公眾參與GIS的發(fā)展及其關鍵技術探析

沈體壯，何貞銘，趙 懂

（1.長江大學 地球科學學院，湖北 武漢430100）

地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)的規(guī)劃決策工具，在城市規(guī)劃、資源管理、土地利用等很多領域的規(guī)劃決策中發(fā)揮著非常重要的作用。但由于GIS采用的是一種“自上而下”的模式，是由專家掌控和操作的“黑箱式”專家系統(tǒng)[1,2]，專業(yè)性太強，公眾難以通過它來參與決策，導致GIS長期以來的“高科技”光環(huán)最終形成公眾參與的壁壘。而公眾參與地理信息系統(tǒng)作為破解兩者間溝通障礙的必要補充，由此應運而生。

PPGIS是公眾參與理念與方法和地理信息技術相結合產(chǎn)生的新方法[3]。它具有如下特征[4-6]：①以人為本；②基于Web的開放性；③基于地圖及可視化技術。PPGIS能夠為公眾提供一個開放、透明的管理決策環(huán)境，讓公眾便捷地參與城市、國家的一些重大決策和規(guī)劃。

1 PPGIS研究現(xiàn)狀

公眾參與理論和方法產(chǎn)生于20世紀60年代。比較經(jīng)典的公眾參與理論是Arnstein（1969）的公眾參與梯度理論。Arnstein以民眾權力為導向，把公眾參與的方式按照參與的程度分為八級，歸為三類[7,8]：參與程度最低的第一級“操縱（Manipulation）”和第二級“醫(yī)治（Therapy）”屬于第一類“非參與（Nonparticipation）”；第三級“告知（Informing）”、第四級“咨詢（Consultation）”和第五級“安撫（Placation）”屬于第二類“象征性參與（Degrees of Citizen Tokenism）”；第六級“合作（Partnership）”、第七級“權力代理（Delegated Power）”和第八級“公民控制（Citizen Control）”屬于參與程度最高的第三類“公民權力（Degrees of Citizen Power）”。

PPGIS 是在人們對傳統(tǒng)GIS批判的過程中，借鑒公眾參與的一些思想和方法發(fā)展起來的。它起源于20世紀90年代，其內容和方向主要脫胎于1993年美國國家地理信息分析中心（NCGIA）資助舉行的有關“GIS與社會”的學術大討論[9]。Sheppard（1995）認為GIS不僅是一個解決問題的工具，它的發(fā)展和其它的科技一樣，都應該是社會的過程[10]。1998 年10月在美國加州圣巴巴拉召開的“賦權、邊緣化、公共參與GIS”國際會議上，首次提出了PPGIS的概念[11]。2002年，在美國新澤西州Rutgers大學召開的第一次PPGIS國際會議上，專家們給PPGIS下的定義是[6]：①一種對地理信息或者地理信息系統(tǒng)技術的研究；②既可由個體也可以由草根階層的普通公眾使用；③是參與影響他們生活的公眾過程（數(shù)據(jù)獲取、制圖、分析以及決策）。

PPGIS的研究在我國起步比較晚，偏重理論上的探討[11]。阮紅利（2003）在對PPGIS的理論進行研究的基礎上，提出適合于城市規(guī)劃的PPGIS體系結構和適合我國國情的PPGIS應用過程[12]。張啟明（2005）研究了公眾參與城市規(guī)劃的意義，以保障公眾在城市規(guī)劃中的參與權利為目的，架構了一個適合我國國情的城市規(guī)劃公眾參與信息系統(tǒng)[13]。何宗宜等（2006）對PPGIS的特點和國內外研究現(xiàn)狀進行分析，提出了PPGIS的理論框架，以及我國開展PPGIS研究的設想和建議[4]。田志國（2007）介紹了土地利用規(guī)劃公眾參與在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，結合國外PPGIS案例，提出了PPGIS應用于土地利用規(guī)劃公眾參與中的3層體系結構[14]。王曉軍（2010）全面地介紹了PPGIS 興起的社會背景，總結了PPGIS的主要特征，并根據(jù)公眾的參與程度討論了PPGIS的應用形態(tài)[2]。卓光?。?012）在研究我國環(huán)境保護公眾參與制度的現(xiàn)狀及缺陷的基礎上，提出了完善我國環(huán)境保護公眾參與的各項具體對策和措施[15]。

PPGIS在我國城市規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護等方面的研究已經(jīng)比較深入，且處于蓬勃發(fā)展階段。但是，PPGIS面向的是普通公眾，他們具有不同文化、教育等背景，自身素質存在著很大的差別。為了實現(xiàn)更廣泛、深入的公眾參與，提高公共事務決策的科學性、合理性，PPGIS必須解決以下3個方面的問題：①數(shù)據(jù)的問題：面對海量的結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速、有效的組織、存儲、傳輸和分析，從中獲取更多、更有價值的信息是PPGIS面臨的巨大挑戰(zhàn)。②交互的問題：公眾是PPGIS的主體，為了讓公眾更加方便、有效地參與到PPGIS項目中，就必須設計出適合公眾的，簡單、方便、友好的交互系統(tǒng)，這是PPGIS成功的關鍵。③協(xié)作的問題：PPGIS所研究的大多是空間決策問題，影響到不同領域的團體和個人利益。如何協(xié)調好他們之間的沖突，讓他們更好地參與到?jīng)Q策當中去，對于PPGIS來說至關重要。

2 關鍵技術

為了解決PPGIS發(fā)展中存在的數(shù)據(jù)、交互、協(xié)作方面的問題，提高PPGIS系統(tǒng)的易用性，公眾參與的有效性，規(guī)劃決策的科學性，推動PPGIS在我國的發(fā)展，除了依靠已經(jīng)相對成熟的網(wǎng)絡技術、WebGIS技術、Web服務等技術之外，還需要在云、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、情景分析和協(xié)同式空間決策等關鍵技術方面取得突破。

2.1 云技術

PPGIS需要存儲和處理的數(shù)據(jù)龐大，為了提高系統(tǒng)的易用性，公眾必須能夠方便快捷地獲取、瀏覽和操作這些數(shù)據(jù)。而這對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和處理方式來說幾乎是不可能的。另外，組建一套GIS系統(tǒng)比較昂貴，這會增加公眾的參與成本，弱化公眾的參與意愿。云技術能夠很容易地解決這些問題。

首先，云技術將網(wǎng)絡中的各種存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲。其次，云技術能夠讓公眾通過網(wǎng)絡在任何時間、任何地點最大限度地使用虛擬資源池，處理大規(guī)模計算問題，提高系統(tǒng)的響應速度[16]。最后，云技術將數(shù)據(jù)、軟件、基礎設施、平臺都作為服務，將各種軟硬件資源和數(shù)據(jù)按需提供給公眾，提高資源的利用效率，減小公眾的參與成本，提高公眾的參與意愿。但是，運用云技術存在潛在的數(shù)據(jù)安全和用戶隱私問題。PPGIS中的關鍵數(shù)據(jù)應盡量以私有云的方式來存儲和處理，而非關鍵數(shù)據(jù)則以公有云的方式存儲和處理。私有云與公共云之間需要實現(xiàn)無縫連接，從而形成混合云的環(huán)境。這樣，一方面可以保證數(shù)據(jù)的安全，另一方面還能避免形成“數(shù)據(jù)孤島”。

2.2 大數(shù)據(jù)技術

PPGIS的數(shù)據(jù)量大、更新頻繁、種類繁多，可以分為結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)。半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)的價值密度相對結構化數(shù)據(jù)來說比較低，然而，對于強調公眾參與的PPGIS而言，這些由公眾參與產(chǎn)生的半結構化和非結構化數(shù)據(jù)具有很重要的意義。如何以較低的成本，實時、高效地從海量的、種類繁多的、價值密度相對較低的數(shù)據(jù)中獲取更多的信息和知識，為科學決策提供支持，是PPGIS面臨的重大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫技術處理的大多是結構化的數(shù)據(jù)，無法勝任半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)的處理。在PPGIS中，大數(shù)據(jù)技術能夠對不同的數(shù)據(jù)類型進行交叉分析，在云技術框架上，高效地對各種類型的數(shù)據(jù)進行異質性處理，通過數(shù)據(jù)挖掘與分析，從大量的、多類別的數(shù)據(jù)中提取其隱藏的價值[17]。大數(shù)據(jù)能夠讓海量數(shù)據(jù)去粗存精，高效地將數(shù)據(jù)轉化為信息，進而轉化為知識和智慧，為科學規(guī)劃和決策提供支持。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術

從計算機問世到現(xiàn)在，人與計算機之間的交互主要是通過鍵盤與鼠標進行一維、二維交互。這種交互方式比較枯燥、生硬，而且需要公眾對計算機和相關的專業(yè)技術具有比較高的認識。而PPGIS面向的普通大眾對計算機和相關專業(yè)知識接觸的比較少，甚至完全陌生。這就需要更加簡單、生動的交互方式讓公眾更快捷、有效地參與到PPGIS中去。

通過虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，VR）能夠產(chǎn)生逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界[18]。在虛擬世界中，公眾借助于必要的設備能夠主動、實時地和計算機以視、聽、觸等自然交互方式進行交互。它把公眾從繁瑣的計算機操作過程中解脫出來，提高了公眾參與的趣味性、積極性和效率。公眾在參與的過程中能夠快速、有效地闡述自己的見解，更有效地參與到規(guī)劃決策的過程中去。

2.4 情景分析技術

PPGIS所研究的大多是空間規(guī)劃或決策問題，涉及到很多團體和個人的切身利益，建設成本高，社會影響大。隨著社會的發(fā)展、技術的進步以及相關團體和個人的主觀能動性等因素，PPGIS項目的發(fā)展存在著很大的不確定性。如何在項目實施前科學、合理地選擇規(guī)劃項目，并在項目實施的整個過程中對那些不確定因素進行監(jiān)測，當影響因素發(fā)生改變時，能夠快速、有效地對規(guī)劃方案進行調整，是PPGIS成功的保障。

傳統(tǒng)的分析方法是通過對歷史數(shù)據(jù)進行分析，來預測未來的趨勢。而PPGIS的影響因素錯綜復雜，狀況瞬息萬變，傳統(tǒng)的分析方法效果不好。而情景分析法，充分考慮未來較長時期環(huán)境的發(fā)展變化和人的主觀能動性，在不確定因素很多的情況下，能夠對未來可能出現(xiàn)的多種情況進行預測。它提供環(huán)境全景描述的方案，并隨時監(jiān)測影響因素的變化，對方案作相應調整，最終為決策服務[19]。情景分析能夠有效地縮小設計方案與實際結果之間的偏差，提高決策方案的科學性，使PPGIS朝著決策者預想的方向發(fā)展。

2.5 協(xié)同式空間決策支持技術

PPGIS中的公眾是一個很廣泛的概念，他們在決策過程中考慮問題的出發(fā)點、側重點不同，很有可能會導致決策時間冗長、決策方案難以決定等問題。如何協(xié)調好各參與者之間的矛盾，較快地取得好的決策方案，需要代表不同利益群體參與者共同參與、協(xié)同決策。

傳統(tǒng)的空間決策支持系統(tǒng)（Spatial Decision Support System，SDSS）能夠很好地滿足單用戶的決策需求，但卻很難解決像PPGIS這種面向眾多參與者的群體決策問題。協(xié)同式空間決策支持技術是計算機支持的協(xié)同工作和空間決策支持系統(tǒng)相結合產(chǎn)生的新的研究領域[20]。它能為代表不同利益群體公眾提供方便有效的計算機決策支持，便于公眾在決策的過程中理解相關信息。在生成決策方案的過程中，依靠協(xié)同式空間決策支持技術，讓公眾相互協(xié)作求同存異，最終達成共識[21]。

3 展 望

隨著上述關鍵技術的發(fā)展與突破，PPGIS在數(shù)據(jù)、交互、協(xié)作方面的問題將得到很好的解決，進而形成以云技術作為支撐的參與平臺。在其基礎上應用大數(shù)據(jù)技術來進行數(shù)據(jù)的處理和分析；應用虛擬現(xiàn)實技術來實現(xiàn)更好的交互，運用情景分析技術來進行對比分析，利用協(xié)同式空間決策支持技術來進行公眾協(xié)調的綜合評判型決策體系。將PPGIS應用于城市規(guī)劃、國土空間規(guī)劃以及主體功能區(qū)劃等重大公共事務規(guī)劃決策，一方面可以激發(fā)公眾參與公共事務規(guī)劃決策的積極性，極大地提高公眾參與的廣度和深度。另一方面，加入了公眾參與、群體智慧等元素的PPGIS能夠為經(jīng)濟、資源和環(huán)境的發(fā)展提供科學有效的分析、展示和評判平臺，為決策提供直觀、豐富的信息支持，提高決策的透明度和科學性。

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