新一代信息技術促進黃河流域生態保護和高質量發展應用研究

王軍

摘 要：隨著互聯網的發展，以大數據、人工智能、物聯網為代表的新一代信息技術正在加速促進農業、制造業和服務業之間的產業融合，推動我國經濟高質量發展。為促進新一代信息技術在黃河流域生態保護和高質量發展進程的運用，分析了黃河流域的資源條件、社會經濟發展和產業構成現狀，在探討黃河流域生態保護和高質量發展面臨的問題基礎上，提出運用新一代信息技術促進黃河流域生態保護和高質量發展的框架，即建立生態環境空天地一體化管理系統、完善綜合防汛預警體系、健全黃河供水區水資源管控體系、加快流域內產業結構優化調整、建立完整的流域產業鏈等。在該框架的基礎上建議建立空天地一體化大數據平臺，以加速黃河流域的生態恢復，保障黃河流域的高質量發展。

關鍵詞：生態保護;高質量發展;新一代信息技術;大數據平臺;黃河流域

Abstract：With the development of internet， new-generation information technology represented by big data， AI and IOT， is accelerating the industrial integration among agriculture， manufacturing and service industries and driving high quality development of Chinas economy. In order to promote the application of new generation information technology in the process of ecological protection and high quality development in the Yellow River basin， this paper analyzed the current situation of natural resources， social and economic development and industrial composition of the Yellow River basin. Then on the basis of discussing the problems faced by ecological protection and high quality development of the basin， this paper put forward the general framework by using new-generation information technology to promote ecological protection and high quality development of the basin， that is to establish the air-space-ground integrated management of ecological environment， improve the comprehensive flood prevention and early warning system， maintain the management and control system of water resources in the Yellow River water supply area， strengthen the optimization and adjustment of industrial structure in the basin and establish a harmonized industrial chain in the basin. On the basis of the framework， it was suggested to establish an air-space-ground integrated big data platform， which could accelerate the ecological restoration along the Yellow River basin and ensure high quality development of the basin.

Key words： ecological protection; high quality development; new-generation information technology; big data platform; Yellow River basin

隨著互聯網的發展，新一代信息技術的落地應用，人類的社會生活已經從概念性的人工智能時代邁入實用性的人工智能時代。大數據、人工智能、物聯網、5G通信等新一代信息技術正在加速促進農業、制造業和服務業之間的產業融合，推動我國經濟的高質量發展。2019年9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上發表重要講話，將黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略[1]。2017年、2018年習近平總書記在中共中央政治局的集體學習中曾強調，要加強生態環境領域的大數據運用和生態領域人工智能運用[2-3]。以大數據、人工智能為代表的新一代信息技術具有更強的網絡性、倍增性、創新性以及滲透性[4]，催生了諸多新興經濟模式。黃河流域是我國重要的生態屏障和重要的經濟地帶，是打贏脫貧攻堅戰的重要區域[1]，運用新一代信息技術是落實黃河流域生態保護和高質量發展戰略的有效途徑。

1 黃河流域資源、經濟發展與產業構成現狀

黃河全長5 464 km，流經9個省（區），2018年底流域總人口4.2億，占全國的30.3%[1]。黃河養育了中華兒女，是中國最早的農耕文明發祥地之一。可是，隨著經濟的發展、人口的增多，黃河流域的生態環境受到破壞，經濟發展比較落后。

1.1 資源現狀

黃河流域降水量少，但供水量較大。2019年黃河流域的平均年降水量為496.9 mm，比全國平均年降水量少23.7%。圖1為黃河流域2009—2019年水資源量與降水量的統計，可以看出，從2016年起，黃河流域的降水量雖在增長，但增長緩慢。據2009—2019年《中國水資源公報》，2019年黃河流域供水總量約為400億m3，約占當年黃河流域水資源總量的50%，供水量占比較高。在黃河流域的用水量構成中，農業用水占比最高。2012年以來，黃河流域的供水量變化不大，人均水資源量約為全國平均水平的1/5。

黃河流域土地資源、礦產資源豐富。黃河流域現有耕地面積占全國耕地面積的15%，已探明的礦產資源種類繁多，占全國已探明礦產資源種類的一半以上，石油、天然氣、鈉鹽、煤炭以及有色金屬等儲量豐富[5]，開發潛力較大，且分布較集中，開采便捷，對于推動我國經濟社會高質量發展有重要作用。

1.2 經濟發展現狀

黃河流域經濟發展低于全國平均水平。據統計[6]，2019年黃河流域9個省（區）GDP總量為24.74萬億元，占全國GDP比重由2015年27.70%降至24.97%。2019年黃河流域9個省（區）人均GDP為55 470.33元，比全國人均GDP低了近21.8%。2010年以來，黃河流域人均GDP與全國人均GDP差距越來越大，2019年全國人均GDP較2010年增長130.1%，較2015年增長41.12%;黃河流域人均GDP較2010年增長96.1%，較2015年增長23.29%。2010—2019年黃河流域與全國人均GDP比較見圖2。

總體來看，黃河流域9個省（區）在2015年后的“十三五”時期，經濟總量、人均水平均出現明顯的下滑趨勢，這說明黃河流域宏觀經濟的發展和全國的差距越來越大，經濟發展水平低于全國平均水平。

2019年全國各省（區）經濟規模、GDP占全國比重和增速情況，見圖3。

從2019年黃河流域9個省（區）的經濟規模來看，可將其發展分三個層次：山東、河南、四川三省分別占全國GDP的7.17%、5.48%、4.70%，占黃河流域GDP比重分別為28.72%、21.93%、18.84%，為第一層次;陜西、內蒙古、山西三省（區）的GDP占全國GDP的比重在1%～3%之間，為第二層次，其中陜西的GDP增速是較快的，在黃河流域中排第四位;甘肅、青海、寧夏三省（區）的GDP占全國GDP比重均在1%以下，不僅在黃河流域中排名靠后，而且在全國排名中也處于末位區，屬于經濟發展較落后的地區，經濟轉型壓力更大。從2019年黃河流域各省（區）的GDP增速來看，平均增速為7.62%，比全國GDP平均增速低了0.17個百分點。其中，河南的GDP增速最快，達到8.658%，四川為8.656%，均處于全國平均水平之上。從全國城市GDP規模來看，近年來，進入前十的沒有黃河流域城市，進入前二十的有鄭州、濟南、青島，均是黃河下游城市[7]。黃河流域內部不同區域對比，黃河上游發展緩慢，下游發展較快，上下游發展不均衡。與其他區域對比，黃河流域城市經濟發展水平較之長江經濟帶、東南沿海區域差距較大。

1.3 產業構成現狀

2019年黃河流域產業構成中第一產業、第二產業、第三產業增加值占全流域GDP比重分別為8.44%、40.88%、50.68%。從整體來看，黃河流域產業構成第一產業以農產品為主，甘肅、內蒙古的草原牧業特色鮮明;第二產業由重要的能源、原材料、化工以及其他基礎工業構成，以陜西和山西為主的能源礦產資源豐富，采掘業為主要特色;第三產業以甘肅、山東、四川為主，但占比低于全國平均值，與上年度相比第三產業受數字經濟影響較大，應大力發展旅游等服務業，其占GDP比重有所增長，但與沿海地區差距還很大。

2 黃河流域面臨的主要問題

2.1 生態保護缺乏空天地一體化管理

生態是一個整體系統，從山水林田湖草到微生物、昆蟲等，缺一不可。黃河流域生態環境正面臨著水土流失、洪水威脅、水資源缺乏、水源污染等問題。

一是流域水資源供給與需求不平衡。2019年黃河流域的平均年降水量比全國平均值少了23.7%，黃河水補給得少，用得多。2019年黃河流域9 省（區）水資源總量占全國總量的18.63%，黃河是中國西北、黃淮海平原、華北平原的重要水源，承擔著占全國15%耕地面積的灌溉任務和全國近12%人口的供水任務[8]。流域人多水少，水資源供需不平衡矛盾突出。

二是流域內水沙產生與排泄不平衡，“二級懸河”日益加劇。2010—2019年黃河干流潼關水文站實測水沙量變化情況見圖4。

2019年潼關水文站年徑流量為415.6億m3，年輸沙量為1.68億t。據2010—2019年《中國河流泥沙公報》，黃河上游（頭道拐以上）流域面積占流域總面積的51%，年徑流量占流域總徑流量的62%，而年輸沙量僅占黃河總輸沙量的9%，黃河水沙關系不協調[9]，輸沙壓力集中在中下游地區。2019年黃河下游實測引水量為 132.2億m3，較上年增長了31.67%，實測引沙量為 3 840 萬t，較上年增長了113.33%。2019年黃河下游高村斷面以上河段淤積量為1.08億m3，較上年有上升趨勢。

三是流域內旱澇預警手段落后，黃河下游洪水威脅大。黃河中下游地區人口集中，河南、山東兩省有1.97億人，其中超1億人生活在洪水的威脅之中。黃河下游地區經濟產業集中，而洪水預見期短，一旦發生洪災，損失將是巨大的。另外，黃河下游“二級懸河”發育嚴重，洪水易引發橫河、斜河以及順堤行洪等無法預見的災害[10]。

四是流域內水污染產生與處理不平衡，治理速度跟不上排污速度。黃河流域水資源時空分配不均，一些地區過度開發水資源導致水污染加劇，特別是尾礦、工業排污和生活廢水無序排放問題較嚴重。

隨著信息技術的發展，實行全流域在線管理、在線調度、在線辦公、在線監控的空天地一體化管理，加速黃河流域的生態恢復，才是保障黃河流域可持續發展的必由之路。

2.2 高質量發展缺乏全流域生態產業鏈

一是流域內上下游發展不均衡，上游經濟發展明顯落后于下游。2019年處于上游的甘肅、青海、寧夏三省（區）的GDP占全國比重均在1%以下，在流域中屬于發展較落后地區，在全國經濟體量排名也較落后;處于下游的山東、河南兩省GDP占全國的比重分別為7.17%、5.48%，發展水平遠高于上游。黃河流域建立完整的生態產業鏈是可持續發展的必要條件，也是高質量發展的必然途徑。

二是流域內經濟結構亟待優化調整，數字產業發展落后。2005—2019年我國數字經濟占GDP比重由14.2%提升至36.2%，數字經濟總量達38.5萬億元。而黃河流域只有四川、河南兩省的數字經濟增加值超過1萬億元，只有四川的數字經濟占GDP比重超過30%，上中游7省（區）為發展不充分的地區，傳統產業轉型升級步伐滯后，內生動力不足，全國14個集中連片特困地區有5個涉及黃河流域。流域內尤其是甘肅、青海、內蒙古三省（區）的數字經濟發展緩慢，經濟結構亟待優化調整。

3 新一代信息技術促進黃河流域生態保護和高質量發展框架

3.1 建立生態環境空天地一體化管理系統，實現全流域一體化管理

黃河生態系統是一個有機整體，需要上中下游統籌考慮。黃河流域是空天地一體化的多元素組成的空間結構，其治理不再是單一的社會或者生態環境治理，而是基于黃河流域的整體性、系統性和協同性的治理共同體[11]。首先，要實現全流域一體化管理。通過采集黃河流域全域天、地、水、空域信息，對黃河流域進行空天地一體化管理。利用智能設備替代傳統設備，可以實時采集數據起到項目跟蹤、項目核驗、項目評估的智能化處理作用。其次，建立智能水土保持管理體系。用數據挖掘的方式分析水土流失的因素，再進行人為干預，從而有效遏制水土流失面積的擴大并減少黃河下游洪水泥沙災害。利用數據分析哪些地區降水量多適合種植耐雨水的植物，哪些地區降水量少適合種植耐旱的植物。第三，在污染治理方面，監控黃河流域的重點排污企業。利用物聯網、傳感器技術對排污口水質進行檢測監控。第四，實施黃河流域生態廊道建設工程。如建設黃河綠色景觀廊道、生態隔離帶等。依據因地制宜原則，選擇適宜本地的樹種、草種，嚴格依據生態學規律，做好不同區域景觀廊道的建設，使其真正發揮生態功能。

3.2 采用智能手段監測洪水，完善綜合防汛預警體系

汛前，利用大數據和人工智能算法對防汛預警體系進行監控、報警、預測、推演。利用氣象站監測天氣，利用水文站監測水位，利用無人機巡航實時監測黃河河道情況，為下游各項防汛工作爭取時間。汛中，利用無人機及時援救受災群眾，實時獲取防汛信息等。汛后，及時統計損失，全面掌控災情。

3.3 科學分配水資源、提高用水效率，健全黃河供水區水資源管控體系

黃河水資源量有限，要做到以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，僅這一個“定”字就注定了水資源的分配離不開新一代信息技術作為輔助。水資源先天不足與水生態失衡的狀況，是流域大部分地區協調生態與經濟、社會發展關系的關鍵制約因素[12]，破解這個最大剛性約束，才有望助力生態保護和高質量發展。首先，構建相應的水資源保護技術體系。利用人工智能和物聯網技術分析水量在區域、產業之間如何分配，是否達到最佳分配，有沒有資源浪費、分配的水資源有沒有實現預期效益等情況。利用人工智能技術掌握用水的規律、水量的分配情況，可以結合生態環境，計算更科學的分配水量，做到水資源科學分配，繼而保障流域經濟社會發展對水資源的需求、流域生態健康對水資源的需求，以及提高產業用水和城鎮生活用水的效率。其次，建立水域水資源的預警機制，利用新一代信息技術對于水資源開發利用處于臨界狀態的區域及時進行預警。同時建立許可水量動態調整機制，推動區域內的水權轉讓與交易。

3.4 加快流域內產業結構優化調整，廣泛培育智能化現代服務業

智能化現代服務業是指以物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的融合應用為手段，創新服務內容、服務模式和服務方式，向客戶提供個性化、網絡化、智能化、高技術含量、高附加值服務的新型服務業態。從數字經濟的增長可以看出服務業與新一代信息技術具有高度融合的可能性，同時服務業勞動生產貢獻率遠遠高于第二產業的勞動生產貢獻率[13]。 智能現代化服務主要從智能和服務兩方面進行加強，從打造全鏈條的柔性化服務，包括個性化、定制化服務，到全過程綠色化服務、分享化服務。傳統服務業的特點是勞動密集型產業，且缺乏價格彈性，而信息技術融合產生規模擴張及外部效應，在降低成本的同時也提高了生產效率。黃河流域數字產業發展落后，廣泛培育現代化服務業，方能使得流域高質量發展。

3.5 加速流域內傳統產業轉型，建立完整的流域產業鏈

首先，推動新一代信息技術與制造業深度融合。包括采用先進的智能制造設備，提高產品品質、提高生產效率、提升企業競爭力;積極研發人工智能技術，推動企業關鍵核心技術突破;加大工業互聯網的應用范圍，推進制造業培育新服務、新模式、新業態[14];強化工業互聯網安全，提高產業支撐能力;深化國際合作，共同構建開放共享的工業互聯網生態體[15]。其次，促進新一代技術與農業融合。我國工業級無人機市場快速擴張，各型無人機特別是多旋翼無人機在農業植保、農業監測、地理測繪、海洋巡查、消防救援、交通執法、影視拍攝等領域得到了廣泛應用。其中，農業是無人機企業最為看重的市場之一，無人機的應用，意味著能夠更加有效地利用土地、農藥等相關資源，還能借助平臺特性，及時、精準地獲取農業數據，提升數字農業的透明度，為農戶和農業企業制定、調整相關舉措提供參考[16]。此外，消費者也能借此獲知農業產品的來源，增強消費信心。從產業融合角度看，可以推動鄉村旅游+產業模式的發展[17]。

4 打造空天地一體化大數據平臺

經過互聯網時代的數據沉淀，如今水文站、氣象站、堤防大壩安全監測站、國家“高分”航天遙感監測和以“鄭航一號”為代表的有人、無人航空遙感監測等獲取的數據，都可以實時進行分析。合理利用空間一體化數據，打造數據中心，融合多源數據，共同構成一個全流域、全時域、全要素的立體化生態環境大數據采集體系，是建立黃河流域生態保護大數據平臺的基石[18]。利用大數據技術、人工神經網絡技術、云計算技術、物聯網技術以及新一代5G通信技術，建立黃河流域生態保護大數據平臺，對黃河流域進行空間一體化監測[19]。建立數學模型、深度神經網絡模型、隱性關聯分析模型，進行三維地圖建模等，對黃河流域的生態、經濟、文化、產業、旅游、生活進行多方位監測分析，實現在線匯聚、在線監測、在線處理等功能，為黃河流域“全線一盤棋”提供大數據服務[19]。另外，可利用人工智能分析算法對黃河流域經濟和社會效益進行評估，并給予促進黃河流域生態保護和高質量發展的參考建議。

5 結 語

治理黃河，重在保護，要在治理。黃河流域歷經多年一系列水土流失治理取得了顯著效果[20]，今后在人工智能等新一代信息技術的科學指導下，勢必能夠鞏固并擴大生態保護的作用。新一代信息技術帶來的是時代的變革，信息作為重要的生產要素已經滲透到生態環境和經濟領域的各個方面。建立黃河流域一體化管理系統，依托空天地一體化大數據平臺，打造全流域的生態產業鏈，方能確保黃河流域生態保護和高質量發展穩定持續地進行。

參考文獻：

[1] 習近平.在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話[J].中國水利，2019（20）：1-3.

[2] 紅星楊.政治局集體學習“大數據”[J].人民周刊，2018（1）：10-11.

[3] 習近平在中共中央政治局第九次集體學習時強調加強領導做好規劃明確任務夯實基礎 推動我國新一代人工智能健康發展[J].黨建，2018（11）：1，19.

[4] 徐鑫，劉蘭娟.新一代信息技術影響經濟轉型的作用機制研究[J].經濟縱橫，2014（5）：55-58.

[5] 張紅武.科學治黃方能保障流域生態保護和高質量發展[J].人民黃河，2020，42（5）：1-7，12.

[6] 國家統計局.中國統計年鑒：2020[M].北京：中國統計出版社，2000：69-70.

[7] 趙云波.黃河流域生態保護和高質量發展的理念遵循與實踐指向[N].光明日報，2020-08-14（8）.

[8] 張金良.黃河流域生態保護和高質量發展水戰略思考[J].人民黃河，2020，42（4）：1-6.

[9] 張金良，魯俊，張遠生.黃河黑山峽河段開發的戰略思考[J].人民黃河，2020，42（7）：1-4，56.

[10] 胡春宏.黃河水沙變化與治理方略研究[J].水力發電學報，2016，35（10）：1-11.

[11] 張保偉，崔天.黃河流域治理共同體及其構建路徑分析[J].人民黃河，2020，42（8）：5-10.

[12] 張紅武.黃河流域生態保護和經濟社會高質量發展的實現途徑[J].中國水利，2019（23）：8-11.

[13] 雷小清.信息通信技術對服務業“成本病”的影響研究：基于OECD國家生產率的增長核算分析[J].財經論叢，2011（4）：16-21.

[14] 那磊.新一代信息技術賦能煤炭行業智慧化發展[J].煤炭工程，2020，52（8）：193-196.

[15] 余東華，水冰.信息技術驅動下的價值鏈嵌入與制造業轉型升級研究[J].財貿研究，2017，28（8）：53-62.

[16] 趙劍波，楊丹輝.加速推動數字經濟創新與規范發展[J].北京工業大學學報（社會科學版），2019，19（6）：71-79.

[17] 張林，溫濤，劉淵博.農村產業融合發展與農民收入增長：理論機理與實證判定[J].西南大學學報（社會科學版），2020，46（5）：42-56，191-192.

[18] 阮海峰，王韶卿.大數據專家建議：建立沿黃流域生態環境空天地一體化大數據平臺[EB/OL].[2020-01-13].https：//article.xuexi.cn/articles/index.html？art_id=3872882583866761676&study_style_id=feeds_default&pid=&ptype=-1&source=share&share_to=wx_single&from=timeline&isappinstalled=0.

[19] 高鵬.如何加強沿黃流域生態環境保護？專家建議：充分利用大數據、人工智能[EB/OL].[2020-01-12].https：//www.toutiao.com/i6780860018691408387/？tt_from=weixin&ut11m_campaign=client_share&wxshare_count=6&from=timeline×tamp=1578831149&app=news_article&utm_source=weixin&isappinstalled=0&utm_medium=toutiao_ios&req_id=202001122012280100260 772172D1B2065&group_id=6780860018691408387&pbid=6769594095624816135.

[20] 劉曉燕.黃河健康生命理論體系框架[J].人民黃河，2005，27（11）：59.

【責任編輯 趙宏偉】