試論智慧城市建設中的抗?jié)彻こ?/h1>
2016-06-28 21:26:07徐曉星
科教導刊·電子版 2016年13期
徐曉星
摘 要 天氣變化異常，每逢暴雨來襲，很多城市澇情嚴重。街道成河、家中進水、交通堵塞，城市看?，F(xiàn)象屢見不鮮，城市安全受到極大威脅！
關鍵詞 城市建設 市政工程 智慧城市 城市內澇 交通通訊 互聯(lián)網(wǎng)
中圖分類號：F299.2 文獻標識碼：A
我國是世界上洪澇災害發(fā)生最為頻發(fā)的國家之一。本文在簡述國內澇情后，指出城市抗?jié)硢栴}涉及技術領域廣、實時性強、數(shù)據(jù)量大及數(shù)學模型復雜等關鍵問題，而互聯(lián)網(wǎng)正是恰逢其時的用武之地，讓智慧城市把天、地、人三者關系更和諧發(fā)展、把雨水徑流的帶來的內澇，在互聯(lián)網(wǎng)的全面、系統(tǒng)的控制下，在保證城市安全的同時，又把雨水徑流變成寶貴的自然資源。
1抗?jié)彻こ淌墙ㄔO現(xiàn)代化智慧城市的重要內容
在城鎮(zhèn)化建設中，要提高城市建設質量，促進人與自然和諧發(fā)展，必須有效地防止城市內澇，以保障城市生態(tài)安全。
2015年10月，國務院辦公廳發(fā)布的《關于推進海綿城市建設的指導意見》指出：“為加快推進海綿城市建設，修復城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，增強城市防澇能力”等方面工作，“切實提高城市排水、防澇、防洪和防災減災能力”?！爸鸩綄崿F(xiàn)小雨不積水，大雨不內澇”等要求。
國務院《關于加強城市基礎設施建設的意見》也明確提出：加強城市排水防澇防洪設施建設，用10年左右時間建成較完善的城市排水防澇、防洪工程體系。
顯然，在建設現(xiàn)代化智慧城市中，抗?jié)彻こ桃彩且粋€不可或缺的內容，互聯(lián)網(wǎng)技術更是它的用武之地。
2我國城市內澇概況
據(jù)中國氣象局的《氣象藍皮書》所載：“中國是世界上洪澇災害發(fā)生最為頻繁的國家之一，其暴雨洪澇災害呈現(xiàn)逐步嚴重趨勢。”
住建部于2010年曾經(jīng)對全國351個城市進行調研，其結果指出：2008-2010年的三年間，全國有62%的城市都發(fā)生過內澇事件，而且內澇發(fā)生二次以上的城市有137個。據(jù)媒體報道，上海在2015年6月16-17日凌晨，部分地區(qū)降雨量超過200毫米，多個地段積水成澇，上百條馬路水深達500毫米以上，交通阻塞，大批小轎車拋錨。又如廣州，就2015年5、6月份出現(xiàn)了大范圍的強降雨，包括廣州、深圳、在內的多個城市遭受內澇，致使道路中斷、交通癱瘓，市民家中進水，受災人口達42.41萬人，直接損失達5億元以上。與此同時，湖南、湖北、江西、廣西等多個城市，也因暴雨來襲而發(fā)生嚴重水澇。
雖然很多城市，在新建和改建過程中，都采取了防澇、抗?jié)炒胧匀辉诒┯陙砼R時無濟于事。以廣州為例，自2008年以來，水務部門已完成300多個水浸點改造。當時預計效果，廣州城區(qū)及建制鎮(zhèn)的排澇標準將達到20年一遇的指標，對24小時的暴雨不會成災。可是在2013年的一次暴雨，中心城區(qū)易澇點達44個，內澇黑點13個。24小時暴雨不成災仍然是一個夢想而已！同樣，上海、南京、武漢等城市，都對城市建設中的防洪排澇的設施年年進行改造，但年年內澇不斷。
3城市抗?jié)彻こ痰奶攸c
3.1涉及技術領域廣
在汛期，臺風、暴雨、天文潮，向人們發(fā)起挑戰(zhàn)的時候，通過電視臺、短信、微信等各種通訊設備，向市民發(fā)出了不同級別的風雨警報。市民全動員，領導奔赴防汛第一線，嚴陣以待，保證萬無一失，確保城市和市民安全。各路技術大軍、相互配合、聯(lián)合作戰(zhàn)、共同奮斗！暴雨何時來、雨量有多大，這是通過氣象預報提供信息。在地上，哪些地方下了雨，雨量有多大？這是由各地水文站，幾十個、甚至上千個水文站提供數(shù)據(jù)。雨水徑流的排放，涉及到城市給排水系統(tǒng)及水務、環(huán)保部門；還有屋頂花園、下沉式綠地則與園林，建筑行業(yè)有關；還有電器設備的自動化控制，通訊、互聯(lián)網(wǎng)等等技術。
總之，抗?jié)彻こ躺婕凹夹g領域廣，需要各路技術大軍，大家通力合作，共同戰(zhàn)斗，方可取得圓滿結果。
3.2實時性強
在汛期，風雨交加，強降雨隨時變化，猶如面臨大敵，高度警惕，密切關注；隨時發(fā)生交通堵塞，家中進水，民宅倒塌，救命逃生，事態(tài)岌岌可危。河系水位猛漲，天上雨水在無情地傾倒，地上雨水徑流還在沖向河道，水位警戒線隨時告急！一旦失誤，河岸決口，崩壩事故發(fā)生，瞬間城市被淹，百姓生命垂危，一切行動，分秒必爭，所以實時性極強。
3.3數(shù)據(jù)量大
暴雨來襲，各地上百個水文站的降雨量信息不斷送來，又不斷更新。各個地塊的水澇在告急，多少道路被淹，多少房屋進水，又有多少消防戰(zhàn)士和多少救護人員，搶救了多少市民？還有多少市民失蹤和死亡等等。
現(xiàn)場情況不斷變化，數(shù)據(jù)在不斷更新，暴雨事件何時結束還不得而知。所以發(fā)生的數(shù)據(jù)量極大。
3.4事態(tài)危機難以評估
雨在何時下？風往哪兒刮？水澇在何處發(fā)生？設防的地方可能沒有出現(xiàn)，而新的地方可能在強降雨的作用下，措手不及而產(chǎn)生新的澇區(qū)。
對于天災的突發(fā)事件，防不勝防，因為變數(shù)太多，隨機性大，各種不利因素可能一時會合，竟想不到的事情又可能發(fā)生。
由此可見，在防汛抗?jié)尺^程中，事態(tài)危機難以評估，所以對未來很難正確預測，而想達到理想效果也就難以控制。
3.5信息的系統(tǒng)化處理
綜上所述，在防汛抗?jié)车姆浅r期，天、地、人三方面的信息在不斷變化，天上的雨水、地上的徑流、有些人在受災、有些人在抗?jié)?。澇區(qū)的水要迅速排除，同時還要保持本地塊的雨水蓄、存，而超標徑流雨水又不可隨便排放而進入河道，國家有總量控制。
從總體來看，更要嚴格監(jiān)視河道水位，同時必須根據(jù)氣象預報，控制洪峰在警戒線以下，以保證城市安全。
正如國務院辦公廳《關于推進海綿城市建設的指導意見》中指出：“統(tǒng)籌發(fā)揮自然生態(tài)功能和人工干預功能，實施源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理，切實提高城市排水、防澇、防洪和防災減災能力。”
由此可見，信息的系統(tǒng)化處理，應該由智慧城市建設者們義無反顧地去完成這個任務。
4 抗?jié)彻こ讨悄芑募夹g難點在哪里？
在智慧城市建設中，對抗?jié)彻こ讨悄芑?，還有很多技術難題有待解決。
4.1數(shù)據(jù)采集難
在抗?jié)彻こ讨校瑢碜蕴?、地、人三個方面的信息，都有一個采樣難的問題。如風速不穩(wěn)定，大風影響下雨量又測不準，但是它畢竟還有固定的水文站。
雨水徑流是抗?jié)彻こ讨凶钪匾獏?shù)，但是它不但受到風雨的影響，還受到天氣干旱的歷史和路途中的植被條件影響。
更重要的是徑流發(fā)生的途徑隨機性很大，所以測試點無法固定，又增加數(shù)據(jù)采集的難度。
4.2 傳感技術尚不完善
在抗?jié)尺^程中，信息種類很多，信息量又很大。但是這些信息都是非電量，而且信息發(fā)生的地方不固定，信息變化的隨機性大。如風速、降雨量、地表徑流、水位、溫濕度等等，這些信息的傳感技術在測量精度、信息傳輸、環(huán)境適應性及智能化等方面都還不夠完善，有待與進一步提高。
4.3數(shù)學模型復雜
在汛期的抗?jié)彻こ汤?，要實現(xiàn)智能化控制，其關鍵是要探索一個實用而精確的數(shù)學模型，它是整個抗?jié)彻こ痰暮诵牟糠帧?/p>
但是要建立這個數(shù)學模型，在客觀上很多關系參數(shù)的規(guī)律性還沒有摸透，而且各個參數(shù)之間的相關性粘度又不大，用傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法難以圓滿解決，只能用灰色理論結合相關的專業(yè)知識，在不斷實踐中完善和提高。
其實，抗?jié)彻こ痰目刂七^程，都是圍繞著雨水徑流的生成、發(fā)展和結果的全過程進行。首先是氣象預報的雨情，然后是水文站所收集的實際降雨量，而雨水到地面后，一部分被蒸發(fā)和流淌過程中經(jīng)過地貌、植被等吸收，最后形成地表雨水徑流，并順流而下。有的積水成澇，有的進入雨水井，流入河道，最后形成洪峰！
這里，雨情的預報精度受到氣象部門水平的限制，雨水徑流由于途徑不同，其含有成分也不一樣，如泥沙、樹葉、雜物等，一方面影響匯流的時間；另一方面又影響雨水徑流的數(shù)量。所以很難從降雨量與雨水徑流之間建立一個簡單的數(shù)學表達式，更難以由流域的降雨量與洪峰建立一個數(shù)學模型。
5 智慧城市的抗?jié)彻こ虅菰诒匦?/p>
在城鎮(zhèn)化建設中，生態(tài)城市建設是首要目標，而城市安全又是放在首位。
事實證明，城市內澇的發(fā)生，是建設文明生態(tài)城市的最大障礙，而城市洪災的發(fā)生更是災難性的事故。
然而，近年來內澇頻發(fā)的慘痛教訓，告別城市看海的強烈呼聲不斷沖擊著各種媒體。國家出臺相關政策，鼓勵向內澇進軍。并且確定十年的時間節(jié)點，“建成較完善的城市排水防澇、防洪工程體系?！?/p>
但是，由于在抗?jié)尺^程中，自然變化的情況復雜，有的確實存在一定的技術難度。所以，對有志于智慧城市建設的科技人員，要知難而進、迎難而上，要樹立起攻堅克難、永不言敗精神，用因特網(wǎng)技術制服內澇，實現(xiàn)低影響雨水開發(fā)系統(tǒng)，把雨水徑流，變成社會寶貴的自然資源。
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我國是世界上洪澇災害發(fā)生最為頻發(fā)的國家之一。本文在簡述國內澇情后，指出城市抗?jié)硢栴}涉及技術領域廣、實時性強、數(shù)據(jù)量大及數(shù)學模型復雜等關鍵問題，而互聯(lián)網(wǎng)正是恰逢其時的用武之地，讓智慧城市把天、地、人三者關系更和諧發(fā)展、把雨水徑流的帶來的內澇，在互聯(lián)網(wǎng)的全面、系統(tǒng)的控制下，在保證城市安全的同時，又把雨水徑流變成寶貴的自然資源。
1抗?jié)彻こ淌墙ㄔO現(xiàn)代化智慧城市的重要內容
在城鎮(zhèn)化建設中，要提高城市建設質量，促進人與自然和諧發(fā)展，必須有效地防止城市內澇，以保障城市生態(tài)安全。
2015年10月，國務院辦公廳發(fā)布的《關于推進海綿城市建設的指導意見》指出：“為加快推進海綿城市建設，修復城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，增強城市防澇能力”等方面工作，“切實提高城市排水、防澇、防洪和防災減災能力”?！爸鸩綄崿F(xiàn)小雨不積水，大雨不內澇”等要求。
國務院《關于加強城市基礎設施建設的意見》也明確提出：加強城市排水防澇防洪設施建設，用10年左右時間建成較完善的城市排水防澇、防洪工程體系。
顯然，在建設現(xiàn)代化智慧城市中，抗?jié)彻こ桃彩且粋€不可或缺的內容，互聯(lián)網(wǎng)技術更是它的用武之地。
2我國城市內澇概況
據(jù)中國氣象局的《氣象藍皮書》所載：“中國是世界上洪澇災害發(fā)生最為頻繁的國家之一，其暴雨洪澇災害呈現(xiàn)逐步嚴重趨勢。”
住建部于2010年曾經(jīng)對全國351個城市進行調研，其結果指出：2008-2010年的三年間，全國有62%的城市都發(fā)生過內澇事件，而且內澇發(fā)生二次以上的城市有137個。據(jù)媒體報道，上海在2015年6月16-17日凌晨，部分地區(qū)降雨量超過200毫米，多個地段積水成澇，上百條馬路水深達500毫米以上，交通阻塞，大批小轎車拋錨。又如廣州，就2015年5、6月份出現(xiàn)了大范圍的強降雨，包括廣州、深圳、在內的多個城市遭受內澇，致使道路中斷、交通癱瘓，市民家中進水，受災人口達42.41萬人，直接損失達5億元以上。與此同時，湖南、湖北、江西、廣西等多個城市，也因暴雨來襲而發(fā)生嚴重水澇。
雖然很多城市，在新建和改建過程中，都采取了防澇、抗?jié)炒胧匀辉诒┯陙砼R時無濟于事。以廣州為例，自2008年以來，水務部門已完成300多個水浸點改造。當時預計效果，廣州城區(qū)及建制鎮(zhèn)的排澇標準將達到20年一遇的指標，對24小時的暴雨不會成災。可是在2013年的一次暴雨，中心城區(qū)易澇點達44個，內澇黑點13個。24小時暴雨不成災仍然是一個夢想而已！同樣，上海、南京、武漢等城市，都對城市建設中的防洪排澇的設施年年進行改造，但年年內澇不斷。
3城市抗?jié)彻こ痰奶攸c
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在汛期，臺風、暴雨、天文潮，向人們發(fā)起挑戰(zhàn)的時候，通過電視臺、短信、微信等各種通訊設備，向市民發(fā)出了不同級別的風雨警報。市民全動員，領導奔赴防汛第一線，嚴陣以待，保證萬無一失，確保城市和市民安全。各路技術大軍、相互配合、聯(lián)合作戰(zhàn)、共同奮斗！暴雨何時來、雨量有多大，這是通過氣象預報提供信息。在地上，哪些地方下了雨，雨量有多大？這是由各地水文站，幾十個、甚至上千個水文站提供數(shù)據(jù)。雨水徑流的排放，涉及到城市給排水系統(tǒng)及水務、環(huán)保部門；還有屋頂花園、下沉式綠地則與園林，建筑行業(yè)有關；還有電器設備的自動化控制，通訊、互聯(lián)網(wǎng)等等技術。
總之，抗?jié)彻こ躺婕凹夹g領域廣，需要各路技術大軍，大家通力合作，共同戰(zhàn)斗，方可取得圓滿結果。
3.2實時性強
在汛期，風雨交加，強降雨隨時變化，猶如面臨大敵，高度警惕，密切關注；隨時發(fā)生交通堵塞，家中進水，民宅倒塌，救命逃生，事態(tài)岌岌可危。河系水位猛漲，天上雨水在無情地傾倒，地上雨水徑流還在沖向河道，水位警戒線隨時告急！一旦失誤，河岸決口，崩壩事故發(fā)生，瞬間城市被淹，百姓生命垂危，一切行動，分秒必爭，所以實時性極強。
3.3數(shù)據(jù)量大
暴雨來襲，各地上百個水文站的降雨量信息不斷送來，又不斷更新。各個地塊的水澇在告急，多少道路被淹，多少房屋進水，又有多少消防戰(zhàn)士和多少救護人員，搶救了多少市民？還有多少市民失蹤和死亡等等。
現(xiàn)場情況不斷變化，數(shù)據(jù)在不斷更新，暴雨事件何時結束還不得而知。所以發(fā)生的數(shù)據(jù)量極大。
3.4事態(tài)危機難以評估
雨在何時下？風往哪兒刮？水澇在何處發(fā)生？設防的地方可能沒有出現(xiàn)，而新的地方可能在強降雨的作用下，措手不及而產(chǎn)生新的澇區(qū)。
對于天災的突發(fā)事件，防不勝防，因為變數(shù)太多，隨機性大，各種不利因素可能一時會合，竟想不到的事情又可能發(fā)生。
由此可見，在防汛抗?jié)尺^程中，事態(tài)危機難以評估，所以對未來很難正確預測，而想達到理想效果也就難以控制。
3.5信息的系統(tǒng)化處理
綜上所述，在防汛抗?jié)车姆浅r期，天、地、人三方面的信息在不斷變化，天上的雨水、地上的徑流、有些人在受災、有些人在抗?jié)?。澇區(qū)的水要迅速排除，同時還要保持本地塊的雨水蓄、存，而超標徑流雨水又不可隨便排放而進入河道，國家有總量控制。
從總體來看，更要嚴格監(jiān)視河道水位，同時必須根據(jù)氣象預報，控制洪峰在警戒線以下，以保證城市安全。
正如國務院辦公廳《關于推進海綿城市建設的指導意見》中指出：“統(tǒng)籌發(fā)揮自然生態(tài)功能和人工干預功能，實施源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理，切實提高城市排水、防澇、防洪和防災減災能力。”
由此可見，信息的系統(tǒng)化處理，應該由智慧城市建設者們義無反顧地去完成這個任務。
4 抗?jié)彻こ讨悄芑募夹g難點在哪里？
在智慧城市建設中，對抗?jié)彻こ讨悄芑?，還有很多技術難題有待解決。
4.1數(shù)據(jù)采集難
在抗?jié)彻こ讨校瑢碜蕴?、地、人三個方面的信息，都有一個采樣難的問題。如風速不穩(wěn)定，大風影響下雨量又測不準，但是它畢竟還有固定的水文站。
雨水徑流是抗?jié)彻こ讨凶钪匾獏?shù)，但是它不但受到風雨的影響，還受到天氣干旱的歷史和路途中的植被條件影響。
更重要的是徑流發(fā)生的途徑隨機性很大，所以測試點無法固定，又增加數(shù)據(jù)采集的難度。
4.2 傳感技術尚不完善
在抗?jié)尺^程中，信息種類很多，信息量又很大。但是這些信息都是非電量，而且信息發(fā)生的地方不固定，信息變化的隨機性大。如風速、降雨量、地表徑流、水位、溫濕度等等，這些信息的傳感技術在測量精度、信息傳輸、環(huán)境適應性及智能化等方面都還不夠完善，有待與進一步提高。
4.3數(shù)學模型復雜
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但是要建立這個數(shù)學模型，在客觀上很多關系參數(shù)的規(guī)律性還沒有摸透，而且各個參數(shù)之間的相關性粘度又不大，用傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法難以圓滿解決，只能用灰色理論結合相關的專業(yè)知識，在不斷實踐中完善和提高。
其實，抗?jié)彻こ痰目刂七^程，都是圍繞著雨水徑流的生成、發(fā)展和結果的全過程進行。首先是氣象預報的雨情，然后是水文站所收集的實際降雨量，而雨水到地面后，一部分被蒸發(fā)和流淌過程中經(jīng)過地貌、植被等吸收，最后形成地表雨水徑流，并順流而下。有的積水成澇，有的進入雨水井，流入河道，最后形成洪峰！
這里，雨情的預報精度受到氣象部門水平的限制，雨水徑流由于途徑不同，其含有成分也不一樣，如泥沙、樹葉、雜物等，一方面影響匯流的時間；另一方面又影響雨水徑流的數(shù)量。所以很難從降雨量與雨水徑流之間建立一個簡單的數(shù)學表達式，更難以由流域的降雨量與洪峰建立一個數(shù)學模型。
5 智慧城市的抗?jié)彻こ虅菰诒匦?/p>
在城鎮(zhèn)化建設中，生態(tài)城市建設是首要目標，而城市安全又是放在首位。
事實證明，城市內澇的發(fā)生，是建設文明生態(tài)城市的最大障礙，而城市洪災的發(fā)生更是災難性的事故。
然而，近年來內澇頻發(fā)的慘痛教訓，告別城市看海的強烈呼聲不斷沖擊著各種媒體。國家出臺相關政策，鼓勵向內澇進軍。并且確定十年的時間節(jié)點，“建成較完善的城市排水防澇、防洪工程體系?！?/p>
但是，由于在抗?jié)尺^程中，自然變化的情況復雜，有的確實存在一定的技術難度。所以，對有志于智慧城市建設的科技人員，要知難而進、迎難而上，要樹立起攻堅克難、永不言敗精神，用因特網(wǎng)技術制服內澇，實現(xiàn)低影響雨水開發(fā)系統(tǒng)，把雨水徑流，變成社會寶貴的自然資源。
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