基于大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)視角的應(yīng)急資源共享平臺設(shè)計探索

葉甜春 趙德均 錢洪偉

1.中國科學院 微電子研究所 2.中國科學院 物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心 3.四川省綿陽市決策咨詢委員會 4.河南理工大學 應(yīng)急救援研究所

如何構(gòu)建一個覆蓋全域、技術(shù)先進和可靠適用的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援系統(tǒng)是安全科研工作者面臨的重要課題。據(jù)此，本文對我國各級防災(zāi)救災(zāi)、應(yīng)急救援信息化系統(tǒng)普遍存在的問題做了綜述，同時指出了我國智慧城市建設(shè)面臨的普遍問題；接著，提出了一種基于大數(shù)據(jù)共建共享的新型智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援的解決方案；然后，對平武縣（山區(qū)大縣）、烏拉特中旗（地廣人?。┖褪h（高原高海拔）以共建共享的模式建設(shè)智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援系統(tǒng)做了探索；其次，提出了全國一體化智慧防災(zāi)和應(yīng)急救援系統(tǒng)的構(gòu)建思路；最后從技術(shù)與經(jīng)濟角度分析了基于大數(shù)據(jù)共建共享的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援系統(tǒng)的比較優(yōu)勢，并給出了有關(guān)建議。

1 問題

目前，和其他各類信息化系統(tǒng)建設(shè)模式一樣，我國各級防災(zāi)救災(zāi)、應(yīng)急救援信息化系統(tǒng)普遍是以各自為政模式建設(shè)而成，其面臨的主要問題是重復建設(shè)。各自為政的安防技術(shù)路線帶來以下問題。

1.1 重復投資

我國各級政府最近十幾年在智慧城市建設(shè)方面每年投資都在1000億以上，其中重復建設(shè)現(xiàn)象十分嚴重。有的一個部門就有各自為政的幾套信息化系統(tǒng)；信息相關(guān)性很強的幾個部門也是各自為政獨立建設(shè)；投入少的比如國家級貧困縣少則1～2億，經(jīng)濟發(fā)達的縣投入3～5億以上也不少見。省會城市和地級城市的信息化投入更大，占用國家大量資金，加之每年幾千萬甚至上億的運維費，各級財政負擔極重。

1.2 信息孤島

各部門信息化系統(tǒng)互不相連，信息無法共享，造成信息資源利用率低下，極個別系統(tǒng)從建起來就基本上沒有產(chǎn)生應(yīng)有的作用成為僵尸系統(tǒng)。目前有個別地方試圖將各自為政的系統(tǒng)整合成為共享系統(tǒng)，技術(shù)上不是主要問題，但是又需要大量的資金投入，可能不是最優(yōu)的技術(shù)與經(jīng)濟路線。

1.3 數(shù)據(jù)煙囪

由于各部門信息化建設(shè)是各自為政，各部門數(shù)據(jù)中心的容量根據(jù)各自投入的大小不等，各部門數(shù)據(jù)保存的時間在1～3月，超過相應(yīng)存儲容量數(shù)據(jù)就順時序毀掉。數(shù)據(jù)是一種非常寶貴的國家戰(zhàn)略資源和新型生產(chǎn)資源，數(shù)據(jù)的毀失是極大的資源浪費。

1.4 運行費用高

運行費用中常見的主要費用是網(wǎng)絡(luò)租用費、電費、人力成本和設(shè)備維護費等，這里沒有考慮設(shè)備折舊問題，一般一個系統(tǒng)的年運行費用大約是系統(tǒng)投入的10%～15%左右。比如某縣利用災(zāi)后重建的機會投入3億建成本縣城的智慧城市，從系統(tǒng)運行開始該縣財政每年需投入運行維護費用3000萬左右；運行費用高對于經(jīng)濟不發(fā)達的中西部地區(qū)來講，是一筆相當大的財政支出與負擔。

產(chǎn)生以上4大現(xiàn)象有體制機制上的原因，同時也有技術(shù)方案的因素。

2 一種新的解決方案

以實施應(yīng)急救援、雪亮工程、智慧環(huán)保等項目為契機，著眼于一個縣全域范圍內(nèi)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)的共建共享，打破各部門各自為政的建設(shè)模式，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，匯集到縣級大數(shù)據(jù)管理中心的數(shù)據(jù)經(jīng)清洗、整理和標準化永久存儲在縣級云計算中心，同時通過縣級大數(shù)據(jù)管理平臺（接口標準化、信息安全、協(xié)議轉(zhuǎn)換、存儲、脫敏、加密、封裝、交換、分發(fā)、負載均衡等等系統(tǒng)操作）將匯聚到縣級云計算中心的數(shù)據(jù)橫向和縱向分發(fā)給各級應(yīng)急救援部門和其他部門共享共用使用。

在綜合性、系統(tǒng)性架構(gòu)設(shè)計下，根據(jù)本縣的需求低成本實現(xiàn)本地的智慧城鄉(xiāng)工程，包括全縣范圍內(nèi)的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援、智慧消防、應(yīng)急（城鄉(xiāng)村）廣播、雪亮工程、平安城市（天網(wǎng)、小天網(wǎng)）、綜合治理、智慧安監(jiān)、智慧環(huán)保、智慧水務(wù)、智慧寺廟、智慧社區(qū)、智慧電梯、電子警察、數(shù)字城管、智慧交通、智慧旅游、智慧教育、智慧醫(yī)療、智慧統(tǒng)計、智慧路燈、流動人口管理、智慧農(nóng)業(yè)、智慧林業(yè)、信息惠民（免費公共wif i、多媒體戶外廣播）等等，如圖1。

圖1 縣級云計算中心

3 實踐

3.1 平武的實驗

以四川平武為例，平武縣幅員面積5974km2，人口18萬，是一個地理復雜、經(jīng)濟不發(fā)達的山區(qū)大縣。全縣布局1080P高清攝像頭1270個、星光級高清攝像頭150個、球機80個、卡口36個，IP化音柱200個，安裝1000多個其他類傳感器（地震傳感器、危險品檢測、遠程感煙、PM2.5、PM10、溫度、濕度、噪聲、位置、水位、壓力、雨量、濁度、流量、負氧離子、測速、重量、COD、氨氮、HP、總磷、總氯、土質(zhì)等）和400多個AP。假設(shè)中央有關(guān)部委需要平武縣的有關(guān)點位的數(shù)據(jù)，可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺分發(fā)給相應(yīng)的中央有關(guān)部門；省交通廳或者省旅游局等有關(guān)部門需要平武縣內(nèi)哪些點位的數(shù)據(jù)，可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺分發(fā)給相應(yīng)的省級部門；市交通局或者市旅游局等有關(guān)部門需要縣內(nèi)哪些點位的數(shù)據(jù)，也可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺分發(fā)給相應(yīng)的市級部門；平武縣交通局或者旅游局等有關(guān)部門需要縣內(nèi)哪些點位的數(shù)據(jù)，可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺分發(fā)給相應(yīng)的縣級部門；各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府或者派出所需要自己轄區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，同樣可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺分發(fā)給相應(yīng)的各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級應(yīng)用平臺；假設(shè)一個院落范圍內(nèi)有9戶人家、2個攝像頭覆蓋該院落，同樣可以從縣級大數(shù)據(jù)管理平臺把覆蓋該院落的2個點位的數(shù)據(jù)分發(fā)給這9戶人家的電視機、計算機和手機上，各戶人家可以通過電視機、計算機和手機實現(xiàn)這2個點位的實時監(jiān)控、本鎮(zhèn)（本村）廣播、治安聯(lián)防、民意反饋、一鍵報警等等功能，同時這9戶人家的村民（或者居民）無論在北京、深圳、新疆任何地方工作或者出差都可以通過手機實現(xiàn)相關(guān)功能和看到家鄉(xiāng)的實時情況，并實時向上級反映有關(guān)緊急情況。與此同時，公安、城管、交通、旅游、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)與環(huán)保等部門實現(xiàn)了業(yè)務(wù)協(xié)同管理和服務(wù)，特別是利用共享大數(shù)據(jù)低成本建成全縣防災(zāi)救災(zāi)和緊急救援預(yù)警、通訊和指揮系統(tǒng)。2017年8.8九寨溝地震發(fā)生和救援過程中，該系統(tǒng)緊鄰九寨溝縣9個鎮(zhèn)鄉(xiāng)、51個村的一期工程已在實時再現(xiàn)地震過程和救援生命通道的應(yīng)急管理等方面發(fā)揮了有效的作用。

3.2 石渠縣和烏拉特中旗的實踐

目前內(nèi)蒙烏拉特中旗旗委旗政府進一步優(yōu)化系統(tǒng)方案，建設(shè)智慧烏拉特中旗（2.3萬平方公里，13.3萬人，地廣人稀，邊防線長）示范工程，把智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援列入首期工程，把烏拉特中旗建成內(nèi)蒙古自治區(qū)首個軍民融合新型智慧城鄉(xiāng)示范旗，建成內(nèi)蒙古自治區(qū)首個大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用示范旗和智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援示范旗；四川石渠縣委縣政府以共建共享模式正在把石渠縣（2.5萬平方公里，8.7萬人，縣城海拔4256m，四川西藏青海三省交界處）建成高原高海拔高寒地區(qū)的示范工程，把石渠縣建成智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援、軍民融合試驗示范基地。

3.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)級智慧防災(zāi)與應(yīng)急救援大數(shù)據(jù)綜合管理平臺設(shè)計

鄉(xiāng)鎮(zhèn)是國家管理與運行的重要層面。基層群眾能否有效參與到防災(zāi)減災(zāi)中來，及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害征兆，并傳遞災(zāi)害信息，提前預(yù)警，并迅速告知周邊群眾避險是關(guān)鍵。在3個縣正在實施的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級大數(shù)據(jù)管理平臺除了完成鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)急救災(zāi)管理的主要功能外，同時完成社會治安綜合治理、雪亮工程、鄉(xiāng)鎮(zhèn)小天網(wǎng)、智慧交通、智慧政務(wù)、智慧黨務(wù)、智慧紀檢、各級電視電話會議、日常廣播系統(tǒng)、場鎮(zhèn)管理、扶貧攻堅、惠民業(yè)務(wù)管理、鎮(zhèn)鄉(xiāng)復員退伍軍人服務(wù)、鎮(zhèn)鄉(xiāng)級電商管理平臺、智慧農(nóng)牧業(yè)、智慧旅游（自駕游、鄉(xiāng)村旅游、農(nóng)家樂管理）、智慧環(huán)保、智慧寺院、智慧教育、智慧安監(jiān)、智慧林業(yè)、河道管理（河長制）、智慧醫(yī)療（地方病防治、慢病管理）與養(yǎng)老等等服務(wù)，如圖2。

圖2 正在實施的鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)急救災(zāi)管理中心

4 全國一體化應(yīng)急救援系統(tǒng)構(gòu)建

2016年10月9日，在中共中央政治局第36次集體學習時習近平總書記指出，“我們要深刻認識互聯(lián)網(wǎng)在國家管理和社會治理中的作用，以推行電子政務(wù)、建設(shè)新型智慧城市等為抓手，以數(shù)據(jù)集中和共享為途徑，建設(shè)全國一體化的國家大數(shù)據(jù)中心，推進技術(shù)融合、業(yè)務(wù)融合、數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的協(xié)同管理和服務(wù)?！绷暱倳浀摹耙恢行?、三融合、五個跨”為新型智慧城鄉(xiāng)建設(shè)指明了方向和技術(shù)路線。

通過實踐，考慮到數(shù)據(jù)內(nèi)容與應(yīng)用的相關(guān)性、系統(tǒng)性能和質(zhì)量的提高以及運行成本的降低，我們認為以縣級區(qū)域為基本單元構(gòu)建共建共享的基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)，通過省、市、縣云計算中心和大數(shù)據(jù)管理平臺三層構(gòu)架，以共享大數(shù)據(jù)為核心建成智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援和綜合信息化一體化系統(tǒng)是切實可行的方案，這里包括縣級區(qū)域信息采集一體化、信息傳輸一體化、信息存儲一體化和信息分析處理一體化。這樣各級各部門的應(yīng)用平臺將能得到四大類數(shù)據(jù)即某部門相關(guān)聯(lián)的傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、各部門自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、相關(guān)聯(lián)部門的數(shù)據(jù)、云計算中心永久保留下來的歷史數(shù)據(jù)，有了足夠的相關(guān)數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量和時效性，各部門的信息化系統(tǒng)將得到有效運行。通過分發(fā)復用從而降低成本實現(xiàn)各級各部門和行業(yè)的信息化，完全解決了智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中出現(xiàn)的重復建設(shè)、信息孤島、數(shù)據(jù)煙囪、運行成本高等問題，如圖3。

圖3 市級云計算中心

與此同時，通過省、市、縣云計算中心和大數(shù)據(jù)管理平臺3層數(shù)據(jù)交換，完全可以低成本實現(xiàn)諸如全國智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援系統(tǒng)、全國公共安全視頻大聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、全國水利防汛防旱系統(tǒng)、全國森林防火系統(tǒng)、全國農(nóng)牧業(yè)管理系統(tǒng)、全國疾控系統(tǒng)等，實現(xiàn)“全域覆蓋、全網(wǎng)共享、全時可用、全程可控”。

5 比較優(yōu)勢

共建共享的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援需要解決如何建設(shè)計算、存儲、通信等信息基礎(chǔ)建設(shè)，為城鄉(xiāng)智慧應(yīng)用提供泛在、可伸縮運行平臺；需要解決如何高效構(gòu)建柔性、可定制、環(huán)境自適應(yīng)性的城鄉(xiāng)智慧應(yīng)用系統(tǒng)，帶動和滿足不同場景的應(yīng)用需求；需要解決如何管理設(shè)施、數(shù)據(jù)、審計、服務(wù)等各種城鄉(xiāng)資源，并通過統(tǒng)一配置、調(diào)度實現(xiàn)資源高效率利用與優(yōu)化治理等等。這一系列的問題需要軟件來定義實現(xiàn)整個區(qū)域以及與外界協(xié)調(diào)運行的操作系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的各自為政的建設(shè)模式，共建共享的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援建設(shè)方案在技術(shù)、投資與運維成本和使用效益等方面具有明顯的優(yōu)勢。

5.1 主要技術(shù)優(yōu)勢

5.1.1 云計算技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)共建共享的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援應(yīng)用云計算技術(shù)，增強了系統(tǒng)的控制和管理功能，增加了系統(tǒng)靈活應(yīng)用，同時將數(shù)據(jù)永久保存，可以從根本上實現(xiàn)“一中心、三融合、五個跨”，徹底解決數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)煙囪的問題。

5.1.2 人工智能技術(shù)

在災(zāi)害預(yù)警（水災(zāi)與泥石流）、應(yīng)急救援控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)中得到應(yīng)用：同時帶動各級地方政府經(jīng)濟和社會管理決策、公安案件偵破、智慧交通、電子警察、流動人口管理等方面得到廣泛的應(yīng)用。

5.1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

傳感技術(shù)不斷進步，傳感器體積和耗能減小，傳輸技術(shù)不斷完善，集成度與智能化不斷提高，價格不斷降低，應(yīng)用市場不斷擴大，為大數(shù)據(jù)打下牢實的基礎(chǔ)。如地震傳感器、雨量傳感器、各類氣象傳感器、位移傳感器、特殊化學品傳感器、毒品傳感器等。

5.1.4 融合技術(shù)

在采集層和傳輸層都采用了融合技術(shù)，打破設(shè)備供應(yīng)商和運營商的獨家壟斷，同時也打破了設(shè)備供應(yīng)商和運營商的價格壟斷，大大降低了投入和運行費用，平武縣在實踐中僅傳感器節(jié)約投資在500萬左右，同時僅傳輸費用每年節(jié)約800多萬，一般來說每年每個縣降低運行維護費用在千萬級以上。

5.1.5 分發(fā)技術(shù)

傳統(tǒng)的智慧城市是各自為政一條路線貫穿始終，共享大數(shù)據(jù)系統(tǒng)集中采集信號，可以從橫向和縱向分發(fā)給各個部門、對采集的數(shù)據(jù)可實施數(shù)據(jù)挖掘，可以解決信息孤島的問題，提高數(shù)據(jù)的利用率，大大降低智慧城市和智慧農(nóng)村的投資成本和運行維護費用，分發(fā)單位越多，平攤的成本和運行維護費用越低。

5.2 成本優(yōu)勢

在一個縣級區(qū)域范圍內(nèi)，共建共享的模式相對于各自為政的N個智慧系統(tǒng)安防模式而言：

（1）不重復建設(shè)，避免了前端、傳輸線和存儲等的N次重復投資與運維。

（2）投資和運維費用，降低為大約N分之一（使用單位越多，成本越低）；根據(jù)平武縣政法委和公安局的測算，共建共享與各自為政建設(shè)模式相比之下，“可為財政節(jié)約2億元以上的建設(shè)資金和每年2000萬元以上的運行費用”。僅我國2862個縣級單位（不含省級城市和地級城市）估算，可為國家節(jié)約投資5724億以上，每年節(jié)約運行經(jīng)費686.88億元以上。

（3）數(shù)據(jù)永久保留，可反復多次復用。

平武縣政府組建了平武縣共享大數(shù)據(jù)服務(wù)有限公司，該公司投資不到3000萬建立基于大數(shù)據(jù)共建共享的10個智慧平武系統(tǒng)（政府財政不用投資和不再支付各系統(tǒng)的運行維護費），政府購買服務(wù)的價格為各自為政模式運行維護費的二分之一左右；根據(jù)公開招標公示顯示，在某市的一個縣級市幾乎同時用傳統(tǒng)的各自為政的技術(shù)方案建設(shè)了包括應(yīng)急救援在內(nèi)的10個智慧系統(tǒng)，總投資為4億，初步估計該系統(tǒng)每年的運行費用在5000萬左右，對于一個縣級單位來說，是一筆相當大的財政支出。

5.3 效益優(yōu)勢

（1）推進智慧城鄉(xiāng)商業(yè)化運營。一項新技術(shù)如果靠財政投入來支撐和推動，特別是在技術(shù)的初創(chuàng)階段和孵化階段是有必要的，但是技術(shù)成熟的最高階段是進入商業(yè)化、市場化運營，智慧城市和智慧農(nóng)村也是如此。

（2）投資低，降低至N分之一，比如：一個縣有10個應(yīng)用系統(tǒng)，投資就大約降低為10個各自為政系統(tǒng)總投資的十分之一；這個縣有20個應(yīng)用系統(tǒng)，投資就大約降低為20個各自為政系統(tǒng)總投資的二十分之一。

（3）投資回收期一般3年以內(nèi)。

經(jīng)測算，相對于各自為政的建設(shè)模式，共享大數(shù)據(jù)模式為國家節(jié)約1.2萬億投入資金和每年節(jié)約運行費用1440億，其中僅縣級單位節(jié)約投資5724億以上，每年節(jié)約運行經(jīng)費686.8億以上，而這個層級的財政正是國家財政最為薄弱的層面。

6 建議

（1）認真貫徹落實習近平總書記關(guān)于新型智慧城市建設(shè)的指示，統(tǒng)一規(guī)劃，數(shù)據(jù)集中，共建共享；推進縣級智慧城鄉(xiāng)“一中心、三融合、五個跨”的建設(shè)模式，促進智慧城鄉(xiāng)建設(shè)市場化、常態(tài)化和科學化。

（2）把國務(wù)院辦公廳《關(guān)于印發(fā)政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享實施方案的通知》【國辦發(fā)〔2017〕39號】精神擴展至省、市、縣的智慧城市和智慧農(nóng)村建設(shè)工作中，特別是當前建設(shè)的智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援、雪亮工程、智慧環(huán)保等項目中去，按照“五個統(tǒng)一”的總體原則，有效推進各縣各部門的智慧化和政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享，切實避免各自為政、重復投資。實踐表明智慧城鄉(xiāng)共建共享、避免重復建設(shè)最好的切入層面是從縣級抓起，利用國家的審計職能和統(tǒng)一財政支付等辦法和工具推行共建共享。

（3）鼓勵技術(shù)創(chuàng)新、機制創(chuàng)新。在技術(shù)方案探索過程中，穩(wěn)步推進我國各條塊管理部門的信息化工程，特別是智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援系統(tǒng)。試點先行，以點帶面，逐步擴展，避免個別條塊部門一哄而上造成巨大的經(jīng)濟損失。

（4）以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、信息安全和人工智能為核心技術(shù)和服務(wù)，以智慧防災(zāi)、應(yīng)急救援為切入點，推進我國電子信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。根據(jù)平武等地的實踐，應(yīng)急救援與共享大數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)營收與共享大數(shù)據(jù)帶動的硬件、軟件、大數(shù)據(jù)挖掘和建安、金融服務(wù)、傳輸?shù)瓤偟氖袌鲆?guī)模應(yīng)該在萬億以上。