数字化国土重点实验室研究内容和方向
发布人:张文华  发布时间:2018-09-08   动态浏览次数:55


本实验室研究内容和方向为江西省一流重点学科“地质资源和地质工程”内容之四: “地球信息工程“ 的主体部分。

学科建设目标和步骤:

1)明确学科建设的目标:国内外众多国家和国际科研机构的合作,使国土实验室的科研活动能与国际接轨,使其能力达到世界一流水平 (别人没有的我们有,别人有的我们要做得更好)

2)团队和梯队建设:整合现有资源基础上,进行人才引进,建设跨学科、富有创新精神的精英团队;

3)高级别产出:学科建设不仅要推动科学的进步,其成果要有实用价值,为社会发展解决关键问题,比如可持续环境资源(包括土地、其上的植被、水和矿产等)利用和社会经济发展,同时又能获得各种高级别奖项,并以SCI论文或著作形式发表。

研究特点:以野外调查为基础的空间大数据信息处理和应用与建模/模拟相结合。
尺度规模:局部、区域(比如江西、华南)甚至全国和全球范围。

1.地质矿产资源调查、灾害和地貌景观监测和评价

1.1地质矿产资源(各种矿产和石材):调查矿产资源空间分布、局部和区域性资源量3D演变及趋势(4D; 局部、区域或全国范围的矿山开采引起污染的时空分布和变化; 建立矿产资源空间信息管理系统,比如中国和世界的铀矿资源信息系统。

1.2 地质灾害:各种地质灾害比如:滑坡、泥石流,如大范围还应包括地震及火山爆发等)野外调研(断层、节理及活动构造分布、应力变化、雨量、湿度等等),在3D特征化基础上(比如坡度、高度、断层和节理等脆弱带的分布),进行综合空间信息模拟,对灾害风险度分级;为地方部门防灾抗灾提供依据,也能为核废处置库选址提供依据。

1.3形变测量分析: 可以探测局部和区域上的地形地貌的变化(比如含水层升降、矿山开采引起或由新构造活动引起的地面变化)。随着空间技术的不断发展,形变测量化可以由GPS、北斗卫星体系的监测,尤其可以通过微波干涉雷达或激光雷达来进行精确测量;再比如:鄱阳湖盆地蓄水量、年平均湖面等变化都能从湖盆基底泥沙堆积的形变和水文动态研究找到圆满的答案。

1.4 地质背景对社会经济发展的制约:林子瑜教授等揭示了一个非常有意思现象,也就是说在江西,不同县市的社会经济活动成效或产值与其所在的地质背景单元密切相关。所以,这项研究能直接把地质背景的研究与人们的社会经济发展规划直接联系起来,为江西生态文明建设和经济建设服务。

  

课题组成员:郭福生、李满根、林子瑜、黄美化、刘文恒、周万鹏、吴志春、孟显云、祝民强、郭福生、曹双林、孙岳、张文华、吴伟成

  

2.可持续环境资源利用分析

2.1土地资源Land Resources: 包括农、林、牧等土地资源的动态时空变化,尤其对水土流失、土地退化、盐碱化和沙漠化(旱地、湿地都有发生)及其趋势进行监测;对土地土质及其表生地球化学特征进行分析;

对各种土地退化治理比如退耕还林、退耕还草或耕地撂荒(抛荒的生态效应治沙活动的成效进行监测、评价;

各种土地使用有关的生物量(Biomass)分析,土地使用和管理相关的碳吸收和排放行为分析(因为这直接影响局部或全球气候变化);

规模: 局部、区域或全球尺度范围。

2.2水资源:和水环学院合作,进行以盆地/流域为单位的降雨、地表水和地下水水质、水量动态及演变趋势,污染性质和源头及其范围和趋势分析等方面研究; 人口增加和工农业经济发展对水量的需求动态变化。研究以野外调查实测与室内4D模拟仿真相结合, 以查明可持续水资源利用的度。

2.3农业资源:尤其耕地和可耕地质量(土壤肥力、盐碱度等)和数量动态,污染的土地(比如矿山开采或工厂建设生产引起的化学和重金属污染)包括污染性质、程度和源头进行追踪和分析,预测其在没有治理情况下的扩散趋势,并提出可行的土壤生物修复或物理化学修复方案和因地制宜的治理措施;

对局部(比如乡或县)和区域性(比如整个江西省或中国)主要作物水稻和小麦的种植面积和产量进行估算,分析的粮食供求平衡和安全问题。

  

课题组成员:吴连喜、李满根、姜勇彪、张勇、刘文恒、吴志春、刘平辉、叶长盛、李志文、孙丽、吴伟成

  

  

3.气候变化及其影响评价

研究古气候变化可以了解地球本身的气候变化特点,探索人为因素在气候变化中的作用。

现代气候变化的地域特点及其可能的对水资源和农业产量的影响。气候变化尤其极端气候变化,比如干旱和水灾, 引起土地生产力的变化从而对粮食安全构成影响。因为IPCC 20072014)的研究表明除了整体趋势变化,气候变化还表现为极端气候事件(极热、极冷、旱灾和水灾)的频发。

对洪灾和旱灾要结合野外调查来进行监测、评估损失,而且要建立灾后管理、监督体系; 更重要的是建立预警系统使灾害损失降至最低。

就江西及整个华南而言,对将来可能的气候变化比如年均气温升高、降雨的增加所造成的对水资源和粮食产量的影响,要做场景模拟分析,尤其对叠加在气候变化之上的旱灾、水灾的发生对粮食安全的影响进行模拟分析,建立灾害预警系统,使灾害发生时有应急的措施。

  

课题组成员:吴伟成、刘文恒、丁婷、胡海平

  

4.综合旅游动态地理信息系统的开发

开发旅游区和地质公园的大数据空间信息管理体系,包括实时气象数据及预测可能发生气象和地质灾害的可能性(概率),明确不同天气的适宜游(访)客量。

在公园内的不同景点配设在不同视角和高程所看见的不同景观(2D3D)并配有景点照片和讲解,从而使游客能提前了解景点的空间特点、与待访景区互动。

建立因时制宜的门票销售及灾情预警体系,提高旅游管理的效率。游客可根据景区的适宜访客量和气象条件来确定自己最佳的参观时间。

  

课题组成员:郭福生、姜勇彪、何小芊、李志文、叶长盛、吴伟成

  

5.-环境相互作用及可持续性发展分析(这是世界研究难点,也是重点之重点

“人-环境体系“ (简称 -环体系“,Human-Environmental System) 是非常复杂的体系,尤其人类活动(Human activity)难以用简单的数字和模型来进行表述和量化。比较可行的研究办法是把该复杂体系分解成若干个相对简单的部分,将其中的环境要素和人类活动通过适合的模型联系起来,明确各种环境要素和人在整个人-环体系中的变化和相互作用,了解各个因素的重要性和可持续开发度,然后把各因素与人相互作用的关系综合起来再进行动态模拟、仿真,来分析整个人-环体系的可持续发展。

研究内容123的成果,也就是各个环境要素的现状及其变化,可以流域(盆地, Basin)为单位,也可以行政单位(比如乡、县、市和省)来进行表达。

“人” 这部分就是人类活动,我们很难对人的每一锤、每一锄的劳动、每走一步路或每一天坐班工作等等都记录在案,有据可循,尤其对一个地区或行政单位而言,这种数据根本不存在而且也没有意义。但是,我们可以一个群体(比如一个乡或一个县的农民)在一年内的活动所创造的价值,比如粮食产量、肉类产量、蔬菜产量、棉花产量等等来标量(量化); 也可以用一个乡或一个县或市的工人群体的劳动所产生的价值,比如工业产值来量化; 同样,对商业、建筑业也可以对其年内的产值进行量化,等等。

5.1建模: 建立线性和非线性、参数和非参数模型, 以确定人和环境的相互作用的关系,明确其中发挥重要作用的社会经济要素;

5.2 仿真 (Simulation) 模拟: 在现有的Stella 基础上,开发适用我们具体情况的仿真软件包, 确定各种资源利用的可持续度阈值;

  

课题组成员:吴伟成、林子瑜

  

6.大数据空间信息技术助力生态文明建设和优化国土空间规划

“建设生态文明”, 其核心是实现人与生态环境(自然)的和谐相处、协调发展。也就是说,我们要在不破坏生态系统功能的前提下来合理地利用环境资源、发展社会经济以提高我们的生活水平,使得人环境系统能可持续发展。在这框架下,江西从2014 年开始已被国家纳入首批“全境生态文明建设示范区”,因此,“生态文明建设”是江西第十三个五年“国民经济和社会发展规划”的重点之一。但是,“生态文明建设”的关键是如何充分利用大自然提供给人类的福祉而又不破坏生态的平衡,使人环境体系 (Human-

Environmental System)能和谐且可持续地发展。这就要求我们首先要了解在江西的环境资源动态, 包括它们的过去、现在和将来及其可持续利用的条件。

建立一个决策支持系统 (Decision-Support System, DSS), 把前面 1234 5所有的研究成果纳入到这一系统中进行优化空间分析,给出各种社会经济发展的最优化国土空间规划和布局。从而给各级政府部门的可持续环境资源利用和 “生态文明建设提供科学依据。

在可持续的优化国土空间布局的框架下,结合“新型智慧城市”、 ““美丽乡村” 的发展理念,并运用先进的智能交通、节能和清洁技术,使生态文明建设落到实处。

课题组成员:吴伟成、林子瑜