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清华同衡:空间规划新技术集成与探索

发布时间:2019-06-07 20:04 来源:未知 编辑:admin

  日前,第七届清华同衡学术周在北京举行,学术周期间清华同衡规划设计研究院技术创新中心举办了“空间规划新技术集成与探索”论坛。

  在最新颁布的关于国土空间规划若干意见中,也进一步明确了信息化平台在其中的重要作用和建设要求,信息化新技术也从幕后走到台前。因此,如何编制好新一版的空间规划,如何利用好新的ICT技术和大数据技术支撑好规划的编制和实施,已经成为值得大家关注和探讨的重要问题。

  本场论坛以空间规划和新技术为两个关键词,以集成和探索为切入点,重点围绕规划与技术的结合开展了多方面的探讨。北京市规划和自然资源委员会科技与信息化处张丽亚副处长,中国自然资源经济研究院副研究员郝庆博士,中国测绘科学研究院摄影测量与遥感所刘正军研究员,清华同衡规划设计研究院张险峰总工程师,ESRI(中国)信息技术有限公司陈非副总工,特力惠信息科技股份有限公司规划事业部李向华总经理,清华同衡规划设计研究院林文棋总规划师等在论坛上做了精彩报告。

  欢迎参加今天上午的论坛,空间规划新技术集成与探索

  我是李栋,来自清华同衡规划设计研究院技术创新中心,上午的论坛将由我来为大家主持。

  本场论坛以空间规划和新技术为两个关键词,以集成和探索为切入点,重点围绕规划与技术的结合开展多方面的探讨。在最新颁布的关于国土空间规划若干意见中,也进一步明确了信息化平台在其中的重要作用和建设要求,信息化新技术也从幕后走到台前。因此,如何编制好新一版的空间规划,如何利用好新的ICT技术和大数据技术支撑好规划的编制和实施,已经成为值得大家关注和探讨的重要问题。

  今天上午我们邀请了来自各相关行业和部门的领导和专家到场与大家进行分享,请允许我先介绍一下他们。

  今天到场的嘉宾还有许多,由于时间因素我就不一一介绍了,让我们一起用热烈的掌声,欢迎各位嘉宾的光临!

  好的,接下来按照日程,首先有请清华同衡袁昕院长,为上午的论坛致辞,大家欢迎!

  袁昕:首先,欢迎各位新老朋友光临清华同衡学术周,今天是以空间规划新技术集成与创新为主题的论坛。

  上周大家都关注到中共中央和国务院发布了建立空间规划体系并监督实施的若干意见,昨天国务院新闻办公室召开新闻发布会,在意见里明确提出,国土空间规划是国家空间发展的基础,是可持续发展的蓝图,是开发、保护、建设活动的基本依据,这个定位非常之高,开启了中国国土空间规划一个新时代,要坚持多规合一,形成全国国土空间规划开发保护的一张图。这个多规合一,我理解不仅仅是一张图,实际上是我们在规划建设管理过程当中一以贯之的协同的思想。政府机构不可能无限制的合并整合,更多的协同必须依托形成新技术,形成数据的共享,形成协同的机制,才能做到这一点,所以意见中非常明确提出来,要以自然资源调查监测的数据为基础,采用国家统一的监测基准和测绘系统,整合各类空间,管理数据,建立全国统一的规划国土信息平台,并且依据这个平台建立健全国土空间规划的动态监测评估预警。同时完成县级以上国土空间信息平台的建设,推动政府与社会之间的信息交互。

  清华同衡创新中心一直致力于城乡大数据分析,也是清华同衡在智慧城市这个板块当中一个核心的研究团队,希望通过我们这些研究助力国家治理能力的提升。针对国家对国土空间规划体系建立和基础信息平台的建设工作的要求,我们近期也将研究的重点转向到国土空间规划的新技术应用,突出在城市问题、空间问题方面的研究积累和优势,打造与国土空间基础信息平台相互配合的分析和决策工具,提升规划和建设管理的效力,支撑我国的空间规划,以及在意见中提到的任务和目标的推进。

  今天非常有幸请来的嘉宾除了国土空间规划研究的机构之外,也有管理部门,也有信息化的技术研发的服务机构的单位和嘉宾,大家一起探讨和交流如何通过新技术赋能国土空间规划的实施监管。清华同衡也愿意与各家兄弟单位密切开展合作,协同创新,希望大家的分享能够给我们整个行业带来一些有益的尝试,也让即将开始的全国国土空间规划和后续的工作能够更高效,更顺利。

  首先有请的嘉宾是北京市规划和自然资源委员会,科技与信息化处,张丽亚 副处长。张处长期在国土部门工作,从事地籍和土地利用管理,也负责过核心区规划项目研究和审批,现在则在科信处负责相关信息化工作,业务经验十分丰富。

  张处今天将为大家带来的演讲是《北京市国土空间监测的智慧化探索》,有请张处!

  张丽亚:谢谢各位嘉宾。尊敬的袁昕院长,各位嘉宾大家上午好,我是来自北京市规自委的张丽亚,本来是由任处长来做报告,因为他有重要的会议不能亲自来参加这次会议,他表示非常抱歉和遗憾。

  我原来主要从事国土的相关工作,后来机构改革以后来到规划部门,参与了一些规划研究的工作,今年3月份刚刚来到了信息科技处,开启了一个新的旅程。所以,作为一个一只脚没有进门的门外汉,在这里作报告也诚惶诚恐,希望大家多多批评指正,也希望我的报告起到抛砖引玉的作用。

  我报告主要分为这几部分内容。首先探讨一下国土空间规划的新形势。从2013年《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中提出建立国土空间规划体系和实施多规合一的部署开始,在后续历次重要会议和重要文件中都对国土空间规划体系的工作进行了提及和部署,一直到2018年3月份,从国家层面成立了自然资源部进行机构改革,随后各地方纷纷成立了规划和自然资源主管部门,从组织机构为我们国土空间规划的实施做好了组织上的保障。

  刚才袁昕院长也提到了,在上周5月23号,中共中央国务院又发布了《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》,在这个意见里又强调建立国土空间规划体系并监督实施,实现多规合一,强化国土空间规划对各项专项规划的指导和约束作用,是党中央国务院作出的重大部署。

  现在随着大数据、云计算、AI、5G等一些新的数字化技术的快速发展,也给我们带来了发展方式、生活方式和治理市的转变。城市智慧化治理方面经过四个阶段,电子政务、数据决策,目前我们的政府正处在由第三阶段的智慧政府管理向第四阶段智慧城市协作治理的过渡期,也需要借助大数据和人工智能进行新技术的突破。

  国土空间规划是包括智能编制、在线审批、精准实施、长期监测、定期评估、及时预警的闭环运行体系。这个规划是从静态蓝图到自学习、自适应、自主迭代优化的规划,也是从注重物质空间到解决高纬度变量问题,关注人的需求的动态过程式规划。实现这一规划体系和这种转变,就需要我们以大数据、物联网、3R技术、云计算、AI新技术作为强大的支撑。

  随着国土空间规划体系的建立,尤其是闭环式体系建立,空间规划监测的重要性显得更加的重要。从国家层面要求我们建立规划的动态监测评估预警机制,在若干意见里提到我们要建立健全国土空间规划动态监测评估预警和实施监管机制,发挥我们国土空间规划监测的反馈作用。对于北京来讲,我们北京市新版总规,明确要求在总规实施以后开展城市体检,对实施情况进行动态监测。现在是到了存量甚至减量发展的时代,对于空间资源的监测提出了更高的要求,使我们对存量更新、空间绩效更加关注,也更加关注低效、闲置用地和城乡建设用地统筹。国土空间资源监测是我们规划实施的重要反馈环节,通过国土空间资源监测对国土空间使用情况进行及时和清晰掌握,此工作贯穿于国土空间规划的各个环节。

  现在国土空间监测变化趋势是从物理状态的单一监测到多维空间智能化监测的转变。近些年,传统意义的土地监测更多注重的是土地利用现状的变化,也就是原来国土资源部门做的土地利用变更调查,主要利用遥感影像技术进行判读,结合外部调查,获取一些土地利用现状的变化情况。这个变化监测的频度从一年一次提高到一个季度一次,北京市已经达到了一个月一次,我们已经实现高频监测,但是远远不能满足对与空间资源的多维度的监测的要求,我们需要开展多内容、多手段、多数据的多维度监测,满足我们对新的国土空间规划体系的反馈要求。

  面对空间资源监测的复杂化需求,现在智能化支持手段还存在不足,这是空间资源监测涉及到的技术环节。大家可以看到,对于工作目标的理解和业务需求的转化,以及对城市运行规律如果理解不足的话,会使数据和技术的深入应用存在障碍。另外,数据需求的提炼,数据质量检查和多元数据融合方面也存在短板。现在对于利用社会大数据和空间大数据进行单要素分析的基础已经成熟,但面临在多元的数据融合应用方面,现在还存在很多不足的地方,而且现在算法模型能力也是一个薄弱环节。

  以上是对国土空间监测一点粗浅认识,下面着重给大家介绍一下北京关于国土空间监测和大数据应用的实践工作,主要从以下三个方面向各位汇报。首先是现状一张图的成果建立情况,现在已经整合“一基三普一调”,基本地形图测绘成果,地理国情普查,地下管线普查和地名普查以及土地变更调查数据,第三轮土地调查成果数据,京津冀卫星影像数据,市域航片数据,行政区界和副中心的倾斜三维模型数据。和军方合作,采集了北京市六环内倾斜摄影三维模型数据,我们正在做三维立体模型。同时要摸清核心区房屋建筑的底数,为下一步核心区实施总体规划的减量要求和目标打下非常扎实的数据基础。

  这是规划一张图的数据成果。现在已经整合包括新版的城规和04版的城规数据,以及06/17两版土地利用规划数据,06/99版中心城控规以及很多专项规划数据,大概一百多层,已有数据为我们正在开展的分区规划,控规和专项规划的编制提供了很好的基础。现在我们分区规划的数据成果,各区正在审批过程中,获批以后也会纳入规划一张图中来,形成全域空间一张规划图、一个数据库和一套管控机制。对于控规成果这块,在今年一月份城市副中心的控规已经获得批复,相关规划成果纳入规划一张图,现在正在抓紧推进核心区控规编制工作,今年能够完成,在中央批复以后我们也会把相关批复规划成果纳入到规划一张图。

  这是我们审批一张图,从去年开始为了优化营商环境,也是配合正在开展的审计制度改革,北京市搭建了多规合一协同平台和建设全流程闭环系统,能够为建设项目提供预沟通和预咨询服务,前期就能够征求各个部门的意见,形成一个稳定的规划实施方案,在这个方案的基础上使建设单位能够快速获取工程规证进行开工,把项目纳入全过程监督服务过程当中,在联合验收以前能够把所有的,包括供地、各种评价、市政公共设施接入完成,最后办理一个不动产登记。

  目前我们多规合一平台市区两级已经有四百多家涉及到审批和市政基础设施服务的公司和单位接入,通过多规合一平台,大家对项目进行协同同步的研究,对相关的意见通过平台进行及时反馈,使得我们实现了让数据多跑路、单位少跑路的工作目标。

  前面提到的“一库三图”数据已经构成了建立政府大数据体系的一个很好的基础,下一步我们还会整合自己内部的包括不动产登记数据在内的一些国土和规划审批数据,下一步也会配合全市政府大数据体系建设,以此为基础进行推进。

  下面给各位汇报一下在推动政府大数据和社会大数据融合方面做的一些应用实践。首先,城市体检工作,响应党中央国务院对北京城市总体规划批复,按照总规确定的“一年一体检,五年一评估”的定期评估机制,建立了“五个一”的体检框架,利用大数据开展首次的北京城市体检,对于城市运行的总体情况开展全面综合评估。这是我们在城市体检工作中基于总规实施起步阶段的核心问题和关键变量开展的九个专题的分析研究,这九个专题已经形成了成果,也对总规实施起到了很大的促进作用。

  这是利用社会大数据进行城市体检的例子,大家可以看到,这是我们利用手机信令数据追踪动批和大红门地区非首都功能疏解以后的人群去向,从这张图来看,非首都功能疏解中人随功能去留的实现还需要一定的时间周期,同时需要做一些相应措施保障。

  第二方面的工作是建立了核心区城市治理大数据平台,推动街道的精细化分析和治理。2月18日北京召开街道工作会议,出台关于加快新时代街道工作的意见。蔡奇书记对于街区治理提出了很高要求,要加强精细化管理,结合智慧城市的建设推进城市大脑建设,实现多网融合,建设城市大数据管理平台,建立街道社区人居环境大数据体检机制。利用核心区城市治理大数据平台,我们已经实现了核心区街道尺度的人口、拥堵、交通、住房等城市运行状态的评估和体检分析,这是我们成果的展现。

  第三方面是和清华同衡合作,建立了北京市空间资源监测评估预警大数据平台。通过监测用地、建筑等空间资源要素,利用手机信令、互联网LBS等社会大数据,针对空间资源变化对住房、设施、生态、人口、产业、交通等产生的影响进行监测评估,开展相关的决策支持,实现规划的闭环管理。这个大数据平台实现了从主动监测到被动反馈,与拆违专项整治、土地督察执法等业务高度结合,通过全要素动态监测,以及资源类型、资源状态、资源变化、综合评价、智能决策等模块为城市规划、建设和管理科学决策提供技术支持。

  此外,结合我委开展的重点工作和专项工作,提供了一些大数据的支撑应用,比如利用高精度遥感影像数据支撑大棚房、别墅问题专项整治行动,利用影象判读分析,以及浅山区管控范围疑似违法建设提取,为核查工作提供内业基础数据。此外对五环内拆违带来的人口和产业变化进行了分析。这是大棚房整治开展的情况,通过遥感影像大数据提供技术支持,排查了全市一万多总,20多万栋大棚,建立全市一棚一档数据库,专项工作结束以后,基于遥感的AI大棚自动识别技术,实现了按月对全市大棚变化的动态跟踪和监测,现在人工智能识别通过不断的迭代和训练,大棚识别正确率已经达到了90%以上。

  这是对于五环内,2017年拆违的大数据跟踪监测,对其带来的土地、人口和产业变化及其相关关系进行数据跟踪分析与研究,形成了专题报告给市政府,市政府要求我们对拆违图斑跟踪分析进行常态化的工作,以上是我们关于大数据的实践工作。

  最后做一个简单的延伸展望。下一步我们会基于对于业务流和知识流的理解,采用空间资源监测的技术,形成数据能力并不断增强,算法模型不断完善,最后形成平台工具,能够满足需求的良性循环,为我们国土空间规划编制、实施和监测提供强有力的技术支撑。实现AI技术、遥感技术和物联网的全融合,对国土空间规划闭环体系的实现提供全流程的技术支持。

  这是未来的远景目标,希望通过借鉴3DGIS以及BIM技术推动全市CIM平台建设,实现建设智慧城市的远大目标,目前在通州已经开始了试点工作,也是清华同衡配合支持我们,这个目标任重而道远,需要各位共同参与和支持。

  主持人:感谢张处的精彩分享。从她的发言中我们也了解到作为规划实施的主体部门,北京规自委积极利用大数据等新技术开展空间资源监测、保障规划科学实施的一系列最新探索和诸多成果。谢谢张处。

  接下来,第二位嘉宾是中国自然资源经济研究院,资源环境承载力评价重点实验室,郝庆博士。郝博士长期从事国土空间规划与资源环境承载力研究,主持国家及省部级课题研究18项,先后参加《全国国土规划纲要》等重大战略规划与政策研究起草工作,负责和参与很多不同地方、不同层级的国土空间规划工作。研究和实战研究和实战经验丰富。

  今天郝博士为大家带来的是《双评价技术集成与反思:概念、方法与应用》,分享双评价工作开展的一些宝贵经验和要点,有请郝博士!

  郝庆:各位领导、各位专家、规划界的同行上午好,非常高兴在这里和大家分享我的工作体会。我是学地理的,然后做土地规划,很少在这么高大上的场合和大家分享。我主要从事空间规划和承载力的研究工作,现在参加部里的全国国土空间纲要的编制和双评价基础规程和起草工作。

  报告的内容分为四个部分。首先,承载力是重要的科学命题和政治议题。中央在一系列文件里提出将承载力和双评价作为编制空间规划和实施空间治理的重要基础,而且部里新出了文件,包括起草的双评价技术规程都在推进这个工作。双评价工作为什么一直受到中央高层重视和规划界的关注,或者在一些基层对双评价已经到了近似于迷信的角度,我们认为这是一个合理而简单的过程。

  通过双评价可以确定人口经济发展的上限,确定发展目标,确定地域功能,确定发展路径。我们面临的空间,就是人地系统,这是一个复杂系统,包括一系列的作用反馈机制,还有从要素到系统,从系统到地域功能不是简单的传导过程,这个过程中存在一系列的反馈机制,作用机制,很多时候并不是我们想的那样,包括现在双评价协作规程,这套规程由我们院、清华同衡、地理所等一起起草的,这个规程作为学术研讨我不讲这个,我就结合我的专业,结合我这么多年在编制规划中的体会,谈一谈我们的工作。

  首先,现在的规程,包括承载力、双评价这项工作,它的概念内涵包括承载力、适宜性、环境容量、生态弹性,哪些属于承载力和双评价的范畴。第二是理论方法,内在机理,指标体系。第三个是实践应用,环境决定论还是伪科学论。很多地方单纯依靠评价结果确定分区,编制规划,陷入了类似环境决定论的误区。第二,有的地方评价结果和直观感觉不符合,有的人对承载力或者双评价产生了质疑,质疑它的科学性,提出了伪科学论。回到我们的初心,双评价的目的是什么,就是支撑空间规划编制与空间治理,我想从这个角度谈谈双评价如何服务支撑编制规程。

  对于承载力的概念来说,大家比较熟悉了,有人口学原理,数学公式,有图形的表达,这在全球和各个领域得到了广泛的传播,最开始就是把资源作为限制人口增长的要素。上世纪六七十年代以后把环境因素作为一个概念,90年代已经有了环境承载力的要求,环境要保持稳定。环境资源承载力是一种综合的多规合一评价,是从分类到综合的承载力概念统称,在其发展过程中,逐步由分类走向综合,由关注单一资源约束发展到人类对资源环境占用的综合评估。限制性集成:主要是指在资源环境承载力综合评价过程中,需要重视资源环境本底与要素的最大限制因子,即木桶理论、短板效应。各种综合评价的理论方法和计算公式很多,从研究范式看分为三种,一是基于限制性因子评价,这是传统的评价方法,它的理论就是存在封闭的区域,在这里面存在限制人口和经济无限增长的资源。第二是基于多因素综合,这是一个开放系统,各个要素存在相关性,某一要素不足可能发挥另外要素的优势来体现,剩下的要素通过区域的贸易和交易进行补充。第三种就是限制性因子+多因素综合,虽然是一个开放系统,但是还是存在几类无法交流或者位置无法改变的限制性,它将限制性因子分为绝对限制因子和相对限制因子,这种绝对限制因子一般是零或负一,而其他的相对限制因素是零到一。三种范式并没有方法的谁先进、谁落后,只是根据不同的条件,利用不同的方法来看,现在评价出现问题很大部分是我们没有采取合适的范式或者合适的方法,从而导致评价选择和技术方法,包括最后的应用出现了问题。

  这是第一种范式,左下角是第二种,右边是第三种评价结果。对于承载力来说,承载力和双评价的质疑,有几个方面,第一就是承载力的科学性,承载力本身是增长极限的概念,本身技术的发展,人类利用资源方式的发展,资源的发展,而且人类的创新具有不确定性,很多人觉得通过计算发现,我们找不到增长的极限,包括人口、经济和发展方式,现在有些人就说,建议承载力回归到自然属性,既然找不到增长极限,是否反过来看人口和经济的发展,有没有对资源利用的极限,对环境排放的极限,或者有没有对生态胁迫的极限,从地到人的角度,反过来从人到地的角度,这种角度转换为承载力的评价提出了一种可能。

  第二对概念的反思,承载力与适宜性,现在的双评价制度标准,包括很多的专家都认为,承载力和适宜性是两个概念,所以叫双评价,资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性的评价,把两个作为分开描述,认为承载力是客观的评价,而适宜性是增加了人类的主观意愿,认为承载力是适宜性的基础。但是我们看承载力和适宜性,我觉得他们有内在的统一性,首先要看用什么,然后才能明确在用的方向上有多大的程度,承载力和适宜性是向量的概念,有方向,也有大小,如果没有明确方向,只看大小毫无意义。第二就是承载力的客观评价,土地是微观单元存在的土地实体,国土空间以土地实体为基本单元,以地域为表现形式。土地承载力评价,面向具体开发建设活动,评价单元和空间尺度较小,评价结果具有较强约束性甚至是强制性。国土空间开发适宜性,面向空间尺度较大的城镇化、工业化等国土空间开发运用,但不是有强制性的要求。承载力的内在机理和传导机制,反馈机制、动力机制。指标的替代与补偿关系,指标的表征意义不是很明确的,比如我们说的生态重要性评价,生态适宜性评价,我们以生物多样性表示生态重要性,但是像西藏地形复杂,气候不好,它的生态重要性和承载力远远低于其他地区。指标属性与选取,承载力和适宜性评价指标,比如说环境指标,2015年很多环境指标下降,我们利用这种变化较快的指标算承载力评价或适宜性评价,来指导较长时间尺度的空间规划是不是合适,是不是要根据指标属性包括位置属性、变量、影响、是否可控等确定管控的方式。管控的属性,哪些指标进行总量的控制,强制性的控制,引导性的控制,不同的指标,不同的评价方式有不同的治理方式。

  承载力的应用建议,缺乏时空尺度转化:动态性不足、层次性与系统性不强,评价针对性不强,要强调区域特色、公共参与、实时应用。双评价的目的,支撑空间规划编制与空间治理。明确承载力是什么,为什么,做什么,用什么,它的本身内在机制和应用机制。这是发布的中央的意见,明确了国土空间规划的方向和行动,不同的空间规划目的不一样,后面对承载力的要求也不一样,比如说我们有耕地,有多少人,衡量人和土地的良性关系,提出评价性的指标。但是微观层次的评价,土地是盖房子还是种地,就是适宜性评价,是以地块为单元,它的评价的目的不一样,承载力的要求不一样,同样一个空间尺度,目的不一样,评价单元也不一样,比如省级空间规划,还是以人口为单元,哪些是重点生态涵养区,重点保护,确定功能区的时候,以市县为单元进行评价尺度。然后看一下哪里适合居住,要以地块做人类环境适宜性的评价,既有不同的尺度,又有不同的评价单元,共同构成了承载力的框架体系,按照这个框架体系选择不同的范式,做不同的评价,是这样的概念,而不是搞一套统一的标准和技术规程看同一个规划和评价。

  此外,在这个空间规划体系之外还有一些新的变化,空间规划支撑新的目标,高质量发展、高品质生活。空间治理的目的,绿色低碳发展模式,指标要求,结构类指标、绩效类指标,绿色类指标等等,通过评价来体现经济发展范式,怎么形成绿色低碳的发展方式。比如对于粮食的评价,传统就是评价温饱问题,但是我们看一下城市居民和农村居民,原粮的消费不一样,消费的食物量也不一样。未来承载力是不是评价粮食够不够吃,还是需要更多的蔬菜、水果和水产品的需求,这种评价指标要体现高质量发展和高品质生活的要求。第二就是契合空间治理新模式,存量时代到增量时代,外延扩张到内涵挖潜,规模驱动到创新驱动,中央指令到地方治理,自下而上到上下结合。西藏自治区自然资源厅,西藏自治区农业科学院,中国科学院拉萨高原生态试验从医学和地理学角度,合作研究高原反应,指导高程适宜性分级。顺应空间治理新手段,传统社会到智慧社会,蓝图规划到过程规划,静态目标到动态控制,静态评价到动态评价,技术门槛效应,动态评价与状态监测。比如新的使用方法和新技术的提升,会提升我们的承载力。以前我们的评价一般都是做规划过程中做评价,评价完了以后整个评价就结束了,但现在有了新的手段,对我们提供了一种可能,我们可以实时监控资源环境包括其他生态的变化,通过这种变化反馈管理,技术的进步为我们提供了这种可能,利用多种手段,从承载力的评价到数字的评价转变为状态的监测,保证评价指标可分解,可追溯。

  最后谈几点自己的思考,空间规划:公共政策与技术方案;空间规划:物质规划与人文规划;空间规划是综合决策与数理计算。比如西藏按照双评价来说是不适宜开发,很多时候空间治理不仅要考虑资源环境,还要考虑国家的需求,或者是地方发展的需求。这种技术的需求带来了双评价的差异,双评价:技术进步与尺度转化;科学性与局限性。通过双评价可以正确认识我们的资源本底,我们认识的越清晰,更有助于我们做出决策,但是双评价不是万能的,我们的结果受制于技术条件或者确定的机制是否明确,有时候双评价结果并不是科学或者真理,这时候还是要根据不同评价技术和规程,根据它的技术方法做有限制的应用。现在还有一种概念,随着技术的进步,计算能力的提升,精度越来越高,不需要尺度的概念,但是我是觉得还需要尺度的概念,因为无论技术多么进步,评价的精度再高,还是回归到我们规划本身,规划本身是分尺度,分层级的,我们的双评价也分尺度和层级的,而不是上下一样。

  主持人:感谢郝博士的精彩发言,郝博士长期从事国土空间规划与资源环境承载力研究,所以对于双评价的理论与应用现状的理解很深刻,并对双评价理论提出了很多的反思与应用前景展望。感谢!

  接下来,第三位嘉宾是中国测绘科学研究院,摄影测量与遥感所,刘正军研究员。刘研究员主要从事机载激光雷达遥感、高分辨率遥感影像信息提取等方面研究。先后在国际国内发表论文150余篇,牵头或参与撰写中英文专著3部。申请发明专利12项。科研成果丰富。

  今天他为大家带来的是《测绘地理信息新技术在空间规划监测中的应用探讨》,大家欢迎!

  刘正军:尊敬的袁昕院长、各位嘉宾、各位清华同衡的专家,大家上午好。非常感谢清华同衡邀请,使我有机会参加这个会议。我本人主要从事遥感方面的工作,在工作中也接触各种应用,空间规划这块我是一个新人,在前期做的工作比较少,借此机会我想把我们原来在遥感监测的一些东西能够跟大家探讨一下,看看能不能在空间规划的监测中有一些碰撞,有更多的交流和探讨的机会。

  今天主要从四个方面来说,刚才两位专家做了非常精彩的报告,从国土空间规划发展的历程以及双评价技术方案和方法进行了详细的介绍,这块因为时间关系我不具体讲了。在最新的,就是《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》,提出到2020年要建立基本国土空间规划体系,逐步建立多规合一,到2025年全面实施国土空间监测预警和绩效考核机制。在国土空间监测预警和绩效考核这块,测绘遥感的相关技术手段也会发挥比较重要的作用。空间规划的核心与基础大家非常清楚,是三区三线的划定,以及以资源环境承载力评价和国土空间开发适宜性为基础的内容,也就是刚才讲的双评价。双评价包括了单要素评价和集成评价,刚才讲的非常详细,其实这里还有很多,我们从地形、水环境、大气、地质以及生态和灾害等因子,把这些纳入进来,把六大要素的主要内容都包括了,来确定一个区域的自然资源、自然禀赋以及它的承载能力。在国土空间开发适宜性评价这块,我们针对它的用途形成了一系列的指标体系。

  在双评价的基础上,我们也对空间规划的地理信息需求做了一些分析,其中三区的现状调查中,测绘地理信息就是一个重要的内容,包括城镇空间和农业空间和生态空间。城镇空间,前期开展地理国情普查,遥感数据都在其中发挥了重要的作用,比如城镇空间,形成了地表自然状态的现状数据,包括自然要素以及人文要素,社会经济的要素以及交通方面的要素,我们利用这些要素进行数据整合,形成一个建成区的范围,建设用地,城镇建设用地类型、分布、及其变化的情况。目前是在长期的调查监测和变化监测的过程中,比如地理空间普查每年会进行一次更新,东部是用1米分辨率的影像分析,西部地区是2米的分辨率进行更新,然后提供给各个部门使用。在农业空间,包括农村居民点、耕地、园地等类型、分布及其变化。生态空间包括森林、灌丛等类型、分布及其变化。双评价中的测绘地理信息需求:基础地理信息需求,地形图/DEM,用于计算坡度、高程、地形起伏度。水资源可利用量,利用遥感技术,获取地表覆盖的信息可以进行冰川及积雪、河流、湖泊、坑塘的分布、面积、体积测量,形成数据的基础。生态版块包括地表覆盖的类型,植被覆盖的情况,土壤的情况,也可以通过调查在地理国土空间方面可以做一些相关的产品,在生态方面对于生态廊道的变化,根据自然地表的情况可以做相关的分析。在灾害这块,地震的危险性和地质灾害的危险性,可以利用遥感影像信息,结合InSAR和CORS观测判断活动断裂分布与规模,对地质灾害比如崩塌、滑坡等情况,可以通过卫星的监测和无人机的监测,以及像我们提取的植被的信息,地形的信息建立相关的模型,模拟哪些区域是地质灾害的危险区域,把这些模型用在规划中,避开这些区域。

  在适宜性这块,像社会经济的因子,比如交通、公共服务设施和区位条件,也可以在国情普查和监测中抽取一些数据进行分析,这也是进行年度的更新。除此之外,像规划的实施,规划的符合度,基础设施可达性分析,专题性分析,对测绘地理信息的需求提出了更广阔的空间。在获取的手段这块,空、天、地多平台遥感是一个非常有效的时段,从卫星遥感、航空遥感,低空无人机遥感、移动测图,从不同的维度进行多频度、多层次的监测。数据获取的手段,有高分辨率可见光相机、合成孔径雷达高光谱成像仪,这个手段在原来传播的三个色彩基础上进行了细分,它的优势是利用它进行植被或者是土壤方面精细化的分析,获得植被的类型,包括树种、草的种类,对于生态和地质这块是比较有用的手段。还有机载激光雷达测绘和倾斜摄影测量技术,这两个技术是快速获取空间三维地形地貌的状况,可以进行城市和区域性三维的地形信息的变化监测。除此之外,还有红外成像和夜光遥感,红外可以监测城市热源情况,对建筑物也可以精细化到建筑物污染的情况或者热的使用效率的情况。夜光遥感可以对区域经济社会发展的状况做一些辅助的分析。除了对自然和空间土地使用情况的分析之外,还有一种手段,利用互联网和其他的手段收集像社会经济、企业运行以及人类活动本身的状况,这种技术在空间规划中会大量用到,比如我们研究院同事在从事这方面的研究,利用物联网的信息可以实现高频、多网站、海量信息资源的积累,快速信息的定制。包括POD兴趣点,地名、地址,公交路线,包括商户点评,包括消息信息、商铺、楼宇、企业信息、招标信息都可以进行搜集和整理。在这个基础上,我们可以把数据进行空间化匹配,之后就可以实现空间的统计分析,比如分析这个区域的工商企业的变化趋势。除此之外,还有基于位置信令数据的城市观测,社会统计数据,经济运行数据,地理空间数据,物联网数据,社交媒体数据,为人口监测、交通监测、开发监测等提供依据。这是静态人群分布以及区域间交通联系的强弱,地铁乘客的居住分布,可以建立相关的模型进行模拟,也可以进行城市交通联动的模拟与分析,出行方式的推测和运动轨迹模拟,为城市治理提供了很好的手段。

  第三部分介绍一下我们在监测这块相关的应用。我们在专题监测这块开展了国家级新区发展的空间格局状况监测,从2014年起,利用遥感、地面调查等技术手段监测开展了18个国家级新区的建成范围、地表覆盖、建设用地、建筑工地、道路、重要基础设施及生态用地等方面的现状及变化情况,分析了18个新区从建区到现在的多个时期的发展变化情况,相关的成果也服务于国家发改委的决策,也服务于建设部新城新区规划实施的评价。比如规划符合度分析,将国家级新区的城市建设用地数据与用地规划图进行对比,从城市建设用地数据中提取与规划用地符合的地块,计算并分析新区的规划符合度,也找出了相关的问题。在规划实施率分析,对18个新区的用地情况和实施效率进行了监测。结合卫星影像季度或年度监测结果,可以掌握各类建设用地在建状况,施工的进度,施工的速度等过程监测数据,为规划实施评估和执法提供依据。路网密度分析,评估路网建设情况,以及路网是不是满足新区发展的要求。基础设施可达性的分析,包括学校、医疗设施,高铁的可达性等。我们也与清华同衡创新中心合作,做了一些新区综合分析评价,对不同新区的发展模式做了分析,这些分析对我们掌握新区的运行状况是非常有用的成果。这是对不同新区的分类,及其发展的类型是什么样的。

  我们相关的成果也得到了一些媒体的广泛报道,呈现了比较好的效果。另外方面我们也做了一些工作,比如京津冀地区城市空间扩展的监测,还有全国地级以上城市及典型城市群空间格局的监测,掌握了从上世纪90年代到现在,多个重要时期城市的发展状况,对城市的规划应该说是一个比较宝贵的数据源。全国城市总体规划实施遥感监测,我们都做了评估。这是为开发区和新城新区的规划实施提供了相关的数据,刚才讲到对于地质灾害的区域,地面沉降是一个重要的考虑因素,我们用InSAR技术在区域地面沉降中应用,比如京津冀地区利用长时间观测雷达数据进行干涉测量,测量每年甚至是每个月形变量,这是京津冀地区92年到02年的沉降图,这是03年到2010年的地面沉降监测的结果。2012年到2014年沉降监测的成果,这是一个动态的京津冀地区从1992年2014年沉降变化趋势的情况,比较直观反映了沉降的变化动态,这个对一个城市的规划我们认为还是非常重要的依据。这是北京市地面沉降动态演化的情况。通州区是沉降比较集中的区域,副中心定在通州,需要采取一些措施防止沉降的恶化。另外就是城乡建设三维变化遥感监测,这个做的比较早,现在自然资源部也准备推自然资源立体监测,我们在城市还主要是建筑物变化的情况,在农村和其他地区是生态本身立体层次的变化,比如树木、草方面的变化。在城乡建设三维变化遥感检测,我们基于点云的城市三维变化检测技术,反映了建筑物变化情况以及高大树木变化的情况,这个是我们做的建筑物的分析,包括新建建筑物,拆除的建筑物,扩建的建筑物在什么地方,整个高层的变化等,这是整个区域分布的变化情况,哪些是拆除的建筑物,哪些是新建建筑物,每个图斑都可以得到变化的面积,对大范围的监测还是比较有用的手段。还有就是区域的生态,多源遥感数据区域生态状况监测,基于前面的激光雷达技术与高光谱技术和高分辨率遥感监测技术,实现海岸带植被分类及水体指数的定量化提取,满足海岸带生态环境评价提供了比较好的手段,这是利用高光谱影像的类型,像植被方面方面的信息,结合激光在三维地物的特征和光谱的特征进行细分,得到整个区域植被类型的分布以及面积的情况。同时,利用遥感反演手段得到植被的参数,比如生物量参数繁衍等。

  结论与展望,卫星、无人机等多平台高分辨率、高光谱、激光雷达,SAR等遥感新技术为自然资源管理中山水林田湖草等地表信息获取提供了一种有效的自然资源快速动态监测方法,在区域规划、城镇及农村用地变化、植被及生态状况的调查和监测中具有广泛的应用前景。

  互联网大数据技术为人类系统、经济活动的动态信息获取、分析提供了一个有效的技术手段。

  自然资源立体监测,城市三维变化监测、植被超精细三维建模和变化检测是未来自然资源监测的重要发展方向。同时在海量遥感的数据和互联网提供数据的基础上,我们怎么应用,比如空间规划的应用,包括总规、详细规划和详细规划的模拟怎么结合起来,希望后面我们大家一起探讨,共同进步。谢谢大家。

  主持人:感谢刘正军研究员的精彩发言,新的政策进一步强调了对空间开发强度的管控和主要控制线的落地,刚才的报告系统梳理了空间规划中的测绘地理信息技术的需求,并探讨了在空间规划与实施监测中的应用,给我们很多的启发。再次感谢!

  接下来第四位嘉宾是咱们清华同衡的张险峰 总工程师。张总主持和参与了大量国家重点工程,救灾、扶贫项目和科研课题。主持完成包括北部湾城镇群规划、天津市总规、哈尔滨总体城市设计等一批规划设计项目和北京申办2008年奥运会选址等研究课题。成果多次荣获省部级优秀规划设计奖。

  今天张总为大家带来的分享是《天地人和思想与国土空间规划的科技支撑》,有请张总!

  张险峰:首先感谢技术创新中心林文棋总规划师和李栋主任的邀请,这个分论坛非常有意思,从题目本身,我们是空间规划的技术集成,这个集成本身就说明了我们这一轮空间规划改革的特点,就是很多行业、专业都可以研究探索,有很多的空间。我的题目临时改了一下,我后来发现我们现在还没有太多的案例和大家分享,因为现在都在开展中,更没有像前面几位做监测,做遥感,做数据的同志,也有一些长时间的工作体会来谈。我后来仔细学习了最近这几年我国对空间规划改革,包括空间治理这方面的一些内容,结合长期的规划领域的实践,有一点个人的思考,所以我今天只能跟大家分享一下我个人思考。

  三个方面,第一是政策逻辑的主线。我们国家空间规划是在新时代背景下,为应对空间治理体系中出现的问题,中央主导的一项全新类型的规划。这里已经包含了很多的信息,第一个就是我们提出空间规划改革还是问题导向,但是这次高度非常高,中央主导,而且是全新类型的规划,是提升国家治理能力和水平的重要手段,体现的政策导向,问题导向和目标使命。因而它不仅仅是一项技术性工作,更是一项战略性、政策性工作。刚才郝研究员说是政治性的,说的非常多。我们国家的空间规划,这个词是来自于国外的空间规划,但我们同名不同义,这点我们一定要注意,所以我们现在在借鉴国外的经验和教训的时候,我们要注意,我们干的不是同一件事,我们是在特有的制度背景,国情特点,解决特有问题和国家特殊的战略目标,比如双百年,中国梦等等这些具体要求之下开展的制度安排、体系建设和治理手段。

  这个政策主线按照新公布的中共中央国务院的指导意见,我这几天也熬夜做了一些梳理。可以看到,我们的初衷和意义,生态文明建设,美丽中国,以人民为中心的高质量发展,国家战略实施和治理体系现代化,双百年目标,民族复兴的中国梦。这次定位非常有地位,把国土空间规划定义为基础性的作用,也就是为我们国家战略和刚才说的这些目标提供空间保障,当时在国家发改委研究一个课题,就是关于国家发展规划,当时我也作为专家讨论过第一轮,当时我提出这么一个概念,我认为国土空间规划就是基础性作用,他们说发展规划要不要做,我说一定会做,而且这个一定是战略性,引导性,所以这两个是互为补充,互为交集,互为支撑的规划,所以中央出台的文件都谈到国土空间规划是基础性的作用。而且它的主要的方面,就是保护与发展这两根主线,所以从这两根主线来讲,五项要求,四个目标大家很熟悉。规划体系我也梳理了一下,梳理的不全,实际上我们可以看得出来,问题导向,中间是目标,下面是三层格局,三个策略,三线,还有一个海域线,所以是四线。政策保护、开发、利用、预留和修复,提的非常完整,要考虑到国家战略、区域发展战略,主体功能区战略,尊重四个规律:自然规律、社会规律、经济规律、城乡发展规律。在详细规划阶段也是按照开发边界内外起作用,一个是传统的详细规划,不是以前的技术,村庄规划也是城镇开发边界外的规划,这是一个示意图,有城镇开发边界,生态保护红线和永久基本农田保护线。

  说了这么多,我认为我们还有很多没有明白的问题,新的国土空间规划整合了多部门、多专业的规划和管理的事权,在法定层面、技术层面终于实现了“多规合一”,但是这一规划的复杂程度也远远超过目前任何一个学科、行业的认知和驾驭能力。在原有各规划尚存很多未解技术难题的情况下,新规划又提出了众多新概念、新方法。我们把这么多复杂因素重新结合在一起,我们的复杂程度多了很多倍。在强调底线思维、开发强度、用地属性管控的新体系框架内,如何科学遴选管控要素、定义内涵、目标参数、梳理相互关系,选择有效的管控手段,提升空间治理的能力和水平,以加强规划的权威性和操作性,是对科学规划的极大考验。如果没有科学规划,我们的权威性一定会打折扣,我们的操作性一定会落不到地,落地的恐怕也是错的,所以我觉得这个对我们编制规划,研究城市的人来讲,我觉得这个挑战是史无前例的。最后是要达到这个目的,构建一个山水林田湖草的生命共同体,少了一个字,应该有一个城,如果没有城我们的发展就没了。在这样一个大的共同体里我们干的是什么事,我简单粗暴提了一下,第一是定义,我们现在抛出了很多新概念,很多新名词,但是我们的定义准确吗,我们内涵清晰吗,我非常认同刚才几位专家的发言,尤其是郝研究员后面几个提问,我们大家都在做这个工作,但我们自上而下、自下而上有很多概念并不是很清晰,这个是新生事物,我们是要有一个研究周期的。定量怎么定,定的大破坏生态,定的小也会影响发展。定形,三生空间之间,山水林田湖草和城的关系,定界,刚才说的三个边界,四个红线。定性,这里的属性怎么定。定质,这里的质量,比如一块地,这里的强度、密度、基础设施、公共服务的保障程度、拥挤程度。定则,我们以一种什么样的规则管控。定策,以一种什么样的政策支撑和服务。

  要画好这张蓝图,写好这篇文章,使命是艰巨的。这就需要融入更多专业背景的团队,所以我们今天的题目非常好,规划的新技术集成,也是我们各个行业,各个部门的集成,开展更深入的基础性理论研究和实践的探索,为在发展和保护之间构建起科学、合理的内在逻辑寻找答案。对于国土空间发展整体思想的统一,则是国土空间规划和管控思路统一,治理逻辑自恰的前提。我们如果对发展,对保护,对用地的属性,对到底这个量怎么确定,如果没有一个系统的逻辑思维的话,恐怕各说各话,最后大家还是一团散沙,我们所强调的多规合一,其实在这些方面很难做到,如果不能合一,最后我们可能还是打乱架。这种思想,也必须是来自于尊重城市发展规律,尊重人的主体地位。在这里面我不谈政策、法规、机制、监督,这些还是属于后面的,当然跟技术有关,因为我们是技术单位,我想强调一下技术是一个引领性的作用,如果没有这个作为支撑保障,我们就没有办法往前走,我们技术需求是更加科学理性的理论技术,更加综合完整的专业体系,更加协同完善的政策法规,更加精细合理的管控手段。

  第二个是基础问题的思考。我们老祖宗是非常智慧,最早的时候就曾经有伏羲演八卦,天地人,最后一个字是和,天是什么,从古代人来讲,它就是一种气候和气象。风雨雷电这些都是。人是什么,我们经常说家国天下,是个体、家庭、社会、国家、人类。地,是我们脚踏的一方大地,山、水、湖、湿地、农田等等,它构成了一个全息的系统,人立于天地之间,它是讲和合文化,人要和天和,和地合,我们经常说顺势而为,顺天命,这个不可违,这些恰恰是我们在快速发展这么多年里所忘记的老祖宗的遗训,这些年来又重新恢复。按照我们做城乡规划和政策设计来讲,天地人也是可以简单呼应上的。从天来讲,我认为是天时,全球政治经济、气候变化、治理体系和科技进步,从人的角度来讲,是要采取知行合一,从战略、战术、规划、行动保障要进行未雨绸缪,从地的角度包括生产力、生活、游憩,科学技术进步到今天,我们并不清楚这个黑箱是怎么运算的,我们的算法革命到一定程度的时候,这个黑箱就慢慢解开了,估计人类永远解不开这个谜,但是我们在靠近这个谜底。如果将来达到未雨绸缪的话,如何通过全新的预测和反馈机制来达到更加科学合理的发展。

  向上:应对天时,世界风云变幻,国际承诺,市场需求,产业和科技革命。向下,解决好人地关系,三生空间关系、城乡关系,提升上下协同的治理能力,改善人居环境品质。比如人和地的关系,强调绿色生产生活方式,人口分布,经济布局,开发强度,合理利用和有效的保护等等。天时,天下大势,新的全球化趋势发生了变化,我们国家的战略也是做出了很多的应对。我们看伦敦的照片,触目惊心,大家都知道原来的伦敦是什么样的保护。我们看看巴黎,全球化的新动态更直白地表明,国家竞争是永恒的主题,全球性区域和城市作为各国的种子选手,也都是蛮拼的,我们构筑的国土空间规划和治理体系,必须要站在国家发展、国土安全的角度去绸缪。在国际承诺上应对全球气候变化,以人为中心,高质量发展的时代发展,按照马斯洛的心理需求来讲,有的老百姓处于温饱,有的已经有了更高的精神和物质追求,现在我们的社会分化差异非常鲜明,所以我们需要多层次的空间产品。在科技进步上,大数据,人工智能,物联网时代,为实时研判、精细化治理打开了充满无限想象的大门,刚才几位专家都讲到了,我们的监测预警已经比以前更加及时和客观。人的关系,新的生态管控成为首要目的。对于三生空间的保护、利用来说,识别、界定、管控并不简单,经济技术、经济门类、产业类型、消费产品以及受此影响的人类生产生活方式,正以前所未有的速度和幅度发生变化,挑战人类的认知。传统的人地关系作用机理遭遇挑战,对未来空间需求的预测、功能属性的界定,边界的界定,开发强度的定义都变得越来越复杂和困难。人和自然空间,从敬畏自然到改造自然,再到修复自然,和谐共处,人地关系经历了巨大的改变。未来随着科技和文明的进步,人与自然的空间关系需要重新修正,和合是主流,在严格的保护和高效的开发两类空间之外,也会产生新的第三空间,伴生空间,这个会不会改变我们生态的认知。人和居住,像北京传统的胡同和四合院,到现在望京非常现代化的居住。人和生产空间,随着人工智能、机器人和互联网的销售的普及,单位生产空间所需要的劳动力大幅度减少,相关的服务人口、配套设施也大幅度减少;但相应地,为机器、算法服务的人口、设施则不断增加。这一增一减之间,又形成了怎样的新型对应关系?它将直接挑战我们传统的人均用地标准,以及各类用地结构比例。人和消费空间,回归自然、虚实结合,一站式服务的消费形式已经蔚然成风,改变着人们对实体公建的诉求,形成新的人与空间的关系。人和交通空间的关系也是这样。

  三次产业空间。传统的三次产业划分,如今泾渭鲜明的界限已经打破。立体化复合空间,随着人口增长和地表空间的资源紧缺,地上地下空间一体化开发、功能复合利用,基础设施融合建设,已是大势所趋,需要重新定义开发强度,拟定新的标准和统筹标准。

  技术展望,宏观尺度,应对增长与生态、文化、耕地保护之间的矛盾,构筑可持续发展的格局,这是我们主要的使命。从这个角度来讲,技术逻辑,一方面是承载力,一方面是预测,我认为我们现在谈预测谈的少,而谈承载力谈的比较多。原来规划里有一个非常好的工具,已经被边缘化,就是远景构想,如果没有远景构想就没有梦想,没有梦想我们就失去了方向,这个万万不能丢掉,这个恰恰是人地关系的战略方向选择,而能解决这个问题的,我认为一是情景模拟,这个在我们院现在开展的如火如荼,可以把人地的关系,通过技术进步加以更好的模拟,支撑我们规划的引导和应用。预测完以后,是提高空间确定性和不确定性的判断,进行预控,而不是像以前论证完以后就是这样的规模,一定要实现这样的规模,我认为不是这样的导向。在用地尺度上,为生活、就业、经济繁荣创造高品质的空间环境,为市场经济和生产生活方式转变设定调适的机制,我认为调适的机制更重要。用地管控的核心目的就是避免内外部环境产生负效应,鼓励形成正效应,这样我们的规划方式、理念完全会转变。一直以来,这种管控途径是通过规划师、管理者对规划原理的理解,设定目标参数、并机械化的操作,产生的正负效应无从得知,对开发强度、品质的评价趋于主观。可以设想,随着物联网的普及和算法革命的深入推进,未来的决策方式也许会发生根本的转变。

  最后有一点展望,依托于大数据的分析,人工智能算法,情景模拟技术和场景呈现技术,更精准的诊断:识别问题和判断趋势;更科学的评价:包括三生空间,内容、总量、结构、质量、潜力;更准确地界定:内涵、边界、强度、质量、效率、公平、政策;更符合地模拟:宏观尺度的空间增长;更智慧地决策:地块尺度的开发;更符合的弹性:用地功能;更及时的预警。

  结论就是当AlphaGo战胜所有人类围棋高手那一刻起,所有人类不得不思考一个问题,智能算法是否有一天取代自己,这是一个无法回避的话题,规划师必须跟上时代的发展,要体现角色的转变。谢谢大家。

  主持人:感谢张总的精彩发言,张总从新时期国土空间规划的政策主线入手,梳理规划体系与挑战,特别是分析了新型人地关系的影响,点明了未来国土空间规划工作中所迫切需要的科技支撑方向,感谢您的发言!

  主持人:接下来,有请合作伙伴ESRI(中国)信息技术有限公司陈非副总工。陈总长期致力于空间信息服务技术的应用和发展研究。曾参与发改委自然资源和地理空间基础信息库、全国二调国家级数据库建库、风云三号气象卫星应用系统数据存档和服务系统、国家防汛抗旱指挥系统等国家级项目的ArcGIS方案设计等重大项目,技术经验丰富。

  她今天为大家带来《基于ArcGIS的空间规划新技术的探索与实践》,大家欢迎!

  陈非:非常高兴来到清华同衡学术周,这是我第一次参加这次学术周,心里有一点忐忑,因为大家都是空间规划的专家,我们作为GIS的厂商参与这样的活动感到非常荣幸。

  看到今天学术周的主题,衡与变,我在学校的时候就使用GIS,以前我们说GIS是数据、可视化,这是它的核心内容。到今天我们来看GIS还是脱离不了这个核心,但是是随着底层技术,数据获取的技术,空间分析的技术,计算基础设施的发展,不断的融合其他多项技术来辅助GIS的发展,所以这个主题也是将GIS技术衡与变的主题。

  大家知道我们是GIS的技术厂商,所以在空间规划的业务应用上的理解可能跟各位专家相比还是有很多的差距,但是我们参加的是空间规划新技术的论坛,我的侧重点就是立足于空间规划和新技术这两个点,希望给大家介绍ESRI公司在GIS新技术上到底什么地方可以应用到空间规划这个领域,一个是智能化城市设计相关的技术和发展,另外就是空间分析和算法模型方面的新的技术集成,以及我们做的一些小小的实践,分这样三个部分。

  第一,落实到我们的技术上,CityEngine的软件,它的特点是基于规则驱动创造三维模型,动态的智能编辑与布局,所见即所得的规划设计,与ArcGIS一体化集成,用于城市规划、轨道交通、文化遗产、游戏开发、电影娱乐等。跟大家分享一个有意思的插曲,这个CityEngine软件不光可以用在空间规划领域,大家如果看过迪斯尼的动画片《疯狂动物城》,也是用CityEngine软件搭建的虚拟城市。可以看到它跟虚拟现实技术结合,可以让我们获得身临其境的体验。

  BIM已经作为城市规划设计的必不可少的手段,对于ESRI公司来讲,我们和技术公司达成战略合作,从产品本身原生支持BIM的数据,现在BIM的报建在住建部去年开展了两个试点,希望能够在城市规划从报建到审批,到最后的施工到验收一体化引入BIM的模型,我们的产品也可以和BIM非常好的集成在一起,不光集成这样的模型,也可以和BIM进行智能化的管理。比如这里可以看到它的电表模型,建筑设施电力运行状况,包括底层基础设施的管线设施的运行状况都可以集中进行分析和展现。

  ArcGISUrban是新的城市规划解决方案,在城市规划设计里不光需要单体小区的城市规划方案,用地规划和控规也在这个平台里展现,不光为规划设计人员,城市管理人员,同时也为公众提供公开参与的平台,所以ArcGISUrban可以把建筑信息模型,城市规划和设计,城市信息模型,景观生态信息模型都可以集成,我们建立这种模型,也可以分享到ArcGISUrban这个平台上来,这个产品在中国并不是直接适用,因为我们自己有自己的国情,但是我们可以体会领会它的工作流程和它的内涵,把它的系统建设的思路拿到中国来,建设我们自己的城市规划平台。

  第二部分分享的是空间分析和算法模型上面的一些最新的进展。谈到变与不变,对于GIS软件来讲,空间分析永远是它非常重要的组成部分,对于ESRI公司来讲,这个平台产品最初就有一整套的关于空间分析的框架,包括建模语言,模型算法,它其实是开放的架构,可以摆一些专业模型,同时可以整合到环境里来。在现在的支持模型里,我们虽然有更多的手段,比如大数据、人工智能的手段可以增加非常专业的模型算法,但是底层的框架仍旧是当初搭建的框架,这些框架并没有变,而且是开放的,这个是非常重要的。我们来看一下在规划的决策支持模型以及预测和评估模型里,我们支持的都是通过空间分析的框架来支持的。

  可以看一下,最新的技术手段有哪些。第一个就是空间大数据计算框架。为了更清楚看到空间大数据运算的过程,我们有一个过程,数据源原来都是基于文件系统获取的数据,现在有一些EXCEL表的数据或者文件数据,我们要转存到分布式的存储框架和计算集群下面,通过分布式计算集群计算出的结果,可以保存在新的数据模型里来,这些数据模型可以适用我们所需要的矢量和大数据检索的要求而创建新的数据模型,这个数据模型进一步怎么样使用,就像我们使用原来空间数据一样,我们要放置到计算库里,就可以为客户端进行访问,这是空间大数据计算的框架。我们讲这个的主要目的还是衡与变这样一个主题,标红的部分是大数据计算框架和传统框架之间变化的部分,我们要适应大数据和分布式的存储要求,分布式的计算架构必须在体系架构上做相应的调整。为了适应新的存储模式,空间计算的要求,我们创建了新的数据模型,这个数据模型是在非大数据的计算框架下所具备的模型。但是没有变的部分是,从数据到服务发布,到前端应用的使用方式是没有变化的,所以无论是大数据进行分析运算生成的结果,还是传统的数据生成的结果我们都可以统一进行访问,这是整体框架下不变的部分。这两个部分是相互集成,相互整合的。

  大数据里面非常重要的一个部分,除了计算以外,分析以外,它的可视化也非常重要。因为根据我们数据量计算的不一样,可能有百万级,千万级甚至上亿级数据,可以想建上亿的数据点密密麻麻,在数据端我们什么也看不出来,在前端怎么样通过不同的可视化方式能够显示出数据之间的关联,能够显示它的分布状态,这个可视化的过程是空间大数据不可或缺的能力。在5月十几号发布的开发者大会上我们推出了两种关于大数据显示的新技术,一个是在前端支持服务器返还的方式,这个信息可以在前端进行渲染,也可以在前端和客户端进行查询,来实现这种大数据的快速显示的要求。另外,在开发者大会上也展示了最新的点密度渲染的渲染方式,可以看到它是通过某个区域,城市的建筑的密度,这个点的位置不是真的房屋的位置,但是一个点代表一个房屋,通过空间分布,同时用不同的颜色表现,就可以看到城市从1940年开始,城市扩张的范围,以及在不同年代所扩张的区域到底是什么样,客观地展现城市扩张的进程。

  空间大数据的分析工具也是不断的补充和完善,可以看到黄色的部分是在产品里可以支持的空间大数据分析算法,并不是所有的空间分析都可以放到大数据的架构下,举个例子,最常见的路网通达性的分析,这种分析是跟数据拓扑关系相关,无法直接切分到不同的服务器上单独进行运算,这类数据很难在大数据的框架下完成的。目前可以支持的空间大数据分析,就是这里列出的这些,但是它会根据新的需求会不断补充,比如看到空间叠加的需求,在前一个版本里是没有的,我们跟国土资源部空间基础平台的项目进行合作,需要很多空间叠加方面的工具,在新版里就增加了叠加分析的算法,这些都是可以应用到分布式的计算架构下面运行的分析工具,里面也集成了一些新的人工智能的算法和空间大数据分析的算法。

  举个例子,空间规划大数据的业务场景,前面有些专家讲到差异化分析,成果变化监测等,我们用到叠加分析工具。我们以前在自然资源部的空间技术平台里算这样的分析,比如你单机上计算可能算不出这样的结果,一个省级可能涉及到千万级的要素,现在放在大数据的运算架构下可以达到分钟级甚至秒级达到运算的效果。比如这是两个不同年度的土地利用现状的数据监测,我们采用Union工具,对数据进行对比,生成的结果可以看到变化之后的属性数据和空间数据,利用不同的颜色进行表示,还可以利用数据进行相关的统计,根据面积和地块的数量进行统计,也可以统计出变化最大的用地类型。

  另外在空间分析模型里我们要谈到人工智能,前面也讲到,其实有很多算法并不是GIS平台本身就能够提供,针对不同行业可能有不同专业的模型,包括人工智能也一样,虽然有一些空间统计和地理统计的算法在GIS平台上也有,我们还是会其他的人工智能计算平台和运算框架结合。所包含的机器学习工具主要是三类,一个是分类工具,还有聚类工具还有预测工具。聚类分析举两个小例子,根据交通事故发生的位置,我们可以根据空间位置关系去生成到底是哪些是易发生交通事故的十字路口。右边是餐饮业的营业值和空间数据分类,可以生成人比较密集的地方,用于零售店的选取,这是聚类分析的算法。回归预测分析,也是有这样的工作流,我们ArcGIS提供样本处理工具,可以对数据进行训练样本的提取和处理,可以根据引擎,可以是ArcGIS本身也可以是外部集成的系统,通过生成训练模型作为预测工具,可以进行结果的预测。举个例子,针对2018年的房价数据和一些有影响房价数据的因子,包括到学校、医院、地铁站、商圈的距离,我们可以预测2020年的房价。这个预测模型的流程,通过刚才距离学校、地铁站等相关的因子,我们可以构建这种多变量网格,把这个多变量网格和大数据关联起来进行赋值,基于随机森林的回归预测建立模型,达到预测结果。这个放在了在线平台上,所有的工具都是通过服务的方式提供的,不管是深度学习还是机器学习的工具,都是通过服务的方式提供的,所以我们把数据上传上去,根据刚才的因子构建多变量的网格,根据网格跟房价数据关联起来,建立模型,通过回归预测的模型就可以计算出最后2020年的房价。还可以看到我们关注的这些因子,哪些是对网价的涨幅起到了关键性的作用。

  最后,快速讲一下我们的实践。因为我们是厂商,我们做大的项目和系统是不太可能,都是跟清华同衡这样的合作伙伴一起合作建立某些方面的解决方案,比如我们在城市辅助设计上面建立了一个原型,辅助三维规划,辅助设计,面对规划和城市设计,包括成果展示,辅助分析,参数化设计,三维展示等功能。另外我们跟浙江大学大数据的团队建立智慧宁波的数据平台,由他们进行模型算法的研究,在智慧城市这个项目上集成了他们的空间分析算法,做了一些人口空间分析和设施可达性的分析,以及后面的人口预测,根据迁入迁出的人口,预测一下未来人口的分布,以及学区的容量,进行人口预测判断学区到底是不是能够满足要求。另外,我们做了一些土地资源承载力评价模型的实施,我们分解了它的指标体系,搭建了自己的分析模型,根据这些模型计算出结果,生成评价结果。

  在后面最后一张,我们通过分析评价指标,在ArcGIS平台上通过可视化建模的工具,以及脚本语言进行模型构建,然后发布成评价模型的服务,供前端客户端直接调用,我们的指标和权重都可以在客户端实现。ESRI会持续提供一些技术手段,要跟规划行业不断紧密结合,才能为规划行业更好的服务。非常感谢。

  主持人:感谢陈总的精彩发言,一直以来,ArcGIS都是城市规划行业技术进步的重要代表。在新时期国土空间规划的背景下,ArcGIS也扩充了很多新的应用和实践,一定能让规划局和规划院的业务效率和成果水平得到极大提升,让我们拭目以待,再次感谢!

  接下来,有请合作伙伴特力惠信息科技股份有限公司,规划事业部总经理,高级工程师,李向华。李总从事规划信息化行业20余年,湘源系列软件开发设计者;四维图新旗下海图科技创始人;同时还担任国家发改委湖南省地理信息地方联合重点工程实验室的副主任。

  李向华:大家好,今天非常荣幸得到清华同衡邀请,在这里和大家分享我们的一些想法。

  我们除了是同衡的合作伙伴,同时也是ArcGIS的合作伙伴,刚才陈总在台上讲了很多新的技术,这些技术在特力惠已经感受很深,用的也比较深,像在部里承接的空间基础地理信息平台,就是基于ArcGIS的技术开发。空间规划监测预警系统这么火热,我们公司也在进行相应的开发,我们相关的解决方案和产品不日就将推出。今天在这里我不想讲那些同质化的东西,我想讲一下AI与城市详规路网的规划探索与思考,我自己本是信息化工作者,也是规划师,我非常希望在规划设计领域给大家提供一些思考和帮助。

  提到AI,不可能绕过吴志强教授,他就讨论过人工智能下的城市规划学科的未来,提出了“理性规划”的理论。尼尔里奇指出未来城市变革的最大推动因素是信息化。麦克巴迪讨论了城市规划与设施领域的人工智能。在这里我们只是做一个非常小的探索和实践。城市规划的核心内容包括土地使用的配置,城市空间的组合,交通运输网络架构,城市政策的设计与实施。

  城市详规路网的编制。按照自然资源部提出的五级三类空间规划等级划分,详细规划是规划编制的最后关口,路网规划是详细规则的重要组成部分,确定了城市道路交通及其设施的控制要求。在城市详规路网设计过程中,总体规划层面,对应有专项的城市综合交通规划,修规或项目规划中有建设项目交通影响评价,但在控详规中没有明确的交通规划要求,导致综合交通规划无法分解落实,建设项目影响评价难得有效实施。

  控规路网的影响要素包含城市空间布局,内外交通衔接,道路等级结构合理,上位规划和周边规划。此外还有地形地貌,市政工程和生态环境,还有其他要素,比如道路交叉口,城市的主要建筑分布情况,还有城市的道路环境,非机动车的出行,还有一些历史文化遗产的保护等等,这都是我们在详规中考虑到的因素。对于详规中的交通方案设计的基本步骤,主要是根据尚未规划确定控规区域需要落实的道路,与周边道路进行衔接,根据地形和功能结构、按照规范间距划分主次干道,根据用地功能,局部次干道进行加密,按照规范布置支路。常用路网评估方法有非直线系数,路网容量法,最近很多年采用了一些新的方法,像空间句法,还有一些是把容积率和路网承载力进行互补,互相补偿,来进行平衡和分析。还有路网规划经验值、道路间距,根据国标进行规定的,比如快速路间距是15002500米。

  这过程中存在可以改进的地方。评估值为通用值、经验值,不具有独特性。我希望能够通过某种手段来对交通评价,对详规中的交通评价进行优化和改进。初步想法是在初步方案,包括用地和路网设计出来以后,正式方案提交之前,从车辆量的角度对路网设置进行AI计算,找到路网弱点并提出优化方案。可以看到,路网的设计、交通需求分布一定的情况下,路网结构和负荷分布是不同的参数分解。道路功能结构,布局结构和等级结构可以进行互相补偿,这里引入AI计算可以帮助我们。

  在这里简单给大家讲一下AI。大家对这个名词很熟悉,人工智能,AI能帮助大家做什么,就是模拟人的思维,通过计算机的手段模拟人的思维,在各个领域做出类似于人的反应和计算能力,但是它的计算力是远远超过人类。1956年夏天,来自于麻省一群革命化首次提出了“人工智能”的概念。AI常用方法就是机器学习、动态模拟、数据挖掘,我们系统中采用半强制、半监督学习的机制,来对详规中的路网进行计算和模拟。

  下面简单跟大家介绍一下我的案例,即AI在详规路网规划中的应用。首先已经有了详规的初步设计,在用地和路网基本上已经OK情况下面,我们采用半监督学习,使AI能够帮我们提出优化方案,找到弱点。在这个过程中,有一部分要素是被标识的,比如容积率、现有路网的承载力、OD规则、交通产生的吸引算法、简单模拟的驾驶规则和交叉口的碰撞规则,这个是属于部分被标识的要素。未被标识的要素,比如极限车流量、车辆的方向和目标等。采用图论推理算法计算,简单来说就是在很狭小的区域内,我放了超出它极限的车流,看路网能不能承受压力,找到整个路网设计的弱点在哪,根据这个弱点进行推算推演,找到它的优化方案。步骤就是极限增大车流,进行AI计算,目标是找道路网弱点对路网设计进行改良。以长沙武广新城的控规为例,这块灰色地带就是武广南站火车站,这个火车站连接两条高铁线,一个是京港澳,一个是沪昆高铁,西边是老城区,这边是浏阳河,边上是浏阳河开发区,面积8平方公里。浏阳河东边是是长沙最大的物流中心,这块地方非常具备代表性,我们希望借助AI模拟判断的路网,在片区建设完成以后,看看能否满足极限状态下的需求,高铁南站的接送车,以及物流车辆超载,也有可能是流量太大了,导致浏阳河片区交通容量不足。通过参数调整,在片区里直接放进三万台车,这是效果模拟,形成了整个路网的计算,放进一定的规则来模拟路网实际运行状况,有OD规则,交通产生吸引算法,交叉口碰撞规则和模拟驾驶规则,同时用AI对路网进行评判,通过控制交通流量的大小,可以判断出路网薄弱环节和路网承载力。AI给出的算法是,有几条路真的出现了拥堵,红色区域是拥堵比较严重的地方。同时,我们要求AI计算给出一个方案优化路网,规划师的解决措施一般来说就是几种,增加道路或者结构优化。AI给出了两种方案,第一种就是在这个位置进行车道增加。第二种方案是进行道路的增加,这两种方案都是通过对规划师的学习进行措施改进的方案。虽然说这两种方案不见得是最好的方案,也不见得真正能够实行的方案,但是它是目前通过AI计算能够给规划师们提出的一种可选择的方案。在这个基础之上,规划师依然可以对它进行修改完善,而且我们的学习素材是有限的,当前的AI处于一种在不太多的数据学习基础之上提出的AI计算方法。

  AI用于图像识别、语音识别、语义识别比较多,但是在空间规划行业中较少,主要原因是缺少大量的数据作为支撑,像我们这样的企业和个人,我们没有办法或者很难获取大量的数据进行模拟和学习。但是我们相信,随着计算机技术的发展,将来空间规划的发展,我们AI可以越来越聪明,可以辅助很多人力的工作,如果在城市详规路网中发挥一定的作用,推而广之,在地下管线和用地布局等专业也可以发挥一定的作用,尽可能减轻规划师的工作量。

  在这里我还想给大家汇报一下,我们AI将来的发展正和特力惠的整个产品体系紧密结合在一起,我们希望在特力惠空间监测评估预警过程中,大量应用AI技术,在能用的地方都涵盖进去。像这块详规的路网的编辑工具,它只是一个很小的应用点。刚才大家可以看到这套程序,这不是我画的图,这是已经做出来的试验,我为了清华同衡这次的演讲,我们专门把这套程序提前开发出来,也是抛砖引玉,谢谢大家。我的汇报到此结束。

  主持人:感谢李总的精彩发言,路网规划是详细规划的重要组成部分,我们看到,利用AI技术可以在传统的详规路网规划基础上,对路网的重要节点、路网容量进行评估并优化,提升规划效率与合理性,感谢你的精彩分享!

  今天上午最后一个报告嘉宾是清华同衡总规划师、技术创新中心执行主任 林文棋。林总长期从事城市规划、技术体系研究及探索,致力于大数据、生态城市、智慧城市等新技术、新方法在城市可持续发展中的实践,近年来重点在构建城市运行管理诊断、评估、优化与预警的实用平台工作上。

  林文棋:我的题目是国土空间规划信息平台的整体解决方案。大家可以看到,昨天的新闻发布会上已经提到了五级三类的规划体系,支撑这个体系建设的是信息化平台,信息化平台未来是政府管理的核心,其核心目标是要解决我们国家治理和城市治理能力的现代化。

  在整个系统里面会有两个方面,一方面是基础信息部分,第二部分是监测评估预警部分,再往后走就是决策分析和智能化的部分。刚才李总谈的是智能化的部分。从智能规划角度来看,就是:可感知,能学习,善治理,自适应,做到自适应是非常难的。在行业知识的基础上形成了一整套的同衡提出的解决方案,就是要实现国土空间规划监测评估预警、全过程辅助决策。路径是构建国土空间规划实施,数据体系,指标体系,算法模型体系和应用体系。这四大体系,数据体系是底层,指标体系是在第二层,模型算法体系包括大数据、人工智能和城市信息模型,是第三层,应用体系包括动态的监测,动态评估,预测预警等等,涉及到人口、产业、设施等等,这个是在应用体系的顶层。

  下面我大概介绍一下同衡在监测评估预警体系建设方面的研究和实践。这个工作目前自然资源部正在部署,我们根据已有的技术指南,进行了整体的梳理,形成了一个比较完整的系统平台建设的解决方案。在这里总体思路是要解决三个化的问题,第一就是全域的数字化,这是一个很重要的基础。第二是空间治理工作网络化,纵向传导,即五级三类规划体系上下的传导;加上各个部门横向传导,由这两个传导形成了网络化的系统。第三个就是监管的智能化,这块是目前比较难的部分,建设指标库、模型库,进行比较基础性的智能化管控。同时,涉及到业务的推理库,模拟推演和政策引导,这是比较高级阶段的智能化。

  整体解决方案中提供5D技术服务,需求研判、数据融合、深度学习、决策支持和动态反馈,对整个系统提出很高的要求。

  整体技术框架是“三库六图六应用”。这个框架是来自于整套数字化、网络化和智能化的根源需求。三个库,有数据库和模型库,以及指标、标准库,在五级三类规划体系的路径传导中关键是要进行指标的传导,这是未来国家治理、各项指标管控中一个很重要的基础。在这样的基础上会形成一张图,分为六个专题:现状一张图,规划一张图,审批一张图,监管一张图,监测一张图,预警一张图。在上面有六个应用,比较完整体现了从国土空间的研究、评估、规划编制、方案审查审批、用途管制以及到后面的监测预警以及决策支持的全过程。

  我简单介绍一下六个应用,应用1是规划辅助编制。规划编制到底编制什么,虽然目前尚无文件发布,但是在技术流程已经比较明晰。从基础信息开始,进行双评价,划定三区三线,形成规划底图。第二个分支从规划实施评估,到要素配置,空间布局叠加规划底图,形成规划成果。要素配置中涉及到城乡发展未来的预测等,要跟国家、区域和城市的发展战略相结合,可以看到,在规划编制过程中底线管控和促进发展是并行的。

  这是我们在试点做的双评价的内容,涉及到资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价,以及最后的成果分析。目前我们已经把这个过程平台化、工具化了,未来大家在做这些内容的时候,把数据模型和最后的展示结果打通,一步到位。

  第二是划定三区三线,其实难度不在三区三线本身,而在于发展需求的解决,呼应来自于国家、区域以及城市未来发展的战略需求,这些战略需求如何转化为三类空间的比。

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