生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用初探

湖北華中電力科技開發(fā)有限責(zé)任公司 徐桂彬 黃文杰

電網(wǎng)建設(shè)過程中不可避免對生態(tài)環(huán)境有影響，有時(shí)這種影響是不可逆的，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞。2003年9月1日起實(shí)施的《中國人民共和國環(huán)境影響評價(jià)法》要求國務(wù)院有關(guān)部門、設(shè)區(qū)的市級以上地方政府及其有關(guān)部門要對其組織編制的專項(xiàng)規(guī)劃進(jìn)行環(huán)境影響評價(jià)。電網(wǎng)規(guī)劃是電力行業(yè)發(fā)展與建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃依靠單項(xiàng)確定性的規(guī)劃方法，對于跨部門跨行業(yè)的數(shù)據(jù)信息利用率低下，通常需耗費(fèi)大量人力物力，且電網(wǎng)是一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，涉及的生態(tài)環(huán)境問題也復(fù)雜多樣，制約電網(wǎng)建設(shè)的條件較多，很難短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確掌握清楚。

大數(shù)據(jù)被稱為是繼云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的又一次顛覆性革命，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，社會正在全面數(shù)字化，進(jìn)而引發(fā)了行業(yè)數(shù)據(jù)的爆炸性增長，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展。在此大環(huán)境下，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)為電網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)性和合理性提供了技術(shù)平臺和方法支撐。

1 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)

隨著社會的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類在掠奪自然資源的同時(shí)對生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞為強(qiáng)化生態(tài)保護(hù)，2011年《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見》明確提出在重要生態(tài)功能區(qū)、陸地和海洋生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、脆弱區(qū)等區(qū)域劃定生態(tài)紅線，這是我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)進(jìn)程中的重大突破，是實(shí)施綜合生態(tài)系統(tǒng)管理，加強(qiáng)我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)和管理的重要舉措，將對維護(hù)國家和區(qū)域生態(tài)安全，保障我國可持續(xù)發(fā)展能力產(chǎn)生十分明顯的作用[1]。而生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的建立，恰恰能為解決生態(tài)環(huán)境問題提供新的方向。

第一，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)擁有龐大的多源數(shù)據(jù)庫，可利用傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)系統(tǒng)的收集、整理和存儲各種生態(tài)環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，不僅有地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，在互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達(dá)的今天，網(wǎng)絡(luò)上小小的文字、圖片、視頻等都可能包含了與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合與利用。

第二，隨著云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展，可從大量低信息量數(shù)據(jù)挖掘出高信息量數(shù)據(jù)，并通過各種模型庫、算法庫和學(xué)習(xí)庫對這些不同來源、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的結(jié)合，為決策者提供全方位的信息，并利用可視化技術(shù)，不再是傳統(tǒng)文本顯示而是更為直觀、清晰的可視化分析。

第三，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的長期定位觀測服務(wù)，可最大限度的摒棄傳統(tǒng)的采樣和人為誤差，使結(jié)果更加可靠。能夠提供全面覆蓋的觀測數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)有效、自動傳輸，并包含各個(gè)時(shí)間尺度、空間尺度以及各個(gè)生物學(xué)層次的數(shù)據(jù)。

2 電網(wǎng)工程對環(huán)境的影響

電網(wǎng)工程對環(huán)境的影響主要分為兩個(gè)階段，工程建設(shè)期和工程運(yùn)營期。在工程建設(shè)期過程中主要行為有爆破、土石挖方、堆放、回填以及構(gòu)筑新建筑，這些行為都將直接作用于地表地貌、徑流、土壤、植被等，使其發(fā)生形態(tài)甚至固有性質(zhì)的變化[2]。如在障礙物爆破過程中、尤其在地形地貌復(fù)雜環(huán)境下，往往對地形穩(wěn)定性和地表粗糙度有著直接的改變。在道路鋪設(shè)過程中，通常挖方量超過填方量，其動土量所占比例基本與占地面積一致，因此造成土地侵蝕量相對較大、同時(shí)影響降水水下滲強(qiáng)度。在組塔過程中，常在塔基周圍有臨時(shí)施工占地，架線過程中有牽張場占地，而整個(gè)施工走廊往往需要削減樹梢，以上施工過程均會使植被覆蓋度降低[3]并對景觀穩(wěn)定度造成干擾。當(dāng)這些問題達(dá)到一定臨界值后將引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、水土流失、植被退化等生態(tài)環(huán)境問題，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化甚至發(fā)生無法挽回的生態(tài)系統(tǒng)退化。

工程建設(shè)完成進(jìn)入運(yùn)營期后也將對生態(tài)環(huán)境有一定的影響。工程的永久占地主要是線路沿線塔基的建設(shè)，永久占地不可避免的要砍伐一些喬灌木和灌草叢，且在工程運(yùn)行期間也會對導(dǎo)線下方高度較高的森林群落進(jìn)行定期的砍伐，將對其生長產(chǎn)生一定影響，造成植物資源的破壞，嚴(yán)重的將會導(dǎo)致附近生物多樣性發(fā)生變化。工程運(yùn)營期間將產(chǎn)生工頻電磁影響及噪聲干擾，還可能存在鳥類遷徙途中撞到高壓線的可能。如果區(qū)域內(nèi)有大、中型動物，則可能改變了生物環(huán)境的區(qū)位關(guān)系，影響其生物生態(tài)結(jié)構(gòu)及功能，甚至導(dǎo)致動物遷移產(chǎn)生阻隔效應(yīng)，后果嚴(yán)重。

3 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用

電網(wǎng)工程對環(huán)境的影響來自多個(gè)方面，傳統(tǒng)的完全人工測量方法既難以在宏觀上把握大范圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境概況，同時(shí)也無法在微觀上對每塊區(qū)域現(xiàn)狀的變化有準(zhǔn)確的認(rèn)知。針對這些問題，利用生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)先進(jìn)技術(shù)和思路，本文從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)應(yīng)用三個(gè)方面闡述生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用。

圖1 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)圖

3.1 為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供直觀的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)來源多樣，數(shù)據(jù)量巨大。通過無人機(jī)航測、衛(wèi)星遙感以及電子地圖等空天地一體化信息采集技術(shù)，可獲取到大量生態(tài)環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)，特別是生態(tài)敏感區(qū)域，需更加細(xì)致精確的數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)的人工測繪方法可大幅提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)節(jié)省大量人力物力。生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫針對信息分散問題，可將各部門提供的海量紙質(zhì)圖表、圖像視頻數(shù)據(jù)和用戶交互數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)整合、抽取和集成，采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)存儲這些數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。并為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)展示服務(wù)，不僅局限于文本和圖形，將引入標(biāo)簽云、三維立體建模等可視化技術(shù)，友好直觀的展現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 提供對時(shí)空數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測

傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析主要是根據(jù)小樣本的精確數(shù)據(jù)對全局進(jìn)行分析和預(yù)測，重點(diǎn)在與數(shù)據(jù)的因果關(guān)系分析。而在生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的支持下，可將氣象、土壤、植被、大氣化學(xué)、水體等全集數(shù)據(jù)同時(shí)納入分析范圍，不再追求傳統(tǒng)的對因果關(guān)系的檢測，更加側(cè)重于多樣性和敏感性，綜合考慮各種情況，從而解決某些特定的、傳統(tǒng)分析難以解決的問題。除了數(shù)據(jù)分析，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)更重要的幫助在于根據(jù)建立模型預(yù)測未來。傳統(tǒng)的對生態(tài)環(huán)境的研究往往有一定的滯后性，特別是環(huán)境污染方面較難感知和預(yù)料，影響一旦產(chǎn)生往往就已發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重的程度[4]。

隨著云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，基于生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)可建立認(rèn)知計(jì)算模型，利用海量數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自動訓(xùn)練、自我學(xué)習(xí)，從而做到高精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)測。而在生態(tài)系統(tǒng)變化方面，通過縱向比較區(qū)域歷史數(shù)據(jù)和橫向比較相似區(qū)域數(shù)據(jù)，結(jié)合多種生態(tài)模型對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和關(guān)聯(lián)分析，尋找各個(gè)要素之間的相關(guān)性，通過他們之間的聯(lián)系進(jìn)行預(yù)測分析。

圖2 電網(wǎng)選線選址的輔助決策方案圖

3.3 為電網(wǎng)選線選址提供輔助決策

電力設(shè)施建成后，一旦需要遷改則會付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，因此電網(wǎng)設(shè)計(jì)之初選線選址尤為重要。在生態(tài)紅線區(qū)劃定后使得電網(wǎng)規(guī)劃更加復(fù)雜，但在生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)背景下，利用GIS 技術(shù)可很好解決選線選址問題，因?yàn)榭紤]到電網(wǎng)路徑是位于地理空間中的人工構(gòu)建物，其線路距離較長，通過的地區(qū)的地理?xiàng)l件十分復(fù)雜，且與眾多電力線路和通訊線路交叉跨越，送電線路和其桿塔位置均與地理空間位置關(guān)系密切，垂直方向的層次信息亦十分重要，因此三維可視化地理信息模型可以更高效、簡便、直觀地對工程中的空間位置和地理環(huán)境信息進(jìn)行管理及分析處理，并且在大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)強(qiáng)大預(yù)測能力的支持下，通過人機(jī)交互的方式模擬真實(shí)場景，將所有方案一一實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而選取更優(yōu)化的方案，有效地為設(shè)計(jì)、施工管理和決策人員服務(wù)。

3.4 為生態(tài)補(bǔ)償提供技術(shù)平臺和方法支撐

生態(tài)補(bǔ)償是指在綜合考慮生態(tài)保護(hù)成本、發(fā)展機(jī)會成本和生態(tài)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上，采用行政、市場等方式，由生態(tài)保護(hù)受益者或生態(tài)損害加害者通過向生態(tài)保護(hù)者或因生態(tài)損害而受損者以支付金錢、物質(zhì)或提供其他非物質(zhì)利益等方式，彌補(bǔ)其成本支出以及其他相關(guān)損失的行為[5]。然而一直以來在理論研究中未形成統(tǒng)一的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)確定方法，在我國，區(qū)域所面臨的生態(tài)環(huán)境問題直接決定了其自身所開展生態(tài)補(bǔ)償?shù)膫?cè)重點(diǎn)及差異性。構(gòu)建生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺，可結(jié)合GIS遙感等技術(shù)，通過對現(xiàn)有敏感區(qū)規(guī)劃圖件智能識別實(shí)現(xiàn)敏感區(qū)精準(zhǔn)定位。特別是可將劃分區(qū)域與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行對比，準(zhǔn)確的掌握區(qū)域情況，保證其科學(xué)性和合理性，為后續(xù)的評價(jià)和賠償標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

3.5 為電網(wǎng)建設(shè)后續(xù)工作提供智能監(jiān)測服務(wù)

生態(tài)環(huán)境變化是一個(gè)長期的階段性的過程，通過生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)可獲取預(yù)測信息做出合理的方案規(guī)劃。但在電網(wǎng)建設(shè)后續(xù)工作中有許多人為因素或其他不可抗逆因素，依然會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生。此時(shí)就需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷更新，對已有工程追蹤分析評價(jià)，監(jiān)測工程后續(xù)進(jìn)展，及時(shí)發(fā)現(xiàn)約束和解決生態(tài)環(huán)境問題，確保電網(wǎng)建設(shè)完全安全無害。特別是針對生物多樣性問題尤為關(guān)注，如動物遷徙阻隔等，這均需要長時(shí)間序列的監(jiān)測。同樣，對于工頻電場、工頻磁場以及產(chǎn)生的噪音問題，也要依據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行合理的調(diào)整。并且生態(tài)知識只有通過成功的生態(tài)實(shí)踐才能轉(zhuǎn)化為生態(tài)實(shí)踐智慧，將經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成為新的數(shù)據(jù)，也為其他工程提供一定的參考。

4 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)對電力部門的意義

電力是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，支撐著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨著綠色發(fā)展概念的提出，電力系統(tǒng)的建設(shè)已進(jìn)入嶄新歷史階段。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響愈加明顯。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來也為電力行業(yè)開辟了新的道路，利用生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)應(yīng)用多個(gè)方面，宏觀上快速了解電力設(shè)施對生態(tài)環(huán)境的影響，微觀上針對每個(gè)區(qū)域的不同問題提出合理的應(yīng)對方案，建立工程選址規(guī)劃技術(shù)平臺、工程監(jiān)測系統(tǒng)，在下一步規(guī)劃施工過程中盡可能避免或減少對生態(tài)環(huán)境的影響。而在之后的研究中，如何將生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)同社會經(jīng)濟(jì)效益、電力企業(yè)管理、增值服務(wù)挖掘等應(yīng)用價(jià)值緊密結(jié)合，成為了新的探索方向。

4 結(jié)語

綜上所述，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)對電力部門平衡規(guī)劃建設(shè)與自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)有一定的參考價(jià)值，也為電力行業(yè)的發(fā)展提供了新的思路。