智慧国土空间规划的【实践构建研究】

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今天的文章在对国土空间规划编制和信息系统深入探究和实践的基础上，尝试建立智慧国土空间规划的理论框架（包括内涵、方法、目标、路径等），涉及国土空间规划的编制、审批、实施、监测、评估、预警等关键环节，以期为新时期空间规划的智能编制与准确推进提供技术支撑。

文章略长， 第三章节的智慧国土空间规划的实例实践，建议重点观看~

国土空间规划步入生态文明新时代。自中央将空间规划改革列入《生态文明改革总体方案》以及国家自然资源部成立，国土空间研发运用和管控方面都规定国土空间规划模式进行适应性调整，即意味着国土空间规划步入了生态文明的新时代。以生态保护为抓手，以用途管制为契机，逐渐实现高效协作、集约发展、精细治理的国土空间规划新模式。

规划矛盾非一日之寒，急需新途径解决。合理地开发运用国土空间，建设美丽花园，是每个国家空间战略与制度的最高目标。长期以来，由于我国各个规划之间在空间和内容上分歧突出扩散指数案例，总结为“底图不一、底数不清、底线不明、编管不衔”的四个“不”之困，严重制约了规划效力和部门效能，难以适应新时期“全国统一、相互衔接、分级管控”和全域、全要素用途管制的空间规划模式探索新规定。

新技术开启解决传统规划难题新思路。近年来，随着移动网络、区块链、大数据、人工智能等新技术、新数据的强劲发展，带来了演进模式、生活方式乃至治理方法的转变。规划产业数据和知识受到快速膨胀与汇集，核心科技和智能算法也逐渐成熟，从“人工智能”到“机器智能”，从“智慧城市”到“城市大脑”，技术和技巧的转型推动空间管控体系和服务理念的不断突破，赋予了国土空间规划智慧化的新动能。

国土空间数字化生态奠定智慧化根基。2019年1月，中央全面深化改革委员会第六次会议表决通过了《关于完善国土空间规划模式并监督实行的若干意见》，为此，利用大数据和新技术，推进国土空间全域全要素的数字化和信息化，构建国土空间数字化生态，逐步构建数据精准化、业务协同化、监管全程化、预警实时化、决策科学化、服务一体化的智慧国土空间规划。

Part.1

智慧国土空间规划的理论框架

智慧国土空间规划的内涵、方法和实践，要遵循国家生态文明体制改革和空间规划模式构建，实现国家治理体系和治理能力现代化的新规定，形成以管理为抓手、以信息系统建设为基础、从编管脱节向编管协同转变的智慧型国土空间规划。

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内涵

结合国家全面推进规划体制改革系列规定和新演进模式的战略背景，提出以“生态优先、高效协作、集约发展、精细治理”为方法，依托人工智能、大数据、城市信息模型（AI 、Big Data 、City Information Model，简称“ABC”），遥感、全球定位系统、地理信息系统（RS 、GPS 、GIS，简称“3S”），以及数字规划、生态规划和智能规划（Digital Planning 、Ecological Planning 、Intelligent Planning，简称“3P”）技术。

在自然资源本底现状的全域数字化基础上，开发以指标设计为基础、以规则建立为形式、以算法研制为核心、以建模研究为支撑，覆盖规划编制、审批、实施、监测、评估、预警全步骤的管控平台，助力“一张蓝图管到底”和空间管控能力现代化的智慧国土空间规划，实现从特色规划向“可认知、能学习、善治理和自适应”的智慧型生态规划转变。

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目标

“多规合一”的实践不仅缓解了各个规划之间的协调性问题，却难以解决传统规划自身的“重心失衡、笼统僵化”等难题。智慧国土空间规划的目标需要由“部门分治、重城轻乡、静态方案、编管脱节”的特色物质型协调规划向“多规合一、全域治理、动态蓝图、编管协同”的智慧人本型整合规划转变。

通过“智慧国土空间规划”新模式、新方式，最终推动空间规划与管控的五个“一”，即空间资源一本账，空间规划一张图，编管协同一张表，空间管理一张网，空间管控一平台。

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逻辑

基于“可认知、能学习、善治理、自适应”的新时期国土空间规划需求和“ABC”、“3S”、“3P”的科学技术手段，智慧国土空间规划模式将产生以智能编制、审批、精准实施、长期检测、定期评定、及时预警为骨架的贯穿空间规划全生命周期的纵向生态闭环，以及“上接部、省、市，下达区、乡、村”的一体化纵向轴线。

图1智慧国土空间规划的逻辑模式

通过以自然资源本底现状及监测、传统规划成果和新兴数据组成的认知数据模式，融合深度学习等智能算法和建模打造的学习算法机制，应用到智慧国土空间规划骨架的各个环节，并利用智能模拟等方式，收集社会各界的反馈和行业影响，不断适应社会变迁，最终产生一套科学、合理、协同的生态文明的空间管控模式。

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路径

以“ABC+3S”为主的技术手段，以“3P”为主的科技体制，以覆盖国土空间规划全业务流程、实现空间规划一张蓝图与检测评定预警可估算体系互动嵌入、构建集现状与规划信息于一体的国土空间规划信息系统为主的产品软件，使国土空间规划编制更智能、实施更准确、管控更科学，具体建设模式如图2。

图2智慧国土空间规划的建设模式

Part.2

智慧国土空间规划的方式

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数据驱动

数据是规划的“生态”基础，取之于规划，用之于规划。随着基于定位功能的移动信息设施和科技的逐步成熟，空间位置服务数据长期涌现，构成了国土空间规划的认知模式。多源异构数据的动态可获取性，实时收集人的行为活动、城市公共服务、社会经济运行等社会属性数据，促进国土空间规划由单一的物理空间规划转向为“以人为本”的生态规划。

借助云计算、移动互联网、GIS等科技，进一步融合各种国土空间要素信息及新兴数据，对国土空间要素分布特点进行挖掘、分析、动态仿真和可视化表达，驱动国土空间规划原则和建模的变革与改进研发。

图3 多源数据的整合和处理过程

利用新兴位置服务大数据具备样本量大、尺度精细的特点，通过与已有城市数据的结合，可以应用于智能挖掘的智能体（Agent）模型个体行为决策规则和聚类其异质属性特点表达上，使模型更真实精准反映人地交互关系。实现了国土空间规划“自下而上”的准确表达，为编制国土空间规划提供底数、底板、底线支撑。

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深度学习

深度学习算法因其具有超强的学习能力，在提取多源异构数据之间存在的各类复杂且非线性的关联特征方面极为有效，且能灵活面对，因而将规划探讨、预测模型与深度学习结合,共同组成国土空间规划的学习模式。

珠江三角洲地区的城市建设土地、生态地块、农用地由于其自身的光谱、形状、空间构架等的复杂性，往往很难做到准确分辨和提取。

采用深度卷积神经网络 GoogleNet Inception V3 作为深度学习的分类器，通过对珠江三角洲遥感影像进行多尺度分割和标准化处理，选出验证精度最高的网络建模，确定各用地单元的用地类别，实现对规划要素的准确提取。

结合三调土地运用状况、地理国情普查数据等多源数据，完成对珠江三角洲的土地类型进行城市建设地块、生态土地和农用地的分类和准确甄别。

图4 基于深度学习的土地运用类型识别技术路线

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协同规划

“协同规划”平台基于土地运用规划、城市总体规划和经济社会演进规划，与行业深耕规划、环境保护规划等其它专项规划相整合。

智慧国土空间规划通过建立基础数据、目标指标、空间坐标、技术规范统一衔接共享的国土空间规划协同系统，提供一套完整的规划信息服务环境，包含各种数据资源、分析软件及业务协作工具。

平台具有规划基期数据处理、空间资源信息管控、空间研发运用预测和辅助编制、项目协作审批和管控等用途，进一步加强部门业务的协作联动，利于规划审批和监督管理工作的召开。

此外，以空间信息数据为基数，通过大场景的GIS数据、小场景的BIM数据和物联网的有机结合，集成的空间大数据全息平台，也即城市信息建模CIM平台，可以推动从表面到深层对空间各平台、各单元，全面、综合的信息表达与联动分析，从对国土空间规划与设计进行嵌合式支持，为新时代国土空间规划的协作编制、审批、组织推进和监督管理提供了有效工具。

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智能模拟

空间规划是一门研究人地关系的学科，要进行科学的国土空间规划，就需要要理解国土空间的演化机制，并能推动分析。智能模拟是将全局演变与局部行为进行有机融合，实现对复杂人地关系变迁的模拟呈现，用智能模拟的方式进行国土空间规划是一种顺势而为的思路。

通过建立发展目标，从宏观与微观两个尺度分析个体如何演进，使得平台整体朝着生态文明的目标演进，即构成了国土空间规划的适应模式。

多智能体模型自下而上的模拟特点更加吻合国土空间智能模拟的意愿，可将人甚至其它空间要素成为Agent代入到建模中进行模拟。结合学习算法构造Agent的学习模型，以充分展现出Agent的常识获得素质和适应性。

基于多智能体系统（MAS）和学习算法形成的城市开发边界精细模拟建模，通过量化和表征建设土地规模与人口激增、经济发展等原因的相关关系，预测建设用地规模。通过建立 Agent 协同交互组件，模拟城市在多智能体行为决策过程中的空间研发过程并协作产生城市开发的“刚性”边界和“弹性”边界，得到城市开发边界对城市空间的管理及反馈制度。

图5 基于多智能体动态交互决策过程模拟的城镇开发边界划定原型图

Part.3

智慧国土空间规划的实例实践

以下从相关实例实践心得角度分别介绍国土空间规划编制、审批、监测、评估、预警和信息系统建设的智慧化实践。

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辅助编制

广东省廉江市的国土空间规划编制过程实例中，在“双评价”、现状剖析、用地规划及空间改进分析等方面采用大数据、深度学习等智能算法进行定量分析，提升了规划编制的科学性和合理性。

在对廉江市社会、经济、生态、产业和重大基础设施等充分考察的基础上，结合航空摄影科技，采用空间数据预测软件，全面检测了廉江市国土空间及自然资产状况扩散指数案例，在此基础上采取“短板效应”综合得出承载能力的优劣等级。

图6 廉江市“双评价”过程

基于大数据科学的剖析结果，借助FLUS模型提取、识别城乡发展制约因子，实现对土地运用差异的多维度、多场景模拟，为科学划定“三区三线”提供评价细则，形成廉江市空间规划成果“一张图”，完善了廉江市国土空间管控体系，为生态安全、陆海统筹发展、自然资源合理运用，提供了有力支撑。

图7 廉江市空间规划“三区三线”划定成果

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审批

国土空间规划审批是把控国土空间规划成果质量关和科学关的一道重要环节，是建立国家管控模式和治理素养的重要方式。

智慧国土空间规划以信息化手段建立审批系统，平台以规划法律规章、规划成果和数据标准、信息系统、组织管控为支撑机制，针对国土空间规划、专项规划和重大工程空间规划业务审批过程中的审批对象、审批方式和审批步骤等基础内容，以审查要素“一张表”、方法“一个库”、流程“一张图”的方式展现，搭建一套完善的新时期国土空间规划审批工作方式。

图8 智慧国土空间规划审批总体构架

智慧国土空间规划审批系统在和平台打造上，融合新兴数据和新一代信息化技术，不仅弥补了特色审批的信息交互、资源共享和业务协作障碍的瓶颈，还推动了数据的智能认知，平台的多维全景可视，提升了系统的人性化服务和感受性能。

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动态监测

通过构建国土空间规划监测平台，可以动态把握规划推进和运行状况，为国土空间规划管控提供有力的支撑。监测范围涵盖规划目标指标检测、规划推进审批监测、用地变化状况监测。

监测主体将平台获得各项指标的最新数据，通过对比指标目标值来确立相应制度在推进过程中发生的妨碍和偏差；通过对比各项指标的历史数据，分析对应制度在空间上的制约趋势和潜在差异，对规划推进做出积极响应、理性调整和科学引导。

借助遥感等科技方法，从土地运用类型管制分区的视角，对珠江三角洲的国土空间进行土地类别划分和准确辨识，并支持土地运用的大量动态观测，实现国土空间的目标管理、空间管控和指标监管。

图9 珠江三角洲耕地变化监测 （左）

图10 珠江三角洲建设用地变化监测（右）

通过对珠江三角洲土地运用类型的时序特征差异及空间格局演进进行大量检测和跟踪，从用地转化的视角，明确了不同类型用地之间的转换数量、转化特征、转化的空间分布，比较不同行政单元之间的差异性和关联性。同时，在长期研究基础上研发了违法用地智能检测模型，该模型基于元胞自动机CA模型，对违法用地监测预警效果优于单一模型。

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