多规冲突协调专家系统设计与实现

薛 霄

（东正元数字城市建设有限公司,山东 烟台 264270）

0.引言

随着我国城镇化的不断深入发展，城乡建设中规划种类多、规划内容重叠和冲突以及协调难度大等问题日益凸显。为有效解决这些问题，相关部委出台了一系列文件，推动各地开展“多规合一”工作[1]。在工作开展初期，存在无法统计出不同规划间差异大小、手工检查规划冲突耗费大且无法准确查出所有错误以及项目周期短、数据处理工作量大等问题[2]。因此，基于“多规合一”信息平台，开发一套多规冲突协调专家系统迫在眉睫。本文在对实际工作需求调研后，利用GIS、大数据、云计算等先进技术，沿着“找差异—量化差异—解决差异—促协同”的思路，探讨了多规冲突协调运行流程，在统一的多规坐标系下，构建了多规信息数据库，开发多规冲突协调专家系统（以下简称“系统”），进行了多规数据整合、差异图斑调整以及冲突规则制定，实现了多规冲突量化处理，消除多规空间差异，大大提高了多规冲突处理的工作效率，为优化城乡建设用地空间布局、推动部门间多规信息共享、项目落地提供参考。

1.需求分析

1.1 业务需求

系统以GIS平台以依托，通过标准定制和规则配置，快速检测规划管控区间的规划冲突，并对冲突部分进行矛盾协调和过程管理，从而实现多规冲突协调智能化。其涉及的业务需求包括以下4点：（1）多规多源异构数据源的收集、处理和入库；（2）多规冲突检测规则、协同规则以及管理机制的制定；（3）管控区多个规划间的冲突检测；（4）建立通用的多规规则模板，实现矛盾协调，从而提高工作效率。

1.2 功能需求

系统面向多规冲突协调人员，提供以各类规划冲突检测为核心的技术支撑，集多规信息的统一汇集、冲突融合为一体。针对各个规划成果之间存在的矛盾，用户可通过本系统进行数据质检、冲突检测、冲突协调以及协调模拟推演，能够有力辅助规划编制，解决多规在发展目标及空间规模、空间结构与分区边界、管控要求与开发时序等方面的冲突矛盾，为城乡统筹治理提供权威的“一本规划”，最终形成多规协调成果一张图[3]。

1.3 非功能需求

系统在满足功能需求的同时，还需考虑非功能需求，主要包括以下2点：（1）系统的稳定性，由于多规冲突处理和协调涉及的数据量大和数据种类多，因此，系统运行的稳定性是非功能需求首要考虑条件，具体指标为系统有效工作时间大于99.9%[4]；（2）系统的可靠性，能容忍非法输入数据、相关软件或硬件组成部分的缺陷或发生异常的情况，能继续保持正常运行。

2.总体设计

2.1 多规冲突协调流程设计

为确保快速、准确地消除多规空间差异，实现多规数据的无缝衔接和关联应用，本文系统梳理了多规冲突协调的流程，其处理协调流程设计示意图（如图1所示）。主要包括五个阶段：前期准备阶段、数据整合处理建库阶段、多规冲突检测规则制定阶段以及多规冲突检测阶段。

图1 多规冲突协调流程设计示意图

前期准备阶段，实现对规划专题资料、数据以及“多规合一”相关技术资料的收集，并对资料进行汇总与整理。

数据整合处理建库阶段的工作包括以下2点：（1）针对收集的各类数据进行整合和标准化处理，如，格式统一、坐标参考统一、数据属性完善等；（2）构建多规信息数据库，实现基础地理信息数据、规划数据、建设工程项目数据以及项目实施数据等入库。

多规冲突检测规则制定阶段，根据规划编制的要求，制定多规冲突检测的相关规则，主要包括图形拓扑检查、数据非法检查、属性结果检查、数据完整性检查、字段长度检查等。

多规冲突检测阶段，根据多规冲突检测规则，通过系统进行快速检测，一方面，形成多规冲突检测报告；另一方面，生成差异图斑。对于有冲突的差异图斑进行以下处理：（1）微小差异图斑，系统自动处理；（2）对有较大冲突的差异图斑，通过多规冲突协调人员进行冲突图斑处理。

2.2 系统框架设计

系统基于.Net平台开发的C/S模式，采用多层次结构进行平台架构设计，包括数据层、接口层、服务层、应用层以及用户层。系统框架设计示意图（如图2所示）：

图2 系统框架设计示意图

数据层是对海量的结构、非结构、半结构、视频以及文档等数据进行收集、处理和入库，从而形成规划信息数据库，包括基础地理信息数据、规划数据、建设项目数据、管理数据以及多媒体数据等[5]；接口层是通过ArcSDE空间数据库引擎实现对空间数据访问、基于Hadoop分布式技术实现对数据库访问，为服务层和应用层提供数据服务；服务层是将系统常用的功能，以服务的方式进行封装，提供调用，包括叠加分析、缓冲区分析、融合度分析、重叠区域提取、图斑切分以及图斑合并等；应用层是系统地展示和提供工具的窗口，包括建设项目任务比对、数据质检、冲突检测、冲突协调以及协调模拟推演等；用户层是系统的主要使用人员，包括各政府部门的管理人员、冲突协调人员以及系统运维人员等。

3.数据库设计

3.1 数据标准建设

统筹各类相关规划成果、基础地理信息成果等，建立规划信息数据库，制定数据整理、入库、建库、更新、保密的标准规范，明确数据库内容和要素分类、空间要素住宅、空间要素属性结构、属性值域表及质量控制及处理等内容[6]。规划信息数据标准规范建设示意表（如表1所示）：

表1 规划信息数据标准规范建设示意表

3.2 建设内容

规划信息数据库包括四大核心库：基础地理信息数据库、规划数据库、建设项目数据库以及多媒体数据库。基础地理信息数据库包括地形图数据、遥感影像数据、行政区划数据以及城市三维数据等；规划数据库包括发展规划、法定规划、专项规划以及详细规划等；建设项目数据库包括出让建设用地、划拨建设用地、工业建设用地以及一般经营性建设用地等；多媒体数据库包括视频数据、音频数据、照片数据以及文本数据等。规划信息数据库建设内容（如图3所示）：

图3 规划信息数据库建设内容示意图

4.系统实现

4.1 数据标准质检

对于新建的规划比对任务，需要针对要比对的规划进行标准化质检，以保证规划成果满足该类规划的数据标准要求，如果不满足标准要求，则无法进行规划冲突比对。

4.2 多规冲突检测

系统根据配置的冲突检测规则对各类规划数据进行冲突检测，形成最终冲突图斑和冲突报告，为多规协调人员提供快速检测冲突和定位冲突的依据，为后续协调工作框定范围和目标。主要包括各类规划冲突比对、检测关联查询、生成冲突检测报告以及冲突检测结果管理。各类规划冲突比对是选择需要进行检测的类型、冲突检测区域和相应规则，由系统进行自动检测，最终形成冲突图斑；检测关联查询是查询存在冲突的图斑，可显示冲突图斑信息并自动关联原有规划相关图斑信息；生成冲突检测报告是对冲突比对的结果进行分析，生成最终冲突检测报告。冲突检测结果管理可以直接在系统中加载并展示，点击比对结果中存在差异的图斑，可以了解该图斑的规划差异情况，例如是土地利用总体规划超出城市总体规划，还是控制性详细规划超出城市总体规划。对于差异图斑，可以根据相应的协调规则进行调入调出处理，并将处理的结果进行保存记录。多规冲突检测报告示意图（如图4所示）：

图4 多规冲突检测报告示意图

4.3 多规冲突协调

多规冲突协调是针对检测出的冲突图斑的多规协调工作进行辅助和管理，针对需要进行协调的地块，通过直观、便捷的表现形式展示地块冲突情况、原规划情况，分级分类进行协调工作，从而满足协调管理要求，提高协调工作效率。

4.4 协调规则模拟推演

多规冲突协调的核心就是制定协调处理的规则，这些规则根据数据、规划以及政策要素的不同有所差异，为此，系统中需要协调模拟推演功能，即在前端用户可自行选择规则，系统自动计算出协调后的台账及空间分布情况，以辅助领导、专家等进行规则制定。

4.5 规划数据标准配置

数据标准配置主要是针对规划冲突比对所涉及的规划成果及其相应的用地分类等进行映射配置，以便于不同类型的规划能够基于统一的标准进行冲突比对。具体包括规划用地分类表的规整、不同用地分类表的映射等。

4.6 多规冲突规则配置

多规冲突规则配置主要是制定规划冲突比对时的判断规则，以定义何种情况下规划之间是一致的，何种情况下是冲突的。规划冲突识别系统基于制定的规划冲突比对规则进行判别，从而更快速、更准确地找出各类规划之间存在的差异和矛盾。多规冲突规则配置示意图（如图5所示）：

图5 多规冲突规则配置示意图

5.关键技术

5.1 基于空间分析的多规差异图斑融合技术

依据多规冲突检测规则，通过多规差异图斑融合技术，消除多规空间差异。主要思路是利用系统提供的空间分析技术[7]，如，叠加分析、缓冲区分析、重叠区域提取、图斑切分和合并等，提取多个规划间冲突的区域和相应的属性信息，并构建新图层，生成统一的规划图层。具体步骤如下：（1）在系统上加载多个规划图层；（2）将规划图层进行两两相交，提取相交区域，形成新图斑；（3）构建新的公共区域图层，图层拥有新图斑的数据和属性信息；（4）删掉规划图层中相交区域，并与公共区域图层合并，形成统一的规划图层。多规冲突差异图斑融合示意图（如图6所示）：

图6 多规冲突差异图斑融合示意图

5.2 基于Hadoop的规划信息数据集成管理技术

Hadoop分布式开源框架可提供跨计算机集群分布式存储和计算环境。本文基于Hadoop分布式开源框架，实现不同部门间各类多源异构数据的集成管理，并应用HBase分布式存储数据库实现结构化和非结构化数据的存储[8]，即用HBase存储结构化数据，利用HDFS存储视频、照片和文本等非机构化数据，从而实现规划信息数据的共享和交换。

6.结束语

本文针对“多规合一”信息化工作中多规冲突协调方面的需求，结合GIS技术，探讨了多规冲突协调流程，开发了多规冲突协调专家系统，辅助规划人员进行多规冲突检测和协调工作。系统投入使用之后，产生的成效如下：（1）是快速查找和统计出各规划间的差异，多规冲突处理时间缩短95%，为领导辅助决策提供依据；（2）是系统具有较强的质检功能，有效避免了人为检查出错的可能，大大提高了数据质量；（3）是缩短了整个“多规合一”项目实施的周期，节约了大量的人力、物力和财力，间接创造经济效益。