作者:周霞 来源: 中国科学报 发布时间:2022/6/29 9:05:18
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守护绿水碧波的科研攻坚者
——记中科院重庆绿色智能技术研究院副研究员闪锟

 

闪锟在三峡水库澎溪河在线监测点位采集蓝藻水华数据。中科院重庆绿色智能技术研究院供图

■周霞

水是生命之源、生态之基。山川秀美,关键在于水。

与水有着不解之缘的闪锟,大胆尝试将人工智能方法与水生态环境研究相融合,把论文写在了包括三峡、滇池、太湖、巢湖、洱海在内的绿水碧波中。

扎根野外解决“真”问题

水华是三峡库区水环境主要问题之一。但不同于太湖、巢湖、滇池等大型浅水湖泊,水华暴发在三峡库区表现出优势种多样、时间演化迅速和空间异质性强等特征。

因此,如何有效融合“原位观测—在线监测—卫星遥感”多源信息实现水华暴发的定性识别与定量反演,成为三峡库区水生态安全监测预警的关键技术问题。

入职中科院重庆绿色智能技术研究院(以下简称重庆研究院)的第一个月,闪锟便出野外,深入三峡库区澎溪河流域,从此他和同事开展了长达数年的定位监测和科研试验研究。

长期的野外实践使闪锟迅速成长为青年科研骨干,甚至组建了自己的团队。他带领团队顶着酷暑严寒,扛着仪器跋山涉水,完成了40余次野外科考工作。

在采集地物光谱数据时,仪器要尽可能与水面垂直。许多场景下,闪锟等人只能抬着仪器,在陡峭坡地上来回行走,直到筋疲力尽。即便如此,团队成员从未喊过累、叫过苦。

最终,闪锟团队采集到不同水华优势种的荧光信号与表观光谱数据300余组,为科学解析库区水华暴发特征及驱动力打下坚实基础。

通过长期野外调查和大量现场观测,闪锟与团队搭档周博天一起创新性地提出了蓝藻—绿藻分类光谱指数,快速实现了有毒蓝藻水华与无毒绿藻水华的时空分类,并结合数十年卫星资料,总结归纳了三峡库区支流水华动态演变过程。

同时,团队结合已运行的三峡在线监测系统,及时准确掌握汉丰湖夏季蓝藻的暴发强度与分布范围,为当地相关行业部门有效防范风险提供了决策支撑。

从一窍不通到融合应用

随着传感设备的大量运用,传统建模策略无法满足海量、高频的在线监测需求,亟待开发相应算法以提升预警能力。

自2015年至今,在重庆研究院院长袁家虎、大数据挖掘及应用中心主任尚明生的指引下,闪锟团队围绕构建机理与数据融合的水生态环境智能分析技术进行了一系列攻关。

大数据驱动的水生态环境智能分析需要融合各学科知识,特别是人工智能领域的先进知识。这对生态环境专业背景的闪锟来说,无疑是个挑战。为了弥补不足,闪锟开启了自学模式。他通过阅读大量专业书籍,完善了计算机理论知识,并且每周都参与组会文献研讨,追踪人工智能领域最新的研究进展。

闪锟团队与英国雷丁大学和中科院水生生物研究所开展合作,尝试在现有模型算法框架中融合生态环境领域知识。

闪锟提出了水环境质量和生态健康智能化评价方法,创建了低代价指标的环境系统风险预测技术,有效提高了水生态环境大数据模拟预测的精度和效率。

从人工智能“门外汉”,到提出人工智能方法与水生态问题融合并取得系列研究成果,他用实力表明了自己的决心。

开发具有自主知识产权的模拟系统

攻克机理与数据融合的水生态环境智能分析技术后,闪锟又投身研究构建模拟我国水环境问题的新模型。于是,他又“跨”到了系统平台的研发中。

目前,我国水环境模型市场基本被国际成熟商业软件所垄断。为更好诊断和模拟实际中的水环境问题,闪锟对国际上的主流模型进行了详细分析。厚达上千页的说明文档和使用手册,他逐页阅读、标注。

敢于创新的闪锟,根据实际应用中的具体问题,对传统机理模型进行了二次开发和结构编程,并有机集成了多种人工智能算法,尝试用数据驱动方式部分取代复杂的模拟计算,实现了水文参量时空特征分析、水质指标变化推演、水华暴发预警等业务化功能。

针对水环境模型的“卡脖子”问题,他开发了具有自主知识产权的水生态环境推演评价与计算模拟系统,并成功运用于三峡库区水生态环境监测预警平台和重庆市悦来海绵城市信息平台,成为重庆研究院智慧环保研究的示范成果。

目前,闪锟团队研发的模拟系统正逐步推广应用到三峡水库、云南滇池和异龙湖等多个重要水体中,用于保护绿水碧波。

闪锟始终牢记“科技报国、创新为民”的初心,以科技特派员的身份,多次深入重庆市开州青云村等地,针对农村生态环境保护和饮用水安全问题等进行科技进村帮扶,为打赢脱贫攻坚战贡献了自己的力量。

闪锟认为,人工智能用于解决生态环境问题虽然刚刚起步,但它在治理水体环境问题中有无限可能。他将继续刻苦钻研,为打赢科技攻坚战不遗余力。

(作者单位:中科院重庆绿色智能技术研究院)

《中国科学报》 (2022-06-29 第4版 综合)
 
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