閃錕在三峽水庫澎溪河在線監(jiān)測點位采集藍藻水華數(shù)據(jù)。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(tài)之基。山川秀美，關鍵在于水。

(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(jiān)測—衛(wèi)星遙感”多源信息實現(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(qū)澎溪河流域，從此他和同事開展了長達數(shù)年的定位監(jiān)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(shù)據(jù)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(yōu)勢種的熒光信號與表觀光譜數(shù)據(jù)300余組，為科學解析庫區(qū)水華暴發(fā)特征及驅動力打下堅實基礎。

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

同時，團隊結合已運行的三峽在線監(jiān)測系統(tǒng)，及時準確掌握漢豐湖夏季藍藻的暴發(fā)強度與分布范圍，為當?shù)叵嚓P行業(yè)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(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)融合的水生態(tài)環(huán)境智能分析技術進行了一系列攻關。

大數(shù)據(jù)驅動的水生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境專業(yè)背景的閃錕來說，無疑是個挑戰(zhàn)。為了彌補不足，閃錕開啟了自學模式。他通過閱讀大量專業(yè)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(xiàn)有模型算法框架中融合生態(tài)環(huán)境領域知識。

閃錕提出了水環(huán)境質量和生態(tài)健康智能化評價方法，創(chuàng)建了低代價指標的環(huán)境系統(tǒng)風險預測技術，有效提高了水生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)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(tài)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(fā)具有自主知識產(chǎn)權的模擬系統(tǒng)

攻克機理與數(shù)據(jù)融合的水生態(tài)環(huán)境智能分析技術后，閃錕又投身研究構建模擬我國水環(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際中的水環(huán)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(chuàng)新的閃錕，根據(jù)實際應用中的具體問題，對傳統(tǒng)機理模型進行了二次開發(fā)和結構編程，并有機集成了多種人工智能算法，嘗試用數(shù)據(jù)驅動方式部分取代復雜的模擬計算，實現(xiàn)了水文參量時空特征分析、水質指標變化推演、水華暴發(fā)預警等業(yè)務化功能。

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)權的水生態(tài)環(huán)境推演評價與計算模擬系統(tǒng)，并成功運用于三峽庫區(qū)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)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(huán)保研究的示范成果。

目前，閃錕團隊研發(fā)的模擬系統(tǒng)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(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(zhàn)貢獻了自己的力量。

閃錕認為，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，為打贏科技攻堅戰(zhàn)不遺余力。

（作者單位：中科院重慶綠色智能技術研究院）

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