大数据助力海绵城市建设研究
臧超
摘要：大数据等信息技术在海绵城市建设领域的应用与融合，提升了海绵城市科学化、智能化和精细化水平。吉林省把海绵城市理念融入城市转型升级发展中，从组织领导、资金保障、数字基础设施建设、复合型人才队伍建设等方面积极构建应用策略路径，为海绵城市信息化建设提供推进引擎和上升动力。
关键词： 吉林省;大数据;海绵城市
中图分类号：TU992;TU984.1
DOI：10.13784/j.cnki.22-1299/d.2019.04.011
近年来，吉林省各级政府高度重视海绵城市建设，相继出台了《吉林省关于开展海绵城市建设的实施意见》《吉林省海绵城市建设技术导则》《吉林省低成本海绵城市建设白皮书》等，积极开展海绵城市建设工程，不仅将白城打造成全国首批、东北唯一的海绵城市建设试点，同时，在长春市南部新城建立31平方千米的“海绵城市”示范区，重新设计了北海湿地公园二期、长春水文化生态园等海绵雨水花园，铺设全长920米的“海绵示范路”锦湖大路等海绵透水道路。
一、大数据促进海绵城市建设科学化、智能化、精细化
大数据促进海绵城市规划决策科学化
长期以来，囿于城区规划数据的支撑欠缺、决策流程人为因素的影响干扰和预判信息的不充分不对称等现实原因，导致城市路面硬化分布欠科学、管网易堵塞难串并及后期养护不到位等实际问题的发生。吉林省多个城市遭遇强降水时，城区内普遍出现积水内涝现象，其中白城市雨季内涝现象尤为严重。[1]
通过迁移大数据技术到海绵城市综合治水体系，可提升规划决策工作的科学化水平。首先，大数据可以存储海量的历史水文信息。随着现代气象水文观测、计算和预报技术的快速发展，众多传感器、监控器和RFID（射频识别）产生的数据流体积已达到TB级、PB级甚至ZB级。并且，这些数据还包含有卫星云图、语音视频和雷达报文等复杂数据结构。数据体量的增大和数据结构的多元，给基于小样本的传统数据管理模式带来了严峻挑战。大数据通过分布式存储技术，能够胜任对巨量气象、水文和地理数据的存储灾备任务，并具有读写访问实时、可扩展性高、可靠性强等特点，便于实现低冗余性、高内聚性、强鲁棒性的城市数据管理，为海绵城市规划和决策提供强有力的数据支撑。其次，大数据擅于关联分析算法。由于城市中水体数据量愈发巨大，水文环境日益复杂，使得城市水利治理传统的因果关系推断过程的准确度越来越难以保障。大数据利用关联分析算法，通过对历史数据的分析、实时数据的跟踪，可以提高规划决策的科学水平。海绵城市构建起涵盖水生态、水环境、水资源和水安全的全息数据库后，自动通过频繁项集、支持度和置信度等关联规则，分析雨水控制率、年径流总量控制率、COD（化学需氧量）削减率等动态参数间内在关系，最大程度减少人为介入与推理的环节比例。最后，大数据能够进行计算机仿真。财政、水利及住房城乡建设等相关部门以往普遍采用现场会议、桌面推演、应急管理等演练手段提升水务研判能力和处置水平。但是，基于个别经验和有限信息的推演结果具有较大偏差性和不稳定性，并且演练结果呈现形式单一，不能形成直观的判断结果，从而导致城市领导决策存在风险评估不足、隐患研判不及时、应急备案不完备等问题。大数据应用流体力学、大气动力学和遗传算法等仿真模型模拟城市水量水质发展趋势，并以OpenGL、Direct3D或VR等虛拟现实方式进行场景渲染及绘制，从而辅助海绵城市决策规划。
大数据促进海绵城市监测应急智能化
随着城市规模的不断扩大，热岛效应明显成为吉林省城镇化过程中面临的又一挑战。在传统的城市管理模式中，气温监测以标准温度进行发布，标准温度以整体城市为最小单位，不但无法对热岛效应进行有效跟踪、度量和记录，而且无法满足各城区市民对体感气温、室内气温、室外气温等差异化温度预报的现实需求。此外，对于连锁性、突发性城市气象灾害的预警工作基本处于空白状态，相关工作的滞后导致无法及时有效防范和化解热岛效应，市民生活品质难以提升。
大数据等信息技术的广泛应用有利于海绵城市热岛效应的消减。首先，大数据将自动化的流量雨量计、悬浮物测定仪、温感探测器等传感器整合，并将其与海绵城市基础设施建设相结合，在植物园、滨水空间等城市水资源节点布设监测站点。监测站点24小时不间断采集城市水量、水质和气象等信息，相当于海绵城市的“神经感受器”;采集到的监测数据经由WIFI、物联网或5G无线网络，实时上传到大数据信息平台各子系统，实现了“神经传导”;海绵城市的云计算中心负责对各种类型数据进行清洗、挖掘和脱敏等处置，利用万亿次每秒级别的超算设备提取出元数据背后的隐藏信息，类似大脑一样做出趋势研判。大数据使海绵城市具有了完整的“神经网络”链路，让城市智慧起来。其次，大数据辅助预警、联动及反应等应急管理过程。以往的监测预警依赖人工判断，漏报、延报或错报的事故时有发生，智能性不高。大数据将热岛效应进行分级定量，代替了传统的人工定性机制，建立从常规“灰犀牛”式隐患到突发“黑天鹅”式风险的预警指标体系，实现快速、准确、高效的风险防范和化解。而且，大数据具有开放性、可扩展性和连通性，打通了以往城市管理者与企业、市民之间“物理隔离”式的沟通壁垒，消除了单向广播式的新闻播报带来的信息不对称问题。市民通过APP、移动新媒体和政务网站接口等渠道，可方便快捷地与海绵城市大数据平台实现交互对接，上传下载自身所在区域的局部温度信息，进行信息的双向联动。最后，大数据推进城市应急管理体制创新，打破过去城市应急中条块分割、地域分割、条条分割的割据状态，利用大数据技术精密测量、精准追溯、复杂推算的优势，促进城市辖区街道、居民社区和重点地区应急管理的个性化、人性化、有效化。通过水文与气象信息共享，推动气象、交通运输和城市污染等管理部门相互协作，形成跨部门、跨地区、跨层级信息整合体制的核心，提高了监测预警智能化水平。
大数据促进海绵城市运营管理精细化
近年来，自然大气沉降、生产生活直接排放的污水及水土流失形成污染物质，由径流汇聚到城市水体中，经过积累、富集和反应过程，导致黑臭水体污染。水质恶劣变化不仅损害了水环境安全，也严重影响了城市形象，是迫切需要解决的生态问题。虽然城市管理者高度重视，投入大量治理资金，积极实施改造工程，但效果不佳。城市黑臭水体治理久治无果的根本原因在于粗放式的城市管理体制、模式与思维。首先，没有将黑臭水体的治理作为一个系统工程进行统筹考虑，缺少统筹度高、可操作性强和沟通顺畅的综合治理机制。其次，是粗放式的管理客体定位。传统的黑臭水体管理对象依据行政区域划分，河流、湖泊或公共绿地可由一个或多个河长负责。但是城市里黑臭水体问题“表现在水里，根子在岸上”，楼宇建筑群、植物公园和市政道路等场所也应作为重要的管理对象。最后，水体分类分离需要细化。吉林省大多数城市长期采取合流制的排水系统，在城市基础设施建设方面比较落后，没有实现雨污分流。并且，暴雨天气水量对污水处理厂的冲击较大，影响城市环境质量。
从粗放型向精细型过渡，是现代城市管理的必然趋势。海绵城市是实现城市水资源精细化管理的重要途径，而大数据技术则是提高运营管理分辨率的重要辅助技术手段。一方面，打通各治理部门的信息鸿沟，实现数据共建、共享和共治，并将每个涉水场所进行数字化管理，从而构建起一个覆盖整个海绵城市全天候、全对象、全场所的科学管理状态。另一方面，大数据克服了污水精细化处理对于人力、物力和财力更多投入的困难，实现设备故障预警和水质状态跟踪等污水处理环节的自动化运行。并且，不受有毒水体、危险径流和夜间不便的约束限制。
二、吉林省海绵城市大数据应用策略路径
加强组织领导
首先，应做好顶层设计。吉林省人民政府是海绵城市建设的责任主体，吉林省工业和信息化厅负责牵头，会同住房城乡建设部门、财政部门、水利部门，按照职责分工，各司其职，加强配合，形成工作合力，协同、指导和督促做好海绵城市大数据及其它信息技术规划相关工作，共同做好海绵城市建设管理工作。其次，要加大宣传力度，促进海绵城市理念深入人心。应在广播、电视和纸媒等传统媒体宣传基础上，引入微信、微博和APP等新媒体宣传手段，通过培训会议、专家论坛和社会宣传周等形式，增进大数据在社会群体中的观念意识。对海绵城市的建设者以电子政务内网、公务员轮训和专题培训等方式，促进政府工作人员、设施厂商及社会中间组织形成大数据观。最后，完善政策法规。结合《国家新型城镇化规划（2014—2020）》《国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》等相关文件精神，根据财政状况、海绵城市资源和信息产业等省情，出台大数据应用的相关政策法规，加大政策支持力度，创建良好营商环境。
强化大数据建设资金保障
未来海绵城市建设投资将达到每平方公里1亿元至1.5亿元，其中大数据、云计算和物联网等信息技术相关应用占比不小，因此，应加大财政投入。吉林省财政要在积极引导海绵城市建设的同时，向配套的大数据建设工程倾斜，发挥积极导向作用。吉林省发改、水利、住建等部门也要整合资金渠道，优先支持海绵城市建设项目。各级人民政府要落实《关于开展中央财政支持海绵城市建设试点工作的通知》精神，将大数据海绵城市建设项目列入专项建设基金支持范围。同时，积极引导社会力量参与。在政府调控引导的同时，发挥市场配置资源的决定性作用。鼓励大数据技术企业与社会资本结合，拓宽资金筹集渠道。鼓励相关金融机构加大信贷支持力度，支持符合条件的企业发行债券，鼓励PPP模式、特许经营等投融资机制创新，并细化补助基数进行适当奖励，最大限度地激发社会资金参与海绵城市大数据应用建设的积极性。
加快数字基础设施建设
大数据建设协助海绵城市相关部门实现了全面管控，同时也对数字通信基础设施提出了更高的要求。以海绵城市的视频监控模块为例，国内大中型城市用于水位、水量和海绵设施的摄像头平均数目在50万个左右，分辨率为1080*1440的一个摄像节点每小时可产生2GB左右的数据量，每天视频采集数量在3PB至5PB左右。可见，高速、稳定、实时的数字基础设施建设至关重要。因此，打造吉林省良好的内信息产业生态，建立由华为、浪潮和京东等驻长主流厂商组建的拥有自主知识产权的战略同盟，汇集从网络通信芯片、中间件及基站等行业最新核心技术成果。同时，提升宽带服务质量。由于海绵城市许多数据传输任务位于户外，经常发生传输丢包、比特错误、噪声等问题。依托“宽带吉林”“无线吉林”“数字吉林”等信息化建设工程，促进宽带网络的覆盖率及传输速度的提升。
引进和培育信息技术企业
首先，抓好引进工作。吸引国内外龙头大数据分析服务商、解决方案集成商、数据设备制造厂商等相关企业在海绵城市安家落户。打造大数据融合海绵城市示范区、众创空间及科技孵化器等载体，匯聚大数据研发中心、信息技术服务平台、海绵城市典型应用工程等产业资源，形成集群效应。其次，培育本土面向海绵城市应用的骨干大数据等信息技术企业、普通高校和科研机构，布局海绵城市技术领域，积蓄发展新动能。目前吉林省建立了3000平方米的集海绵城市科研、试验、检测为一体的长春市海绵城市实验检测基地。最后，支持大数据等技术科技创新与转化。给予大数据企业在税收，土地供给和人员安置等方面特许优惠，鼓励海绵城市软件著作及外观设计等发明专利。推进科研成果转化，整合产学研优势资源，促进海绵城市数据应用为牵引的跨学科、跨行业、跨领域的数据融合技术，形成具有海绵城市个性特色的大数据信息技术产业链。吉林省依托长春市市政工程设计研究院成立了长春市生态海绵城市设计研究有限公司，与美国VHB公司专家深入研究海绵城市中相关计算，自主研发了海绵城市LID设计软件。
打造复合型人才队伍
加强大数据专业技术人才供给，打造复合型人才队伍。海绵城市是一项实践性较强的建设工程，复合型人才缺口巨大。吉林省从2016年开始陆续在长春理工大学、吉林财经大学和吉林工程技术师范学院等8所高等院校创设了“数据科学与大数据”本科专业，新专业根据市场需求开设了涵盖数学、统计和计算机等多个学科专业课程的完整培养计划。同时，应积极发展职业培训，构建人才跨领域的知识架构，使之既懂大数据信息技术和统计学知识，又懂城乡建设和水利业务，增强参训人员的大数据和海绵城市观念意识。此外要解放思想，创新选人用人机制。通过海绵城市项目合作，灵活使用“柔性引才”机制，变单纯“留人”为巧妙“留智”。高效配置人力资源，打造人才市场新的增长极。
参考文献
[1]曲亚楠，张瀯月，杨应.白城海绵城市建设的问题及对策[J].白城师范学院学报，2017，（04）.
