智慧國土空間規劃的【實踐構建研究】

電腦雜談  發布時間:2019-11-08 18:04:15  來源:網絡整理

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今天的文章在對國土空間規劃編制和信息系統深入探究和實踐的基礎上,嘗試建立智慧國土空間規劃的理論框架(包括內涵、方法、目標、路徑等),涉及國土空間規劃的編制、審批、實施、監測、評估、預警等關鍵環節,以期為新時期空間規劃的智能編制與準確推進提供技術支撐。

文章略長, 第三章節的智慧國土空間規劃的實例實踐,建議重點觀看~

國土空間規劃步入生態文明新時代。自中央將空間規劃改革列入《生態文明改革總體方案》以及國家自然資源部成立,國土空間研發運用和管控方面都規定國土空間規劃模式進行適應性調整,即意味著國土空間規劃步入了生態文明的新時代。以生態保護為抓手,以用途管制為契機,逐漸實現高效協作、集約發展、精細治理的國土空間規劃新模式。

規劃矛盾非一日之寒,急需新途徑解決。合理地開發運用國土空間,建設美麗花園,是每個國家空間戰略與制度的最高目標。長期以來,由于我國各個規劃之間在空間和內容上分歧突出擴散指數案例,總結為“底圖不一、底數不清、底線不明、編管不銜”的四個“不”之困,嚴重制約了規劃效力和部門效能,難以適應新時期“全國統一、相互銜接、分級管控”和全域、全要素用途管制的空間規劃模式探索新規定。

新技術開啟解決傳統規劃難題新思路。近年來,隨著移動網絡、區塊鏈、大數據、人工智能等新技術、新數據的強勁發展,帶來了演進模式、生活方式乃至治理方法的轉變。規劃產業數據和知識受到快速膨脹與匯集,核心科技和智能算法也逐漸成熟,從“人工智能”到“機器智能”,從“智慧城市”到“城市大腦”,技術和技巧的轉型推動空間管控體系和服務理念的不斷突破,賦予了國土空間規劃智慧化的新動能。

國土空間數字化生態奠定智慧化根基。2019年1月,中央全面深化改革委員會第六次會議表決通過了《關于完善國土空間規劃模式并監督實行的若干意見》,為此,利用大數據和新技術,推進國土空間全域全要素的數字化和信息化,構建國土空間數字化生態,逐步構建數據精準化、業務協同化、監管全程化、預警實時化、決策科學化、服務一體化的智慧國土空間規劃。

Part.1

智慧國土空間規劃的理論框架

智慧國土空間規劃的內涵、方法和實踐,要遵循國家生態文明體制改革和空間規劃模式構建,實現國家治理體系和治理能力現代化的新規定,形成以管理為抓手、以信息系統建設為基礎、從編管脫節向編管協同轉變的智慧型國土空間規劃。

1

內涵

結合國家全面推進規劃體制改革系列規定和新演進模式的戰略背景,提出以“生態優先、高效協作、集約發展、精細治理”為方法,依托人工智能、大數據、城市信息模型(AI 、Big Data 、City Information Model,簡稱“ABC”),遙感、全球定位系統、地理信息系統(RS 、GPS 、GIS,簡稱“3S”),以及數字規劃、生態規劃和智能規劃(Digital Planning 、Ecological Planning 、Intelligent Planning,簡稱“3P”)技術。

在自然資源本底現狀的全域數字化基礎上,開發以指標設計為基礎、以規則建立為形式、以算法研制為核心、以建模研究為支撐,覆蓋規劃編制、審批、實施、監測、評估、預警全步驟的管控平臺,助力“一張藍圖管到底”和空間管控能力現代化的智慧國土空間規劃,實現從特色規劃向“可認知、能學習、善治理和自適應”的智慧型生態規劃轉變。

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目標

“多規合一”的實踐不僅緩解了各個規劃之間的協調性問題,卻難以解決傳統規劃自身的“重心失衡、籠統僵化”等難題。智慧國土空間規劃的目標需要由“部門分治、重城輕鄉、靜態方案、編管脫節”的特色物質型協調規劃向“多規合一、全域治理、動態藍圖、編管協同”的智慧人本型整合規劃轉變。

通過“智慧國土空間規劃”新模式、新方式,最終推動空間規劃與管控的五個“一”,即空間資源一本賬,空間規劃一張圖,編管協同一張表,空間管理一張網,空間管控一平臺。

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邏輯

基于“可認知、能學習、善治理、自適應”的新時期國土空間規劃需求和“ABC”、“3S”、“3P”的科學技術手段,智慧國土空間規劃模式將產生以智能編制、審批、精準實施、長期檢測、定期評定、及時預警為骨架的貫穿空間規劃全生命周期的縱向生態閉環,以及“上接部、省、市,下達區、鄉、村”的一體化縱向軸線。

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圖1智慧國土空間規劃的邏輯模式

通過以自然資源本底現狀及監測、傳統規劃成果和新興數據組成的認知數據模式,融合深度學習等智能算法和建模打造的學習算法機制,應用到智慧國土空間規劃骨架的各個環節,并利用智能模擬等方式,收集社會各界的反饋和行業影響,不斷適應社會變遷,最終產生一套科學、合理、協同的生態文明的空間管控模式。

4

路徑

以“ABC+3S”為主的技術手段,以“3P”為主的科技體制,以覆蓋國土空間規劃全業務流程、實現空間規劃一張藍圖與檢測評定預警可估算體系互動嵌入、構建集現狀與規劃信息于一體的國土空間規劃信息系統為主的產品軟件,使國土空間規劃編制更智能、實施更準確、管控更科學,具體建設模式如圖2。

圖2智慧國土空間規劃的建設模式

Part.2

智慧國土空間規劃的方式

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數據驅動

數據是規劃的“生態”基礎,取之于規劃,用之于規劃。隨著基于定位功能的移動信息設施和科技的逐步成熟,空間位置服務數據長期涌現,構成了國土空間規劃的認知模式。多源異構數據的動態可獲取性,實時收集人的行為活動、城市公共服務、社會經濟運行等社會屬性數據,促進國土空間規劃由單一的物理空間規劃轉向為“以人為本”的生態規劃。

借助云計算、移動互聯網、GIS等科技,進一步融合各種國土空間要素信息及新興數據,對國土空間要素分布特點進行挖掘、分析、動態仿真和可視化表達,驅動國土空間規劃原則和建模的變革與改進研發。

圖3 多源數據的整合和處理過程

利用新興位置服務大數據具備樣本量大、尺度精細的特點,通過與已有城市數據的結合,可以應用于智能挖掘的智能體(Agent)模型個體行為決策規則和聚類其異質屬性特點表達上,使模型更真實精準反映人地交互關系。實現了國土空間規劃“自下而上”的準確表達,為編制國土空間規劃提供底數、底板、底線支撐。

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深度學習

深度學習算法因其具有超強的學習能力,在提取多源異構數據之間存在的各類復雜且非線性的關聯特征方面極為有效,且能靈活面對,因而將規劃探討、預測模型與深度學習結合,共同組成國土空間規劃的學習模式。

珠江三角洲地區的城市建設土地、生態地塊、農用地由于其自身的光譜、形狀、空間構架等的復雜性,往往很難做到準確分辨和提取。

采用深度卷積神經網絡 GoogleNet Inception V3 作為深度學習的分類器,通過對珠江三角洲遙感影像進行多尺度分割和標準化處理,選出驗證精度最高的網絡建模,確定各用地單元的用地類別,實現對規劃要素的準確提取。

結合三調土地運用狀況、地理國情普查數據等多源數據,完成對珠江三角洲的土地類型進行城市建設地塊、生態土地和農用地的分類和準確甄別。

圖4 基于深度學習的土地運用類型識別技術路線

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協同規劃

“協同規劃”平臺基于土地運用規劃、城市總體規劃和經濟社會演進規劃,與行業深耕規劃、環境保護規劃等其它專項規劃相整合。

智慧國土空間規劃通過建立基礎數據、目標指標、空間坐標、技術規范統一銜接共享的國土空間規劃協同系統,提供一套完整的規劃信息服務環境,包含各種數據資源、分析軟件及業務協作工具。

平臺具有規劃基期數據處理、空間資源信息管控、空間研發運用預測和輔助編制、項目協作審批和管控等用途,進一步加強部門業務的協作聯動,利于規劃審批和監督管理工作的召開。

此外,以空間信息數據為基數,通過大場景的GIS數據、小場景的BIM數據和物聯網的有機結合,集成的空間大數據全息平臺,也即城市信息建模CIM平臺,可以推動從表面到深層對空間各平臺、各單元,全面、綜合的信息表達與聯動分析,從對國土空間規劃與設計進行嵌合式支持,為新時代國土空間規劃的協作編制、審批、組織推進和監督管理提供了有效工具。

4

智能模擬

空間規劃是一門研究人地關系的學科,要進行科學的國土空間規劃,就需要要理解國土空間的演化機制,并能推動分析。智能模擬是將全局演變與局部行為進行有機融合,實現對復雜人地關系變遷的模擬呈現,用智能模擬的方式進行國土空間規劃是一種順勢而為的思路。

通過建立發展目標,從宏觀與微觀兩個尺度分析個體如何演進,使得平臺整體朝著生態文明的目標演進,即構成了國土空間規劃的適應模式。

多智能體模型自下而上的模擬特點更加吻合國土空間智能模擬的意愿,可將人甚至其它空間要素成為Agent代入到建模中進行模擬。結合學習算法構造Agent的學習模型,以充分展現出Agent的常識獲得素質和適應性。

基于多智能體系統(MAS)和學習算法形成的城市開發邊界精細模擬建模,通過量化和表征建設土地規模與人口激增、經濟發展等原因的相關關系,預測建設用地規模。通過建立 Agent 協同交互組件,模擬城市在多智能體行為決策過程中的空間研發過程并協作產生城市開發的“剛性”邊界和“彈性”邊界,得到城市開發邊界對城市空間的管理及反饋制度。

圖5 基于多智能體動態交互決策過程模擬的城鎮開發邊界劃定原型圖

Part.3

智慧國土空間規劃的實例實踐

以下從相關實例實踐心得角度分別介紹國土空間規劃編制、審批、監測、評估、預警和信息系統建設的智慧化實踐。

1

輔助編制

廣東省廉江市的國土空間規劃編制過程實例中,在“雙評價”、現狀剖析、用地規劃及空間改進分析等方面采用大數據、深度學習等智能算法進行定量分析,提升了規劃編制的科學性和合理性。

在對廉江市社會、經濟、生態、產業和重大基礎設施等充分考察的基礎上,結合航空攝影科技,采用空間數據預測軟件,全面檢測了廉江市國土空間及自然資產狀況擴散指數案例,在此基礎上采取“短板效應”綜合得出承載能力的優劣等級。

圖6 廉江市“雙評價”過程

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基于大數據科學的剖析結果,借助FLUS模型提取、識別城鄉發展制約因子,實現對土地運用差異的多維度、多場景模擬,為科學劃定“三區三線”提供評價細則,形成廉江市空間規劃成果“一張圖”,完善了廉江市國土空間管控體系,為生態安全、陸海統籌發展、自然資源合理運用,提供了有力支撐。

圖7 廉江市空間規劃“三區三線”劃定成果

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審批

國土空間規劃審批是把控國土空間規劃成果質量關和科學關的一道重要環節,是建立國家管控模式和治理素養的重要方式。

智慧國土空間規劃以信息化手段建立審批系統,平臺以規劃法律規章、規劃成果和數據標準、信息系統、組織管控為支撐機制,針對國土空間規劃、專項規劃和重大工程空間規劃業務審批過程中的審批對象、審批方式和審批步驟等基礎內容,以審查要素“一張表”、方法“一個庫”、流程“一張圖”的方式展現,搭建一套完善的新時期國土空間規劃審批工作方式。

圖8 智慧國土空間規劃審批總體構架

智慧國土空間規劃審批系統在和平臺打造上,融合新興數據和新一代信息化技術,不僅彌補了特色審批的信息交互、資源共享和業務協作障礙的瓶頸,還推動了數據的智能認知,平臺的多維全景可視,提升了系統的人性化服務和感受性能。

3

動態監測

通過構建國土空間規劃監測平臺,可以動態把握規劃推進和運行狀況,為國土空間規劃管控提供有力的支撐。監測范圍涵蓋規劃目標指標檢測、規劃推進審批監測、用地變化狀況監測。

監測主體將平臺獲得各項指標的最新數據,通過對比指標目標值來確立相應制度在推進過程中發生的妨礙和偏差;通過對比各項指標的歷史數據,分析對應制度在空間上的制約趨勢和潛在差異,對規劃推進做出積極響應、理性調整和科學引導。

借助遙感等科技方法,從土地運用類型管制分區的視角,對珠江三角洲的國土空間進行土地類別劃分和準確辨識,并支持土地運用的大量動態觀測,實現國土空間的目標管理、空間管控和指標監管。

圖9 珠江三角洲耕地變化監測 (左)

圖10 珠江三角洲建設用地變化監測(右)

通過對珠江三角洲土地運用類型的時序特征差異及空間格局演進進行大量檢測和跟蹤,從用地轉化的視角,明確了不同類型用地之間的轉換數量、轉化特征、轉化的空間分布,比較不同行政單元之間的差異性和關聯性。同時,在長期研究基礎上研發了違法用地智能檢測模型,該模型基于元胞自動機CA模型,對違法用地監測預警效果優于單一模型。


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