【摘要】党中央、国务院就加快推进海洋强国战略做出了一系列战略部署,其中智慧海洋建设是构建海洋强国的重要任务。围绕党的二十大提出的新使命、新要求和重大部署,坚持需求导向,发挥福建农林大学科研优势,福建农林大学智慧海洋生态振兴实践队前往福州市罗源县罗源湾开展三下乡实践,实地调研当地智慧海洋建设情况,针对当地海漂垃圾治理现状,结合Citespace分析当今研究前沿,发挥福建农林大学计算机与信息学院师生专业知识,从物联网、云平台、大数据等角度,提出一系列建议。
【关键词】智慧海洋;海漂垃圾;Citespace;物联网
一、研究背景
海洋约占整个地球表面的2/3,是全球探索新型资源、实现可持续发展、维护生态环境平衡的重要发展方向,21世纪更是海洋的世纪。党的二十大提出“保护海洋生态环境,加快建设海洋强国”习近平总书记对海洋事业发展寄予厚望,早在总书记任福州市委书记时就提出了建设“海上福州”的战略构想。
罗源县东面临海,地形特殊,口窄腹大,当地海湾属于潮流回旋区,又毗邻海洋渔业养殖区,在季风和潮水的作用下,湾外的海漂垃圾不断涌入湾内,垃圾数量大大超出规模,治理难度极大。近年来,随着智慧海洋建设的推进,罗源县在海漂垃圾治理理念、路径、模式、手段进行了一系列的探索,取得了一定的成效。
二、研究目的
为全面贯彻落实党的二十大精神,紧紧围绕“四个更大”重要要求,深入实施“深学争优、敢为争先、实干争效”行动,加快海洋经济发展和生态保护数字化、智能化转型,做大做强智慧海洋生态保护体系,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,大兴调查研究之风,助力我省海洋生态保护数字化、智能化发展。福建农林大学计算机与信息学院“智慧海洋生态振兴实践队”前往福州市罗源县开展“三下乡”实践活动,了解罗源县海洋环境监测的数字化、智能化建设情况,发挥福建农林大学计算机与信息学院师生专业知识,为罗源县海洋可持续发展提出合理建议。
三、研究方法
(一)实地调研法
在实地调研中,团队选取了罗源县生态环境局大气监测点和吉壁村海漂垃圾检测点等地进行实地调研,了解罗源县的智慧海洋建设现状。
(二)访谈调研法
在探究罗源县智慧海洋建设情况的过程中,我们通过对该县生态环境局的相关负责人采访,对罗源县海漂垃圾治理的数字化智慧化程度有了更全面的认识。
(三)文献分析法
实践团队通过搜集国内外智慧海洋建设的相关资料,聚焦国际、国内高水平学术期刊中与本调研主题相关的文献,深入研读和分析该县智慧海洋发展情况,为当地海洋数字化智慧发展模式的改进提供理论保障。
四、文献分析
(一) 国内外智慧海洋研究与发展现状
世界范围内,海洋发达国家积极推动海洋信息基础设施建设,高度重视新一代信息技术和装备在海洋领域的应用,大力实施国家级海洋专项,持续提升海洋信息领域整体能力,不断拓展战略利益空间。美国于2007年制定了《美国海洋行动计划》,提出对各类海洋观测点进行整合,建成综合海洋观测系统(IOOS),收集、整合和发布近海水体和海洋数据。欧盟提出MarineKnowledge2020计划,提升不同层级决策的质量和可靠性。俄罗斯在2016年开发出一种可以将通信信息与声波相互转换的系统,连接水下潜艇、深海载人潜水器、无人潜航器和潜水员,构筑水下“互联网”[1]。
在国内,随着国家不断加大对海洋的投入,海洋的信息化建设也进入快速发展的黄金时期。国家和沿海省市等先后出台一系列海洋信息化建设发展规划,从海洋观测、环境保护、资源开发、产业发展等多个方面为海洋信息化建设提供政策支持。历经多年的发展,我国海洋信息基础设施建设初显成效,海洋环境观测已逐步建成,海洋资源综合调查方法不断丰富,范围不断扩大,数据采集能力和数据量大大提高。目前,我国已成功发射HY-1A、HY-1B、HY-1C、HY-2A、HY-2B等5颗HY系列卫星[2],“蛟龙号”、“深海勇士”、“海翼号”、“海斗号”、“雪龙2号”、“蓝鲸1 号”等一系列海洋装备不断成功海试,岸基观测台站、高频地波雷达、北斗通信、 水下光纤等关键技术和设备不断取得突破并逐步投入使用,为我国海洋信息化发展奠定了坚实基础[3]。
(二)文献计量分析
为系统了解国内外智慧海洋研究现状,利用CiteSpace文献计量分析工具的关键词共现分析和突显分析方法探究整理智慧海洋的热点研究领域。文献数据来源于中国知网数据总库,检索日期为2023年7月23日。设置发表时间限定范围为2003-2023年,更新时间不限,最终得到412篇文献样本。人工对学术无关或报道不明显的文献进行甄别和剔除,保留具有学术研究价值的文献后,选择导出,设置导出格式为Refworks,使用CiteSpace 6.2.R4将格式转换为WOS统一标准格式,并对具有较大重复内容的文献进行去除,最终获得381篇文献样本。
关键词共现分析能够直观地显示该研究的热点内容。将CiteSpace设置时间跨度为2003-2023,时间切片为1,节点格式设置为关键词;剪枝方式设置为修剪切片网络,探究“智慧海洋”主题下的热点关键词,了解该领域下的具体研究情况。为了减少重复性,去除检索词和重复关键词进行排序,可以得出“智慧海洋”研究领域关键词排名前十位分别为: “云计算”、“海洋强国”、“人民政府”、“物联网”、“大数据”、“信息系统”、“人工智能”、“无人船”、“卫星通信”、“数字经济”。可见对基于数字化和信息化的智慧海洋建设探究是当前海洋可持续发展和生态环境保护的研究热点,同时人民政府的参与以及现代化海洋管理措施也是该研究领域的重要方向。
图为CiteSpace“智慧海洋”关键词共现图谱
关键词突显分析可以直观地显示各个研究项目出现的时间和受关注程度,有利于研究者跟踪学术热点趋势。利用CiteSpace进行分析,按照凸显强度排序,显示前十个突显关键词分别为:“卫星通信”、“人工智能”、“海洋产业”、“数字海洋”、“无人船”、“产业园区”、“人工降雨”、“信息化”、“军民融合”、“海洋强国”。可以看出,关键词“卫星通信”具有较高的突显强度,说明以卫星通信为代表的远距离数据传输手段是智慧海洋整体构建的难点;大部分关于智慧海洋的研究都是在2016年左右出现,其中人工智能和信息化起步较晚,在2020年初次出现,但相关研究的热度一直持续至今,说明基于人工智能和信息化的智慧海洋建设探究仍是当前的研究热点。
图为CiteSpace“智慧海洋”关键词突现图谱
五、现状与建议
目前罗源全县已经初步建设了海漂垃圾预警体系,目前设置海漂垃圾易堆积点监测站7个,配备360°全向高清摄像头,能够实时察看监控区域垃圾清理情况,基本覆盖辖区海漂垃圾重点区域。同时也组建了一支较为专业化的“海上环卫”队伍,负责清理海漂垃圾,年清理海漂垃圾约2000吨,基本实现了半自动化的海漂垃圾治理,但在数字化和智慧化程度上仍有一定的提升空间,同时当地地势较为复杂,对调研形成了一定的阻碍,因此,实践队员以罗源县海漂垃圾治理实践情况为支撑,结合目前研究前沿并根据当地发展成就与不足、优势与困难进行总结并提出了一系列建议。
图为福建农林大学连海峰教授与罗源县生态环境局副局长吴隆炳交流罗源县海漂垃圾治理经验
(一)物联网+无人检测站,构建环卫“千里眼”
基于物联网+无人检测站的数字化检测模式,能够让工作人员不需要每天前往山路险阻,情况复杂的检测地点进行检测和记录,将人力从环境恶劣、劳动强度大的任务中解脱出来,把精力投入更高附加值的环节,提高有关部门的工作效率以及人员安全系数[4]。
针对目前罗源全县已有的7个海漂垃圾易堆积点监测站,可以基于物联网进行升级改造,将数据实时上传给可视化指挥调度中心,指挥人员可以通过可视化大屏调度实时信息,形成“海漂垃圾第一时间发现——调度人员第一时间预警——环卫力量第一时间清理”管理模式[5],预期能够有效解决海漂垃圾监管海域范围广,监管人力不足、清理不及时等问题。
图为生态环境局工作人员带领实践队队员参观大气监测点
(一)云平台+人工智能,提升事态感知能力
数据上“云”,工作人员能够通过云平台及时查看相关数据[6],确保了有关部门能够第一时间掌握情况,并及时制定相关对策解决问题,实现云端“一张网”调度防控。
在将海漂垃圾易堆积点监测站进行升级改造的基础上,罗源县可以将数据上传到云平台上,结合当地洋流复杂的实际情况,可以在大气仿真的基础上建立一套海况模型,分析垃圾漂移轨迹及可能登陆的岸滩分布,预测这些垃圾的漂浮轨迹和最佳拦截点,为海上拦截及岸滩清扫提供日常预报支持[7]。同时,也可以结合机器视觉和人工智能技术对收集的无人机航拍或无人检测站传来的实时监控画面进行处理和识别,分析出海漂垃圾的类型、数量、位置等信息,自动截屏记录在系统里形成台账方便记录。云平台也可将处理要求和相关信息通过短信及移动客户端派发给相应的岸段责任单位及责任人,及时指导调度海上环卫队伍进行精准治理,形成“岸上管、流域拦、海面清”的全链条治理机制。
图为工作人员向实践队员展示云平台建设情况
(三)航拍器+打捞船,海空协同打造优美海岸带
无人机以灵活机动的优势,可以通过遥控器和地面控制基站进行操控,并实时回传图像到云平台进行分析[8],方便海上环卫远程查看和实时调用被监测水域的相关数据和影像,扩大与强化对重要控制断面水文水资源信息的监测范围和动态感知能力。依托现有海漂垃圾治理队伍配备打捞船舶和海上打捞工具,配套相应的环卫船舶靠泊点和上岸垃圾集中堆场,能够建立有效的岸线保洁,垃圾收集和转运机制,有效提高监测效率,并能更加规范采样程序,实现海面漂浮垃圾“无人机检测——云平台预警——打捞船舶打捞——船舶靠泊点转运上岸——垃圾集中堆场临时存放——垃圾焚烧发电厂处置”[9]的闭环治理,进一步推动“海上环卫”工作常态化、专业化、精细化发展,有效整治沿海乡镇海漂垃圾,实现垃圾及时发现,不入河、不出界、不下海,确保海岸及海面干净清洁,无垃圾污染物。打造环境整洁、景观优美海岸带。
图为实践队员在吉壁村海滩实地调查当地海滩治理情况
六、结语
“十四五”规划指出,要协调推进海洋资源保护开发,高质量建设海洋强国。智慧海洋的建设则是建设海洋强国的重中之重,有着重要的意义。实践队员以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,大兴调查研究之风,走访了罗源县生态环境局,大气监测站,吉壁村海漂垃圾监测点,亲身了解了当地智慧海洋发展新模式。通过调查,我们发现,罗源县结合自身海况特点,推进智慧海洋建设,在海漂垃圾治理上取得了一定的成效,但在物联网和云平台的运用上仍有一定的提升空间。
为此,我们从物联网结合无人监测站的应用,云平台的搭建以及海空协调的海上环卫队伍的建设三个角度出发给出了我们的思考与对策,以中国特色社会主义高校学生社团力量推动海洋生态振兴数字化智慧化新发展,促进海洋振兴蓬勃发展,助力罗源县智慧海洋建设和生态振兴高质量发展。
【参考文献】
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