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空间规划编制中测绘地理信息新技术的运用

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发布日期:2018-11-08 15:03

     摘要:中央提出“建立国家空间规划体系”后, 陆续在经济发达、中等发达和欠发达地区, 在高山、丘陵、平原地区, 在沿海和内地 (包括黑龙江省市县区) 等进行试点, 对空间规划关键技术和方法进行深入研究。实践表明, 测绘地理信息科技融合云计算、大数据、人工智能、虚拟/增强现实、建筑信息模型 (建筑信息制造、建筑信息管理) 、移动互联、物联网等基于计算机的新技术将更加有力地促进和推动空间规划的编制和实施。 

  关键词:空间规划; 多规合一; 信息技术; 融合创新;

  Integration of Surveying and Mapping Geographic Information Technology and New Technology Facilitates the Preparation of Spatial Planning 

  Abstract:After the central government proposed the “ establishment of a national space planning system”, it was made experiments in economically developed, moderately developed and underdeveloped regions. In high mountains, hills and plains; In coastal areas and inland areas ( including Heilongjiang province, cities and counties) , to conduct in-depth studies on key technologies and methods of space planning. Practice shows that geographic information science fusing cloud computing, big data, artificial intelligence, virtual/augmented reality, building information model ( architectural information manufacturing, information management) , mobile Internet, Internet of things and other new tchnology based on computer will more effectively promote and promote the preparation and implementation of spatial planning. 

  Keyword:spatial planning; multiple-planning integration; information technology; fusion innovation; 

  长期以来, 我国国土空间在不同发展诉求和价值引领下, 面临着“多规”衔接复杂、规划立法薄弱、部门协调困难等诸多问题。中央提出“建立国家空间规划体系”后, 中办、国办于2017年下发了《省级空间规划试点方案》:为贯彻落实党的十八届五中全会关于主体功能区规划为基础统筹各类空间性规划, 推进“多规合一”的战略部署, 深化规划体制改革创新, 建立健全统一衔接的空间规划体系, 提升国家国土空间治理能力和效率, 在市县“多规合一”试点工作基础上制定省级空间规划试点方案。并明确了主要任务:明晰规划思路;统一规划基础;开展基础评价;绘制规划底图;编制空间规划。2018年5月18日在京召开的全国生态环境保护大会上, 习近平同志再一次重申了对优化国土空间开发布局的重视。国务院机构改革后, 由自然资源部统一行使所有国土空间用途管制的职责, 改善过去条块分割所带来的弊端。当前, 构建全国统一、相互衔接、分级管理的国土空间规划体系, 已成为焦点, 空间规划体系改革并非过去简单的“多规合一”, 而是实现空间治理体系的提升近年来, 陆续在经济发达、中等发达和欠发达地区, 在高山、丘陵、平原地区, 在沿海和内地进行试点, 对空间规划关键技术和方法进行深入研究, 黑龙江省也进行了空间规划编制试点工作。研究实践表明, 测绘地理信息科技融合新技术将更加有力地促进和推动空间规划的编制。 

测绘地理信息  

  1、与云计算的技术融合 

  由于地理信息应用范围和应用领域越来越宽泛, 用户对数据共享的意愿和需求越来越高, 客观要求必须对空间信息不断进行重构、更新。测绘地理信息从传统的只提供单一底图数据, 转变为基于互联网Web GIS的综合信息服务。例如, 实行“多规合一”编制空间规划过程中, 无论是进行空间规划强度测算、国土空间开发适宜性评价、资源环境承载能力评价, 还是三区三线划定 (“三区”即生态空间、农业空间、城镇空间;“三线”指生态保护红线、永久基本农田红线、城镇开发边界三条控制线) 等, 大量的异构数据、多元空间分析、信息在线处理等都要求在地理信息服务平台上必须采用云GIS架构才可能为各类用户提供灵活、高效的优质服务。而一个城市要实现“多规合一”科学编制和组织实施统一的空间规划, 按照主体功能区定位推动经济、社会稳步发展, 必须依靠云计算与测绘地理信息技术的融合。目前, 在测绘地理信息领域依托大型云计算平台的空间信息数据处理、服务的产品架构和商业模式已经有了一些实践, 如超图公司、中地数码等已经尝试开发具有云服务功能的空间地理信息平台, 使用户接受部署在云中的GIS平台所提供的服务。今后, 越来越多的公有云、私有云, 或者是满足空间规划编制的混合云地理信息平台会陆续出现, 它们基于Iaa S (Infrastructure-as-a-Service:基础设施即服务) 、Paa S (Platform-as-a-Service:平台即服务) 、Saa S (Software-asa-Service:软件即服务) 等不同模式提供服务, 将强势助力空间规划的编制与创新。 

    2、与大数据的技术融合  

  大数据是需要新处理模式才能具有更强的决策能力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。[1]大数据可以开启人们循“数”管理的模式, 得数据者得天下。大数据技术优势之一就是数据的深度挖掘和分析, 由于数据大多数具有地理属性和位置关联性, 因此, 近几年, 人们认识到数据与地理信息的融合, 大幅度提高了一般数据的“地理智商”.目前, 我国各地制定空间发展战略, 编制空间规划方兴未艾, 空间规划是国民经济和社会发展战略性、纲领性、综合性规划, 是国家现代体系的重要组成部分。空间规划、多规合一是发挥市场在资源配置中的关键环节。系统评估区域人口、产业、空间、土地、生态、环境等发展要素, 贯彻国家主体功能发展导向, 统筹不同地域发展需求, 要完成合理确定发展目标, 有效管控三类发展空间等任务, 最终将一地之空间规划落实到位, 其间会不断产生大量的数据信息。仅以某县域空间规划编制为例, 首先要获取基础资料, 包括该地国民经济和社会发展的全部历史资料, 自然本底资料, 地理信息资料, 历次国情、人口、土地普查等资料;规划形成图件包括自然本地图, 生态、农业、城镇、功能适宜性评价图, 环境资源承载能力评价图, 三区三线划定图, 基础设施布局图, 国土空间开发保护战略格局图, 产业空间布局图, 城乡建设分布图, 公共设施布局图, 生态环境布局图, 以及中心城区土地利用、空间规划、居住用地、公共服务设施、仓储物流、综合交通、景观风貌、旅游商服、电力工程、绿地系统、给水工程、污水处理、供热工程、环境卫生、综合防灾、城市免疫、燃气工程等大量图件。加之海量数据的IP化、云化、移动化、智能化、泛在化, 而上述数据的前提支撑是遥感、通信技术, 以及高分辨率卫星数据, 于是, 形成了多时相、多平台、多空间分辨率、多数据语义、多种格式的数据形态, 尤其是空间数据挖掘和地理知识服务。各类智能管理与服务的需求与日俱增, 而这些数据具有大数据“Volume (大量) 、Variety (多样) 、Velocity (高速) 、Value (价值) 、Veracity (真实性) ”的典型特征。因此, 只有利用云计算技术对其处理, 才可能满足大数据高吞吐量和密集运算的需求, 解决空间规划实施过程中不断产生的大量具有5V特征的动态数据的问题。 

  3、与人工智能的融合 

  人工智能 (Artificial Intelligence, AI) 是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新技术科学[2].人工智能作为计算机科学的一个分支, 其目的是了解智能实质, 并生产出一种新的、能够与人类智能相似方式的智能机器, 换言之, 即利用计算机模拟人的某些思维过程和智能行为。仍以空间规划编制为例, 空间规划编制的基础是地理信息底层---本底图, 而进行空中全景测量, 包括利用倾斜摄影测量技术、遥感影像等在分类、定量遥感、点云处理等方面, 基于人工智能的机器学习方法, 在保证实现常规解译精度前提下, 因其具有类别区分和特征提取效率非常高的优势, 大幅度提高了数据处理的自动化和智能化程度而深得青睐。基于人工智能技术对海量地理信息基础数据的快速处理, 包括三维激光点云数据的处理、卫星影像建模等都将优质高效地助力空间规划的编制和实施, 这一点已为许多空间规划试点实践所证实。 

  4、与虚拟/增强现实技术的结合 

  虚拟现实 (Virtual Reality, VR) 技术也称灵境技术或人工环境, 它利用计算机生成模拟环境, 是一种可以创建和体会虚拟世界的计算机仿真系统。这种多元信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真, 可以让用户沉浸于该环境之中[3].

  增强现实 (Augmented Reality, AR) 是实时计算摄影机影像位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术, 其目标是在屏幕上把虚拟世界套合于现实世界并进行互动[4].VR和AR这两种视觉技术的差别在于:VR的视觉是基于虚拟环境的;AR的视觉是基于现实环境的。空间规划的编制乃至实施, 需要大量的地图做支撑, 利用VR和AR技术对地理信息实现可视化, 打破了长期以来利用地图对地理现象进行描述的习惯做法, 避免了地图或电子地图从视觉上对非专业人员造成的错误理解。以黑龙江省空间规划编制试点的某地城乡建设布局图和产业空间布局图为例, 应用VR和AR技术构建出逼真且贴近现实的视觉场景, 不仅让人们能够相对直观地看到该地未来发展的真实状态, 进一步了解地理信息的内涵, 而且通过这种可视化, 更加丰富了人与未来现实的交互体验。再以这次试点的某城市防灾减灾为例, 利用倾斜摄影测量技术提供真三维成果, 真实地还原整个城市的本来面貌, 然后利用VR/AR技术模拟该城市的暴雨灾后三维立体全景图, 对城市的灾害免疫、防灾减灾具有特殊的指导意义和现实意义。 

  5、与BIM技术的结合

  建筑信息模型 (Building Information Modeling) 又称建筑信息化管理 (Building Information Management) 、建筑信息制造 (Building Information Manufacture) , 简称BIM, 它以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础, 通过数字信息仿真、模拟建筑物所具有的真实信息, 通过三维建筑模型, 实现工程监理、设备管理、物业管理、数字化加工、工程化管理等功能[5].BIM具有信息完备性、关联性、一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等若干特点。工程设计单位、建设单位、施工单位、监理单位等项目参与方在同一平台上, 共享同一建筑信息模型, 以利于项目可视化、精细化建造。BIM不再像CAD那样只是一款软件, 而是一种管理手段, 是实现建筑业精细化、信息化管理的重要工具[6].进一步来说, BIM是将工程项目在全生命周期中不同阶段的信息、过程和资源集成在一个模型中, 利用三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息, 为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型。随着我国城市化进程的加快, 地下工程越来越多, 而且越来越复杂。试点实践证明, 空间规划的编制一定要考虑地下工程, 而地下工程不同于地上工程, 上下交错、左右纵横, 不仅无法直观可视, 而且是不可拆除重建的, 其复杂程度远高于地上建筑。因此, 利用BIM技术, 结合测绘地理信息技术, 包括DEM、沉降测量、三维建模、巷道测量技术等, 真实模拟和还原现有地下建筑和地下设施的整个情况, 合理进行空间规划。在空间规划的实施过程中, 通过BIM技术, 真实反映地下工程的建设和设施运行的全生命周期, 对其物理特性和功能特性进行数字化表达, 并依此进行设计、施工、运营和管理。  

  6、与移动互联网、物联网的融合 

  空间规划的编制必须具有前瞻性。试点实践证明, 测绘地理信息新技术与移动互联、物联网的融合, 也会直接或间接地影响空间规划的编制和实施。目前, 在进行空间规划编制的准备工作中, 对数据的要求更加严格, 例如, 所使用的地理信息数据从二维到三维全要素, 从米级上升到亚米级、厘米级, 从地上到地下, 从室外到室内等需要强调时效性的“实时”要求越来越多。 

  移动互联网 (Mobile Internet, MI) , 顾名思义即移动通信与互联网一体化结合。它是一种通过智能移动终端, 采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业务[7].MI包含终端、软件和应用3个层面, 终端层包括智能手机、平板电脑、电子书、MID等;软件包括操作系统、中间件、数据库和安全软件等。应用层包括商务财经类、工具媒体类、休闲娱乐类等不同应用与服务。移动互联网的实质是互联网技术、平台、商业模式、应用与移动通信技术结合并实践的活动。随着移动终端技术和宽带无线接入技术的快速发展, 在移动过程中, 随时随地从互联网上获取信息和接受服务, 为惯性导航系统, 近场通信和导航定位接收等多种集成传感器, 为各类用户提供了不同位置、移动速度、航程轨迹、运动时间的基础数据和信息, 这为更好地满足测绘地理信息个性化、泛在化需求提供了前提条件;4G乃至5G技术依托MI技术 (包括移动终端) , 促进了现实世界与虚拟空间的趋同, 直接导致LBS (Location Based Service:定位服务或移动位置服务) 等相关基于位置的服务范围更广、精度更高。“4G改变人们的生活, 5G改变整个社会”, 地理信息+移动互联将有力地促进一座城市、一个地区的空间规划编制更加符合实际和未来发展需求, 空间规划的实施更加科学合理。

  物联网 (Internet of Things, Io T) 是指通过各种信息传感设备实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息, 与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人, 所有的物品与网络的连接, 以方便识别、管理和控制。物联网是互联网、传统电信网等信息承载体, 让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。物联网就是“物物相连的互联网”:其一, 物联网的核心和基础仍然是互联网, 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二, 它的用户端延伸和扩展到了任意物品与物品之间, 进行信息交换和通信, 也就是物物相息[8].物联网 (Io T) 是通过各种信息传感设备, 按照约定的协议, 把任何物品与互联网连接起来, 进行信息交互和通信, 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。测绘地理信息技术与物联网技术融合发展, 使用户对实时的资产状况、设备运行情况、人员动态变化、相关地理事件, 受地理信息因素影响的各类资产变化一目了然, 这对于某个区域的现实状况、未来发展, 对于挖掘物联网对空间信息的推理分析、推理需求, 对空间规划编制的前瞻性、预测未来发展都具有特殊意义。具体来说, 由于物联网将现实世界数位化, 与测绘地理信息技术融合后, 应用范围更加广泛。例如, 应用电子标签将真实的物体上网联结, 便可以在物联网上搜索到它的具体位置。再结合定位技术, 便可对机器、设备、人员进行集中管理、控制, 也可以对各类公共设备, 以及家庭设备、汽车等进行遥控、搜索位置, 防止物品被盗等, 类似自动化操控系统。而通过许多“小”数据的积累整合, 便可以集合生成大数据, 包含城市交通网络的重新布局、车流量的合理分配、城市设施更新、流动人口管理、城市免疫系统构建、各种灾害预测、流行病控制、治安整治等社会重大改变。 

  7、结束语 

  综上所述, 测绘地理信息新技术与现代计算机技术的融合将有力地推动城镇空间规划的资料整合、编制和实施, 进而推进社会、经济、技术的发展。需要指出的是, 测绘地理信息科技与上述诸多新技术的融合, 并不是单一“点对点”的融合, 而是综合“多点对多点”的融合, 即多种技术之间的有机融合。

  参考文献

  [1]维克托·迈尔·舍恩伯格。大数据时代[M].周涛, 译。杭州:浙江人民出版社, 2012.  

  [2]杰夫·霍金斯。人工智能的未来[M].西安:陕西科学技术出版社, 2016.  

  [3]佚名。2016年中国VR行业预测研究报告[EB/OL].[2016-04-08].  

  [4]龚强, 王丽欣。对新型智慧城市三维模型“计算思维”的思考[J].测绘与空间地理信息, 2017, 40 (11) :1-2, 8.  

  [5]韩宁, 牟茗, 寿大云。建筑信息模型 (BIM) ) 技术及其应用[C]//第六届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集。北京:中国城市科学研究会, 2010:77-80.

  [6]任桂娜。基于BIM的工程项目进度计划自动生成模型研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2013.  

  [7]秦志光。智慧城市中的移动互联网技术[M].北京:人民邮电出版社, 2015. 

  [8]王颖丽, 牛向峰。物联网技术在智慧城市建设中的应用研究[J].工程技术:文摘版, 2017 (6) :300.


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