基于大數(shù)據(jù)的智慧城市環(huán)境氣候圖

鄧賢峰+桑菁華

導(dǎo)讀：智慧城市的運轉(zhuǎn)高度依賴于一個綜合復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系，以支持其交通運輸、衛(wèi)生健康、教育服務(wù)及能源和通訊等設(shè)施，這些基礎(chǔ)設(shè)施之間密集的交叉關(guān)系，使氣候變化對其影響更加復(fù)雜。在智慧城市的設(shè)計和建設(shè)過程中，通過大數(shù)據(jù)分析、挖掘，繪制智慧城市環(huán)境氣候圖，在城市規(guī)劃階段就嚴(yán)密地考慮氣象因素的影響，是很有必要的。

智慧城市建設(shè)是歷史發(fā)展到一個階段的必然產(chǎn)物，既是中國當(dāng)前面對的重大挑戰(zhàn)和重大機(jī)遇的匯聚點，也是推動信息化、城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展的好抓手和好平臺。[1]但目前在所有智慧城市建設(shè)的規(guī)劃或是頂層設(shè)計中，對城市氣候?qū)W信息知識加以應(yīng)用的非常有限，這對一個具有更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入智慧化的城市，顯然是一個明顯的失誤。這一失誤將對城市建設(shè)規(guī)劃、城市總體布局及城市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生重大影響。從城市規(guī)劃和管理角度來看，如果不重視城市發(fā)展對地域環(huán)境氣象條件的影響，以及氣候變化對城市區(qū)域的影響，很可能會造成難以逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重后果。盡管在污染治理上投入大量資金，最終改進(jìn)大氣環(huán)境質(zhì)量的收效可能會被抵消。相反，如果在城市發(fā)展中合理考慮氣象條件，科學(xué)規(guī)劃布局，會對于改善城市大氣環(huán)境條件，實現(xiàn)良好的人居環(huán)境，將起到重要的作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，使這種考慮在實際工作中成為可能。

大數(shù)據(jù)（Big Data）作為當(dāng)前最時髦的話題，它的內(nèi)涵和標(biāo)準(zhǔn)是不斷變化的。其概念最早是由美國麥肯錫咨詢公司和EMC公司于2011年提出，目前業(yè)界公認(rèn)的涵義是指以更經(jīng)濟(jì)和高效的方式從大容量、高頻率和異構(gòu)數(shù)據(jù)中獲取價值的新一代架構(gòu)和技術(shù)，是海量異構(gòu)數(shù)據(jù)和分析方法（Analytics）的緊密結(jié)合。就大數(shù)據(jù)的實質(zhì)而言，并不僅在數(shù)據(jù)規(guī)模之“大”，而在于由于應(yīng)對此挑戰(zhàn)而隨之帶來的思維、技術(shù)和方法上的全新變革，通過大數(shù)據(jù)能夠“發(fā)現(xiàn)大價值、推進(jìn)大科技，實現(xiàn)大發(fā)展”。正如麥肯錫公司在研究報告中所指出的，數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到每一個行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域，逐漸成為重要的生產(chǎn)因素，而人們對于大數(shù)據(jù)的運用將預(yù)示著新一波生產(chǎn)率增長和消費者盈余浪潮的到來。[2]如同互聯(lián)網(wǎng)一樣，大數(shù)據(jù)不僅僅是信息技術(shù)領(lǐng)域的革命，更將在政治、經(jīng)濟(jì)、生活等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，成為驅(qū)動城市智慧化發(fā)展的不竭動力。

一、智慧城市建設(shè)與城市環(huán)境氣候圖

我國在快速城鎮(zhèn)化發(fā)展的過程中，由于城鎮(zhèn)人口的急劇增長和城市的蔓延式發(fā)展，改變了城市區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)和下墊面特性，使得原有的自然植被或裸露土地被各式各樣的建筑物以及大量的瀝青、水泥馬路所代替，人們的生產(chǎn)和生活改變了城市大氣的熱力和動力狀況，進(jìn)而城市生產(chǎn)、建筑物、氣候和環(huán)境間的矛盾也日趨凸現(xiàn)。城市工業(yè)排放的大量煙塵、氣溶膠、顆粒物以及城市道路上汽車尾氣和工地?fù)P塵等對于城市的氣溫、濕度、能見度、風(fēng)和降水都有影響，帶來了一系列的城市問題，產(chǎn)生了“城市熱島”、“城市干島”、“城市渾沌島”、“城市洪峰”等城市特有的現(xiàn)象，反過來又極大地影響著人們的生產(chǎn)和生活。如何積極應(yīng)對氣候變化，治理環(huán)境污染和改善城市形態(tài)，從而創(chuàng)造舒適和諧的人居環(huán)境，是擺在城市建設(shè)和管理者面前的重大課題。[3]

智慧城市就是運用先進(jìn)的信息感知、通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)手段將城市生態(tài)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施、資源環(huán)境、市政管理、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和社會民生等系統(tǒng)的核心信息進(jìn)行感知、傳輸、處理、分析和共享，最終實現(xiàn)反饋控制。智慧城市建設(shè)是一項龐大而復(fù)雜的工程，由于不同城市信息化發(fā)展基礎(chǔ)不同、城市發(fā)展側(cè)重點不同、城市所處的地理環(huán)境不同以及城市文化的不同，智慧城市建設(shè)的規(guī)劃呈現(xiàn)出各具特色的形式。但無論何種特色，在規(guī)劃中關(guān)注城市環(huán)境氣候的影響是必要的，也是必須的。

傳統(tǒng)的城市規(guī)劃及管理的觀念和方法正在受到前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃理論中，關(guān)于氣象因素對城市建設(shè)和城市環(huán)境的影響已經(jīng)有所考慮，主要是以風(fēng)玫瑰圖和污染系數(shù)為依據(jù)?？陀^上這種方式也起到了一定的指導(dǎo)作用，具有一定的理論性和客觀性。但隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張、城市功能結(jié)構(gòu)的變化、城市環(huán)境問題日益的突出，這種方式就出現(xiàn)了局限性，迫切需要尋找基于大氣環(huán)境優(yōu)化的可持續(xù)發(fā)展城市規(guī)劃新理論和新方法。智慧城市的建設(shè)為解決這個問題帶來了新的機(jī)遇和途徑。借助智慧城市建設(shè)所匯聚的海量數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)挖掘手段，通過數(shù)據(jù)的智能分析得出城市運行相關(guān)的各類智慧信息，包括氣象因素對城市建設(shè)和城市環(huán)境的影響，深刻認(rèn)識城市發(fā)展以及城市區(qū)域間相互影響的規(guī)律，制定科學(xué)合理的城市規(guī)劃，是各級城市政府應(yīng)對發(fā)展不確定性、規(guī)避市場風(fēng)險和實行宏觀調(diào)控的必要手段。

在智慧城市建設(shè)背景下，城市環(huán)境氣候圖是建立在統(tǒng)一的空間地理信息系統(tǒng)（GIS）基礎(chǔ)上，由一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入圖層和城市環(huán)境氣候圖構(gòu)成。其中基本輸入圖層包括氣候和氣象數(shù)據(jù)的分析圖、地理地形圖、綠色植被覆蓋圖以及規(guī)劃數(shù)據(jù)。城市環(huán)境氣候圖分由兩張圖組成，分別是城市氣候分析圖和城市氣候規(guī)劃建議圖。

（一）城市氣候分析圖

城市氣候分析圖包括三個方面的內(nèi)容。一是針對熱環(huán)境的分析，主要分析城市熱島效應(yīng)以及不同城市生物氣候的分析狀況，特別是受冷壓或熱壓影響的不舒適地區(qū)；二是針對風(fēng)環(huán)境的分析，主要描述和表達(dá)當(dāng)?shù)乜諝饨粨Q循環(huán)風(fēng)流動的模式及阻擋風(fēng)流通的建筑物或工廠等；三是確定空氣污染區(qū)域，特別需要描述出人為污染源和受污染影響不同程度的區(qū)域。通過對以上三個方面的分析，利用建立在空間地理信息系統(tǒng)上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入層的信息，對城市的熱環(huán)境、空氣流通以及空氣污染分布狀況都可以得到精細(xì)的了解，對解析現(xiàn)存城市氣候狀況是至關(guān)重要的。

（二）城市氣候規(guī)劃建議圖

城市氣候規(guī)劃建議圖的制作過程就是利用城市氣候分析圖的氣候信息和評估結(jié)果，結(jié)合其他相關(guān)數(shù)據(jù)，通過智能化的分析，指出明確的氣候問題和敏感區(qū)域，并提出在后期土地開發(fā)、城市發(fā)展、人口布局等方面相應(yīng)的規(guī)劃策略。

在繪制城市氣候規(guī)劃建議圖的過程中，要明確智慧城市建設(shè)應(yīng)該遵從其所處的自然氣候這一基本原則，充分考慮城市化進(jìn)程中的外部氣候，以及城市發(fā)展如何影響其內(nèi)外氣候，避免規(guī)劃實施后造成意想不到的后果，避免其應(yīng)對措施只集中解決眼前的問題，而不去評估規(guī)劃進(jìn)程為什么會產(chǎn)生這樣的后果。endprint

二、智慧城市建設(shè)賦予城市環(huán)境氣候圖新的內(nèi)涵

智慧城市的建設(shè)只有信息技術(shù)的參與是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，智慧城市建設(shè)應(yīng)該是一種綜合性的建設(shè)，是一個綜合性的城市發(fā)展的概念，它包含市民素質(zhì)的提高，創(chuàng)造力的提升，城市交通、污染問題的解決，整個社會的透明、公開、公正、公平，這些都應(yīng)該屬于智慧城市建設(shè)的范疇。智慧城市的建設(shè)目標(biāo)應(yīng)該是服務(wù)于市民、服務(wù)于企業(yè)和服務(wù)于政府。而城市規(guī)劃也并非一項純工程技術(shù)行為，也非發(fā)展藍(lán)圖的描繪，它具有強(qiáng)烈的公共政策屬性，因此智慧城市使“規(guī)劃就是向權(quán)力訴說真理”[4]成為可能。

另外，智慧城市建設(shè)程度越高的地區(qū)，越容易受到氣候變化的影響。因為智慧城市運轉(zhuǎn)高度依賴于一個綜合復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系以支持其交通運輸、衛(wèi)生健康、教育服務(wù)及能源和通訊設(shè)施。這些基礎(chǔ)設(shè)施之間密集的交叉關(guān)系會使氣候變化對其影響更加復(fù)雜。如降水和暴雨會造成“城市洪峰”，高溫影響會造成“城市熱島”，干旱和水資源短缺會造成“城市干島”等。也正是因為智慧城市的建設(shè)，通過繪制城市環(huán)境氣候圖，在城市規(guī)劃階段就嚴(yán)密地考慮這些氣象因素的影響，使得克服這些城市通病成為可能。

首先，智慧城市的頂層設(shè)計能夠綜合考慮影響城市發(fā)展和運行管理的各類因素，這其中就包括氣象因素的影響。繪制更加精準(zhǔn)的城市環(huán)境氣候圖是智慧城市建設(shè)必不可少的一項工作。

其次，智慧城市的城市環(huán)境氣候圖可以幫助實現(xiàn)由滯后向?qū)崟r、由粗放到精細(xì)、由靜態(tài)到動態(tài)、由被動向主動的轉(zhuǎn)變。

再次，由于智慧城市的建設(shè)，使得城市環(huán)境氣候圖的繪制不僅僅依賴土地利用信息，而是在土地利用信息的基礎(chǔ)上，綜合考慮建筑樓宇信息、生物氣候?qū)W信息等，制定更為完善的智慧城市環(huán)境氣候圖。

最后，智慧城市環(huán)境氣候圖的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出城市規(guī)劃輔助工具的范疇，其應(yīng)用將擴(kuò)展到環(huán)境治理、人口布局、節(jié)能低碳和應(yīng)對氣候變化等相關(guān)工作。

可以預(yù)見，在智慧城市規(guī)劃建設(shè)的理念下，對城市環(huán)境氣候影響的重視將被提到空前的高度，將在政策保障、工作機(jī)制、人才培養(yǎng)等方面會有比較大的提高。通過宣傳教育，從市民、企業(yè)到政府部門，對城市與氣候變化的關(guān)系、對人與自然和諧相處的意義會有顯著的改變。

三、智慧城市環(huán)境氣候圖繪制思路與實施策略

通過智慧城市的建設(shè)，使得能夠?qū)崟r收集城市乃至全世界不同氣象觀測站的氣象數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在綜合分析氣象、氣候、土地利用和地理地貌等因素的基礎(chǔ)上，充分利用城市統(tǒng)一的空間地理信息系統(tǒng)（GIS），構(gòu)建智慧城市環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺，利用該平臺制定有針對性的生態(tài)可持續(xù)智慧城市規(guī)劃建議，從而改善城市千城一面的發(fā)展模式，提升城市品質(zhì)和市民健康舒適的生活。這就是繪制智慧城市環(huán)境氣候圖的主要思路和目的。構(gòu)建環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺是繪制智慧城市環(huán)境氣候圖的關(guān)鍵步驟，參與平臺構(gòu)建的不應(yīng)僅僅是氣候?qū)W研究人員，還應(yīng)該有城市規(guī)劃人員、建筑師和房地產(chǎn)商等相關(guān)人員的參與。此外，平臺數(shù)據(jù)要盡可能包含方方面面的相關(guān)數(shù)據(jù)，充分利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，繪制出符合城市實際情況的環(huán)境氣候圖。

大數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)采集提供了新的方法和路徑。繪制智慧城市環(huán)境氣候圖必須建立在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)之上，而大數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)來源及挖掘應(yīng)用的方式和流程就顯得尤為重要。因此，繪制智慧城市環(huán)境氣候圖，在政府部門層面應(yīng)注意如下問題。

（一）提升數(shù)據(jù)采集能力

在政府內(nèi)部，首先是要明確構(gòu)建環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺和數(shù)據(jù)資源管理的綜合協(xié)調(diào)部門，建立所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的標(biāo)準(zhǔn)，完善數(shù)據(jù)資源采集、共享、利用和保密等相關(guān)制度。在數(shù)據(jù)采集過程中，一是要對跨部門的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分類，實現(xiàn)對繪制環(huán)境氣候圖所需數(shù)據(jù)的全收集、全覆蓋，并在此基礎(chǔ)上形成相關(guān)主題數(shù)據(jù)庫。二是要注重非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的匯集。某些文本、音頻、視頻形式的數(shù)據(jù)，往往會被傳統(tǒng)的系統(tǒng)忽略，今后要加強(qiáng)收集。另外在日常過程中積累起來的個人經(jīng)驗，以往也未受到重視，也沒有系統(tǒng)性地整理和存儲，實際上這些“隱性”的知識也是構(gòu)建環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺非常重要的組成部分。三是通過多種途徑獲取政府內(nèi)外部相關(guān)數(shù)據(jù)，并在政府部門和公共范圍機(jī)構(gòu)之間，實行無償數(shù)據(jù)共享。要加強(qiáng)統(tǒng)籌建設(shè)跨層級、跨部門環(huán)境氣候評估與大數(shù)據(jù)應(yīng)用信息平臺，完善交換共享平臺的覆蓋范圍，打通信息橫向和縱向的共享渠道，推進(jìn)跨地區(qū)、跨部門信息資源共享。[5]

（二）建立信息比對和更新機(jī)制

目前，我國政府的數(shù)據(jù)采集仍以部門各自采集為主，缺乏橫向比對，這就給數(shù)據(jù)質(zhì)量帶來了很大的影響。智慧城市環(huán)境氣候評估與大數(shù)據(jù)應(yīng)用信息平臺同樣存在如此問題，主要體現(xiàn)在記錄遺漏、數(shù)據(jù)錯誤、信息過時等。因此，應(yīng)完善數(shù)據(jù)的采集機(jī)制，建立數(shù)據(jù)更新策略，通過條塊結(jié)合比對、第三方驗證的方法，即部門權(quán)威數(shù)據(jù)與條塊化數(shù)據(jù)核實相結(jié)合，同時引入數(shù)據(jù)涉及到的個人和企業(yè)、其它部門的相關(guān)數(shù)據(jù)加以校驗，以提高數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和及時性。

（三）推進(jìn)大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用和有序開放

在提高數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量的同時，積極探索繪制環(huán)境氣候圖的大數(shù)據(jù)應(yīng)用方式和方法。綜合考慮數(shù)據(jù)的可得性、數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜度和可能的效益等因素，確定應(yīng)用的重點和時序。當(dāng)然，大數(shù)據(jù)應(yīng)用不限于智慧城市環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺的應(yīng)用，政府還可以將非涉密的政務(wù)數(shù)據(jù)逐步對社會開放，提高整個社會對政務(wù)信息資源的開發(fā)利用水平，這樣一方面可以豐富應(yīng)用，優(yōu)化公眾體驗，另一方面也有利于大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

智慧城市環(huán)境氣候評估與應(yīng)用信息平臺應(yīng)該納入智慧城市建設(shè)的總體架構(gòu)之中，成為智慧城市建設(shè)的一項重要的應(yīng)用，成為城市動態(tài)規(guī)劃的主要依據(jù)。動態(tài)規(guī)劃現(xiàn)已逐漸在國內(nèi)外被規(guī)劃界所接受，把規(guī)劃看成一個過程，而不是結(jié)果，既注重建設(shè)行為的協(xié)調(diào)性，更注重運用政策杠桿，關(guān)注近期的需要并強(qiáng)調(diào)靈活性，使規(guī)劃不再是被動的藍(lán)圖，而成為一個改善城市主動而具體的工具。[6]智慧城市的環(huán)境氣候評估與應(yīng)用平臺從傳統(tǒng)的單純輔助制圖向規(guī)劃信息管理、決策支持方面擴(kuò)展，從單個城市的規(guī)劃信息平臺向區(qū)域一體化、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌的規(guī)劃信息化應(yīng)用拓展，這將成為提高城鄉(xiāng)規(guī)劃科學(xué)性和權(quán)威性的重要支撐手段。[7]通過構(gòu)建智慧城市的環(huán)境氣候評估與應(yīng)用平臺，可以實現(xiàn)城鄉(xiāng)區(qū)域性規(guī)劃多源、多尺度、多時態(tài)空間信息數(shù)據(jù)和應(yīng)用資源的整合，順應(yīng)了未來區(qū)域?qū)用娓黝愐?guī)劃信息數(shù)據(jù)共享化趨勢。

智慧城市環(huán)境氣候圖的繪制應(yīng)該充分考慮目前國家大力提倡和要求的節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化方面的相關(guān)政策和措施。各級政府可以召集發(fā)改委、規(guī)劃、國土、氣象、環(huán)保等部門聯(lián)合制定有關(guān)政策和工作機(jī)制，在各部門資源匯聚共享的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制智慧城市環(huán)境氣候評估與應(yīng)用平臺，依據(jù)該平臺繪制出環(huán)境氣候圖，并確保在實際規(guī)劃、環(huán)保及土地利用過程中得到應(yīng)用。

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責(zé)任編輯：王 縉endprint