结合多维地球观测技术和人工智能前沿方法，挖掘地质环境大数据在评估可持续发展目标方面的应用潜力。
导 读
地质环境为人类社会和工业生产提供了必备的矿物、水土和土地等资源。对地质环境全方位、立体监测的数据成为地质环境大数据地质环境大数据，在监测地球浅层和地表结构及其动态变化方面发挥着重要作用，能够深入揭示地质环境与地表系统的相互作用，从而支持可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）的精准评估。然而，地质环境数据的获取和分析面临三大关键挑战：单一维度观测平台获取数据能力有限、缺乏将地质环境大数据与SDG指标有效结合的方法体系、地质环境与人类活动之间的影响机理尚未完全厘清。针对这些挑战，本研究提出了一个创新性框架，通过整合“天-空-地-地（水）下”多平台观测网络，构建地质环境大数据与SDG指标耦合方法，并开发基于知识驱动的地质环境要素智能解译和关联挖掘技术，不仅为解决上述挑战提供了新思路，更有助于推动相关技术进步、加强环境保护和提升公众的可持续发展意识。
图1 地质环境大数据支持可持续发展目标评估整体框架
地质环境是人类赖以生存和发展的基础，它通过水资源、矿产和土地等自然资源，支撑着人类社会的生存、工业生产和社会发展。然而，近几个世纪以来，采矿、城市开发和水利工程等人类活动对地质环境造成了前所未有的改变，导致资源短缺、生态退化等全球性挑战。记录着地表岩石、土壤、地形、地下水和矿产等信息的地质环境大数据，在清洁饮水、城市发展等多个可持续发展目标的评估中发挥着重要作用。然而，由于地质环境变化过程复杂、地表植被覆盖等因素限制，主流地球观测系统难以实现全面、连续、高精度的监测；现有SDG指标体系未能充分整合地质环境理论；，地质环境与人类活动在多时间尺度上的复杂关系，也给确立因果关系带来了挑战。
针对以上挑战，本研究构建了一个新的框架，通过整合多维度观测平台，实现地质环境数据的全方位采集，进而将地质环境大数据系统地纳入SDGs和指标体系，建立更科学的评估标准，并开发知识驱动的关联挖掘技术，深入揭示地质环境与人类活动之间的复杂关系。这一研究不仅为地质环境大数据支撑可持续发展目标评估提供了新思路，也将推动相关技术进步、加强环境保护，提升公众对地质环境重要性的认识。
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“天-空-地-地（水）下”四维监测网络
遥感是指利用传感器，在不直接接触目标物体的情况下，通过探测和记录目标对电磁波的反射、辐射或散射等特性，获取目标信息并经过处理和分析，从而对目标进行识别、监测和评估的技术。主流的遥感平台包括：卫星、航空和地面平台。常见的遥感传感器包括多光谱、高光谱、雷达和激光雷达等类型。本研究针对现有卫星平台和遥感设备难以全面获取地质环境信息的问题，提出了一个“天-空-地-地（水）下”观测网络。在航天维度整合了多种传感器的卫星平台；航空维度利用飞机、无人机等航空平台进行监测；地面维度设置了配备各类传感器的监测站，用于持续采集土壤成分、生物多样性等高精度数据；地下（水下）维度则通过裂缝计、水质传感器、声纳系统等设备，结合钻孔取样分析，监测地质特征、矿产资源及其动态变化。这一多维度监测体系不仅弥补了传统观测方法的不足，还通过数据交叉验证提高了监测精度。
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地质环境大数据助力SDG指标优化
针对SDG指标体系与地质环境大数据关联度不足的问题，本文提出了创新性的指标优化策略。该策略首先基于地质原理、SDG指标特征和相关政策框架，识别地质环境要素与可持续发展目标之间的关系，确定其权重。以SDG11.5人群暴露度评估为例，本论文将地形、工程地质条件、地下水特征等地质环境要素纳入计算模型，提出了改进的暴露度计算方法。该方法不仅考虑了极端气候事件频率、人口密度和土地利用类型，还引入了地质环境因子，通过历史数据分析识别影响人群暴露模式的关键驱动因素。这一指标优化方案的实施，将显著提升可持续发展目标评估的科学性和准确性。
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地质环境要素智能解译与关联挖掘
地质环境与人类活动之间存在复杂、非线性作用关系，涉及多维度的要素和多个时间尺度，这给准确识别它们之间的关联模式和因果关系带来了巨大挑战。针对这一问题，本文提出了基于知识驱动的地质要素解译与关联挖掘策略，采用了“点-面”融合思路，将高精度的“点状”监测数据用于校准“面状”遥感影像。进而，构建多层次地质遥感知识图谱与预训练的遥感基础模型相结合，实现地质环境要素精确解译。在关联挖掘中，运用复杂网络技术，将地质环境和人类活动的离散节点和观测到的关系进行建模，并通过非线性动力学和蒙特卡洛方法加强时空分析。这种新型的挖掘方法不仅实现了地质环境要素的精准识别，还能模拟地质环境和人类活动的多时间演化过程，有效评估其对可持续发展的潜在影响。
总结与展望
这一框架为地质环境大数据支撑可持续发展目标评估提供了新思路，不仅将推动相关技术进步、提升评估精准度，更有望增强公众环保意识，促进社会可持续发展。
责任编辑
孙 晶 中国石油大学
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第3卷第1期以Perspective发表的“A novel framework for leveraging geological environment big data to assess Sustainable Development Goals” (投稿: 2023-09-03；接收: 2024-11-07；在线刊出: 2024-12-12)。
DOI:10.59717/j.xinn-geo.2024.100122
引用格式：Han W., Wang L., Wang Y., et al. (2025). A novel framework for leveraging geological environment big data to assess Sustainable Development Goals. The Innovation Geoscience 3:100122.
作者简介
王力哲（通讯作者），中国地质大学（武汉）教授、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者、入选国家级人才计划、中科院 “百人计划”研究员、欧洲科学院（Academia Europaea）院士、IEEE Fellow、SPIE Fellow。获清华大学工学学士、工学硕士和德国卡尔斯鲁厄大学工学博士，从事数字地球理论、遥感信息工程、地质信息应用研究。
韩 伟（第一作者）， 中国地质大学（武汉）副研究员、硕士生导师，入选欧盟“玛丽·居里”学者，主持国家自然科学青年基金、湖北省自然科学青年基金等5项。近年来在ISPRS P&RS、IEEE TGRS和GRSM等期刊发表论文20余篇，担任The Innovation 青年编委、Remote Sensing期刊客座编辑以及10余个遥感主流期刊审稿人。
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The Innovation 简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球59个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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