劉玉珠，葉 茂，董萬虎，張 錦

（1.浙江省測繪科學技術研究院，浙江 杭州 310030；2.中國地質大學 地理與信息工程學院，湖北 武漢 430074）

自然資源是指具有經(jīng)濟價值或者可以產(chǎn)生一定 社會價值的自然要素[1]。由于自然資源在空間分布上不均勻，在時間尺度上變化明顯等特點，所以對于自然資源的監(jiān)測和分析一直是自然資源方面研究的重點和難點[2]。利用大數(shù)據(jù)技術可以快速從各類大數(shù)據(jù)環(huán)境中得到所需要的數(shù)據(jù)[3]。從處理數(shù)據(jù)的基本流程的角度來看，大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有明顯的區(qū)別，大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的主要差異在于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取途徑十分多樣，數(shù)據(jù)種類豐富，數(shù)據(jù)量巨大。另外，大數(shù)據(jù)相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)的各個方面也有著新的要求。自然資源數(shù)據(jù)本身就具有非常高的實效性，并且通過多年的自然資源數(shù)據(jù)的積累，自然資源數(shù)據(jù)量豐富，有遙感圖像、測繪地圖、文字記錄等多種形式[4-7]。自然資源數(shù)據(jù)所具備的特點符合大數(shù)據(jù)技術的各項要求，可以通過將大數(shù)據(jù)技術應用到自然資源的監(jiān)測和分析中，建立有效的自然資源監(jiān)測和分析體系，優(yōu)化自然資源監(jiān)管效率，提高自然資源的利用率。

1 大數(shù)據(jù)

業(yè)界大數(shù)據(jù)歸納出4個特征稱之為4V（量Volume，多樣Variety，價值Value，速Velocity）：①海 量的數(shù)據(jù)是最為突出的特征；②數(shù)據(jù)的類型多樣，數(shù)據(jù)的來源也多種多樣，不僅僅只有傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)種類和數(shù)據(jù)獲取手段，還包括了網(wǎng)絡信息、空間信息等；③商業(yè)價值高，大數(shù)據(jù)具有非常高的商業(yè)價值潛力，對于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析可以有效的發(fā)揮其商業(yè)價值。當然與之相對應的是其價值密度低，沒有有效的管理和分析就無法發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價值； ④數(shù)據(jù)的處理速度十分迅速，由于大數(shù)據(jù)本身具有一定的實效性，往往有些數(shù)據(jù)只有在一定的時間范圍內(nèi)可以發(fā)揮作用，這就要求大數(shù)據(jù)需要較快的數(shù)據(jù)處理、分析的速度。

對于大數(shù)據(jù)來說，最大的技術難點是如何從海量的數(shù)據(jù)中獲取有價值的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析和利用。因此，大數(shù)據(jù)的發(fā)展需要網(wǎng)絡架構和數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展作為支撐。大數(shù)據(jù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)在當今這個數(shù)據(jù)爆炸的時代獲得位置。大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢在于可以分析出數(shù)據(jù)的真實內(nèi)涵，并為相關部門和企業(yè)的決策提供支持。因此，大數(shù)據(jù)并不是指軟件或者硬件的組合，大數(shù)據(jù)真正意義上的本質是可以幫助用戶發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的價值。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵是結合不同的行業(yè)、不同的領域發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用。

2 自然資源大數(shù)據(jù)

將大數(shù)據(jù)應用到自然資源的日常管理中，是我國的實際國情所決定的。以往我國的自然資源管理體系松散，有關自然資源的部門繁多，各個部門之間的數(shù)據(jù)無法有效共享，造成了自然資源無法被高效管理和利用。日前，國務院機構改革方案落地，組建新的自然資源部統(tǒng)一管理國土、海洋、森林、礦產(chǎn)等自然資源。中國960萬km2的陸地和300萬km2的海洋國土上，土地、水、森林、草地、礦產(chǎn)等絕大多數(shù)自然資源的調查、開發(fā)利用空間規(guī)劃以及監(jiān)管均由這個新部門負責。自然資源部正式組建解決了數(shù)據(jù)共享的體制問題，以自然資源部為依托可以有效的將國土、海洋、森林、礦產(chǎn)等自然資源有關的數(shù)據(jù)相互整合。自然資源數(shù)據(jù)形式多樣、分布分散、數(shù)據(jù)量巨大，有著極高的潛在商業(yè)價值。通過大數(shù)據(jù)技術可以將多種類型、不同來源的自然資源數(shù)據(jù)有效整合，并發(fā)掘海量的自然資源數(shù)據(jù)深層信息。將大數(shù)據(jù)應用到自然資源中，從政府層面來說，可以提高政府在自然資源方面的決策能力，優(yōu)化自然資源的監(jiān)管，提高政府的服務能力。從市場角度來說，可以更加顯著的提高自然資源市場的活力。自然資源大數(shù)據(jù)是目前自然資源領域的前進趨勢[8-9]。

3 自然資源大數(shù)據(jù)平臺建設

3.1 整體架構

如圖1所示，自然資源大數(shù)據(jù)平臺技術整體架構分為5個層次：數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)存儲、分析計算、數(shù)據(jù)展示和用戶層。

圖1 整體架構圖

數(shù)據(jù)源部分表示各種來源和不同種類的資源資源數(shù)據(jù)，并利用DataX、DbSync和Timetunel技術將自然資源數(shù)據(jù)快速傳遞到下一層。

數(shù)據(jù)存儲部分是對各種自然資源大數(shù)據(jù)進行存儲，在數(shù)據(jù)存儲過程中主要使用關系型數(shù)據(jù)庫MySQL和存儲集群Hadoop Hbase。

分析計算部分是指在這一部分，利用統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、深度學習以及GIS等多種計算分析手段對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)、全面的分析。

數(shù)據(jù)展示部分將數(shù)據(jù)的分析結果通過各種方法傳遞給用戶，用戶可以通過數(shù)據(jù)展示部分查詢數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析計算的結果。用戶使用需注冊賬號，每個用戶只有唯一的賬號來獲取數(shù)據(jù)。

用戶層指自然資源大數(shù)據(jù)面向的各種類型的用戶。

3.2 大數(shù)據(jù)評價分析

對自然資源數(shù)據(jù)進行評價分析后主要有3種數(shù)據(jù)。第一種是基礎數(shù)據(jù)，基礎數(shù)據(jù)指與自然資源相關的主管部門在日常工作中獲取的自然資源相關成果，包括高精度的地形圖、大范圍的遙感圖像及各種記錄自然資源信息的文字文檔等。第二種是統(tǒng)計數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)是指對基礎的自然資源數(shù)據(jù)進行各種技術手段如數(shù)學方法、GIS等的處理之后得到的數(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)主要反映了自然資源在宏觀層面上的數(shù)量情況，如礦產(chǎn)總量、河流總長、森林面積等。第三種數(shù)據(jù)稱為分析預測數(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)就是將自然資源數(shù)據(jù)通過分析、對比之后得到的自然資源的動態(tài)變化信息，并可以通過分析自然資源數(shù)據(jù)的變化規(guī)律對未來自然資源的變化情況進行預測，如耕地面積的增減、海岸線的變化等。

3.2.1 自然資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

自然資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析利用不同種類的數(shù)據(jù)處理方法對自然資源數(shù)據(jù)進行分類、統(tǒng)計、分析、評價等，不但從宏觀上反映自然資源數(shù)據(jù)的數(shù)量信息，也從客觀上展現(xiàn)了自然資源的各種特性。自然資源數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計分析后可以使原本雜亂、無規(guī)律的數(shù)據(jù)被相互整合，對外顯示出一個統(tǒng)一的信息。用戶可以在原本龐大的自然資源數(shù)據(jù)中得到所需要的那一部分自然資源數(shù)據(jù)。

3.2.2 自然資源數(shù)據(jù)挖掘

自然資源數(shù)據(jù)挖掘就是從自然資源數(shù)據(jù)中提取潛在的、有應用價值的信息的過程，提取出來的信息可以與自然資源相關也可以與自然資源無關。自然資源數(shù)據(jù)挖掘的方法包括自然資源數(shù)據(jù)聚類、自然資源數(shù)據(jù)關聯(lián)規(guī)則等。利用自然資源數(shù)據(jù)挖掘的方法可以從蘊含著各種信息的自然資源數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)相關規(guī)律并分析相關的內(nèi)涵。自然資源數(shù)據(jù)挖掘可以為有關自然資源重要的決策提供技術支撐、數(shù)據(jù)支持。

3.2.3 自然資源數(shù)據(jù)動態(tài)分析

自然資源數(shù)據(jù)動態(tài)分析有3種：第一種稱為新舊自然資源數(shù)據(jù)變化對比分析，利用如高分辨遙感圖像等數(shù)據(jù)將現(xiàn)在和過去的自然資源數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)自然資源數(shù)據(jù)的動態(tài)變化情況；第二種是模型分析，利用不同時期的海量自然資源數(shù)據(jù)構建自然資源動態(tài)變化模型，直接通過模型得到自然資源的變化。第三種是預測分析，預測分析是指在建立模型的基礎上分析自然資源數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，并快速、準確地對自然資源數(shù)據(jù)的下一步變化情況作出預測。

3.3 關鍵任務

首先是自然資源數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一。自然資源大數(shù)據(jù)平臺建設的關鍵是數(shù)據(jù)的整合、交流。由于過去各個關于自然資源的部門相互獨立，各個部門之間數(shù)據(jù)沒有一個統(tǒng)一的標準，不同部門的數(shù)據(jù)格式各異，這給自然資源數(shù)據(jù)的融合造成了極大的困難。自然資源大數(shù)據(jù)平臺建設的第一步就是統(tǒng)一自然資源數(shù)據(jù)的標準，這是自然資源大數(shù)據(jù)平臺的關鍵部分。只有先 統(tǒng)一自然資源數(shù)據(jù)的標準，才能使龐大的自然資源數(shù)據(jù)統(tǒng)一到數(shù)據(jù)庫中互相融合，也便于集中管理。

其次是加強企業(yè)的參與。自然資源大數(shù)據(jù)平臺的建設離不開企業(yè)的參與，企業(yè)是市場經(jīng)濟的主體，而市場在資源配置中起著決定性的作用。只有有效的利用企業(yè)在自然資源大數(shù)據(jù)方面的技術優(yōu)勢，通過各種方式讓企業(yè)參與到自然資源大數(shù)據(jù)平臺的建設中來，才能更好地完善自然資源大數(shù)據(jù)平臺。同時還應該注重企業(yè)、社會、政府之間自然資源數(shù)據(jù)的交流、共享，充分利用如快遞、電商等網(wǎng)路平臺的空間位置數(shù)據(jù)，豐富自然資源大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)來源。企業(yè)的有效參與，可以幫助自然資源數(shù)據(jù)得到更多更廣的應用，同時加速自然資源大數(shù)據(jù)平臺的建設。

最后是成果的管理和應用。自然資源大數(shù)據(jù)平臺的建設是由政府主導企業(yè)和社會各界共同參與的，自然資源大數(shù)據(jù)平臺的成果也是由政府、企業(yè)及社會共享。由于自然資源數(shù)據(jù)的特殊性，自然資源大數(shù)據(jù)平臺應由政府統(tǒng)一管理，政府擁有自然資源大數(shù)據(jù)平臺的所有權限，充分發(fā)揮自然資源大數(shù)據(jù)平臺的優(yōu)勢幫助政府制定自然資源的相關政策,同時向市場和社會公眾開放部分自然資源大數(shù)據(jù)平臺的權限，積極探索自然資源大數(shù)據(jù)平臺的商用可能。

4 結 語

隨著自然資源數(shù)據(jù)的積累和各種自然資源數(shù)據(jù)分析手段的發(fā)展，自然資源進入到了大數(shù)據(jù)時代。將大數(shù)據(jù)技術應用到自然資源中可以有效的提高自然資源數(shù)據(jù)的管理效率，降低管理成本。開展自然資源大數(shù)據(jù)建設技術研究，對各種自然資源數(shù)據(jù)進行收集、整理，探索自然資源大數(shù)據(jù)建設中的關鍵技術，對自然資源進行分析、評價，并建設自然資源大數(shù)據(jù)管理與應用系統(tǒng)，提升自然資源大數(shù)據(jù)的管理、分析能力，促進自然資源管理工作的可持續(xù)發(fā)展，推進供給側結構性改革，培育適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的主導產(chǎn)業(yè)。自然資源大數(shù)據(jù)技術可以為其他有關自然資源的研究提供技術支撐，并為今后的自然資源研究提供新的研究思路。