来看，平均增速为7.62%，比全国GDP平均增速低了0.17个百分点。其中，河南的GDP增速最快，达到8.658%，四川为8.656%，均处于全国平均水平之上。从全国城市GDP规模来看，近年来，进入前十的没有黄河流域城市，进入前二十的有郑州、济南、青岛，均是黄河下游城市[7]。黄河流域内部不同区域对比，黄河上游发展缓慢，下游发展较快，上下游发展不均衡。与其他区域对比，黄河流域城市经济发展水平较之长江经济带、东南沿海区域差距较大。

1.3 产业构成现状

2019年黄河流域产业构成中第一产业、第二产业、第三产业增加值占全流域GDP比重分别为8.44%、40.88%、50.68%。从整体来看，黄河流域产业构成第一产业以农产品为主，甘肃、内蒙古的草原牧业特色鲜明;第二产业由重要的能源、原材料、化工以及其他基础工业构成，以陕西和山西为主的能源矿产资源丰富，采掘业为主要特色;第三产业以甘肃、山东、四川为主，但占比低于全国平均值，与上年度相比第三产业受数字经济影响较大，应大力发展旅游等服务业，其占GDP比重有所增长，但与沿海地区差距还很大。

2 黄河流域面临的主要问题

2.1 生态保护缺乏空天地一体化管理

生态是一个整体系统，从山水林田湖草到微生物、昆虫等，缺一不可。黄河流域生态环境正面临着水土流失、洪水威胁、水资源缺乏、水源污染等问题。

一是流域水资源供给与需求不平衡。2019年黄河流域的平均年降水量比全国平均值少了23.7%，黄河水补给得少，用得多。2019年黄河流域9 省（区）水资源总量占全国总量的18.63%，黄河是中国西北、黄淮海平原、华北平原的重要水源，承担着占全国15%耕地面积的灌溉任务和全国近12%人口的供水任务[8]。流域人多水少，水资源供需不平衡矛盾突出。

二是流域内水沙产生与排泄不平衡，“二级悬河”日益加剧。2010—2019年黄河干流潼关水文站实测水沙量变化情况见图4。

2019年潼关水文站年径流量为415.6亿m3，年输沙量为1.68亿t。据2010—2019年《中国河流泥沙公报》，黄河上游（头道拐以上）流域面积占流域總面积的51%，年径流量占流域总径流量的62%，而年输沙量仅占黄河总输沙量的9%，黄河水沙关系不协调[9]，输沙压力集中在中下游地区。2019年黄河下游实测引水量为 132.2亿m3，较上年增长了31.67%，实测引沙量为 3 840 万t，较上年增长了113.33%。2019年黄河下游高村断面以上河段淤积量为1.08亿m3，较上年有上升趋势。

三是流域内旱涝预警手段落后，黄河下游洪水威胁大。黄河中下游地区人口集中，河南、山东两省有1.97亿人，其中超1亿人生活在洪水的威胁之中。黄河下游地区经济产业集中，而洪水预见期短，一旦发生洪灾，损失将是巨大的。另外，黄河下游“二级悬河”发育严重，洪水易引发横河、斜河以及顺堤行洪等无法预见的灾害[10]。

四是流域内水污染产生与处理不平衡，治理速度跟不上排污速度。黄河流域水资源时空分配不均，一些地区过度开发水资源导致水污染加剧，特别是尾矿、工业排污和生活废水无序排放问题较严重。

随着信息技术的发展，实行全流域在线管理、在线调度、在线办公、在线监控的空天地一体化管理，加速黄河流域的生态恢复，才是保障黄河流域可持续发展的必由之路。

2.2 高质量发展缺乏全流域生态产业链

一是流域内上下游发展不均衡，上游经济发展明显落后于下游。2019年处于上游的甘肃、青海、宁夏三省（区）的GDP占全国比重均在1%以下，在流域中属于发展较落后地区，在全国经济体量排名也较落后;处于下游的山东、河南两省GDP占全国的比重分别为7.17%、5.48%，发展水平远高于上游。黄河流域建立完整的生态产业链是可持续发展的必要条件，也是高质量发展的必然途径。

二是流域内经济结构亟待优化调整，数字产业发展落后。2005—2019年我国数字经济占GDP比重由14.2%提升至36.2%，数字经济总量达38.5万亿元。而黄河流域只有四川、河南两省的数字经济增加值超过1万亿元，只有四川的数字经济占GDP比重超过30%，上中游7省（区）为发展不充分的地区，传统产业转型升级步伐滞后，内生动力不足，全国14个集中连片特困地区有5个涉及黄河流域。流域内尤其是甘肃、青海、内蒙古三省（区）的数字经济发展缓慢，经济结构亟待优化调整。

3 新一代信息技术促进黄河流域生态保护和高质量发展框架

3.1 建立生态环境空天地一体化管理系统，实现全流域一体化管理

黄河生态系统是一个有机整体，需要上中下游统筹考虑。黄河流域是空天地一体化的多元素组成的空间结构，其治理不再是单一的社会或者生态环境治理，而是基于黄河流域的整体性、系统性和协同性的治理共同体[11]。首先，要实现全流域一体化管理。通过采集黄河流域全域天、地、水、空域信息，对黄河流域进行空天地一体化管理。利用智能设备替代传统设备，可以实时采集数据起到项目跟踪、项目核验、项目评估的智能化处理作用。其次，建立智能水土保持管理体系。用数据挖掘的方式分析水土流失的因素，再进行人为干预，从而有效遏制水土流失面积的扩大并减少黄河下游洪水泥沙灾害。利用数据分析哪些地区降水量多适合种植耐雨水的植物，哪些地区降水量少适合种植耐旱的植物。第三，在污染治理方面，监控黄河流域的重点排污企业。利用物联网、传感器技术对排污口水质进行检测监控。第四，实施黄河流域生态廊道建设工程。如建设黄河绿色景观廊道、生态隔离带等。依据因地制宜原则，选择适宜本地的树种、草种，严格依据生态学规律，做好不同区域景观廊道的建设，使其真正发挥生态功能。

3.2 采用智能手段监测洪水，完善综合防汛预警体系

汛前，利用大数据和人工智能算法对防汛预警体系进行监控、报警、预测、推演。利用气象站监测天气，利用水文站监测水位，利用无人机巡航实时监测黄河河道情况，为下游各项防汛工作争取时间。汛中，利用无人机及时援救受灾群众，实时获取防汛信息等。汛后，及时统计损失，全面掌控灾情。

3.3 科学分配水资源、提高用水效率，健全黄河供水区水资源管控体系

黄河水资源量有限，要做到以水定城、以水定地、以水定人、以水定产，仅这一个“定”字就注定了水资源的分配离不开新一代信息技术作为辅助。水资源先天不足与水生态失衡的状况，是流域大部分地区协调生态与经济、社会发展关系的关键制约因素[12]，破解这个最大刚性约束，才有望助力生态保护和高质量发展。首先，构建相应的水资源保护技术体系。利用人工智能和物联网技术分析水量在区域、产业之间如何分配，是否达到最佳分配，有没有资源浪费、分配的水资源有没有实现预期效益等情况。利用人工智能技术掌握用水的规律、水量的分配情况，可以结合生态环境，计算更科学的分配水量，做到水资源科学分配，继而保障流域经济社会发展对水资源的需求、流域生态健康对水资源的需求，以及提高产业用水和城镇生活用水的效率。其次，建立水域水资源的预警机制，利用新一代信息技术对于水资源开发利用处于临界状态的区域及时进行预警。同时建立许可水量动态调整机制，推动区域内的水权转让与交易。

3.4 加快流域内产业结构优化调整，广泛培育智能化现代服务业

智能化现代服务业是指以物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的融合应用为手段，创新服务内容、服务模式和服务方式，向客户提供个性化、网络化、智能化、高技术含量、高附加值服务的新型服务业态。从数字经济的增长可以看出服务业与新一代信息技术具有高度融合的可能性，同时服务业劳动生产贡献率远远高于第二产业的劳动生产贡献率[13]。 智能现代化服务主要从智能和服务两方面进行加强，从打造全链条的柔性化服务，包括个性化、定制化服务，到全过程绿色化服务、分享化服务。传统服务业的特点是劳动密集型产业，且缺乏价格弹性，而信息技术融合产生规模扩张及外部效应，在降低成本的同時也提高了生产效率。黄河流域数字产业发展落后，广泛培育现代化服务业，方能使得流域高质量发展。

3.5 加速流域内传统产业转型，建立完整的流域产业链

首先，推动新一代信息技术与制造业深度融合。包括采用先进的智能制造设备，提高产品品质、提高生产效率、提升企业竞争力;积极研发人工智能技术，推动企业关键核心技术突破;加大工业互联网的应用范围，推进制造业培育新服务、新模式、新业态[14];强化工业互联网安全，提高产业支撑能力;深化国际合作，共同构建开放共享的工业互联网生态体[15]。其次，促进新一代技术与农业融合。我国工业级无人机市场快速扩张，各型无人机特别是多旋翼无人机在农业植保、农业监测、地理测绘、海洋巡查、消防救援、交通执法、影视拍摄等领域得到了广泛应用。其中，农业是无人机企业最为看重的市场之一，无人机的应用，意味着能够更加有效地利用土地、农药等相关资源，还能借助平台特性，及时、精准地获取农业数据，提升数字农业的透明度，为农户和农业企业制定、调整相关举措提供参考[16]。此外，消费者也能借此获知农业产品的来源，增强消费信心。从产业融合角度看，可以推动乡村旅游+产业模式的发展[17]。

4 打造空天地一体化大数据平台

经过互联网时代的数据沉淀，如今水文站、气象站、堤防大坝安全监测站、国家“高分”航天遥感监测和以“郑航一号”为代表的有人、无人航空遥感监测等获取的数据，都可以实时进行分析。合理利用空间一体化数据，打造数据中心，融合多源数据，共同构成一个全流域、全时域、全要素的立体化生态环境大数据采集体系，是建立黄河流域生态保护大数据平台的基石[18]。利用大数据技术、人工神经网络技术、云计算技术、物联网技术以及新一代5G通信技术，建立黄河流域生态保护大数据平台，对黄河流域进行空间一体化监测[19]。建立数学模型、深度神经网络模型、隐性关联分析模型，进行三维地图建模等，对黄河流域的生态、经济、文化、产业、旅游、生活进行多方位监测分析，实现在线汇聚、在线监测、在线处理等功能，为黄河流域“全线一盘棋”提供大数据服务[19]。另外，可利用人工智能分析算法对黄河流域经济和社会效益进行评估，并给予促进黄河流域生态保护和高质量发展的参考建议。

5 结 语

治理黄河，重在保护，要在治理。黄河流域历经多年一系列水土流失治理取得了显著效果[20]，今后在人工智能等新一代信息技术的科学指导下，势必能够巩固并扩大生态保护的作用。新一代信息技术带来的是时代的变革，信息作为重要的生产要素已经渗透到生态环境和经济领域的各个方面。建立黄河流域一体化管理系统，依托空天地一体化大数据平台，打造全流域的生态产业链，方能确保黄河流域生态保护和高质量发展稳定持续地进行。

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[20] 刘晓燕.黄河健康生命理论体系框架[J].人民黄河，2005，27（11）：59.

【责任编辑 赵宏伟】