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 應急救援研究所

如何構建一個覆蓋全域、技術先進和可靠適用的智慧防災、應急救援系統(tǒng)是安全科研工作者面臨的重要課題。據此，本文對我國各級防災救災、應急救援信息化系統(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面臨的普遍問題；接著，提出了一種基于大數據共建共享的新型智慧防災、應急救援的解決方案；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智慧防災、應急救援系統(tǒng)做了探索；其次，提出了全國一體化智慧防災和應急救援系統(tǒng)的構建思路；最后從技術與經濟角度分析了基于大數據共建共享的智慧防災、應急救援系統(tǒng)的比較優(yōu)勢，并給出了有關建議。

1 問題

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

1.1 重復投資

我國各級政府最近十幾年在智慧城市建設方面每年投資都在1000億以上，其中重復建設現象十分嚴重。有的一個部門就有各自為政的幾套信息化系統(tǒng)；信息相關性很強的幾個部門也是各自為政獨立建設；投入少的比如國家級貧困縣少則1～2億，經濟發(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生應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)的技術與經濟路線。

1.3 數據煙囪

由于各部門信息化建設是各自為政，各部門數據中心的容量根據各自投入的大小不等，各部門數據保存的時間在1～3月，超過相應存儲容量數據就順時序毀掉。數據是一種非常寶貴的國家戰(zhàn)略資源和新型生產資源，數據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絡租用費、電費、人力成本和設備維護費等，這里沒有考慮設備折舊問題，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。

產生以上4大現象有體制機制上的原因，同時也有技術方案的因素。

2 一種新的解決方案

以實施應急救援、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基礎物聯(lián)網的共建共享，打破各部門各自為政的建設模式，建立統(tǒng)一的數據采集系統(tǒng)、統(tǒng)一的數據傳輸系統(tǒng)和統(tǒng)一的數據存儲系統(tǒng)，匯集到縣級大數據管理中心的數據經清洗、整理和標準化永久存儲在縣級云計算中心，同時通過縣級大數據管理平臺（接口標準化、信息安全、協(xié)議轉換、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據橫向和縱向分發(fā)給各級應急救援部門和其他部門共享共用使用。

在綜合性、系統(tǒng)性架構設計下，根據本縣的需求低成本實現本地的智慧城鄉(xiāng)工程，包括全縣范圍內的智慧防災、應急救援、智慧消防、應急（城鄉(xiāng)村）廣播、雪亮工程、平安城市（天網、小天網）、綜合治理、智慧安監(jiān)、智慧環(huán)保、智慧水務、智慧寺廟、智慧社區(qū)、智慧電梯、電子警察、數字城管、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、土質等）和400多個AP。假設中央有關部委需要平武縣的有關點位的數據，可以從縣級大數據管理平臺分發(fā)給相應的中央有關部門；省交通廳或者省旅游局等有關部門需要平武縣內哪些點位的數據，可以從縣級大數據管理平臺分發(fā)給相應的省級部門；市交通局或者市旅游局等有關部門需要縣內哪些點位的數據，也可以從縣級大數據管理平臺分發(fā)給相應的市級部門；平武縣交通局或者旅游局等有關部門需要縣內哪些點位的數據，可以從縣級大數據管理平臺分發(fā)給相應的縣級部門；各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府或者派出所需要自己轄區(qū)的相關數據，同樣可以從縣級大數據管理平臺分發(fā)給相應的各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級應用平臺；假設一個院落范圍內有9戶人家、2個攝像頭覆蓋該院落，同樣可以從縣級大數據管理平臺把覆蓋該院落的2個點位的數據分發(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相關功能和看到家鄉(xiāng)的實時情況，并實時向上級反映有關緊急情況。與此同時，公安、城管、交通、旅游、農業(yè)、林業(yè)、水務與環(huán)保等部門實現了業(yè)務協(xié)同管理和服務，特別是利用共享大數據低成本建成全縣防災救災和緊急救援預警、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地震過程和救援生命通道的應急管理等方面發(fā)揮了有效的作用。

3.2 石渠縣和烏拉特中旗的實踐

目前內蒙烏拉特中旗旗委旗政府進一步優(yōu)化系統(tǒng)方案，建設智慧烏拉特中旗（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、應急救援列入首期工程，把烏拉特中旗建成內蒙古自治區(qū)首個軍民融合新型智慧城鄉(xiāng)示范旗，建成內蒙古自治區(qū)首個大數據綜合應用示范旗和智慧防災、應急救援示范旗；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、應急救援、軍民融合試驗示范基地。

3.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)級智慧防災與應急救援大數據綜合管理平臺設計

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減災中來，及時發(fā)現災害征兆，并傳遞災害信息，提前預警，并迅速告知周邊群眾避險是關鍵。在3個縣正在實施的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級大數據管理平臺除了完成鄉(xiāng)鎮(zhèn)應急救災管理的主要功能外，同時完成社會治安綜合治理、雪亮工程、鄉(xiāng)鎮(zhèn)小天網、智慧交通、智慧政務、智慧黨務、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)務管理、鎮(zhèn)鄉(xiāng)復員退伍軍人服務、鎮(zhèn)鄉(xiāng)級電商管理平臺、智慧農牧業(yè)、智慧旅游（自駕游、鄉(xiāng)村旅游、農家樂管理）、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，如圖2。

圖2 正在實施的鄉(xiāng)鎮(zhèn)應急救災管理中心

4 全國一體化應急救援系統(tǒng)構建

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)網在國家管理和社會治理中的作用，以推行電子政務、建設新型智慧城市等為抓手，以數據集中和共享為途徑，建設全國一體化的國家大數據中心，推進技術融合、業(yè)務融合、數據融合，實現跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的協(xié)同管理和服務?！绷暱倳浀摹耙恢行?、三融合、五個跨”為新型智慧城鄉(xiāng)建設指明了方向和技術路線。

通過實踐，考慮到數據內容與應用的相關性、系統(tǒng)性能和質量的提高以及運行成本的降低，我們認為以縣級區(qū)域為基本單元構建共建共享的基礎物聯(lián)網，通過省、市、縣云計算中心和大數據管理平臺三層構架，以共享大數據為核心建成智慧防災、應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用平臺將能得到四大類數據即某部門相關聯(lián)的傳感器產生的數據、各部門自身產生的數據、相關聯(lián)部門的數據、云計算中心永久保留下來的歷史數據，有了足夠的相關數據類型、數據量和時效性，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)建設中出現的重復建設、信息孤島、數據煙囪、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據管理平臺3層數據交換，完全可以低成本實現諸如全國智慧防災、應急救援系統(tǒng)、全國公共安全視頻大聯(lián)網系統(tǒng)、全國水利防汛防旱系統(tǒng)、全國森林防火系統(tǒng)、全國農牧業(yè)管理系統(tǒng)、全國疾控系統(tǒng)等，實現“全域覆蓋、全網共享、全時可用、全程可控”。

5 比較優(yōu)勢

共建共享的智慧防災、應急救援需要解決如何建設計算、存儲、通信等信息基礎建設，為城鄉(xiāng)智慧應用提供泛在、可伸縮運行平臺；需要解決如何高效構建柔性、可定制、環(huán)境自適應性的城鄉(xiāng)智慧應用系統(tǒng)，帶動和滿足不同場景的應用需求；需要解決如何管理設施、數據、審計、服務等各種城鄉(xiāng)資源，并通過統(tǒng)一配置、調度實現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整個區(qū)域以及與外界協(xié)調運行的操作系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的各自為政的建設模式，共建共享的智慧防災、應急救援建設方案在技術、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 主要技術優(yōu)勢

5.1.1 云計算技術

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

5.1.2 人工智能技術

在災害預警（水災與泥石流）、應急救援控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)中得到應用：同時帶動各級地方政府經濟和社會管理決策、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用。

5.1.3 物聯(lián)網技術

傳感技術不斷進步，傳感器體積和耗能減小，傳輸技術不斷完善，集成度與智能化不斷提高，價格不斷降低，應用市場不斷擴大，為大數據打下牢實的基礎。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

在采集層和傳輸層都采用了融合技術，打破設備供應商和運營商的獨家壟斷，同時也打破了設備供應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

傳統(tǒng)的智慧城市是各自為政一條路線貫穿始終，共享大數據系統(tǒng)集中采集信號，可以從橫向和縱向分發(fā)給各個部門、對采集的數據可實施數據挖掘，可以解決信息孤島的問題，提高數據的利用率，大大降低智慧城市和智慧農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，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，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）；根據平武縣政法委和公安局的測算，共建共享與各自為政建設模式相比之下，“可為財政節(jié)約2億元以上的建設資金和每年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)約運行經費686.88億元以上。

（3）數據永久保留，可反復多次復用。

平武縣政府組建了平武縣共享大數據服務有限公司，該公司投資不到3000萬建立基于大數據共建共享的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），政府購買服務的價格為各自為政模式運行維護費的二分之一左右；根據公開招標公示顯示，在某市的一個縣級市幾乎同時用傳統(tǒng)的各自為政的技術方案建設了包括應急救援在內的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。一項新技術如果靠財政投入來支撐和推動，特別是在技術的初創(chuàng)階段和孵化階段是有必要的，但是技術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。

經測算，相對于各自為政的建設模式，共享大數據模式為國家節(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于新型智慧城市建設的指示，統(tǒng)一規(guī)劃，數據集中，共建共享；推進縣級智慧城鄉(xiāng)“一中心、三融合、五個跨”的建設模式，促進智慧城鄉(xiāng)建設市場化、常態(tài)化和科學化。

（2）把國務院辦公廳《關于印發(fā)政務信息系統(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村建設工作中，特別是當前建設的智慧防災、應急救援、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）鼓勵技術創(chuàng)新、機制創(chuàng)新。在技術方案探索過程中，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、應急救援系統(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濟損失。

（4）以大數據、云計算、物聯(lián)網、信息安全和人工智能為核心技術和服務，以智慧防災、應急救援為切入點，推進我國電子信息產業(yè)轉型升級。根據平武等地的實踐，應急救援與共享大數據服務業(yè)營收與共享大數據帶動的硬件、軟件、大數據挖掘和建安、金融服務、傳輸等總的市場規(guī)模應該在萬億以上。