劉柏音, 劉孝富, 王 維

中國環(huán)境科學研究院, 北京 100012

長江是中華民族的母親河，長江流域涉及19個省(自治區(qū)、直轄市)，是我國重要的自然資源寶庫與經(jīng)濟帶，長江流域的生態(tài)環(huán)境健康關(guān)系著中華民族偉大復(fù)興和永續(xù)發(fā)展. 近年來，隨著長江流域經(jīng)濟生產(chǎn)的高速發(fā)展，污染事件頻發(fā)、上下游水土流失嚴重、濕地生態(tài)系統(tǒng)功能退化、水生生物多樣性指數(shù)持續(xù)下降，生態(tài)環(huán)境問題突出. 黨和國家高度重視長江流域的生態(tài)環(huán)境問題，2016年1月，習近平總書記在長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上強調(diào)，要把修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，要“共抓大保護、不搞大開發(fā)”. 2019年1月，為貫徹落實習近平總書記關(guān)于推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展系列講話精神，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合印發(fā)了《長江保護修復(fù)攻堅戰(zhàn)行動計劃》，吹響了長江保護修復(fù)攻堅戰(zhàn)的號角. 同時，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于開展長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)駐點跟蹤研究工作的通知》，組織優(yōu)勢單位和優(yōu)秀專家團隊深入沿江城市一線進行駐點研究和技術(shù)指導，第一批共計58個駐點城市. 2019年4月，國家長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)聯(lián)合研究中心(簡稱“長江中心”)組織編制了《長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)聯(lián)合研究實施方案(一期：長江干流及典型城市環(huán)境保護綜合方案與管理平臺研究項目)(簡稱“長江一期項目”)》，提出圍繞長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)的科技需求，重點支持流域區(qū)域全過程水質(zhì)目標管理、長江流域典型區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護綜合解決方案和生態(tài)環(huán)境保護智慧決策平臺等研究，支撐長江保護修復(fù)攻堅戰(zhàn)的科學決策和精準施策.

“十一五”以來，我國科研團隊在長江流域形成了一系列生態(tài)環(huán)境治理科研成果，并開展了多項水環(huán)境平臺建設(shè)工作，形成了如三峽庫區(qū)水環(huán)境風險評估與預(yù)警平臺[1]、太湖流域水環(huán)境風險評估與預(yù)警平臺[2]、金沙江下游生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測及GIS系統(tǒng)[3]等流域管理平臺. 為全面推進長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)工作，開展針對長江流域生態(tài)環(huán)境綜合決策的長江平臺建設(shè)研究，擬實現(xiàn)對長江流域數(shù)據(jù)資源與環(huán)?？蒲谐晒娜嬲希纬砷L江流域生態(tài)環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫，支撐流域生態(tài)保護修復(fù)綜合決策與管控，推動流域全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展.

1 長江平臺建設(shè)的必要性和緊迫性

1.1 長江生態(tài)環(huán)境大保護亟待打破信息壁壘

長江流域是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，流域生態(tài)系統(tǒng)的保護與修復(fù)涉及到上下游、左右岸、多部門、跨區(qū)域之間的相互協(xié)調(diào). 當前，各地、各部門針對長江的生態(tài)環(huán)境問題已開展了一系列研究工作，但成果相對獨立和分散，科技資源和信息共享不足，成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用緩慢，缺乏協(xié)同攻關(guān)的長效機制. 長江流域各級環(huán)保、水利、自然資源、林業(yè)、氣象等部門積累了大量數(shù)據(jù)，并建設(shè)了各自的數(shù)據(jù)平臺，平臺接口與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣化，造成各部門、各機構(gòu)信息孤島和數(shù)據(jù)共享壁壘，重復(fù)研究、重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象突出，缺乏流域?qū)用娴臄?shù)據(jù)與信息共享機制. 因此，建設(shè)長江平臺，實現(xiàn)跨部門、多學科的數(shù)據(jù)共享與信息互通，是長江流域生態(tài)環(huán)境保護的必要前提.

1.2 長江生態(tài)環(huán)境大保護亟待精準識別環(huán)境風險與成因

習近平總書記在第二次推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上指出，治好“長江病”要追根溯源、診斷病因、找準病根、分類施策、系統(tǒng)治療. 長江的生態(tài)環(huán)境問題“病狀在水里、病灶在岸上、病根在結(jié)構(gòu)”，其背后是長江流域水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全、水動能等全系統(tǒng)和“山水林田湖草”等全要素的統(tǒng)籌治理[4]. 因此，亟需對長江流域各類歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、政策沿革與科研成果進行全流域整合分析，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等手段，從長江的復(fù)雜數(shù)據(jù)中，準確識別長江病因，把握長江風險與成因，實現(xiàn)長江生態(tài)環(huán)境保護精準施策.

1.3 長江生態(tài)環(huán)境大保護亟需輔助決策工具

隨著信息化技術(shù)與計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護決策正在逐步朝著更加科學化、精準化、智能化發(fā)展，各類輔助決策工具使得環(huán)境管理和治理工作更科學有效，帶動整個環(huán)境管理的轉(zhuǎn)型和效率的提升[5]. 我國科研團隊多年來致力于流域生態(tài)環(huán)境保護研究，逐漸形成了一系列水文分析方法[6-7]、水環(huán)境容量分析方法[8-10]、水質(zhì)預(yù)測預(yù)警方法[11-13]、水生態(tài)健康評價方法[14-15]等科研成果，但這些科研成果在長江流域的應(yīng)用情況較為分散且有限，未轉(zhuǎn)化成輔助流域生態(tài)環(huán)境保護的有效工具. 同時，各部門在長江流域建設(shè)了各類管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫，但對于長江生態(tài)環(huán)境存在的各類問題、治理進展程度、政策導向、科研技術(shù)成果等缺乏有效的信息溝通交流. 因此，亟待開發(fā)與整合針對長江流域特點的水環(huán)境模擬與計算工具并解決流域信息交流媒介缺失問題，為長江生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供輔助決策信息.

2 長江平臺的總體設(shè)計

2.1 平臺建設(shè)目標

長江平臺建設(shè)以解決長江流域數(shù)據(jù)資源分散、工作信息共享不暢、科研成果業(yè)務(wù)化應(yīng)用遲緩、管理決策支撐不足為主要目標，面向政府、科研單位、企業(yè)與公眾，通過構(gòu)建長江流域水環(huán)境數(shù)據(jù)交互共享體系、水環(huán)境目標管理與預(yù)測預(yù)警功能模塊、長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)駐點跟蹤研究工作調(diào)度會商模塊、長江保護修復(fù)攻堅戰(zhàn)行動計劃技術(shù)支撐模塊等業(yè)務(wù)功能，提供服務(wù)于長江流域生態(tài)環(huán)境保護科研與管理的多功能、智能化、綜合性、大數(shù)據(jù)平臺.

2.2 平臺總體架構(gòu)設(shè)計

圍繞長江平臺建設(shè)總體目標，基于主流電子政務(wù)標準框架結(jié)構(gòu)，將平臺系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為五個層次，即基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)匯集層、數(shù)據(jù)治理層、大腦層、應(yīng)用層，如圖1所示.

a) 基礎(chǔ)層. 提供平臺軟硬件與網(wǎng)絡(luò)支撐，是項目搭建的基礎(chǔ)保障，包含服務(wù)器、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)開發(fā)軟件、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備、安全設(shè)備等.

b) 數(shù)據(jù)匯集層. 實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)采集與匯聚，采用終端采集、數(shù)據(jù)交換、網(wǎng)絡(luò)交互等手段，實現(xiàn)水文、水質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)搜集，打通各部門、各行業(yè)信息孤島和共享壁壘.

c) 數(shù)據(jù)治理層. 以滿足平臺功能模塊需求為目標，進行數(shù)據(jù)優(yōu)化與數(shù)據(jù)庫建設(shè)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、標準，建設(shè)不同尺度(流域、控制單元、行政區(qū))的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫.

d) 大腦層. 支撐長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)智慧決策，實現(xiàn)流域納污能力計算、水質(zhì)目標管理、生態(tài)流量模擬、斷面預(yù)測預(yù)警、風險應(yīng)急、駐點工作管理與評估、長江污染防治攻堅戰(zhàn)決策支撐等各項功能的數(shù)據(jù)調(diào)用、計算處理與結(jié)果反饋.

e) 應(yīng)用層. 提供面向用戶的數(shù)據(jù)展示與功能調(diào)用. 利用計算機技術(shù)將平臺系統(tǒng)的各項功能包裝成用戶所需各種功能模塊，為決策者、科研人員與公眾提供各類數(shù)據(jù)調(diào)用展示、模擬計算工具、制圖工具、統(tǒng)計分析結(jié)果、業(yè)務(wù)管理與視頻連線等功能.

2.3 平臺主要功能設(shè)計

2.3.1數(shù)據(jù)采集與匯聚

實現(xiàn)對長江流域各類生態(tài)環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、匯集與優(yōu)化，構(gòu)建長江生態(tài)環(huán)境修復(fù)綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)交互共享. 根據(jù)數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)類型，通過數(shù)據(jù)錄入、物聯(lián)網(wǎng)采集、跨系統(tǒng)接口調(diào)用、網(wǎng)絡(luò)爬取、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理等多種方式完成數(shù)據(jù)采集入庫.

a) 管理部門數(shù)據(jù)采集. 實現(xiàn)長江流域生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)部委、沿江省(自治區(qū)、直轄市)政府及相關(guān)部門的數(shù)據(jù)共享，建成專題數(shù)據(jù)采集匯交機制，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)、不同時空尺度數(shù)據(jù)的有效融合，實現(xiàn)核心數(shù)據(jù)的動態(tài)更新.

b) 駐點研究數(shù)據(jù)采集. 實現(xiàn)對長江流域駐點跟蹤城市工作成果數(shù)據(jù)的采集收集，提供各類生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染源清單數(shù)據(jù)、風險源數(shù)據(jù)、“一市一策”等數(shù)據(jù)的上傳接口.

c) 長江流域其他成果數(shù)據(jù)采集. 實現(xiàn)對國家水體污染控制與治理科技重大專項等各類科研專項“十一五”以來的各類數(shù)據(jù)成果和技術(shù)成果的采集與對接，以電子文檔直接采集為主，輔以與各平臺建立數(shù)據(jù)接口等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通.

d) 互聯(lián)網(wǎng)信息采集. 實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)已公開的長江流域各類社會、地理、經(jīng)濟、資源、氣象等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集.

e) 非電子數(shù)據(jù)采集. 實現(xiàn)對紙質(zhì)文本、年鑒等非電子、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集與結(jié)構(gòu)化.

2.3.2數(shù)據(jù)挖掘分析

通過分類、分割、關(guān)聯(lián)、聚類分析等數(shù)據(jù)挖掘方法，建立長江流域水質(zhì)、水文、污染源分布、污染物排放量、排污許可總量、水生物多樣性、土壤侵蝕、植被覆蓋、氣象、人類活動等生態(tài)環(huán)境要素間的響應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)對長江流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與演變規(guī)律、水質(zhì)達標情況與控制單元污染源特性關(guān)系、水質(zhì)水文變化與水體利用情況等相關(guān)性、水體富營養(yǎng)化等生態(tài)環(huán)境問題診斷等各類環(huán)境要素相關(guān)性分析與數(shù)據(jù)挖掘，提供數(shù)據(jù)分析工具，實現(xiàn)面向各類用戶數(shù)據(jù)分析需求的快速統(tǒng)計計算與計算結(jié)果輸出服務(wù)，如圖2所示.

圖2 數(shù)據(jù)挖掘分析功能Fig.2 Functions of data mining analysis

2.3.3數(shù)據(jù)可視化

以水環(huán)境質(zhì)量管理為核心，基于WebGIS，實現(xiàn)不同尺度、不同環(huán)境要素、面向不同用戶對象的流域水環(huán)境數(shù)據(jù)展示.

a) 分區(qū)域范圍數(shù)據(jù)展示. 實現(xiàn)長江全流域多尺度數(shù)據(jù)展示與切換，包括實現(xiàn)全流域、行政區(qū)范圍內(nèi)流域、水環(huán)境功能區(qū)劃內(nèi)流域、水環(huán)境控制單元內(nèi)流域、重點湖庫、重點流域、沿江城市等“區(qū)域?qū)ｎ}”展示.

b) 分環(huán)境要素數(shù)據(jù)展示. 根據(jù)長江流域生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)(污染源數(shù)據(jù)、風險源數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、行政區(qū)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、保護區(qū)數(shù)據(jù)、水環(huán)境功能區(qū)劃數(shù)據(jù)、監(jiān)測點位數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被覆蓋數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、重點工程數(shù)據(jù)、環(huán)境問題數(shù)據(jù)等)的數(shù)據(jù)類型，分點位、分行政區(qū)、分控制單元進行基于GIS的單要素數(shù)據(jù)展示與數(shù)據(jù)疊加展示.

c) 時空演變展示. 根據(jù)數(shù)據(jù)特點，分時、分日、分月、分季度、分年度，實現(xiàn)不同時間尺度切換展示. 對水質(zhì)遷移擴散、土地利用變化、土壤侵蝕變化、植被覆蓋變化、長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)成效等以卷簾圖、動態(tài)圖等形式，展示各類數(shù)據(jù)時空變化趨勢.

d) 數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果展示. 采用水質(zhì)模型與GIS集成技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果特點，以曲線圖、柱形圖、餅狀圖、分幅圖、卷簾圖、動態(tài)圖等方式對長江流域水環(huán)境形勢分析結(jié)果、水環(huán)境要素間的各種響應(yīng)關(guān)系等進行展示. 同時，對系統(tǒng)嵌入的水質(zhì)模型特點，實現(xiàn)多維動、靜態(tài)展示.

2.3.4決策會商

a) 工作進度調(diào)度功能. 服務(wù)于“長江一期項目”“長江生態(tài)環(huán)境修復(fù)駐點跟蹤研究工作項目”等長江流域重點科研項目管理需求，實現(xiàn)項目管理與研究成果調(diào)度，實現(xiàn)從項目任務(wù)合同書、中期研究成果、階段進展調(diào)度、預(yù)算管理到最終成果驗收的全流程監(jiān)控與管理.

b) 視頻會商功能. 構(gòu)建視頻會商系統(tǒng)，相關(guān)專家、管理者通過該功能解決地方工作中遇到的技術(shù)問題，實現(xiàn)部級管理部門與地方相關(guān)部門的視頻溝通會商、專家在線會診、駐點現(xiàn)場連線、突發(fā)事件調(diào)度指揮等功能，達到對長江駐點跟蹤研究城市規(guī)范工作流程、提高工作效率、融合科技支撐、提升管理水平的目的.

2.3.5數(shù)據(jù)共享

制定數(shù)據(jù)共享的權(quán)限劃分與業(yè)務(wù)化運行機制，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)共享服務(wù). 根據(jù)用戶實際業(yè)務(wù)需求與數(shù)據(jù)需求，提供分級、分類的數(shù)據(jù)下載與業(yè)務(wù)結(jié)果查詢功能，以數(shù)據(jù)交易等形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互共享，不同機構(gòu)、企業(yè)及個人均可以提出數(shù)據(jù)需求或提供數(shù)據(jù)資源，管理部門可發(fā)布相關(guān)數(shù)據(jù)共享任務(wù). 包括： ①提供數(shù)據(jù)搜索查詢功能并對數(shù)據(jù)進行必要說明； ②提供數(shù)據(jù)分級下載功能； ③提供非定制化及定制化的數(shù)據(jù)處理服務(wù)；④提供數(shù)據(jù)眾包服務(wù)等多種數(shù)據(jù)交易服務(wù).

2.3.6模型工具

通過水環(huán)境模型工具的構(gòu)建、嵌入與調(diào)用，實現(xiàn)長江流域不同尺度、不同流域、不同要素的水環(huán)境綜合模擬能力.

a) 水環(huán)境模型庫構(gòu)建. 基于平臺數(shù)據(jù)庫，對當前主流的各類水環(huán)境模型進行篩選與參數(shù)率定，建立分區(qū)、分類、多維度水環(huán)境模型庫構(gòu)架，構(gòu)建長江典型流域水質(zhì)目標管理模型庫，以覆蓋長江全流域與重點流域且具備水質(zhì)目標預(yù)測預(yù)警、污染物遷移模擬為基本目標，形成水環(huán)境綜合模擬功能模塊.

b) 模型的封裝與調(diào)用. 解決模型接口、模型封裝調(diào)用問題，實現(xiàn)平臺用戶對各類模型的有效訪問. 提供模型適用性與參數(shù)敏感性說明，提供水文、水質(zhì)模擬以及水環(huán)境綜合模擬工具.

c) 模型可視化展示. 基于三維GIS和數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，實現(xiàn)模型成果多維展示和統(tǒng)計分析功能，直觀呈現(xiàn)各類水環(huán)境要素的模型分析結(jié)果，動態(tài)顯示污染物遷移轉(zhuǎn)化過程、污染物濃度和污染帶時空分布范圍等.

2.3.7空間制圖

具備面向用戶的空間制圖服務(wù)功能，制訂統(tǒng)一的作圖規(guī)范，實現(xiàn)自動制作指定區(qū)域范圍或流域范圍、指定時間范圍的相關(guān)圖件，包括但不限于行政區(qū)劃圖、河流水系圖、土地利用類型圖、植被覆蓋圖、污染源分布圖、風險源分布圖、水體功能區(qū)劃圖、水質(zhì)狀態(tài)圖、水環(huán)境容量圖、區(qū)域主要污染物排放強度圖、環(huán)境工程建設(shè)分布圖、環(huán)境問題分布圖等.

2.3.8信息發(fā)布

實現(xiàn)長江流域信息發(fā)布功能，提供適用于各類用戶、各類輿情信息、水環(huán)境問題等的信息數(shù)據(jù)上傳-接收通道，制定信息發(fā)布管理機制，及時收集、分析并發(fā)布有關(guān)長江流域的重要信息(固定來源信息形成自動更新發(fā)布機制)，包括長江各流域相關(guān)管理與研究單位介紹、長江流域輿情、駐點城市工作進展、長江流域水環(huán)境治理科研成果等.

2.4 平臺部署方案設(shè)計

采用“1+X”方式部署系統(tǒng)，即建設(shè)一個總平臺，提供規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，允許多個分中心接入，具備內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、外網(wǎng)同步部署能力. 可支持面向各部委、長江流域各級政府、流域管理單位、湖庫管理機構(gòu)、長江聯(lián)合修復(fù)中心、中國長江三峽集團有限公司、長江生態(tài)環(huán)境修復(fù)聯(lián)合研究科研團隊、駐點跟蹤城市工作人員、沿江工業(yè)園及企業(yè)，根據(jù)不同用戶需求提供相應(yīng)的服務(wù)功能和數(shù)據(jù)調(diào)取權(quán)限. 同時，提供各類相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺接入的接口，包括各類水環(huán)境模型系統(tǒng)、長江流域不同地區(qū)的環(huán)境管理系統(tǒng)、各類專項科研與管理系統(tǒng)等，便于不同部門、人員及時共享平臺數(shù)據(jù)服務(wù)與智慧決策功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交匯與融合，如圖3所示.

圖3 平臺部署方案Fig.3 Deployment of platform

2.5 平臺分期建設(shè)方案設(shè)計

根據(jù)平臺建設(shè)面臨的數(shù)據(jù)采集工作量與業(yè)務(wù)功能需求，制定平臺分期建設(shè)方案. 第1階段，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建；制定合理的數(shù)據(jù)共享機制，保障數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；對各類流域水環(huán)境數(shù)據(jù)進行直觀分析與綜合展示；實現(xiàn)長江流域環(huán)境管理所需的水環(huán)境管理、視頻會商、空間制圖工具、長江輿情信息發(fā)布等基本功能. 第2階段，完成平臺數(shù)據(jù)字典構(gòu)建，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動更新；強化流域水環(huán)境管理功能，通過水環(huán)境模型與機器學習方法，對流域多元數(shù)據(jù)進行多維度數(shù)據(jù)挖掘分析. 第3階段，具備全面的水環(huán)境預(yù)測預(yù)警能力；具備污染物溯源、生態(tài)流量自動計算、污染物排放總量自動分配等流域生態(tài)環(huán)境保護智慧決策能力；具備對長江流域的三維實景與虛擬漫游功能；具備數(shù)據(jù)分析定制化服務(wù)能力. 通過分期建設(shè)，使長江平臺功能在實踐中逐步完善，確保與國家當前的環(huán)境管理政策需動態(tài)吻合，有效服務(wù)于各類用戶.

3 長江平臺建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多源數(shù)據(jù)治理與標準化技術(shù)

依托有效的數(shù)據(jù)治理與標準化技術(shù)，保障長江平臺數(shù)據(jù)采集、匯聚、存儲、處理的全面、高效與高質(zhì)量. 構(gòu)建靈活、標準化、模塊化的數(shù)據(jù)接入體系，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)對可能存在稀疏、異構(gòu)、不確定、不完整的長江流域多源數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；通過規(guī)則處理引擎、標準化代碼庫映射等數(shù)據(jù)規(guī)范方法，對預(yù)處理過的海量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)差異分析與數(shù)據(jù)格式標準化處理；在此基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)清洗識別并修復(fù)錯誤數(shù)據(jù)、不完整數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)等；通過數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)源模式數(shù)據(jù)向目標模式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化[16]，形成長江平臺數(shù)據(jù)庫，覆蓋長江流域水文、環(huán)境、氣象、遙感、社會、經(jīng)濟等各類數(shù)據(jù)；同時形成平臺數(shù)據(jù)庫目錄與數(shù)據(jù)字典，形成數(shù)據(jù)處理標準化閉環(huán).

3.2 構(gòu)建機器學習方法模型庫

利用機器學習方法解決復(fù)雜環(huán)境問題的優(yōu)勢，構(gòu)建流域水環(huán)境分析機器學習方法模型庫. 篩選主流機器學習方法模型，如利用LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，解決紫外光譜反演水質(zhì)有機污染物濃，建立有效相關(guān)性模型[17]；基于向量機方法，反演水中葉綠素a濃度[18]；基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的藻類影響因子分析，建立藻類暴發(fā)預(yù)測模型[19]；基于向量機方法進行河涌水質(zhì)預(yù)測等[20]，通過實測數(shù)據(jù)校驗效果，明確各類模型在長江流域環(huán)境問題分析的適用性，同時，依托長江平臺數(shù)據(jù)具備海量、多維、長時間序列的特點，為機器學習模型的校正訓練建立提供數(shù)據(jù)條件. 機器學習方法模型庫建設(shè)以服務(wù)于長江水環(huán)境綜合分析與管理功能需求為目標，覆蓋污染物反演模型、黑臭水體識別模型、水質(zhì)預(yù)測模型、環(huán)境功能評價模型、污染物排放量預(yù)測模型、流域環(huán)境問題診斷模型、工業(yè)園區(qū)污染排放溯源模型等，推流域各類生態(tài)環(huán)境問題解析智能化與便捷化，推動長江水環(huán)境管理智慧決策.

3.3 集成水環(huán)境預(yù)測預(yù)警技術(shù)

以解決水質(zhì)預(yù)測預(yù)警、污染問題快速溯源、應(yīng)急指揮與決策會商為目標，集成水環(huán)境預(yù)測預(yù)警技術(shù)，優(yōu)化平臺水環(huán)境管理功能. 集成水文模擬模型、水環(huán)境質(zhì)量模擬模型等可供利用的國內(nèi)外先進預(yù)測預(yù)警技術(shù)[21-22]，全面評估各流域水環(huán)境模型在中國長江流域不同應(yīng)用尺度情況下的精度與參數(shù)敏感性，開展成熟模型參數(shù)率定，解決長江流域水環(huán)境模型單一、預(yù)測預(yù)警結(jié)果準確性偏低、預(yù)測區(qū)域局限等實際問題[23-26]. 同時，構(gòu)建適用于長江流域生態(tài)特征及管理需求的綜合管理模型庫，明確子模型與模型組的適用范圍、選擇依據(jù)、模型校驗、精度評價等. 在有效集成水環(huán)境預(yù)測預(yù)警模型技術(shù)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)長江全流域水環(huán)境自動預(yù)警工作網(wǎng)，達到環(huán)境風險快速響應(yīng)與污染溯源.

4 長江平臺建設(shè)與運行保障措施

當前，我國各類大數(shù)據(jù)共享意義的平臺都存在數(shù)據(jù)局限(政府公共數(shù)據(jù)公開、行業(yè)數(shù)據(jù)缺失)、不同平臺間的數(shù)據(jù)無法有效關(guān)聯(lián)、面向多用戶的數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)缺失、平臺系統(tǒng)生命周期短暫等各類問題[27-28]，如何使長江平臺成為流域生態(tài)修復(fù)科研與管理的長效支撐，是平臺建設(shè)過程中需要認真思考的.

4.1 組織保障

a) 部門協(xié)調(diào)機制. 由政府協(xié)調(diào)多部門、多區(qū)域、多領(lǐng)域開展跨部門合作，共抓長江大保護，共建長江大平臺，推動長江流域各類數(shù)據(jù)、管理平臺融合與交互、數(shù)據(jù)與成果共享，滿足各類用戶需求.

b) 數(shù)據(jù)共享機制. 建立切實可行的數(shù)據(jù)采集收集、處理入庫、更新與發(fā)布機制，對參與主體數(shù)據(jù)交互共享的部門，可通過制定績效考核辦法，保障數(shù)據(jù)交互的全面性、數(shù)據(jù)質(zhì)量與時效性.

c) 監(jiān)管機制. 嚴把平臺建設(shè)承擔單位審核程序，同時依托第三方監(jiān)理，對平臺建設(shè)實施全過程監(jiān)管，對建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的變動與問題快速響應(yīng)、有效協(xié)調(diào)，保障平臺建設(shè)進度，確保平臺建設(shè)達到功能需求.

4.2 技術(shù)保障

a) 數(shù)據(jù)安全性保障. 平臺數(shù)據(jù)涉及國家安全、商業(yè)機密、個人隱私等內(nèi)容，要確保系統(tǒng)部署與數(shù)據(jù)交互共享的安全性. 建立合理、實用、先進、可靠、綜合統(tǒng)一的安全保障體系和共享授權(quán)機制，包括數(shù)據(jù)等級訪問權(quán)限、容錯容災(zāi)、數(shù)據(jù)安全交換、系統(tǒng)日志、多機備份等[29].

b) 性能優(yōu)越性保障. 從服務(wù)器、業(yè)務(wù)運行機、網(wǎng)絡(luò)、核心開發(fā)軟件等多環(huán)節(jié)保障平臺的穩(wěn)定性和可靠性；支持Mysql、PostgreSQL、Oracle等多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與對接的兼容性；系統(tǒng)中各功能模塊滿足靈活的拆裝和調(diào)整需求，保障系統(tǒng)可擴展性.

4.3 運行保障

a) 運維責任機制. 明確平臺長期運行與維護責任部門，確保平臺運行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)更新時效性與延續(xù)性. 保障人員響應(yīng)，對需要人工解決的如非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)更新與處理、定制化數(shù)據(jù)分析需求、平臺故障維護、用戶咨詢與交易等提供及時服務(wù).

b) 資本介入機制. 重視吸引社會資源以多種形式加入，目前國內(nèi)外基于大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的各類數(shù)據(jù)聯(lián)盟與數(shù)據(jù)資源中心數(shù)量龐大[30]，這些機構(gòu)服務(wù)于政府與社會，對生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)資源需求量巨大. 通過引入社會資本并建立有效的交易機制與數(shù)據(jù)安全等級機制，將激勵社會數(shù)據(jù)共享意愿，推動數(shù)據(jù)融合與平臺產(chǎn)品化.

5 結(jié)論

a) 長江平臺的建設(shè)是整合長江流域已有數(shù)據(jù)與科研成果的寶貴契機，可有效推動流域水環(huán)境預(yù)測預(yù)警自動化、水環(huán)境模型法制化、排污許可總量分配精準化，對流域數(shù)據(jù)融合與流域生態(tài)環(huán)境全方位管控具有十分重要的意義.

b) 長江平臺建設(shè)面臨數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能需求多樣、關(guān)鍵技術(shù)不系統(tǒng)等一系列問題，需要政府支持與多部門協(xié)作，合理制定分期建設(shè)方案，細化功能目標，明確各方責任，保障平臺建設(shè)及運行質(zhì)量.

c) 長江平臺建設(shè)應(yīng)著力推進產(chǎn)學研一體化，促進流域科研成果轉(zhuǎn)化與平臺產(chǎn)品市場化，以研促產(chǎn)，以產(chǎn)養(yǎng)研，實現(xiàn)平臺產(chǎn)品不斷升級與良性循環(huán)，延長平臺生命周期，使平臺在助力長江大保護中發(fā)揮長期作用.