隨著新技術的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，實現更便捷、智能、優質的生活環境成了各國政府追求的目標。2008 年 11 月，IBM 首席執行官彭明盛首次提出了智慧地球的新理念，指把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成所謂物聯網，然后將物聯網與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。近年來，智慧地球已得到各國的普遍認可和重視，并引發了世界各地智慧城市建設的熱潮[1-3].在智慧城市建設的過程中，與其息息相關的云計算、物聯網等技術也得到了空前的發展，并在水利、林業、交通、電力、環境保護、醫療、旅游等不同科技發展過程中廣泛應用[4-11].智慧地球和智慧城市的建設、技術的進步和智慧化理念的不斷深入都推動了智慧水土保持體系的建設。我國水土流失嚴重，其成因錯綜復雜，嚴重影響我生態安全和生態文明建設； 而水土保持又是一項綜合性很強的系統工程，需要綜合多學科、多尺度、多部門進行。為了滿足人民群眾日益增長的對生態環境的要求以及對黨的“十八大”提出生態文明建設的響應，急需建設數據共享、智能決策、響應迅速的新型水土流失預防監督體系。智慧水土保持因其數據監測的時效性、決策的智能性、防災預警的及時性等特征，將會使我國水土保持工作邁向新的臺階。

1 智慧水土保持體系總體架構

智慧水土保持是在智慧地球和智慧城市的建設背景下，把傳感器和裝備嵌入到各種水土保持因素監測設備中，實現水土保持監測物聯網，再借助物聯網、云計算、大數據挖掘等新技術，組合連接監測設備物聯網、互聯網和人類社會，對水土保持監測要素實現數據智能識別，對監測數據即時傳輸和系統存儲，對海量數據智能挖掘和模擬仿真，以更加精細、及時、動態、開放的方式實現水土流失預防監督和水土流失綜合治理方式的決策。智慧水土保持體系的總體構架包括橫向的物理層、數據層、運算層、應用層和縱向的系統安全維護體系、水土保持數據標準化體系（ 圖 1） .

1. 1 物理層

物理層是智慧水土保持的基礎，主要進行水土保持監測數據的智能化采集，簡單的處理和數據的傳輸、貯存。實現水土保持決策體系和水土保持目標客體的互聯感知。采用 3S 技術、自動識別攝像、物聯網、高速移動互聯網等技術手段，智能感知和高速貯存氣象、地形、水文、植被等水土保持基礎監測信息。

1. 2 數據層

通過物理層獲取到的數據在數據層進行系統貯存，數據層為智慧水土保持提供即時有效的數據來源，全面支撐智慧水土保持的各項應用。數據層主要通過水土保持信息化建設，建成水土保持基礎數據庫、業務數據庫和元數據庫[12-14].

1. 3 運算層

運算層是智慧水土保持的中樞，主要運用云計算、大數據挖掘、系統仿真模擬、人工智能的技術手段對收集到的基礎數據進行信息加工、海量數據處理、業務流程規范、數表模型分析、智能決策、預測分析等，主要包括水土保持數據云計算、水土流失模型模擬、小流域治理智能規劃和專家決策系統等，最終使水土保持實現科學化、集約化和智能化。

1. 4 應用層

應用層是智慧水土保持建設與運營的目標和核心，主要進行信息集成共享、資源交換、業務協同等，為智慧水土保持的運營發展提供直接的服務，主要服務對象包括水土流失監測網站、數字土壤侵蝕數據網站、水利環境部門網站、智慧水土保持決策平臺等，主要建設平臺有水土流失綜合治理決策系統、小流域治理規劃系統、山地自然災害防治系統、水土保持林規劃設計系統等。

1. 5 系統安全維護體系

系統安全與維護體系是智慧水土保持建設與運營的重要保障。系統安全維護體系主要包括 3 部分： 物理設施安全、系統數據安全和保障維護體系建立。物理設施安全需要保證在智慧水土保持運行的過程中物理設備的完備性不受影響，如野外監測設備需要采取防護措施以保證不被野生動物破壞，網絡傳輸線路不受人為破壞等。系統數據安全主要指在智慧水土保持體系運行過程中數據和支撐系統的完備性。需要加強數據備份系統和數字認證，建立各水土保持部門的認證體系，保障信息安全。保障維護體系主要指建立完整的信息安全組織體系，確立組織機構和崗位職責，加強對技術人員的技能培訓，同時要建立起故障發生后的快速響應機制以確保智慧水土保持安全、高效的運營。

1. 6 水土保持數據標準化體系

水土保持數據標準規范體系是智慧水土保持建設和運營的重要支撐保障體系，完整的標準化體系應該涵蓋標準以及標準制定、運行和管理的整個過程[15],其主要包括智慧水土保持總體標準、信息資源標準、應用標準、基礎設施標準和管理制度建設。

總體標準水土保持信息化建設中的總體性、框架性和基礎性的標準，是標準規范體系建設中其他標準制定的基礎，包括信息標準化指南、信息術語、信息文本圖形符號等標準。智慧水土保持信息資源標準主要包括水土保持信息分類與編碼、數據處理與交換、數據庫表結構與標識符、數據訪問、元數據等方面的標準，促進信息資源標準化、規范處理和整合。

用于規范數據庫建設中基礎地理、預防監督、綜合治理、監測評價等信息標準化入庫的標準，對數據內容、數據結構、數據組織形式、數據文件命名及元數據等進行規范。智慧水土保持應用標準主要用于規范水土保持信息資源應用的標準，包括業務應用系統流程、業務應用技術規程、信息資源成果文檔格式、信息資源目錄和交換體系等方面的標準。智慧水土保持基礎設施標準用于規范為數據庫和應用系統建設提供基礎支撐作用的標準，包括信息安全基礎設施建設和計算機設備建設的標準，規范身份認證、網絡信任、應用與備災、網絡基礎設施建設、機房及配套設備建設等。管理制度建設用于規范水土保持信息化建設中的基礎設施、數據庫、應用系統建設的技術和運行的制度，包括工程建設管理辦法、系統運行管理辦法和制度、系統運行維護流程等。

2 智慧水土保持與數字水土保持

數字水土保持是近年來我國在水土保持信息化建設的基礎上有學者提出的概念，數字水土保持被定義為按地理坐標對水土保持要素狀況的數字化描述和處理[16],數字水土保持是數字地球概念的延伸[17],主要面向水土保持數據管理工作，其主要特征是數字化、互聯化、智能化，它的建成為水土保持信息化建設提供一個更廣泛、更形象化的信息處理環境及支撐系統，為智慧水土保持的發展奠定了基礎。智慧水土保持的主要目標和服務功能是面向綜合決策，主要以新興的物聯網、云計算、人工智能等技術為支撐。

在應用方面，數字水土保持主要是對水土保持要素數字化描述和處理，按照數字信號對水土保持相關信息進行收集、分析、存儲、傳輸和應用，為水土流失監測預報、預防監督、水土保持規劃設計和綜合治理等提供技術支撐和決策支持信息。而智慧水土保持著力于構建體系化的水土保持監測感知平臺，實現對水土流失的實時感知和監控，實現對山地自然災害風險的智能預防和控制，直接參與相關決策制定，構建智慧化的水土保持發展模式，打破了層級界限，實現水土保持基礎數據的高效共享和充分利用。數字水土保持是實現智慧水土保持的基礎，智慧水土保持是水土保持信息化的更高形式。