土壤环境大数据系统构建

   大数据具有海量、多样、快速变化的特性,同时海量数据存在价值密度低的特点,这就要求在针对具体问题进行数据分析与价值挖掘时要进行数据的聚合、抽取等预处理工作,以降低计算成本。

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   大数据分析项目经验表明, 高可用、可扩展的数据存储架构和灵活、高效的数据分析架构是建设一个完善的大数据分析系统的基本问题。由于土壤环境大数据的采集途径多样,数据来源广泛,因此需首先进行数据融合(Data Blending),再进行集成分析。

  数据融合是以智能决策为目标,将多源中的相关数据提取、融合、梳理整合成一个分析数据集(Analytic Dataset)。这个分析数据集是个独立的和灵活的实体,可随数据源的变化重组、调整和更新。

  数据融合过程中的多源数据来自于三个方面: 

 (1) 基本数据(Primary Data),主要指项目组织者直接采集掌控的内部数据; 

 (2)二级数据(Secondary Data),主要指第三者采集、整理和提供的外部数据;

 (3)科学数据 (Scientific Data),主要指通过科学研究、公式计算和模 型估算等获得的数据。  这三类数据为系统的建立提供了不同数据信息。在大数据分析项目中,数据科学家需要针对具体问题收集、整理、融合相关的三类数据。

  大数据的数据融合与系统构建有 5 个基本步骤:

  (1)从多个异构数据源中抽取数据;

  (2)对数据进行 整理和分类;

  (3)对数据进行清洗;

  (4)对多元数据 进行组合,转换数据并建立数据集;

  (5)面向具体问题 建立数据分析模型。

  根据土壤环境大数据的特点,以土壤环境质量为核心的大数据系统,其建立应该遵循以下技术路线。

  其中,直接数据指直接表征土壤环境质量的数据, 污染物类型、总量、有效态含量等,相关数据指影响土壤环境质量的数据,如土壤理化性质,污染源的空间分布和排放特征、污染物扩散途径、土壤环境的自净能力、水气等相关介质的环境质量特征等,还包括气象资料、水文地质资料、环境影像资料、遥感资料等其他格式的表征类数据。

  5土壤环境大数据发展方向与应用 

 通过数字土壤环境的大数据集合,搭建保护与防治等专题平台,提供基于土壤环境大数据的公共服务;利用大数据的深度挖掘与知识发现,实现土壤环境的量化管理和多主体跨介质协同治理;面向污染土壤的靶向修复与安全利用,建立保障农产品质量安全的数字化溯源网络,从而保障区域农产品质量安全。

  1提供基于土壤环境大数据的数字化公共服务

  国务院印发的《促进大数据发展行动纲要》,要求发展大数据在工业、新兴产业、农业农村等行业领域应用,形成大数据产品体系,完善大数据产业链。《土壤污染防治行动计划》,也要求要利用环境保护、国土资源、农业等部门相关数据,建立土壤环境基础数据库,构建全国土壤环境信息化管理平台,借助移动互联网、物联网等技术,拓宽数据获取渠道,实现数据动态更新。

  据此,应开展多源数据融合与数字化表征,探索土壤环境质量数据库与多元评估方法、土壤环境质量区域分析与目标控制模型、污染土壤修复的情景分析与决策技术,建立全景式的土壤环境质量分析模式,并在此基础上,根据土壤环境大数据系统需要,统筹建立土壤 环境大数据的云平台和专题应用平台,为社会提供基于土壤环境数据的各种数字化公共服务。

  2开展面向区域尺度的多主体跨介质协同治理

  跨介质环境污染研究是目前国际上最活跃的前沿领域,掌握多介质环境污染的来源、成因、影响和控制尤为重要。

  单纯进行土壤的污染预防、风险管控和治理修复,已经难以满足社会需求,亟需加强污染源、污染途径和环境承载力等多元化数据的关联分析,进行综合研判,形成跨部委、跨行业的国家或跨区域管理平台,因此,应在传统环境管理的基础上,融合经济社会、基础地理、气象和水文等数据资源,建设基于空间地理信息系统的土壤环境大数据系统,服务于区域性跨介质协同治理。

  如对于城市 “棕色地块”(处于被废弃状态的土地),建立集成基础数据与信息的云服务平台,用于疑似污染地块的历史调查、产业分析、多介质相互影响及环境对策等;对于大尺度土壤环境管理,整合水土气环境监测、矿产资源调查、 环境容量分析、区域社会发展状况和产业结构等信息,开展分区、分类、分级保护和治理。

  3建立保障农产品质量安全的数字化溯源网络

  农产品产地土壤环境质量直接影响农产品安全。我国中南和西南等高背景值区、有色金属矿区、北方大型污灌区,以及长三角、珠三角和京津冀城郊区,土壤污染均较重,严重威胁粮食和蔬菜质量安全。

  因此,建立精准至地块的农产品产地管理平台,通过编码系统,开展风险预警,为高品质农产品的增值销售和普通农产品安全风险管控提供服务,是未来农用地土壤环境管理的必然趋势。

  目前实行的农产品溯源方法,只能进行事后处理,将逐渐被事前干预模式所取代或融合。

  由此可见,在源头上根据现有土壤环境与农产品质量的调查数据,进行深度挖掘,研发以农产品重金属超标风险协同管控为核心的预报预测及决策技术,将成为今后十年内的主要基础性工作。

  建 议

  (1)推进土壤环境数据资源全面整合共享,统筹信息化项目建设管理,建立无偿的基础性国管信息库和有偿的商业性企业信息库,破除数据孤岛。

  (2)建立形成环境信息资源中心,实现数据互联互通,形成向平台直接获取为主、部门间数据交换获取为辅的数据共享机制。

  (3)研发土壤环境大数据的分析技术,提供公共服务和商业化产品,为区域尺度土壤环境管理、多主体跨介质协同治理和农产品安全保障提供数据与决策支撑。

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