大數據助力海綿城市建設研究

臧超

摘要：大數據等信息技術在海綿城市建設領域的應用與融合，提升了海綿城市科學化、智能化和精細化水平。吉林省把海綿城市理念融入城市轉型升級發展中，從組織領導、資金保障、數字基礎設施建設、復合型人才隊伍建設等方面積極構建應用策略路徑，為海綿城市信息化建設提供推進引擎和上升動力。

關鍵詞： 吉林省;大數據;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，相繼出臺了《吉林省關于開展海綿城市建設的實施意見》《吉林省海綿城市建設技術導則》《吉林省低成本海綿城市建設白皮書》等，積極開展海綿城市建設工程，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，重新設計了北海濕地公園二期、長春水文化生態園等海綿雨水花園，鋪設全長920米的“海綿示范路”錦湖大路等海綿透水道路。

一、大數據促進海綿城市建設科學化、智能化、精細化

大數據促進海綿城市規劃決策科學化

長期以來，囿于城區規劃數據的支撐欠缺、決策流程人為因素的影響干擾和預判信息的不充分不對稱等現實原因，導致城市路面硬化分布欠科學、管網易堵塞難串并及后期養護不到位等實際問題的發生。吉林省多個城市遭遇強降水時，城區內普遍出現積水內澇現象，其中白城市雨季內澇現象尤為嚴重。[1]

通過遷移大數據技術到海綿城市綜合治水體系，可提升規劃決策工作的科學化水平。首先，大數據可以存儲海量的歷史水文信息。隨著現代氣象水文觀測、計算和預報技術的快速發展，眾多傳感器、監控器和RFID（射頻識別）產生的數據流體積已達到TB級、PB級甚至ZB級。并且，這些數據還包含有衛星云圖、語音視頻和雷達報文等復雜數據結構。數據體量的增大和數據結構的多元，給基于小樣本的傳統數據管理模式帶來了嚴峻挑戰。大數據通過分布式存儲技術，能夠勝任對巨量氣象、水文和地理數據的存儲災備任務，并具有讀寫訪問實時、可擴展性高、可靠性強等特點，便于實現低冗余性、高內聚性、強魯棒性的城市數據管理，為海綿城市規劃和決策提供強有力的數據支撐。其次，大數據擅于關聯分析算法。由于城市中水體數據量愈發巨大，水文環境日益復雜，使得城市水利治理傳統的因果關系推斷過程的準確度越來越難以保障。大數據利用關聯分析算法，通過對歷史數據的分析、實時數據的跟蹤，可以提高規劃決策的科學水平。海綿城市構建起涵蓋水生態、水環境、水資源和水安全的全息數據庫后，自動通過頻繁項集、支持度和置信度等關聯規則，分析雨水控制率、年徑流總量控制率、COD（化學需氧量）削減率等動態參數間內在關系，最大程度減少人為介入與推理的環節比例。最后，大數據能夠進行計算機仿真。財政、水利及住房城鄉建設等相關部門以往普遍采用現場會議、桌面推演、應急管理等演練手段提升水務研判能力和處置水平。但是，基于個別經驗和有限信息的推演結果具有較大偏差性和不穩定性，并且演練結果呈現形式單一，不能形成直觀的判斷結果，從而導致城市領導決策存在風險評估不足、隱患研判不及時、應急備案不完備等問題。大數據應用流體力學、大氣動力學和遺傳算法等仿真模型模擬城市水量水質發展趨勢，并以OpenGL、Direct3D或VR等虛擬現實方式進行場景渲染及繪制，從而輔助海綿城市決策規劃。

大數據促進海綿城市監測應急智能化

隨著城市規模的不斷擴大，熱島效應明顯成為吉林省城鎮化過程中面臨的又一挑戰。在傳統的城市管理模式中，氣溫監測以標準溫度進行發布，標準溫度以整體城市為最小單位，不但無法對熱島效應進行有效跟蹤、度量和記錄，而且無法滿足各城區市民對體感氣溫、室內氣溫、室外氣溫等差異化溫度預報的現實需求。此外，對于連鎖性、突發性城市氣象災害的預警工作基本處于空白狀態，相關工作的滯后導致無法及時有效防范和化解熱島效應，市民生活品質難以提升。

大數據等信息技術的廣泛應用有利于海綿城市熱島效應的消減。首先，大數據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設施建設相結合，在植物園、濱水空間等城市水資源節點布設監測站點。監測站點24小時不間斷采集城市水量、水質和氣象等信息，相當于海綿城市的“神經感受器”;采集到的監測數據經由WIFI、物聯網或5G無線網絡，實時上傳到大數據信息平臺各子系統，實現了“神經傳導”;海綿城市的云計算中心負責對各種類型數據進行清洗、挖掘和脫敏等處置，利用萬億次每秒級別的超算設備提取出元數據背后的隱藏信息，類似大腦一樣做出趨勢研判。大數據使海綿城市具有了完整的“神經網絡”鏈路，讓城市智慧起來。其次，大數據輔助預警、聯動及反應等應急管理過程。以往的監測預警依賴人工判斷，漏報、延報或錯報的事故時有發生，智能性不高。大數據將熱島效應進行分級定量，代替了傳統的人工定性機制，建立從常規“灰犀?！笔诫[患到突發“黑天鵝”式風險的預警指標體系，實現快速、準確、高效的風險防范和化解。而且，大數據具有開放性、可擴展性和連通性，打通了以往城市管理者與企業、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、移動新媒體和政務網站接口等渠道，可方便快捷地與海綿城市大數據平臺實現交互對接，上傳下載自身所在區域的局部溫度信息，進行信息的雙向聯動。最后，大數據推進城市應急管理體制創新，打破過去城市應急中條塊分割、地域分割、條條分割的割據狀態，利用大數據技術精密測量、精準追溯、復雜推算的優勢，促進城市轄區街道、居民社區和重點地區應急管理的個性化、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作，形成跨部門、跨地區、跨層級信息整合體制的核心，提高了監測預警智能化水平。

大數據促進海綿城市運營管理精細化

近年來，自然大氣沉降、生產生活直接排放的污水及水土流失形成污染物質，由徑流匯聚到城市水體中，經過積累、富集和反應過程，導致黑臭水體污染。水質惡劣變化不僅損害了水環境安全，也嚴重影響了城市形象，是迫切需要解決的生態問題。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工程進行統籌考慮，缺少統籌度高、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。傳統的黑臭水體管理對象依據行政區域劃分，河流、湖泊或公共綠地可由一個或多個河長負責。但是城市里黑臭水體問題“表現在水里，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。吉林省大多數城市長期采取合流制的排水系統，在城市基礎設施建設方面比較落后，沒有實現雨污分流。并且，暴雨天氣水量對污水處理廠的沖擊較大，影響城市環境質量。

從粗放型向精細型過渡，是現代城市管理的必然趨勢。海綿城市是實現城市水資源精細化管理的重要途徑，而大數據技術則是提高運營管理分辨率的重要輔助技術手段。一方面，打通各治理部門的信息鴻溝，實現數據共建、共享和共治，并將每個涉水場所進行數字化管理，從而構建起一個覆蓋整個海綿城市全天候、全對象、全場所的科學管理狀態。另一方面，大數據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，實現設備故障預警和水質狀態跟蹤等污水處理環節的自動化運行。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據應用策略路徑

加強組織領導

首先，應做好頂層設計。吉林省人民政府是海綿城市建設的責任主體，吉林省工業和信息化廳負責牽頭，會同住房城鄉建設部門、財政部門、水利部門，按照職責分工，各司其職，加強配合，形成工作合力，協同、指導和督促做好海綿城市大數據及其它信息技術規劃相關工作，共同做好海綿城市建設管理工作。其次，要加大宣傳力度，促進海綿城市理念深入人心。應在廣播、電視和紙媒等傳統媒體宣傳基礎上，引入微信、微博和APP等新媒體宣傳手段，通過培訓會議、專家論壇和社會宣傳周等形式，增進大數據在社會群體中的觀念意識。對海綿城市的建設者以電子政務內網、公務員輪訓和專題培訓等方式，促進政府工作人員、設施廠商及社會中間組織形成大數據觀。最后，完善政策法規。結合《國家新型城鎮化規劃（2014—2020）》《國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》等相關文件精神，根據財政狀況、海綿城市資源和信息產業等省情，出臺大數據應用的相關政策法規，加大政策支持力度，創建良好營商環境。

強化大數據建設資金保障

未來海綿城市建設投資將達到每平方公里1億元至1.5億元，其中大數據、云計算和物聯網等信息技術相關應用占比不小，因此，應加大財政投入。吉林省財政要在積極引導海綿城市建設的同時，向配套的大數據建設工程傾斜，發揮積極導向作用。吉林省發改、水利、住建等部門也要整合資金渠道，優先支持海綿城市建設項目。各級人民政府要落實《關于開展中央財政支持海綿城市建設試點工作的通知》精神，將大數據海綿城市建設項目列入專項建設基金支持范圍。同時，積極引導社會力量參與。在政府調控引導的同時，發揮市場配置資源的決定性作用。鼓勵大數據技術企業與社會資本結合，拓寬資金籌集渠道。鼓勵相關金融機構加大信貸支持力度，支持符合條件的企業發行債券，鼓勵PPP模式、特許經營等投融資機制創新，并細化補助基數進行適當獎勵，最大限度地激發社會資金參與海綿城市大數據應用建設的積極性。

加快數字基礎設施建設

大數據建設協助海綿城市相關部門實現了全面管控，同時也對數字通信基礎設施提出了更高的要求。以海綿城市的視頻監控模塊為例，國內大中型城市用于水位、水量和海綿設施的攝像頭平均數目在50萬個左右，分辨率為1080*1440的一個攝像節點每小時可產生2GB左右的數據量，每天視頻采集數量在3PB至5PB左右?？梢?，高速、穩定、實時的數字基礎設施建設至關重要。因此，打造吉林省良好的內信息產業生態，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權的戰略同盟，匯集從網絡通信芯片、中間件及基站等行業最新核心技術成果。同時，提升寬帶服務質量。由于海綿城市許多數據傳輸任務位于戶外，經常發生傳輸丟包、比特錯誤、噪聲等問題。依托“寬帶吉林”“無線吉林”“數字吉林”等信息化建設工程，促進寬帶網絡的覆蓋率及傳輸速度的提升。

引進和培育信息技術企業

首先，抓好引進工作。吸引國內外龍頭大數據分析服務商、解決方案集成商、數據設備制造廠商等相關企業在海綿城市安家落戶。打造大數據融合海綿城市示范區、眾創空間及科技孵化器等載體，匯聚大數據研發中心、信息技術服務平臺、海綿城市典型應用工程等產業資源，形成集群效應。其次，培育本土面向海綿城市應用的骨干大數據等信息技術企業、普通高校和科研機構，布局海綿城市技術領域，積蓄發展新動能。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，支持大數據等技術科技創新與轉化。給予大數據企業在稅收，土地供給和人員安置等方面特許優惠，鼓勵海綿城市軟件著作及外觀設計等發明專利。推進科研成果轉化，整合產學研優勢資源，促進海綿城市數據應用為牽引的跨學科、跨行業、跨領域的數據融合技術，形成具有海綿城市個性特色的大數據信息技術產業鏈。吉林省依托長春市市政工程設計研究院成立了長春市生態海綿城市設計研究有限公司，與美國VHB公司專家深入研究海綿城市中相關計算，自主研發了海綿城市LID設計軟件。

打造復合型人才隊伍

加強大數據專業技術人才供給，打造復合型人才隊伍。海綿城市是一項實踐性較強的建設工程，復合型人才缺口巨大。吉林省從2016年開始陸續在長春理工大學、吉林財經大學和吉林工程技術師范學院等8所高等院校創設了“數據科學與大數據”本科專業，新專業根據市場需求開設了涵蓋數學、統計和計算機等多個學科專業課程的完整培養計劃。同時，應積極發展職業培訓，構建人才跨領域的知識架構，使之既懂大數據信息技術和統計學知識，又懂城鄉建設和水利業務，增強參訓人員的大數據和海綿城市觀念意識。此外要解放思想，創新選人用人機制。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.白城海綿城市建設的問題及對策[J].白城師范學院學報，2017，（04）.