城乡一体化空间信息智能服务平台建设与应用

文｜张新长 张志强

为解决日益突出的“城市—乡村”土地利用矛盾，发掘乡村发展潜力，建设美丽乡村，2017年10月18日习近平同志在党的十九大报告中提出“乡村振兴”战略。随后，2018年2月4日，2018年中央一号文件发布了《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》。从此，乡村振兴战略正式拉开帷幕。

随着“乡村振兴”“生态文明建设”等国家重大战略的推进和实施，城乡统筹的国土空间规划将成为今后一段时间内区域规划的重要指导方向。在此背景下，过去的城市空间信息服务平台已难以满足城乡统筹发展的应用需求，亟需构建城乡一体化空间信息智能服务平台，以城乡空间数据为基础数据，结合信息挖掘与知识发现模型，为区域发展提供高效、智能的优质服务。

城乡一体化空间信息智能服务平台总体架构

图1 空间信息智能服务平台设计架构

图1 显示了构建的城乡一体化空间信息智能服务平台体系架构，该体系自下而上主要包括基础设施层、数据层、管理层、应用层和服务层五个层面。每个层面的建设均遵循相关的政策法规与标准规范体系，对于整个服务平台建立严格的运营维护与安全保障体系，以确保城乡一体化空间信息智能服务平台的科学性、合理性和可行性。

基础设施层，为空间信息智能服务平台提供硬件支持环境，主要包括地理信息基础软件和高速通讯网络两部分。地理信息基础软件主要包括数据存储设备、数据计算设备、实时通信设备，用于空间数据的存储和计算。高速通讯网络确保数据和服务能够及时传送给用户。

数据层，主要反映空间信息智能服务平台所涉及和使用的空间数据，包括基础地理空间数据，遥感数据、空间规划数据、社会感知数据以及公共专题数据。

管理层，主要对数据进行存储、管理和更新，确保数据的协同应用和现势性。同时，进行信息挖掘和知识模型构建，从而为政府决策提供参考和指导。

应用层，主要与相关的政务系统进行对接，实现城乡规划电子审批、建设项目电子审批、自然灾害应急保障、区域环境综合治理等。

服务层，体现了城镇一体化空间信息智能服务平台的重要服务内容，主要包括辅助区域总体规划的编制、评估、监管，区域环境的综合治理，自然灾害的应急保障以及国土、资源、环境的动态监测。

空间信息智能服务平台建设关键技术

空间数据是服务平台的血液和灵魂。因此，空间信息智能服务平台建设的关键在于空间数据保障和信息挖掘。基于此，本研究从空间数据自适应动态更新、异构时空数据融合、时空信息挖掘与知识建模三方面介绍空间信息智能服务平台建设的关键技术。

1.空间数据自适应动态更新

现势性是空间数据的一个重要特征，是衡量空间数据有效性和可用性的一个重要标志。因此，空间数据需要进行定期的更新和维护。对于遥感数据、空间规划数据、社会感知数据和公共专题数据按照相关的数据标准规范体系，定期更新入库即可。对于基础地理空间数据，尤其是不同比例尺的矢量地形图数据，对整个区域重新采集、制作需要消耗大量的人力物力。因此，通常采用“增量-联动”更新的方式更新基础比例尺地形图，然后按照相应的数据标准规范体系入库。

本研究团队长期致力于基础比例尺地形图数据“增量-联动”更新理论与技术的研究，建立了一套系统完善的基于模式识别的空间数据“增量-联动”更新技术体系，具体流程如图2所示。该方法流程主要包括：更新信息检测、自适应增量更新、更新信息多尺度匹配与传递三部分。更新信息检测是指通过新旧时相数据的对比，构建更新信息特征空间，进行识别变化信息。自适应增量更新是指将检测到的变化信息更新到同比例尺的旧时相空间数据，并进行接边处理，获得满足相应数据标准规范的新时相空间数据。更新信息多尺度匹配与传递是指通过不同比例尺空间数据的匹配处理，识别跨比例尺的更新信息，并对相应的大比例尺更新信息进行尺度变换，最后将其更新到相应的小比例尺空间数据。

图2 空间数据“增量-联动”更新方法流程

图3 CAD数据规整与转换方法及流程

2.异构时空数据融合

城乡一体化的空间信息智能服务平台涉及多类型、多粒度、多时相的时空数据源，各数据之间存在格式差异、类型差异、数据标准差异等，难以直接融合与协同应用，需要首先对其进行同化处理。具体的研究内容及技术难点包括：（1）研究基础地理空间数据的规整、融合方法，实现基础地理空间数据库内部数据的协同应用；（2）研究建立具有唯一地理对象标识的空间综合体本体模型和属性之间的智能语义推理模型，构建空间实体要素的多层级关联关系，实现时空大数据的融合与集成；（3）研究相对静态数据（如基础比例尺地形图、遥感数据等）与实时动态数据（主要为社会感知数据）的协同应用技术。

图4 佛山市城乡规划业务全生命周期智能化管理平台-规划微环境模拟子系统界面

本研究团队在基础地理空间数据规整与融合方面开展了大量研究，研制了一套从CAD规划数据到GIS入库数据的转换方法流程，如图3所示。该方法主要包括两部分：CAD数据规整和CAD数据转换。CAD数据规整主要是指对CAD数据依次进行编码赋值、编码检查、拓扑检查、属性赋值、数据标准化处理，使其满足数据入库标准。CAD数据转换是指建立CAD数据中的控制点、高程点、居民地等空间要素与.shp格式数据中的点、线、面和注记之间的映射关系，从而将规整后的CAD数据转换为标准的.shp文件进行入库。

3.时空信息挖掘与知识建模

空间信息智能服务平台的重要职能在于为政府决策提供辅助和指导。因此，需要从海量的城乡一体化空间数据中挖掘有用的信息，并构建知识模型。根据服务平台的重要服务内容，该项关键技术的主要研究内容包括：（1）建立城镇产业空间布局合理性和适宜性的评价方法，构建区域资源环境、社会发展、城镇规划、环境保护等因子对城镇产业发展的影响指数计算模型；（2）构建城乡统筹的国土空间资源优化配置技术，融合城乡基础设施、人居环境、产业发展等要素的空间资源优化配置模型，辅助区域总体规划方案的编制与评估；（3）建立区域环境综合治理与产业结构调整、经济社会发展的耦合模型，实现区域经济建设和环境综合治理两手抓，辅助山水林田湖草等生态环境要素的综合治理；（4）结合区域地形、地质特征和历史自然灾害信息，研制自然灾害安全预警指标体系，建立自然灾害安全预警模型、灾损评估模型，构建自然灾害应急保障机制；（5）结合区域特点，构建国土、资源、环境动态监测指标体系和安全预警指标。

应用案例

基于上述服务平台框架体系和平台建设关键技术，本研究团队为广州市佛山区研制了“城乡规划业务全生命周期智能化管理平台”。该平台主要涵盖“城乡规划三维辅助管理”、“城乡规划微环境模拟”两大功能模块。

城乡规划三维辅助管理系统通过构建区域三维模型，将现实世界中的景象利用虚拟显示技术显示出来。然后通过三维漫游场景，从宏观到局部真实地展现规划方案。该子系统能够辅助区域规划方案的设计、展示和对比分析。

城乡规划微环境模拟系统（如图4所示）提供了日照分析、风环境模拟、热工分析、噪音分析、舒适度分析等城乡规划微环境模拟技术，实现了市规划的模型化和可计算化，并建立了动态更新、管理和服务机制，促进了城市以生态指标为基础的空间统一规划、合理开发和科学管理。

城乡一体化空间信息服务平台是城乡统筹发展的重要支撑和保障，对于实施“乡村振兴”“智慧城市”“生态文明建设”等一大批国家重要战略具有重要的意义和价值。