閃錕在三峽水庫澎溪河在線監(jiān)測點(diǎn)位采集藍(lán)藻水華數(shù)據(jù)。中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院供圖
■周霞
水是生命之源、生態(tài)之基。山川秀美，關(guān)鍵在于水。
(資料圖片)
與水有著不解之緣的閃錕，大膽嘗試將人工智能方法與水生態(tài)環(huán)境研究相融合，把論文寫在了包括三峽、滇池、太湖、巢湖、洱海在內(nèi)的綠水碧波中。
扎根野外解決“真”問題
水華是三峽庫區(qū)水環(huán)境主要問題之一。但不同于太湖、巢湖、滇池等大型淺水湖泊，水華暴發(fā)在三峽庫區(qū)表現(xiàn)出優(yōu)勢種多樣、時(shí)間演化迅速和空間異質(zhì)性強(qiáng)等特征。
因此，如何有效融合“原位觀測—在線監(jiān)測—衛(wèi)星遙感”多源信息實(shí)現(xiàn)水華暴發(fā)的定性識別與定量反演，成為三峽庫區(qū)水生態(tài)安全監(jiān)測預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)問題。
入職中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院（以下簡稱重慶研究院）的第一個(gè)月，閃錕便出野外，深入三峽庫區(qū)澎溪河流域，從此他和同事開展了長達(dá)數(shù)年的定位監(jiān)測和科研試驗(yàn)研究。
長期的野外實(shí)踐使閃錕迅速成長為青年科研骨干，甚至組建了自己的團(tuán)隊(duì)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)頂著酷暑嚴(yán)寒，扛著儀器跋山涉水，完成了40余次野外科考工作。
在采集地物光譜數(shù)據(jù)時(shí)，儀器要盡可能與水面垂直。許多場景下，閃錕等人只能抬著儀器，在陡峭坡地上來回行走，直到筋疲力盡。即便如此，團(tuán)隊(duì)成員從未喊過累、叫過苦。
最終，閃錕團(tuán)隊(duì)采集到不同水華優(yōu)勢種的熒光信號與表觀光譜數(shù)據(jù)300余組，為科學(xué)解析庫區(qū)水華暴發(fā)特征及驅(qū)動(dòng)力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
通過長期野外調(diào)查和大量現(xiàn)場觀測，閃錕與團(tuán)隊(duì)搭檔周博天一起創(chuàng)新性地提出了藍(lán)藻—綠藻分類光譜指數(shù)，快速實(shí)現(xiàn)了有毒藍(lán)藻水華與無毒綠藻水華的時(shí)空分類，并結(jié)合數(shù)十年衛(wèi)星資料，總結(jié)歸納了三峽庫區(qū)支流水華動(dòng)態(tài)演變過程。
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)結(jié)合已運(yùn)行的三峽在線監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確掌握漢豐湖夏季藍(lán)藻的暴發(fā)強(qiáng)度與分布范圍，為當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)行業(yè)部門有效防范風(fēng)險(xiǎn)提供了決策支撐。
從一竅不通到融合應(yīng)用
隨著傳感設(shè)備的大量運(yùn)用，傳統(tǒng)建模策略無法滿足海量、高頻的在線監(jiān)測需求，亟待開發(fā)相應(yīng)算法以提升預(yù)警能力。
自2015年至今，在重慶研究院院長袁家虎、大數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用中心主任尚明生的指引下，閃錕團(tuán)隊(duì)圍繞構(gòu)建機(jī)理與數(shù)據(jù)融合的水生態(tài)環(huán)境智能分析技術(shù)進(jìn)行了一系列攻關(guān)。
大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的水生態(tài)環(huán)境智能分析需要融合各學(xué)科知識，特別是人工智能領(lǐng)域的先進(jìn)知識。這對生態(tài)環(huán)境專業(yè)背景的閃錕來說，無疑是個(gè)挑戰(zhàn)。為了彌補(bǔ)不足，閃錕開啟了自學(xué)模式。他通過閱讀大量專業(yè)書籍，完善了計(jì)算機(jī)理論知識，并且每周都參與組會文獻(xiàn)研討，追蹤人工智能領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展。
閃錕團(tuán)隊(duì)與英國雷丁大學(xué)和中科院水生生物研究所開展合作，嘗試在現(xiàn)有模型算法框架中融合生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域知識。
閃錕提出了水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)健康智能化評價(jià)方法，創(chuàng)建了低代價(jià)指標(biāo)的環(huán)境系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測技術(shù)，有效提高了水生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)模擬預(yù)測的精度和效率。
從人工智能“門外漢”，到提出人工智能方法與水生態(tài)問題融合并取得系列研究成果，他用實(shí)力表明了自己的決心。
開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模擬系統(tǒng)
攻克機(jī)理與數(shù)據(jù)融合的水生態(tài)環(huán)境智能分析技術(shù)后，閃錕又投身研究構(gòu)建模擬我國水環(huán)境問題的新模型。于是，他又“跨”到了系統(tǒng)平臺的研發(fā)中。
目前，我國水環(huán)境模型市場基本被國際成熟商業(yè)軟件所壟斷。為更好診斷和模擬實(shí)際中的水環(huán)境問題，閃錕對國際上的主流模型進(jìn)行了詳細(xì)分析。厚達(dá)上千頁的說明文檔和使用手冊，他逐頁閱讀、標(biāo)注。
敢于創(chuàng)新的閃錕，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的具體問題，對傳統(tǒng)機(jī)理模型進(jìn)行了二次開發(fā)和結(jié)構(gòu)編程，并有機(jī)集成了多種人工智能算法，嘗試用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式部分取代復(fù)雜的模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了水文參量時(shí)空特征分析、水質(zhì)指標(biāo)變化推演、水華暴發(fā)預(yù)警等業(yè)務(wù)化功能。
針對水環(huán)境模型的“卡脖子”問題，他開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水生態(tài)環(huán)境推演評價(jià)與計(jì)算模擬系統(tǒng)，并成功運(yùn)用于三峽庫區(qū)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警平臺和重慶市悅來海綿城市信息平臺，成為重慶研究院智慧環(huán)保研究的示范成果。
目前，閃錕團(tuán)隊(duì)研發(fā)的模擬系統(tǒng)正逐步推廣應(yīng)用到三峽水庫、云南滇池和異龍湖等多個(gè)重要水體中，用于保護(hù)綠水碧波。
閃錕始終牢記“科技報(bào)國、創(chuàng)新為民”的初心，以科技特派員的身份，多次深入重慶市開州青云村等地，針對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)和飲用水安全問題等進(jìn)行科技進(jìn)村幫扶，為打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)貢獻(xiàn)了自己的力量。
閃錕認(rèn)為，人工智能用于解決生態(tài)環(huán)境問題雖然剛剛起步，但它在治理水體環(huán)境問題中有無限可能。他將繼續(xù)刻苦鉆研，為打贏科技攻堅(jiān)戰(zhàn)不遺余力。
（作者單位：中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院）
《中國科學(xué)報(bào)》 (2022-06-29 第4版 綜合)標(biāo)簽：
