基于區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控應(yīng)用于智慧城市群建設(shè)

石曉飛，李天寶，白 蛟，馬云峰

（1.航天科工智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100854；2.沈陽航空航天大學(xué)，沈陽 110136）

1 引言

城市作為文明的載體不斷推進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步，城市化則是指非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在某處形成集聚所引起的農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)人口的過程。這個(gè)過程的主要標(biāo)志則體現(xiàn)為城市數(shù)目增多、城市人口和用地規(guī)模擴(kuò)大、城市人口比重的不斷提高。其中，衡量城市化水平的最重要指標(biāo)則為城市人口占總?cè)丝诘陌俜直?。顯然，人類的健康在城市的發(fā)展過程中具有無比重要的作用。

縱觀全球城市化發(fā)展進(jìn)程，發(fā)達(dá)國(guó)家城市化起步較早，城市化水平已高達(dá)70%，已處于城市化進(jìn)程后期階段，發(fā)展趨勢(shì)較為緩慢，甚至出現(xiàn)停滯，呈現(xiàn)出逆城市化現(xiàn)象；在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，多為第三產(chǎn)業(yè)>第二產(chǎn)業(yè)>第一產(chǎn)業(yè)。發(fā)展中國(guó)家城市化水平起步晚，50%以下，處在城市化進(jìn)程加速階段，呈現(xiàn)出郊區(qū)城市化現(xiàn)象；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)則為第二產(chǎn)業(yè)>第三產(chǎn)業(yè)>第一產(chǎn)業(yè)。

世界城市化進(jìn)程的三個(gè)階段分別為初期階段、中期加速階段和后期成熟階段，每個(gè)階段的特點(diǎn)見表1：

表1 世界城市化進(jìn)程特征

雖然城市化有助于轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，也可以縮小發(fā)展差距，但王婷[1]指出適度人口是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，需考慮城市人口與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)問題，并探索城市環(huán)境承載力這一提升目標(biāo)。

快速城市化進(jìn)程加劇了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞[2]，引發(fā)了一系列氣候變化和環(huán)境污染問題。陳侃[3]在“城市化進(jìn)程與水環(huán)境質(zhì)量關(guān)系及突發(fā)水污染事件規(guī)律的研究”中指出城市化進(jìn)程的快速發(fā)展對(duì)水環(huán)境的壓力日益增大，進(jìn)而導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降、突發(fā)水污染事件頻發(fā)等一系列衍生問題。同樣，城市化與空氣質(zhì)量間相互作用并彼此影響，二者的關(guān)系復(fù)雜且長(zhǎng)期處于動(dòng)態(tài)的變化之中[4]。

眾多研究已表明，大氣污染與人類健康息息相關(guān)，如大氣中PM2.5濃度的上升與咳嗽等呼吸道癥狀產(chǎn)生、肺功能減弱及哮喘的發(fā)病相關(guān)[5]。根據(jù)環(huán)境容量指標(biāo)，按照各區(qū)域自身地形和氣候以及生態(tài)結(jié)構(gòu)等特征，依次劃定水環(huán)境容量和大氣環(huán)境容量等環(huán)境指標(biāo)，使其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

劉華軍、杜廣杰[6]通過采用基尼系數(shù)測(cè)度以及空間統(tǒng)計(jì)分析方法，發(fā)現(xiàn)中國(guó)城市大氣污染呈現(xiàn)出顯著的空間自相關(guān)結(jié)構(gòu)，這就為大氣污染聯(lián)防聯(lián)控體系的建立提供了實(shí)證依據(jù)。陳寶劍、陳瑞蓮則在“國(guó)家治理視野下的大氣污染區(qū)域聯(lián)動(dòng)防治體系研究—以京津冀為例”[7]中指出了區(qū)域聯(lián)動(dòng)治理是應(yīng)對(duì)區(qū)域大氣污染的必然選擇，并提出了構(gòu)建涵括制度設(shè)計(jì)、具體機(jī)制和保障機(jī)制為主要內(nèi)容的區(qū)域大氣污染區(qū)域聯(lián)動(dòng)防治體系。

在區(qū)域大氣污染控制考量上，歐盟、美國(guó)和加拿大都取得了較好的效果[8]，但這些均是由于大氣污染問題爆發(fā)而產(chǎn)生的跨區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制，如歐盟采取的綜合性與專業(yè)性相結(jié)合的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控立法、分工嚴(yán)密且職能全面的組織管理體系建立、多樣化的區(qū)域保護(hù)管理協(xié)調(diào)機(jī)制、跨界大氣污染防治合作機(jī)制、區(qū)域大氣污染防治的信息通報(bào)與報(bào)告機(jī)制、區(qū)域大氣污染防治技術(shù)支持機(jī)制、采用市場(chǎng)基礎(chǔ)上的環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策、公眾參與環(huán)境污染治理等八項(xiàng)舉措，美國(guó)則采用了建立立體化與縱橫向相結(jié)合的區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控管理機(jī)構(gòu)、健全區(qū)域大氣污染防治立法、建立高效準(zhǔn)確即時(shí)的區(qū)域大氣污染監(jiān)測(cè)體系、鼓勵(lì)公眾深度全方位參與大氣污染治理、運(yùn)用建立在市場(chǎng)機(jī)制基礎(chǔ)上的多項(xiàng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策、構(gòu)建以大氣污染防治技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)的技術(shù)支持機(jī)制等六項(xiàng)舉措。不難看出，解決此類問題均采用了后知后覺的管理方法，而這些問題的爆發(fā)是隨著城市化發(fā)展所帶來的必然趨勢(shì)，若通過智慧城市群的建設(shè)構(gòu)建開放復(fù)雜的大氣環(huán)境巨系統(tǒng)可以防患于未然，可更好地發(fā)揮區(qū)域協(xié)同管控作用，采用大氣環(huán)境容量考核的方法限制各區(qū)域排放量，最終保障大氣環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》，到2015年，我國(guó)應(yīng)建立大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制，形成區(qū)域大氣環(huán)境管理的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和政策體系。而這些法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和政策體系的載體可通過“智慧城市群”理論這一頂層設(shè)計(jì)思想作為引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了政府各職能機(jī)構(gòu)和大氣污染聯(lián)控機(jī)制中各相關(guān)機(jī)構(gòu)的對(duì)接，從而推動(dòng)了智慧城市群體系建設(shè)。

2 研究設(shè)計(jì)

智慧城市的出現(xiàn)是伴隨著城市化而來，它最早是由IBM在1992年提出[9]。而在智慧城市的建設(shè)中，可提供的智能化的應(yīng)用和服務(wù)主要包括人類生存繁衍、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)交往和文化享受四大類智能[10]，建設(shè)的內(nèi)容見表2：

表2 城市職能及智慧城市的應(yīng)用

大氣污染問題，主要涉及到工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、生活排放源分布和交通流量狀況等多重要素，而與之相關(guān)的政府部門有環(huán)保部、公安部、國(guó)土資源部、鐵道部、交通部、信息產(chǎn)業(yè)部、水利部和農(nóng)業(yè)部等。這就要求集合多領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行合作，形成分專家體系和總專家體系，支撐并完善智慧城市群中各領(lǐng)域的建設(shè)規(guī)劃和結(jié)果分析及研判。

按照科斯定理[11]，在有交易成本存在的條件下，不同的權(quán)力界定會(huì)產(chǎn)生不同效率的資源配置，從達(dá)到最優(yōu)配置的角度出發(fā)，可以交易成本的大小作為法律制度不同規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。而此時(shí)，專家體系的存在則會(huì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源的高效配置，推動(dòng)智慧城市建設(shè)中各標(biāo)準(zhǔn)體系的規(guī)劃和健全。

3 模型構(gòu)建

高層體系架構(gòu)HLA（High Level Architecture，HLA）[12]是美國(guó)國(guó)防部推出的，具有良好的可擴(kuò)展性，可獲得高級(jí)別的仿真應(yīng)用之間的互操作性，以及更好的模型和仿真組件的可重用性[13]。遵循高層體系架構(gòu)構(gòu)建分布式交互仿真的技術(shù)框架，實(shí)現(xiàn)各相關(guān)體系部署，從而構(gòu)建智慧城市群整體，則具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

將智慧城市的建設(shè)與信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，需進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化，而各個(gè)區(qū)域的自然環(huán)境可表述為五元組。

E=

式中，E代表總體環(huán)境；A代表大氣；O代表海洋（河流）；S代表地表；R代表輻射；T代表時(shí)間[14]。

智慧城市的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)[15]，涉及到物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、智能分析、應(yīng)用技術(shù)、安全技術(shù)等信息通信技術(shù)，更涉及到城市公共管理等社會(huì)科學(xué)[16]。借助定性定量相結(jié)合的綜合集成方法可將專家體系、數(shù)據(jù)信息資源和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，具體內(nèi)容見圖1。

圖1 基于大氣環(huán)境聯(lián)防聯(lián)控治理的智慧城市群頂層設(shè)計(jì)

根據(jù)智慧城市中智慧環(huán)保屬性中定量分析功能確定各區(qū)域所屬責(zé)任，如嚴(yán)格環(huán)境準(zhǔn)入制度、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)整、多污染物聯(lián)合減排、強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車污染物控制、油氣回收治理和揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放治理等。大氣具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，對(duì)聯(lián)防聯(lián)空提出了更高的技術(shù)要求和管理要求。大氣污染本身是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)[17]，灰霾或臭氧污染只是這個(gè)巨系統(tǒng)所表現(xiàn)的外在形式。而電力、水泥、鋼鐵等高污染行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和整改，不達(dá)標(biāo)機(jī)動(dòng)車尾氣車輛的監(jiān)測(cè)和管理，工業(yè)園區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物有組織排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和無組織排放的監(jiān)管等則是這一復(fù)雜巨系統(tǒng)的某一個(gè)子系統(tǒng)。

根據(jù)高層體系架構(gòu)，采用自上而下的方式，即以大氣容量目標(biāo)值為約束，向各大行業(yè)進(jìn)行分級(jí)分配，并根據(jù)達(dá)標(biāo)管理要求進(jìn)一步反饋到環(huán)境容量目標(biāo)值，從而推動(dòng)大氣質(zhì)量改善進(jìn)程。在大氣環(huán)境治理中，通過成因與來源、排放清單、決策支持和健康影響構(gòu)建大氣環(huán)境治理專家體系服務(wù)于智慧城市總體專家體系，并最終參與到整體的建設(shè)規(guī)劃、需求定制和結(jié)果分析與綜合，進(jìn)一步豐富并完善智慧城市功能。

4 結(jié)束語

根據(jù)智慧城市本身的龐大性和復(fù)雜性，借助于開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論構(gòu)建智慧城市群建設(shè)具有較高的可行性；從系統(tǒng)工程角度解決區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)問題需要借助統(tǒng)一的高層架構(gòu)體系；大氣污染的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控可作為智慧城市中智慧環(huán)保解決大氣污染問題的典型示范，同時(shí)用于推動(dòng)智慧城市建設(shè)從而構(gòu)建強(qiáng)大的智慧城市群體系。

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