大数据技术助力重庆“海绵”城市建设

小雨不积水、大雨不内涝,重庆市两江新区有个地方像海绵一样“会呼吸”。这里正是国家首批海绵城市试点区域悦来“海绵城”。遇到降雨时,它能就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水,补充地下水、调节水循环;在干旱缺水时,它将蓄存的水释放出来,并加以利用。 在悦来新城海绵城市建设过程中,中科院重庆绿色智能技术研究院承担了监测与信息平台建设任务。重庆院高级工程师、大数据中心副主任张学睿对《中国科学报》记者说:“项目组自2017年4月以来,已建设完成水力、水质、气象等监测站点381座,站点均已上线运行。同时,实时上传监测数据供信息平台各子系统调用,各子系统也相应根据专业要求,研发了基于水文和水环境模型的各类统计、计算、展示、预警等功能模块。” 智能化技术与实际需求的 完美结合 张学睿告诉记者,大数据中心主要研发包括大数据基础平台、数据挖掘与处理算法及软件、人工智能应用系统软件在内的算法模型和软件系统。 “大数据基础平台要达到可对应百万级别传感器或用户的同时并发连接访问、数据存取能力,重庆研究院已投资约两千万元,建设了200万亿次/秒计算能力的超算设备用于支撑基础平台研发和运行。”张学睿表示。 与此同时,以人工智能与机器学习算法研究为核心,大数据中心面向电商、智慧城市等不同数据类型,能够提供高效率、高精准度的数据建模与预测分析,尤其是通过承接国家水体污染控制与治理科技重大专项,面向三峡库区的水质监测和模型推演进行了深入研究,对三峡区域水质相关指标预测的准确度已经达到国内先进水平。 张学睿说:“根据国家海绵城市试点项目的要求,重庆海绵城市监测与信息平台建成后,将为海绵城市考核评估提供数据基础,海绵监测系统要对海绵设施、汇水分区地块、排水管网及排放口进行体系化监测,支持系统性评估与相互校验,全面评价海绵城市建设对城市带来的影响。” 在此基础上,在重庆市海绵城市建设过程中,项目团队也对雨水花园、蓄水池、植草沟等各种海绵设施等措施进行监测跟踪、积累数据,形成技术规范,以对同类城市提供经验和指导。 具备创新特质的监测与信息平台 为了能够全面评价悦来海绵城市建设成果,评估具体海绵设施在所在汇水分区中的效果,项目团队进行了创新,在系统上可以做到同时从小尺度(具体海绵设施的种类参数)到大尺度(悦来新城的控制指标)进行监测、模型计算和评价。 “重庆市悦来海绵城市监测与信息平台并不是简单的降雨预报播报工具,我们研发了基于500米×500米的2小时精细化降雨预报高分辨率水文水环境模型。”张学睿表示。 结合布置在项目区域内的300多个监测站点实时采集、传输的大批量监测数据,由后台数字化水文、水力模型进行不间断的实时模拟计算,平台就可以分析预测未来2小时之内的降雨是否会造成排水管涌、路面积水、城市内涝等现象。这不仅能将传统方式下被动、事后的防洪救灾,转变为主动、智能化的灾害预警与应对,还会赢得宝贵的防灾响应时间,极大地提升决策的科学性。 由于重庆特殊的山地条件,除了岩土层正常含蓄雨水量,系统还需要通过高精度模型分辨直接渗流进入管网的流量、外部区域来水流量和区域内异常排污流量。 因此,平台建立了“山地环境下的高精度管网模型”对管网排水进行模拟计算,除了计算降雨时的流量,该模型还可以通过异常数据分析,对违规排放进行精准定位报警和管网异常淤积报警。 张学睿说:“结合地表覆盖情况等基础数据、气象监测预报数据、管网监测数据和区域社会生产生活数据等,我们可以对悦来区域的库塘、河道、蓄水池的水质变化情况进行分析,提供水环境管控决策的专业支撑报告。” 大数据平台软件大有可为 除了海绵城市建设,张学睿带领的团队也将大数据平台软件应用到其他方面。“团队参与了国家级跨行业、跨地域的大数据信息化工程,国务院三峡综合管理能力建设实施规划的编制工作,并牵头编写了生态环境在线监测、遥感监测、重庆数据采集管理中心等7个项目建议书。”张学睿告诉记者。 根据参与编制的国务院三峡综合管理能力建设实施规划,研究团队将大数据技术与智慧环境相结合,针对水利、环保、应急等三峡库区管理部门需求,分析了以遥感、自动监测等手段获取的海量环境数据,完成对长江经济带上游核心区、三峡库区的水环境动态感知及预测预警系统建设,为境内总体水质信息、水环境质量评价、污染流域防治、事故应急分析提供可视化的数据支撑。 除此以外,重庆市长寿湖水质遥感监测、重庆市水环境中的抗生素监测信息系统、重庆市应急风险源管理系统、智能江北欧洲博彩威廉希尔等项目也应用了相关研究成果。 张学睿说:“作为智慧城市理念的典型案例实践,重庆市悦来海绵城市监测与信息平台具有很强的外延性和可扩展性,可以方便地覆盖其他邻近区域,辅助悦来区域的智能市政和应急管理。” 根据团队的规划,他们将进一步整合最新传感技术和人工智能技术成果,全面建成兼具智慧监测、智慧预警、智慧管控等功能的全球领先实时智慧管控平台,全面优化海绵城市及雨洪排水系统规划建设及运营管控能力,为提升城市排水设施运行效率、保障城市防洪排涝安全、改善城市生态环境质量提供决策支持。 (来源:中国科学报 见习记者 高雅丽)