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        作者:周霞 來源: 中國科學報 發布時間:2022/6/29 9:05:18
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        守護綠水碧波的科研攻堅者
        ——記中科院重慶綠色智能技術研究院副研究員閃錕

         

        閃錕在三峽水庫澎溪河在線監測點位采集藍藻水華數據。中科院重慶綠色智能技術研究院供圖

        ■周霞

        水是生命之源、生態之基。山川秀美,關鍵在于水。

        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環境研究相融合,把論文寫在了包括三峽、滇池、太湖、巢湖、洱海在內的綠水碧波中。

        扎根野外解決“真”問題

        水華是三峽庫區水環境主要問題之一。但不同于太湖、巢湖、滇池等大型淺水湖泊,水華暴發在三峽庫區表現出優勢種多樣、時間演化迅速和空間異質性強等特征。

        因此,如何有效融合“原位觀測—在線監測—衛星遙感”多源信息實現水華暴發的定性識別與定量反演,成為三峽庫區水生態安全監測預警的關鍵技術問題。

        入職中科院重慶綠色智能技術研究院(以下簡稱重慶研究院)的第一個月,閃錕便出野外,深入三峽庫區澎溪河流域,從此他和同事開展了長達數年的定位監測和科研試驗研究。

        長期的野外實踐使閃錕迅速成長為青年科研骨干,甚至組建了自己的團隊。他帶領團隊頂著酷暑嚴寒,扛著儀器跋山涉水,完成了40余次野外科考工作。

        在采集地物光譜數據時,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,團隊成員從未喊過累、叫過苦。

        最終,閃錕團隊采集到不同水華優勢種的熒光信號與表觀光譜數據300余組,為科學解析庫區水華暴發特征及驅動力打下堅實基礎。

        通過長期野外調查和大量現場觀測,閃錕與團隊搭檔周博天一起創新性地提出了藍藻—綠藻分類光譜指數,快速實現了有毒藍藻水華與無毒綠藻水華的時空分類,并結合數十年衛星資料,總結歸納了三峽庫區支流水華動態演變過程。

        同時,團隊結合已運行的三峽在線監測系統,及時準確掌握漢豐湖夏季藍藻的暴發強度與分布范圍,為當地相關行業部門有效防范風險提供了決策支撐。

        從一竅不通到融合應用

        隨著傳感設備的大量運用,傳統建模策略無法滿足海量、高頻的在線監測需求,亟待開發相應算法以提升預警能力。

        自2015年至今,在重慶研究院院長袁家虎、大數據挖掘及應用中心主任尚明生的指引下,閃錕團隊圍繞構建機理與數據融合的水生態環境智能分析技術進行了一系列攻關。

        大數據驅動的水生態環境智能分析需要融合各學科知識,特別是人工智能領域的先進知識。這對生態環境專業背景的閃錕來說,無疑是個挑戰。為了彌補不足,閃錕開啟了自學模式。他通過閱讀大量專業書籍,完善了計算機理論知識,并且每周都參與組會文獻研討,追蹤人工智能領域最新的研究進展。

        閃錕團隊與英國雷丁大學和中科院水生生物研究所開展合作,嘗試在現有模型算法框架中融合生態環境領域知識。

        閃錕提出了水環境質量和生態健康智能化評價方法,創建了低代價指標的環境系統風險預測技術,有效提高了水生態環境大數據模擬預測的精度和效率。

        從人工智能“門外漢”,到提出人工智能方法與水生態問題融合并取得系列研究成果,他用實力表明了自己的決心。

        開發具有自主知識產權的模擬系統

        攻克機理與數據融合的水生態環境智能分析技術后,閃錕又投身研究構建模擬我國水環境問題的新模型。于是,他又“跨”到了系統平臺的研發中。

        目前,我國水環境模型市場基本被國際成熟商業軟件所壟斷。為更好診斷和模擬實際中的水環境問題,閃錕對國際上的主流模型進行了詳細分析。厚達上千頁的說明文檔和使用手冊,他逐頁閱讀、標注。

        敢于創新的閃錕,根據實際應用中的具體問題,對傳統機理模型進行了二次開發和結構編程,并有機集成了多種人工智能算法,嘗試用數據驅動方式部分取代復雜的模擬計算,實現了水文參量時空特征分析、水質指標變化推演、水華暴發預警等業務化功能。

        針對水環境模型的“卡脖子”問題,他開發了具有自主知識產權的水生態環境推演評價與計算模擬系統,并成功運用于三峽庫區水生態環境監測預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保研究的示范成果。

        目前,閃錕團隊研發的模擬系統正逐步推廣應用到三峽水庫、云南滇池和異龍湖等多個重要水體中,用于保護綠水碧波。

        閃錕始終牢記“科技報國、創新為民”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,針對農村生態環境保護和飲用水安全問題等進行科技進村幫扶,為打贏脫貧攻堅戰貢獻了自己的力量。

        閃錕認為,人工智能用于解決生態環境問題雖然剛剛起步,但它在治理水體環境問題中有無限可能。他將繼續刻苦鉆研,為打贏科技攻堅戰不遺余力。

        (作者單位:中科院重慶綠色智能技術研究院)

        《中國科學報》 (2022-06-29 第4版 綜合)
         
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