超大城市发展的问题和对策

李德仁

中国科学院院士、中国工程院院士、武汉大学遥感信息工程学院教授、博士生导师

一、超大城市的形成

城镇化是当今世界上重要的社会、经济现象之一。21世纪初，全球人口的半数以上生活在城市地区，并且该趋势仍在加剧，有超过6亿人涌入城市，平均每周超过100万人。当前城镇化仍在加快，全世界358个百万人口城市中的153个会出现在亚洲，21个超大城市中15个在亚洲。

城市化催生出城市病，异常脆弱的基础设施、日益加剧的交通拥堵、不断恶化的生态环境、进城务工的蜗居生活，这是我对中国城镇化的总结。

二、超大城市发展问题

超大城市发展势不可挡，我国还是发展中国家，会出现下面五个问题：

一是超大城市地面沉降问题日益凸显。全世界超过150个主要城市面临着地面沉降的威胁，中国有超过50个城市发生地面沉降。

由于超采地下水，北京这座特大城市长年遭受地面沉降的困扰。研究采用2003～2010年间获取的Envisat ASAR影像，以及2010～2011年间获取的TerraSAR-X影像，基于InSAR时序分析技术来监测北京市地面沉降。实验结果显示，北京东部地区最大年沉降速率大于100mm/year。北京市东部、东北部及北部地区主要的沉降漏斗基本连成一片。朝阳东部咸宁侯—双桥沉降严重。用GPS获取的形变速率验证InSAR结果，同时对两个平台的SAR影像获取的形变速率进行对比验证，结果显示出二者具有较好的相关性，表示了采用时序InSAR技术获取地面沉降速率结果的可靠性。

2003年北京的房价没有那么高，没有测出什么沉降，但随后逐年增加，到2010年，最大的沉降速率达到100毫米，所以沉降逐年增大。原因是与地下水位有关系，与人们抽用地下水的速度也有关系。

地面沉降的分布及发展趋势受地质构造的控制，如顺义断裂、南苑─通州断裂、南口─孙河断裂和黄庄─高丽营断裂等控制着东部、东北部及西南部等沉降区，断裂带沿线两边存在着较大的沉降梯度。沉降速率在-110～-60mm/year的沉降漏斗主要位于可压缩层厚度为50～70米的粘土区。随着与地下水开采井位距离增加，地面沉降速率降低。

二是极端条件环境下城市灾害频发。城市热岛，温家宝总理拿温度计测中南海温度、大前门测温度，夏天差5度。因为极端气候，造成东面太阳西边雨，夏日暴雨增多乃至冰雹多发。到了冬天大量取暖产生二氧化碳，热量增加，污染大气。

当雨水落到了地表，如果透不下去就是不透水面，能透下去就是透水面，不透水面增大影响了地表水的流动，地表水在地面流动，流到低洼就积水。中国从北京到广州、重庆到上海都是这样的。武汉汉口的不透水面达到78.4%，在这种情况下，60%以上的水不能渗透到地表以下，就造成了武汉市积水问题。另外填湖造房也影响了城市蓄水功能。

三是超大城市交通拥堵问题。高峰期交通拥堵问题，停车难问题，公共交通出行难问题，交通管理难问题充斥着中国的所谓城市。交通发展面临的主要挑战是交通安全、通行效率。2007年美国因交通拥堵造成经济损失达872亿美元，浪费汽油28亿加仑，浪费时间达42亿小时。2011年中国科学院报告显示，15座主要城市居民每天上班比欧洲多消耗576亿分钟，折合经济损失高达200亿元。武汉市2012年户籍人口822万，汽车保有量140万辆，私家车60万辆，公共交通分担率为40%。武汉市做得不错，通过全市基础设施建设，得到了改善。

在重大灾害或事故下，交通网络往往十分脆弱。我们提出了一种交通网络脆弱性分析方法，用于查找交通网络中关键路段，摧毁这些路段对整个交通网络性能可以造成最大的影响。通过关键路段的识别，可以进行有选择性的灾害预防工作。

四是超大城市能源问题。大城市现有能源系统面临的挑战：用电模式单一，无分时电价，居民无积极性错峰用电，缺乏高效统一的电网管理系统，非计量供暖能源浪费问题，天然气泄露安全问题。我们通过智慧电网分析用户负荷，实现错峰。

奥巴马在美国提的智慧美国计划，把每一栋小洋房楼顶铺上太阳能电板，政府代买，老百姓交电费，交20年就不用交了，因为成本回来了。据分析，从拉萨-兰州-太原-北京-天津-大连向北的中国城市，均可以在建筑物顶部和向阳面安装太阳能电池版发电。测绘学专家应当和能源专家一起做这件事，充分利用太阳能、风能。比如说，路灯在我国很普遍，但整个城市空间利用太阳能的问题还没提到日程上来，这是我们接下来要研究的内容。算一下每个城市多少平方米的建筑物面积可以放太阳能电池板这一问题。中国正在研制高效率的太阳能材料，可以很好地解决发电问题。电动汽车有序充电，充电15分钟可以开600公里，上海生产500万辆，一辆30万，对上海汽车冲击很大。我们要研究周边的能源，研究供电和供暖，从传统计费到热量计费，例如白天无人在家时，定时自动关闭和打开供暖阀门，室内恒温器根据温度自动控制热水流量，全家旅游时关闭暖气以减少能源消耗等。

三、超大城市发展对策

1、抓好城市规划和基础设施建设。现在国家提倡建设海绵城市，建设交通便捷城市，建设宜居城市，建设平安城市，这是规划人的主要任务。

2、找准中国超大城市的重力与目标。需求城镇化、新兴工业化、信息化。目标低碳、绿色、可持续发展。

3、从数字城市向智慧城市发展。所谓的智慧城市就是在原来做的数字城市基础上，加上物联网、云计算。数字城市是一个虚拟网络，让我们在网上看到城市里所有的东西，所以叫秀才不出门，能知天下事。城市物联网把城市中间人、车、物的活动放到网上，用云计算做计算、控制，变成了虚拟和实体城市的结合，把城市静态的不动产和人、车、物等所有的时空变化联动起来，如此一来就可以在网上智能地操控城市。

一个城市可以做什么事呢？我总结了四个功能：生存繁衍、经济发展、社会交往、文化享受。一系列的智慧布局规划，智慧安防、环保、能源城管、养老，智慧国土规划、社区、家居，要往前端移，移到智慧制造，可以看到所有的内容。哪些城市做什么，由领导确定，抓住城市特点来做。

利用多传感网监测，收集城市多种运行数据，包括燃气、电力、水网等等，对各种城市运行数据进行分析、处理、决策过程智能化，能够做一些预案进行应急处理。

4、建立智慧城市运营脑。智慧城市应该说是一个一把手工程，需要根据各个城市特点，做好顶层设计和整体规划，建立智慧城市运营中心和运营脑并组织实施。

5、建立海量时空信息云计算与综合服务平台。利用各种措施和平台，用互联网、物联网，包括城市视频把信息统一起来。

四、智慧城市运营脑

智慧城市变成大数据资源池，是城市物联网的枢纽，运营控制指挥中心，对城市运营数据的全面感知，面向社会企业与公众的服务平台，降低城市信息化建设与运维成本，最大程度降低政务成本、提升城市效率，实现跨部门、跨区域、跨系统的高效协同与应急响应。

实时GIS，实时数据接入，数据进来之后要做动态管理，要发动态信息服务响应，让各个部门去做什么事情，实现城市的感知、分析、推理、认知和行动，这就是智慧化。实时GIS的内部核心，有多模态的实时数据持续接入，这是GIS的平台，整个叫GeoSmarter。

智慧城市运营脑可以刺激城市感知、认知和行动，支持城市智慧服务中心的工作。做对地观测的人，除了对地观测还可以对人（社会）观测，本质人地关系，两个方面：一是地表观测，二是人的观测，两方面结合来进行分析。

城市出行轨迹大数据，这是对人的遥感观测，来自于手机轨迹数据、视频轨迹数据、出租车轨迹数据、室内定位轨迹、公交地铁刷卡数据、时空轨迹数据。用这些数据，我们可以智能理解城市交通问题、应对城市交通问题，解决交通需求管理、避免交通拥堵、犯罪预警和警力、监测点部署，用轨迹大数据解决城市交通问题，为城市研究提供了新的视野。我们与公安部合作，在武汉建成了24小时运营的智慧交通和交通应急大脑，起到了十分明显的效果。

五、结论与展望

纵观人类历史，城市是社会进步的标志，我们要不遗余力的面对中国城市化、智慧化，面对问题解决问题，我们要统筹好一个大城市的土地经济利用、城市可持续发展、历史文化遗产保护、人居环境的保护和抗衡各种灾害能力等深层次问题，持续做好规划。智慧城市建设为我国经济转型发展、城市智慧管理和对大众的智能服务提供了广泛的前景，使得人与自然更加协调发展，实现中国梦。