基于大数据与物联网视角的应急资源共享平台设计探索

叶甜春 赵德均 钱洪伟

1.中国科学院 微电子研究所 2.中国科学院 物联网研究发展中心 3.四川省绵阳市决策咨询委员会 4.河南理工大学 应急救援研究所

如何构建一个覆盖全域、技术先进和可靠适用的智慧防灾、应急救援系统是安全科研工作者面临的重要课题。据此，本文对我国各级防灾救灾、应急救援信息化系统普遍存在的问题做了综述，同时指出了我国智慧城市建设面临的普遍问题；接着，提出了一种基于大数据共建共享的新型智慧防灾、应急救援的解决方案；然后，对平武县（山区大县）、乌拉特中旗（地广人稀）和石渠县（高原高海拔）以共建共享的模式建设智慧防灾、应急救援系统做了探索；其次，提出了全国一体化智慧防灾和应急救援系统的构建思路；最后从技术与经济角度分析了基于大数据共建共享的智慧防灾、应急救援系统的比较优势，并给出了有关建议。

1 问题

目前，和其他各类信息化系统建设模式一样，我国各级防灾救灾、应急救援信息化系统普遍是以各自为政模式建设而成，其面临的主要问题是重复建设。各自为政的安防技术路线带来以下问题。

1.1 重复投资

我国各级政府最近十几年在智慧城市建设方面每年投资都在1000亿以上，其中重复建设现象十分严重。有的一个部门就有各自为政的几套信息化系统；信息相关性很强的几个部门也是各自为政独立建设；投入少的比如国家级贫困县少则1～2亿，经济发达的县投入3～5亿以上也不少见。省会城市和地级城市的信息化投入更大，占用国家大量资金，加之每年几千万甚至上亿的运维费，各级财政负担极重。

1.2 信息孤岛

各部门信息化系统互不相连，信息无法共享，造成信息资源利用率低下，极个别系统从建起来就基本上没有产生应有的作用成为僵尸系统。目前有个别地方试图将各自为政的系统整合成为共享系统，技术上不是主要问题，但是又需要大量的资金投入，可能不是最优的技术与经济路线。

1.3 数据烟囱

由于各部门信息化建设是各自为政，各部门数据中心的容量根据各自投入的大小不等，各部门数据保存的时间在1～3月，超过相应存储容量数据就顺时序毁掉。数据是一种非常宝贵的国家战略资源和新型生产资源，数据的毁失是极大的资源浪费。

1.4 运行费用高

运行费用中常见的主要费用是网络租用费、电费、人力成本和设备维护费等，这里没有考虑设备折旧问题，一般一个系统的年运行费用大约是系统投入的10%～15%左右。比如某县利用灾后重建的机会投入3亿建成本县城的智慧城市，从系统运行开始该县财政每年需投入运行维护费用3000万左右；运行费用高对于经济不发达的中西部地区来讲，是一笔相当大的财政支出与负担。

产生以上4大现象有体制机制上的原因，同时也有技术方案的因素。

2 一种新的解决方案

以实施应急救援、雪亮工程、智慧环保等项目为契机，着眼于一个县全域范围内基础物联网的共建共享，打破各部门各自为政的建设模式，建立统一的数据采集系统、统一的数据传输系统和统一的数据存储系统，汇集到县级大数据管理中心的数据经清洗、整理和标准化永久存储在县级云计算中心，同时通过县级大数据管理平台（接口标准化、信息安全、协议转换、存储、脱敏、加密、封装、交换、分发、负载均衡等等系统操作）将汇聚到县级云计算中心的数据横向和纵向分发给各级应急救援部门和其他部门共享共用使用。

在综合性、系统性架构设计下，根据本县的需求低成本实现本地的智慧城乡工程，包括全县范围内的智慧防灾、应急救援、智慧消防、应急（城乡村）广播、雪亮工程、平安城市（天网、小天网）、综合治理、智慧安监、智慧环保、智慧水务、智慧寺庙、智慧社区、智慧电梯、电子警察、数字城管、智慧交通、智慧旅游、智慧教育、智慧医疗、智慧统计、智慧路灯、流动人口管理、智慧农业、智慧林业、信息惠民（免费公共wif i、多媒体户外广播）等等，如图1。

图1 县级云计算中心

3 实践

3.1 平武的实验

以四川平武为例，平武县幅员面积5974km2，人口18万，是一个地理复杂、经济不发达的山区大县。全县布局1080P高清摄像头1270个、星光级高清摄像头150个、球机80个、卡口36个，IP化音柱200个，安装1000多个其他类传感器（地震传感器、危险品检测、远程感烟、PM2.5、PM10、温度、湿度、噪声、位置、水位、压力、雨量、浊度、流量、负氧离子、测速、重量、COD、氨氮、HP、总磷、总氯、土质等）和400多个AP。假设中央有关部委需要平武县的有关点位的数据，可以从县级大数据管理平台分发给相应的中央有关部门；省交通厅或者省旅游局等有关部门需要平武县内哪些点位的数据，可以从县级大数据管理平台分发给相应的省级部门；市交通局或者市旅游局等有关部门需要县内哪些点位的数据，也可以从县级大数据管理平台分发给相应的市级部门；平武县交通局或者旅游局等有关部门需要县内哪些点位的数据，可以从县级大数据管理平台分发给相应的县级部门；各乡镇政府或者派出所需要自己辖区的相关数据，同样可以从县级大数据管理平台分发给相应的各个乡镇级应用平台；假设一个院落范围内有9户人家、2个摄像头覆盖该院落，同样可以从县级大数据管理平台把覆盖该院落的2个点位的数据分发给这9户人家的电视机、计算机和手机上，各户人家可以通过电视机、计算机和手机实现这2个点位的实时监控、本镇（本村）广播、治安联防、民意反馈、一键报警等等功能，同时这9户人家的村民（或者居民）无论在北京、深圳、新疆任何地方工作或者出差都可以通过手机实现相关功能和看到家乡的实时情况，并实时向上级反映有关紧急情况。与此同时，公安、城管、交通、旅游、农业、林业、水务与环保等部门实现了业务协同管理和服务，特别是利用共享大数据低成本建成全县防灾救灾和紧急救援预警、通讯和指挥系统。2017年8.8九寨沟地震发生和救援过程中，该系统紧邻九寨沟县9个镇乡、51个村的一期工程已在实时再现地震过程和救援生命通道的应急管理等方面发挥了有效的作用。

3.2 石渠县和乌拉特中旗的实践

目前内蒙乌拉特中旗旗委旗政府进一步优化系统方案，建设智慧乌拉特中旗（2.3万平方公里，13.3万人，地广人稀，边防线长）示范工程，把智慧防灾、应急救援列入首期工程，把乌拉特中旗建成内蒙古自治区首个军民融合新型智慧城乡示范旗，建成内蒙古自治区首个大数据综合应用示范旗和智慧防灾、应急救援示范旗；四川石渠县委县政府以共建共享模式正在把石渠县（2.5万平方公里，8.7万人，县城海拔4256m，四川西藏青海三省交界处）建成高原高海拔高寒地区的示范工程，把石渠县建成智慧防灾、应急救援、军民融合试验示范基地。

3.3 乡镇级智慧防灾与应急救援大数据综合管理平台设计

乡镇是国家管理与运行的重要层面。基层群众能否有效参与到防灾减灾中来，及时发现灾害征兆，并传递灾害信息，提前预警，并迅速告知周边群众避险是关键。在3个县正在实施的乡镇级大数据管理平台除了完成乡镇应急救灾管理的主要功能外，同时完成社会治安综合治理、雪亮工程、乡镇小天网、智慧交通、智慧政务、智慧党务、智慧纪检、各级电视电话会议、日常广播系统、场镇管理、扶贫攻坚、惠民业务管理、镇乡复员退伍军人服务、镇乡级电商管理平台、智慧农牧业、智慧旅游（自驾游、乡村旅游、农家乐管理）、智慧环保、智慧寺院、智慧教育、智慧安监、智慧林业、河道管理（河长制）、智慧医疗（地方病防治、慢病管理）与养老等等服务，如图2。

图2 正在实施的乡镇应急救灾管理中心

4 全国一体化应急救援系统构建

2016年10月9日，在中共中央政治局第36次集体学习时习近平总书记指出，“我们要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用，以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手，以数据集中和共享为途径，建设全国一体化的国家大数据中心，推进技术融合、业务融合、数据融合，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务。”习总书记的“一中心、三融合、五个跨”为新型智慧城乡建设指明了方向和技术路线。

通过实践，考虑到数据内容与应用的相关性、系统性能和质量的提高以及运行成本的降低，我们认为以县级区域为基本单元构建共建共享的基础物联网，通过省、市、县云计算中心和大数据管理平台三层构架，以共享大数据为核心建成智慧防灾、应急救援和综合信息化一体化系统是切实可行的方案，这里包括县级区域信息采集一体化、信息传输一体化、信息存储一体化和信息分析处理一体化。这样各级各部门的应用平台将能得到四大类数据即某部门相关联的传感器产生的数据、各部门自身产生的数据、相关联部门的数据、云计算中心永久保留下来的历史数据，有了足够的相关数据类型、数据量和时效性，各部门的信息化系统将得到有效运行。通过分发复用从而降低成本实现各级各部门和行业的信息化，完全解决了智慧城乡建设中出现的重复建设、信息孤岛、数据烟囱、运行成本高等问题，如图3。

图3 市级云计算中心

与此同时，通过省、市、县云计算中心和大数据管理平台3层数据交换，完全可以低成本实现诸如全国智慧防灾、应急救援系统、全国公共安全视频大联网系统、全国水利防汛防旱系统、全国森林防火系统、全国农牧业管理系统、全国疾控系统等，实现“全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控”。

5 比较优势

共建共享的智慧防灾、应急救援需要解决如何建设计算、存储、通信等信息基础建设，为城乡智慧应用提供泛在、可伸缩运行平台；需要解决如何高效构建柔性、可定制、环境自适应性的城乡智慧应用系统，带动和满足不同场景的应用需求；需要解决如何管理设施、数据、审计、服务等各种城乡资源，并通过统一配置、调度实现资源高效率利用与优化治理等等。这一系列的问题需要软件来定义实现整个区域以及与外界协调运行的操作系统。相对于传统的各自为政的建设模式，共建共享的智慧防灾、应急救援建设方案在技术、投资与运维成本和使用效益等方面具有明显的优势。

5.1 主要技术优势

5.1.1 云计算技术

基于大数据共建共享的智慧防灾、应急救援应用云计算技术，增强了系统的控制和管理功能，增加了系统灵活应用，同时将数据永久保存，可以从根本上实现“一中心、三融合、五个跨”，彻底解决数据共享和数据烟囱的问题。

5.1.2 人工智能技术

在灾害预警（水灾与泥石流）、应急救援控制系统、仿真系统中得到应用：同时带动各级地方政府经济和社会管理决策、公安案件侦破、智慧交通、电子警察、流动人口管理等方面得到广泛的应用。

5.1.3 物联网技术

传感技术不断进步，传感器体积和耗能减小，传输技术不断完善，集成度与智能化不断提高，价格不断降低，应用市场不断扩大，为大数据打下牢实的基础。如地震传感器、雨量传感器、各类气象传感器、位移传感器、特殊化学品传感器、毒品传感器等。

5.1.4 融合技术

在采集层和传输层都采用了融合技术，打破设备供应商和运营商的独家垄断，同时也打破了设备供应商和运营商的价格垄断，大大降低了投入和运行费用，平武县在实践中仅传感器节约投资在500万左右，同时仅传输费用每年节约800多万，一般来说每年每个县降低运行维护费用在千万级以上。

5.1.5 分发技术

传统的智慧城市是各自为政一条路线贯穿始终，共享大数据系统集中采集信号，可以从横向和纵向分发给各个部门、对采集的数据可实施数据挖掘，可以解决信息孤岛的问题，提高数据的利用率，大大降低智慧城市和智慧农村的投资成本和运行维护费用，分发单位越多，平摊的成本和运行维护费用越低。

5.2 成本优势

在一个县级区域范围内，共建共享的模式相对于各自为政的N个智慧系统安防模式而言：

（1）不重复建设，避免了前端、传输线和存储等的N次重复投资与运维。

（2）投资和运维费用，降低为大约N分之一（使用单位越多，成本越低）；根据平武县政法委和公安局的测算，共建共享与各自为政建设模式相比之下，“可为财政节约2亿元以上的建设资金和每年2000万元以上的运行费用”。仅我国2862个县级单位（不含省级城市和地级城市）估算，可为国家节约投资5724亿以上，每年节约运行经费686.88亿元以上。

（3）数据永久保留，可反复多次复用。

平武县政府组建了平武县共享大数据服务有限公司，该公司投资不到3000万建立基于大数据共建共享的10个智慧平武系统（政府财政不用投资和不再支付各系统的运行维护费），政府购买服务的价格为各自为政模式运行维护费的二分之一左右；根据公开招标公示显示，在某市的一个县级市几乎同时用传统的各自为政的技术方案建设了包括应急救援在内的10个智慧系统，总投资为4亿，初步估计该系统每年的运行费用在5000万左右，对于一个县级单位来说，是一笔相当大的财政支出。

5.3 效益优势

（1）推进智慧城乡商业化运营。一项新技术如果靠财政投入来支撑和推动，特别是在技术的初创阶段和孵化阶段是有必要的，但是技术成熟的最高阶段是进入商业化、市场化运营，智慧城市和智慧农村也是如此。

（2）投资低，降低至N分之一，比如：一个县有10个应用系统，投资就大约降低为10个各自为政系统总投资的十分之一；这个县有20个应用系统，投资就大约降低为20个各自为政系统总投资的二十分之一。

（3）投资回收期一般3年以内。

经测算，相对于各自为政的建设模式，共享大数据模式为国家节约1.2万亿投入资金和每年节约运行费用1440亿，其中仅县级单位节约投资5724亿以上，每年节约运行经费686.8亿以上，而这个层级的财政正是国家财政最为薄弱的层面。

6 建议

（1）认真贯彻落实习近平总书记关于新型智慧城市建设的指示，统一规划，数据集中，共建共享；推进县级智慧城乡“一中心、三融合、五个跨”的建设模式，促进智慧城乡建设市场化、常态化和科学化。

（2）把国务院办公厅《关于印发政务信息系统整合共享实施方案的通知》【国办发〔2017〕39号】精神扩展至省、市、县的智慧城市和智慧农村建设工作中，特别是当前建设的智慧防灾、应急救援、雪亮工程、智慧环保等项目中去，按照“五个统一”的总体原则，有效推进各县各部门的智慧化和政务信息系统整合共享，切实避免各自为政、重复投资。实践表明智慧城乡共建共享、避免重复建设最好的切入层面是从县级抓起，利用国家的审计职能和统一财政支付等办法和工具推行共建共享。

（3）鼓励技术创新、机制创新。在技术方案探索过程中，稳步推进我国各条块管理部门的信息化工程，特别是智慧防灾、应急救援系统。试点先行，以点带面，逐步扩展，避免个别条块部门一哄而上造成巨大的经济损失。

（4）以大数据、云计算、物联网、信息安全和人工智能为核心技术和服务，以智慧防灾、应急救援为切入点，推进我国电子信息产业转型升级。根据平武等地的实践，应急救援与共享大数据服务业营收与共享大数据带动的硬件、软件、大数据挖掘和建安、金融服务、传输等总的市场规模应该在万亿以上。