大數(shù)據(jù)助力海綿城市建設(shè)研究

臧超

摘要：大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)在海綿城市建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用與融合，提升了海綿城市科學(xué)化、智能化和精細化水平。吉林省把海綿城市理念融入城市轉(zhuǎn)型升級發(fā)展中，從組織領(lǐng)導(dǎo)、資金保障、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、復(fù)合型人才隊伍建設(shè)等方面積極構(gòu)建應(yīng)用策略路徑，為海綿城市信息化建設(shè)提供推進引擎和上升動力。

關(guān)鍵詞： 吉林省;大數(shù)據(jù);海綿城市

中圖分類號：TU992;TU984.1

DOI：10.13784/j.cnki.22-1299/d.2019.04.011

近年來，吉林省各級政府高度重視海綿城市建設(shè)，相繼出臺了《吉林省關(guān)于開展海綿城市建設(shè)的實施意見》《吉林省海綿城市建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》《吉林省低成本海綿城市建設(shè)白皮書》等，積極開展海綿城市建設(shè)工程，不僅將白城打造成全國首批、東北唯一的海綿城市建設(shè)試點，同時，在長春市南部新城建立31平方千米的“海綿城市”示范區(qū)，重新設(shè)計了北海濕地公園二期、長春水文化生態(tài)園等海綿雨水花園，鋪設(shè)全長920米的“海綿示范路”錦湖大路等海綿透水道路。

一、大數(shù)據(jù)促進海綿城市建設(shè)科學(xué)化、智能化、精細化

大數(shù)據(jù)促進海綿城市規(guī)劃決策科學(xué)化

長期以來，囿于城區(qū)規(guī)劃數(shù)據(jù)的支撐欠缺、決策流程人為因素的影響干擾和預(yù)判信息的不充分不對稱等現(xiàn)實原因，導(dǎo)致城市路面硬化分布欠科學(xué)、管網(wǎng)易堵塞難串并及后期養(yǎng)護不到位等實際問題的發(fā)生。吉林省多個城市遭遇強降水時，城區(qū)內(nèi)普遍出現(xiàn)積水內(nèi)澇現(xiàn)象，其中白城市雨季內(nèi)澇現(xiàn)象尤為嚴重。[1]

通過遷移大數(shù)據(jù)技術(shù)到海綿城市綜合治水體系，可提升規(guī)劃決策工作的科學(xué)化水平。首先，大數(shù)據(jù)可以存儲海量的歷史水文信息。隨著現(xiàn)代氣象水文觀測、計算和預(yù)報技術(shù)的快速發(fā)展，眾多傳感器、監(jiān)控器和RFID（射頻識別）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流體積已達到TB級、PB級甚至ZB級。并且，這些數(shù)據(jù)還包含有衛(wèi)星云圖、語音視頻和雷達報文等復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)體量的增大和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多元，給基于小樣本的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)通過分布式存儲技術(shù)，能夠勝任對巨量氣象、水文和地理數(shù)據(jù)的存儲災(zāi)備任務(wù)，并具有讀寫訪問實時、可擴展性高、可靠性強等特點，便于實現(xiàn)低冗余性、高內(nèi)聚性、強魯棒性的城市數(shù)據(jù)管理，為海綿城市規(guī)劃和決策提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。其次，大數(shù)據(jù)擅于關(guān)聯(lián)分析算法。由于城市中水體數(shù)據(jù)量愈發(fā)巨大，水文環(huán)境日益復(fù)雜，使得城市水利治理傳統(tǒng)的因果關(guān)系推斷過程的準確度越來越難以保障。大數(shù)據(jù)利用關(guān)聯(lián)分析算法，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析、實時數(shù)據(jù)的跟蹤，可以提高規(guī)劃決策的科學(xué)水平。海綿城市構(gòu)建起涵蓋水生態(tài)、水環(huán)境、水資源和水安全的全息數(shù)據(jù)庫后，自動通過頻繁項集、支持度和置信度等關(guān)聯(lián)規(guī)則，分析雨水控制率、年徑流總量控制率、COD（化學(xué)需氧量）削減率等動態(tài)參數(shù)間內(nèi)在關(guān)系，最大程度減少人為介入與推理的環(huán)節(jié)比例。最后，大數(shù)據(jù)能夠進行計算機仿真。財政、水利及住房城鄉(xiāng)建設(shè)等相關(guān)部門以往普遍采用現(xiàn)場會議、桌面推演、應(yīng)急管理等演練手段提升水務(wù)研判能力和處置水平。但是，基于個別經(jīng)驗和有限信息的推演結(jié)果具有較大偏差性和不穩(wěn)定性，并且演練結(jié)果呈現(xiàn)形式單一，不能形成直觀的判斷結(jié)果，從而導(dǎo)致城市領(lǐng)導(dǎo)決策存在風(fēng)險評估不足、隱患研判不及時、應(yīng)急備案不完備等問題。大數(shù)據(jù)應(yīng)用流體力學(xué)、大氣動力學(xué)和遺傳算法等仿真模型模擬城市水量水質(zhì)發(fā)展趨勢，并以O(shè)penGL、Direct3D或VR等虛擬現(xiàn)實方式進行場景渲染及繪制，從而輔助海綿城市決策規(guī)劃。

大數(shù)據(jù)促進海綿城市監(jiān)測應(yīng)急智能化

隨著城市規(guī)模的不斷擴大，熱島效應(yīng)明顯成為吉林省城鎮(zhèn)化過程中面臨的又一挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的城市管理模式中，氣溫監(jiān)測以標準溫度進行發(fā)布，標準溫度以整體城市為最小單位，不但無法對熱島效應(yīng)進行有效跟蹤、度量和記錄，而且無法滿足各城區(qū)市民對體感氣溫、室內(nèi)氣溫、室外氣溫等差異化溫度預(yù)報的現(xiàn)實需求。此外，對于連鎖性、突發(fā)性城市氣象災(zāi)害的預(yù)警工作基本處于空白狀態(tài)，相關(guān)工作的滯后導(dǎo)致無法及時有效防范和化解熱島效應(yīng)，市民生活品質(zhì)難以提升。

大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用有利于海綿城市熱島效應(yīng)的消減。首先，大數(shù)據(jù)將自動化的流量雨量計、懸浮物測定儀、溫感探測器等傳感器整合，并將其與海綿城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相結(jié)合，在植物園、濱水空間等城市水資源節(jié)點布設(shè)監(jiān)測站點。監(jiān)測站點24小時不間斷采集城市水量、水質(zhì)和氣象等信息，相當(dāng)于海綿城市的“神經(jīng)感受器”;采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由WIFI、物聯(lián)網(wǎng)或5G無線網(wǎng)絡(luò)，實時上傳到大數(shù)據(jù)信息平臺各子系統(tǒng)，實現(xiàn)了“神經(jīng)傳導(dǎo)”;海綿城市的云計算中心負責(zé)對各種類型數(shù)據(jù)進行清洗、挖掘和脫敏等處置，利用萬億次每秒級別的超算設(shè)備提取出元數(shù)據(jù)背后的隱藏信息，類似大腦一樣做出趨勢研判。大數(shù)據(jù)使海綿城市具有了完整的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”鏈路，讓城市智慧起來。其次，大數(shù)據(jù)輔助預(yù)警、聯(lián)動及反應(yīng)等應(yīng)急管理過程。以往的監(jiān)測預(yù)警依賴人工判斷，漏報、延報或錯報的事故時有發(fā)生，智能性不高。大數(shù)據(jù)將熱島效應(yīng)進行分級定量，代替了傳統(tǒng)的人工定性機制，建立從常規(guī)“灰犀?！笔诫[患到突發(fā)“黑天鵝”式風(fēng)險的預(yù)警指標體系，實現(xiàn)快速、準確、高效的風(fēng)險防范和化解。而且，大數(shù)據(jù)具有開放性、可擴展性和連通性，打通了以往城市管理者與企業(yè)、市民之間“物理隔離”式的溝通壁壘，消除了單向廣播式的新聞播報帶來的信息不對稱問題。市民通過APP、移動新媒體和政務(wù)網(wǎng)站接口等渠道，可方便快捷地與海綿城市大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)交互對接，上傳下載自身所在區(qū)域的局部溫度信息，進行信息的雙向聯(lián)動。最后，大數(shù)據(jù)推進城市應(yīng)急管理體制創(chuàng)新，打破過去城市應(yīng)急中條塊分割、地域分割、條條分割的割據(jù)狀態(tài)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)精密測量、精準追溯、復(fù)雜推算的優(yōu)勢，促進城市轄區(qū)街道、居民社區(qū)和重點地區(qū)應(yīng)急管理的個性化、人性化、有效化。通過水文與氣象信息共享，推動氣象、交通運輸和城市污染等管理部門相互協(xié)作，形成跨部門、跨地區(qū)、跨層級信息整合體制的核心，提高了監(jiān)測預(yù)警智能化水平。

大數(shù)據(jù)促進海綿城市運營管理精細化

近年來，自然大氣沉降、生產(chǎn)生活直接排放的污水及水土流失形成污染物質(zhì)，由徑流匯聚到城市水體中，經(jīng)過積累、富集和反應(yīng)過程，導(dǎo)致黑臭水體污染。水質(zhì)惡劣變化不僅損害了水環(huán)境安全，也嚴重影響了城市形象，是迫切需要解決的生態(tài)問題。雖然城市管理者高度重視，投入大量治理資金，積極實施改造工程，但效果不佳。城市黑臭水體治理久治無果的根本原因在于粗放式的城市管理體制、模式與思維。首先，沒有將黑臭水體的治理作為一個系統(tǒng)工程進行統(tǒng)籌考慮，缺少統(tǒng)籌度高、可操作性強和溝通順暢的綜合治理機制。其次，是粗放式的管理客體定位。傳統(tǒng)的黑臭水體管理對象依據(jù)行政區(qū)域劃分，河流、湖泊或公共綠地可由一個或多個河長負責(zé)。但是城市里黑臭水體問題“表現(xiàn)在水里，根子在岸上”，樓宇建筑群、植物公園和市政道路等場所也應(yīng)作為重要的管理對象。最后，水體分類分離需要細化。吉林省大多數(shù)城市長期采取合流制的排水系統(tǒng)，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面比較落后，沒有實現(xiàn)雨污分流。并且，暴雨天氣水量對污水處理廠的沖擊較大，影響城市環(huán)境質(zhì)量。

從粗放型向精細型過渡，是現(xiàn)代城市管理的必然趨勢。海綿城市是實現(xiàn)城市水資源精細化管理的重要途徑，而大數(shù)據(jù)技術(shù)則是提高運營管理分辨率的重要輔助技術(shù)手段。一方面，打通各治理部門的信息鴻溝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共建、共享和共治，并將每個涉水場所進行數(shù)字化管理，從而構(gòu)建起一個覆蓋整個海綿城市全天候、全對象、全場所的科學(xué)管理狀態(tài)。另一方面，大數(shù)據(jù)克服了污水精細化處理對于人力、物力和財力更多投入的困難，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警和水質(zhì)狀態(tài)跟蹤等污水處理環(huán)節(jié)的自動化運行。并且，不受有毒水體、危險徑流和夜間不便的約束限制。

二、吉林省海綿城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用策略路徑

加強組織領(lǐng)導(dǎo)

首先，應(yīng)做好頂層設(shè)計。吉林省人民政府是海綿城市建設(shè)的責(zé)任主體，吉林省工業(yè)和信息化廳負責(zé)牽頭，會同住房城鄉(xiāng)建設(shè)部門、財政部門、水利部門，按照職責(zé)分工，各司其職，加強配合，形成工作合力，協(xié)同、指導(dǎo)和督促做好海綿城市大數(shù)據(jù)及其它信息技術(shù)規(guī)劃相關(guān)工作，共同做好海綿城市建設(shè)管理工作。其次，要加大宣傳力度，促進海綿城市理念深入人心。應(yīng)在廣播、電視和紙媒等傳統(tǒng)媒體宣傳基礎(chǔ)上，引入微信、微博和APP等新媒體宣傳手段，通過培訓(xùn)會議、專家論壇和社會宣傳周等形式，增進大數(shù)據(jù)在社會群體中的觀念意識。對海綿城市的建設(shè)者以電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、公務(wù)員輪訓(xùn)和專題培訓(xùn)等方式，促進政府工作人員、設(shè)施廠商及社會中間組織形成大數(shù)據(jù)觀。最后，完善政策法規(guī)。結(jié)合《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020）》《國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》等相關(guān)文件精神，根據(jù)財政狀況、海綿城市資源和信息產(chǎn)業(yè)等省情，出臺大數(shù)據(jù)應(yīng)用的相關(guān)政策法規(guī)，加大政策支持力度，創(chuàng)建良好營商環(huán)境。

強化大數(shù)據(jù)建設(shè)資金保障

未來海綿城市建設(shè)投資將達到每平方公里1億元至1.5億元，其中大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)相關(guān)應(yīng)用占比不小，因此，應(yīng)加大財政投入。吉林省財政要在積極引導(dǎo)海綿城市建設(shè)的同時，向配套的大數(shù)據(jù)建設(shè)工程傾斜，發(fā)揮積極導(dǎo)向作用。吉林省發(fā)改、水利、住建等部門也要整合資金渠道，優(yōu)先支持海綿城市建設(shè)項目。各級人民政府要落實《關(guān)于開展中央財政支持海綿城市建設(shè)試點工作的通知》精神，將大數(shù)據(jù)海綿城市建設(shè)項目列入專項建設(shè)基金支持范圍。同時，積極引導(dǎo)社會力量參與。在政府調(diào)控引導(dǎo)的同時，發(fā)揮市場配置資源的決定性作用。鼓勵大數(shù)據(jù)技術(shù)企業(yè)與社會資本結(jié)合，拓寬資金籌集渠道。鼓勵相關(guān)金融機構(gòu)加大信貸支持力度，支持符合條件的企業(yè)發(fā)行債券，鼓勵PPP模式、特許經(jīng)營等投融資機制創(chuàng)新，并細化補助基數(shù)進行適當(dāng)獎勵，最大限度地激發(fā)社會資金參與海綿城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用建設(shè)的積極性。

加快數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

大數(shù)據(jù)建設(shè)協(xié)助海綿城市相關(guān)部門實現(xiàn)了全面管控，同時也對數(shù)字通信基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求。以海綿城市的視頻監(jiān)控模塊為例，國內(nèi)大中型城市用于水位、水量和海綿設(shè)施的攝像頭平均數(shù)目在50萬個左右，分辨率為1080*1440的一個攝像節(jié)點每小時可產(chǎn)生2GB左右的數(shù)據(jù)量，每天視頻采集數(shù)量在3PB至5PB左右?？梢?，高速、穩(wěn)定、實時的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)至關(guān)重要。因此，打造吉林省良好的內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)，建立由華為、浪潮和京東等駐長主流廠商組建的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的戰(zhàn)略同盟，匯集從網(wǎng)絡(luò)通信芯片、中間件及基站等行業(yè)最新核心技術(shù)成果。同時，提升寬帶服務(wù)質(zhì)量。由于海綿城市許多數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)位于戶外，經(jīng)常發(fā)生傳輸丟包、比特錯誤、噪聲等問題。依托“寬帶吉林”“無線吉林”“數(shù)字吉林”等信息化建設(shè)工程，促進寬帶網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率及傳輸速度的提升。

引進和培育信息技術(shù)企業(yè)

首先，抓好引進工作。吸引國內(nèi)外龍頭大數(shù)據(jù)分析服務(wù)商、解決方案集成商、數(shù)據(jù)設(shè)備制造廠商等相關(guān)企業(yè)在海綿城市安家落戶。打造大數(shù)據(jù)融合海綿城市示范區(qū)、眾創(chuàng)空間及科技孵化器等載體，匯聚大數(shù)據(jù)研發(fā)中心、信息技術(shù)服務(wù)平臺、海綿城市典型應(yīng)用工程等產(chǎn)業(yè)資源，形成集群效應(yīng)。其次，培育本土面向海綿城市應(yīng)用的骨干大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)企業(yè)、普通高校和科研機構(gòu)，布局海綿城市技術(shù)領(lǐng)域，積蓄發(fā)展新動能。目前吉林省建立了3000平方米的集海綿城市科研、試驗、檢測為一體的長春市海綿城市實驗檢測基地。最后，支持大數(shù)據(jù)等技術(shù)科技創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化。給予大數(shù)據(jù)企業(yè)在稅收，土地供給和人員安置等方面特許優(yōu)惠，鼓勵海綿城市軟件著作及外觀設(shè)計等發(fā)明專利。推進科研成果轉(zhuǎn)化，整合產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢資源，促進海綿城市數(shù)據(jù)應(yīng)用為牽引的跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，形成具有海綿城市個性特色的大數(shù)據(jù)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。吉林省依托長春市市政工程設(shè)計研究院成立了長春市生態(tài)海綿城市設(shè)計研究有限公司，與美國VHB公司專家深入研究海綿城市中相關(guān)計算，自主研發(fā)了海綿城市LID設(shè)計軟件。

打造復(fù)合型人才隊伍

加強大數(shù)據(jù)專業(yè)技術(shù)人才供給，打造復(fù)合型人才隊伍。海綿城市是一項實踐性較強的建設(shè)工程，復(fù)合型人才缺口巨大。吉林省從2016年開始陸續(xù)在長春理工大學(xué)、吉林財經(jīng)大學(xué)和吉林工程技術(shù)師范學(xué)院等8所高等院校創(chuàng)設(shè)了“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)”本科專業(yè)，新專業(yè)根據(jù)市場需求開設(shè)了涵蓋數(shù)學(xué)、統(tǒng)計和計算機等多個學(xué)科專業(yè)課程的完整培養(yǎng)計劃。同時，應(yīng)積極發(fā)展職業(yè)培訓(xùn)，構(gòu)建人才跨領(lǐng)域的知識架構(gòu)，使之既懂大數(shù)據(jù)信息技術(shù)和統(tǒng)計學(xué)知識，又懂城鄉(xiāng)建設(shè)和水利業(yè)務(wù)，增強參訓(xùn)人員的大數(shù)據(jù)和海綿城市觀念意識。此外要解放思想，創(chuàng)新選人用人機制。通過海綿城市項目合作，靈活使用“柔性引才”機制，變單純“留人”為巧妙“留智”。高效配置人力資源，打造人才市場新的增長極。

參考文獻

[1]曲亞楠，張瀯月，楊應(yīng).白城海綿城市建設(shè)的問題及對策[J].白城師范學(xué)院學(xué)報，2017，（04）.