基于文本挖掘的城市園林綠化信息化管理的需求分析方法

季玨 安超 李波茵 伍雍涵

在生態(tài)文明建設(shè)的背景下，城市園林綠化行業(yè)迎來了新的發(fā)展契機(jī)。與此同時，為了滿足人民日益增長的物質(zhì)文化需求，以便民共享、綠色發(fā)展等為目標(biāo)，各地開展了以綠地空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，綠地景觀改造提升等為內(nèi)容的城市園林綠地的擴(kuò)容提質(zhì)工作。城市園林綠化行業(yè)的管理對象日趨復(fù)雜，各類綠地資源要素種類和規(guī)模不斷攀升，綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，以信息化手段進(jìn)行城市園林綠化的行業(yè)管理已成為城市園林綠化工作的迫切需求，也是提升園林綠化管理精細(xì)化和科學(xué)化水平的重要抓手。

目前，不少城市開展了園林綠化的數(shù)字化工作，將現(xiàn)有的園林綠化規(guī)劃設(shè)計成果、園林綠化歷史資料檔案、城市重要園林苗木信息等建立了資料數(shù)據(jù)庫[1]。此外，針對這些資源管理，已有學(xué)者開展了系統(tǒng)功能的設(shè)計和建設(shè)工作[2-3]，并圍繞城市園林綠化的核心重點工作，例如綠地資源調(diào)查、古樹名木保護(hù)，綠線監(jiān)測等重點工作研發(fā)了相應(yīng)的信息管理手段[4]。當(dāng)前，不少國外學(xué)者已經(jīng)開始關(guān)注利用GIS和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行城市綠地景觀的管理。例如2008年，澳大利亞Payam Ghadirian等利用虛擬現(xiàn)實和GIS相結(jié)合的技術(shù)對澳大利亞西北部城市Victoria進(jìn)行景觀可視化研究，以期加強(qiáng)決策者和非專家之間的交流，使決策過程更加高效[5]。Nyuk & Steve按照新加坡國立大學(xué)2005年規(guī)劃要求構(gòu)建了校園二維和三維綠化圖，將校園分成11個區(qū)域，分別計算綠化容積率，進(jìn)而對校園綠化狀況進(jìn)行評估。在泰國曼谷，政府致力于改善當(dāng)?shù)氐木G化狀況[6]。Bunvong等收集了曼谷各種綠色基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，包括普通綠地、街道綠化樹、文物保護(hù)樹等，借助GIS的分析功能，研究當(dāng)前樹種多樣性對將來城市綠地規(guī)劃中樹種的選擇帶來的影響[7]。2001年，Kyushik Oh開發(fā)了城市景觀信息系統(tǒng)（LSIS）用于管理城市景觀信息和分析擬發(fā)展項目的視覺影響。借助GIS和圖形仿真技術(shù)實現(xiàn)強(qiáng)大功能，其底層數(shù)據(jù)庫使用首爾信息系統(tǒng)（UIS）的框架設(shè)計，極大地方便了兩者的數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)了以計算機(jī)為基礎(chǔ)的城市景觀管理的效益和價值[8-9]?？梢姡壳皣鴥?nèi)學(xué)者在綠地資源管理建庫的前端探索較多，而國際則關(guān)注管理活動的應(yīng)用預(yù)測等前端需求。此外，在城市規(guī)劃、地下空間管理等行業(yè)，已實現(xiàn)了以信息技術(shù)手段輔助行業(yè)管理的深層次應(yīng)用。特別是在城市規(guī)劃行業(yè)，以“統(tǒng)一的空間藍(lán)圖”為目標(biāo)，多地建立了“多規(guī)合一”行業(yè)管理平臺，實現(xiàn)了城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、各類規(guī)劃數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫和空間匹配疊加[10]，進(jìn)而為規(guī)劃審查、項目選址、環(huán)境影響評估等深層次橫向及縱向行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。相比較而言，目前城市園林綠化的信息化管理仍處于面向管理者的應(yīng)用階段，并未開展縱向的行業(yè)推廣。

表1 城市園林綠化信息化管理的主要內(nèi)容Tab.1 Main contents of urban landscaping information management

在實地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，近50%的城市雖然敷設(shè)有園林綠化信息化管理系統(tǒng)，但系統(tǒng)處于閑置或夭折狀態(tài)。其中，行業(yè)管理需求、前沿預(yù)測與系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)之間的脫節(jié)是造成系統(tǒng)運行效率低下的主要原因。盡管充分的需求溝通是信息化建設(shè)的前沿，但受限于溝通者的溝通方式和頻率、參與人的管理經(jīng)驗等，導(dǎo)致需求分析的主觀性較強(qiáng)，或需求分析結(jié)果過于片面，并不能充分發(fā)揮和代表行業(yè)管理的真實需求或前沿狀態(tài)。本研究從信息管理系統(tǒng)搭建的最前端需求分析入手，基于文本挖掘的方法探討一種科學(xué)的需求分析方法，準(zhǔn)確反映行業(yè)管理的深層次需求和前沿狀態(tài)，為系統(tǒng)構(gòu)建和行業(yè)管理搭建溝通的橋梁。

1 城市園林綠化信息化管理現(xiàn)狀

1.1 中國園林綠化行業(yè)信息化管理的主要內(nèi)容

結(jié)合城市園林綠化管理工作的內(nèi)容，一般而言，城市園林綠化行業(yè)信息化管理的主要內(nèi)容包括3個方面（表1）。1）園林綠化數(shù)據(jù)管理。具體是指對城市各類綠地、園林綠化設(shè)施等各類城市園林綠化管理對象的空間、屬性和相關(guān)資料的信息化管理。2）園林綠化動態(tài)監(jiān)管。具體是指綠線監(jiān)測、綠規(guī)實施監(jiān)管、古樹名木保護(hù)監(jiān)管等。3）園林綠化輔助決策。具體是指針對園林綠化管理工作中公園建設(shè)選址、病蟲害預(yù)警等具體工作開發(fā)相關(guān)科學(xué)決策的輔助信息工具。

1.2 城市園林綠化信息化管理平臺的發(fā)展

20世紀(jì)90年代后期，隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)進(jìn)程的加快，各地也相繼開發(fā)和研制了一些園林管理方面的信息系統(tǒng)。其中一類是基于GIS技術(shù)搭建的單一園林綠化資源的管理系統(tǒng)，又以城市植物或樹種為主要對象[11-12]。這類系統(tǒng)具有樹種個體信息及相關(guān)管理數(shù)據(jù)的輸入和編輯以及圖文展示等功能。另一類系統(tǒng)是集成GIS技術(shù)，搭建城市園林管理綜合系統(tǒng)[13]。這類系統(tǒng)在信息建庫的基礎(chǔ)上，面向決策應(yīng)用有了進(jìn)一步發(fā)展。但自2010年后，城市園林綠化信息化管理的相關(guān)研究和實踐工作出現(xiàn)了一定的停滯。此外，目前專業(yè)的園林綠化信息管理平臺大多是建立在城市一級，輔助城市園林綠化工作，而對于省或國家層面的平臺仍在探索期，這就使得園林綠化的行業(yè)管理工作并未在行業(yè)體系內(nèi)開展深度應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺的大力發(fā)展，特別是城市管理平臺“數(shù)字化—信息化—智慧化”的發(fā)展趨勢已越發(fā)明朗，未來在新的網(wǎng)絡(luò)時代、信息時代下，城市園林綠化信息系統(tǒng)的構(gòu)建如何充分滿足管理者、公眾的用戶需求，同時結(jié)合移動終端、物聯(lián)網(wǎng)終端等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)園林綠化跨業(yè)務(wù)、跨部門的精細(xì)化管理是未來行業(yè)信息系統(tǒng)發(fā)展的重點。

1 文本挖掘工作流設(shè)計Design of workflow of text mining

表2 城市園林綠化信息系統(tǒng)敷設(shè)試點城市分布Tab.2 Distribution of pilot cities applying the urban landscaping information system

2 基于文本挖掘的城市園林綠化管理需求分析

在大數(shù)據(jù)時代，微博、微信等手機(jī)APP提供了新型的用戶數(shù)據(jù)，如何充分挖掘這些新型的數(shù)據(jù)，分析并預(yù)測園林綠化行業(yè)管理的前沿需求，是城市綠化信息化管理的關(guān)鍵問題。鑒于大部分需求數(shù)據(jù)，例如用戶體驗、評價、記錄、留言等均為文本型數(shù)據(jù)，本文作者提出可通過文本挖掘的方法，從文本型大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)高頻詞，挖掘用戶的潛在需求，進(jìn)而總結(jié)形成城市信息化管理的前沿需求和功能組成。

2.1 文本挖掘法簡介及流程設(shè)計

文本數(shù)據(jù)挖掘（text mining）是指從文本數(shù)據(jù)中抽取有價值的信息和知識的計算機(jī)處理技術(shù)。它是從大量文本數(shù)據(jù)中抽取事先未知的、可理解的、最終可用的知識的過程，同時運用這些知識更好地組織信息以便將來參考。目前，文本挖掘方法已在規(guī)劃方案評比[14]、網(wǎng)絡(luò)輿情監(jiān)測[15]以及目的地印象評價[16]等方面展開了應(yīng)用，利用科學(xué)的方法從非結(jié)構(gòu)化的文本數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘和潛在信息分析。

文本挖掘有3個獨特的關(guān)鍵步驟：1）分詞，通過分詞可以將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；2）情感分析，定義情感強(qiáng)度，從文本中挖掘用戶的滿意度或者觀點，即一些詞語的出現(xiàn)頻率；3）去噪，即從分出的眾多詞中剔除干擾的無用的詞，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

筆者在Smart Mining軟件中，設(shè)計了文本挖掘的工作流（圖1），主要分為4個步驟。

1）園林綠化系統(tǒng)的需求輸入。首先，使用文本挖掘目錄下的平面文件節(jié)點讀取相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)。

2）對文本進(jìn)行分詞。分詞的功能是對中文或者英文文本進(jìn)行分詞，進(jìn)而從非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中提取結(jié)構(gòu)信息。分詞的結(jié)果都是按列輸出詞語。分詞后將在輸出表中追加分詞、計數(shù)和詞性3個字段。分詞字段表示從文本字段中提取出詞；計數(shù)字段表示按照每個文本，對得到的每個分詞出現(xiàn)次數(shù)的統(tǒng)計，需注意統(tǒng)計的只是每個詞所在文本中出現(xiàn)的次數(shù)，并不是所有文本中出現(xiàn)的次數(shù)；詞性字段顯示每個分詞的詞性，例如名詞、動詞、結(jié)構(gòu)助詞等。

3）噪聲詞過濾。噪聲詞過濾節(jié)點的功能是將分詞字段中的無關(guān)詞匯或者不重要的詞過濾掉，篩選出重要的詞匯。過濾的方法有5種，分別是過濾與內(nèi)置的噪聲詞庫匹配的詞匯、與自定義噪聲詞庫匹配的詞匯、過濾所有的標(biāo)點符號、過濾所有的數(shù)字和過濾所有字節(jié)長度小于N的詞。這5種方法可以只選擇一個進(jìn)行過濾，也可以選擇全部進(jìn)行過濾。過濾后輸出表中的列數(shù)保持不變，只會過濾掉匹配條件的記錄。本研究對于園林綠化需求文本噪聲詞的過濾采用了以上第1種方法。

4）詞云繪制。使用過濾后的關(guān)鍵詞及其出現(xiàn)頻率繪制詞云。

2.2 研究數(shù)據(jù)

本研究對于園林綠化信息化管理需求挖掘分析將采用3類數(shù)據(jù)。

第1類為會議記錄等文字?jǐn)?shù)據(jù)。研究組分別于2012—2018年持續(xù)7年在廣東省陽江市、內(nèi)蒙古鄂爾多斯市、河南省開封市、四川省德陽市、山東省棗莊市等地召開全國數(shù)字化園林建設(shè)會議，累積了全國多個城市的數(shù)字化建設(shè)需求及建設(shè)經(jīng)驗。

第2類為用戶使用體驗評價等文字?jǐn)?shù)據(jù)。研究組研發(fā)的數(shù)字園林信息化系統(tǒng)已在廣東省陽江、浙江省麗水、內(nèi)蒙古鄂爾多斯等全國30個城市開展了試點應(yīng)用（表2），并獲取了30個城市的驗收及使用意見。

據(jù)分析，試點城市大多分布于中東部地區(qū)，這些城市，特別是沿海的東部城市，經(jīng)濟(jì)普遍比較發(fā)達(dá)，城市整體的數(shù)字化基礎(chǔ)較好，實際信息化應(yīng)用水平較高，其意見反饋可充分代表用戶對數(shù)字化管理的前端需求。

第3類數(shù)據(jù)為來源于各類園林綠化行業(yè)主管部門門戶網(wǎng)站的新聞發(fā)言。本研究搜集了自2012年以來鄂爾多斯、陽江等全國15個城市園林綠化主管部門對于本城市園林綠化數(shù)字化建設(shè)系統(tǒng)的經(jīng)驗及未來的需求展望。

3 城市園林綠化管理的需求分析

所獲得的3類數(shù)據(jù)（word文檔數(shù)據(jù)）作為需求數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)挖掘工具Smart Mining軟件進(jìn)行文本挖掘分析，試圖分析園林綠化主管部門關(guān)心的熱點問題、系統(tǒng)需求及未來趨勢。

筆者整理了文本挖掘軟件中的挖掘結(jié)果，過濾了若干與需求關(guān)鍵詞無關(guān)的高頻詞匯，例如口語化的“我們”“召開”“會議”“熱烈歡迎”等。按照軟件所選分詞的出現(xiàn)頻率自行繪制了詞云圖，圖中字體越大表示出現(xiàn)的頻率越高。為了便于區(qū)分，在自行繪制詞云圖時，運用了統(tǒng)計學(xué)的方法，各分詞按照出現(xiàn)頻率進(jìn)行K-means聚類，將現(xiàn)有高頻詞分為3類，其中3類的分法是參考系統(tǒng)聚類的結(jié)果，當(dāng)現(xiàn)有高頻詞分為3類時，類間差最小（圖2）。

從詞云分布圖中可以看出，目前各城市園林主管部門對于信息系統(tǒng)的需求呈現(xiàn)3個明顯的特征。

2 園林信息管理需求的詞云分布圖Word cloud distribution diagram of garden information management requirements

3.1 園林城市是各城市關(guān)注的最熱點問題

從詞云分布圖的最高頻詞分布中可以看出，均是與“城市”“園林綠化”“綠地”息息相關(guān)的詞匯，這反映出利用園林綠化信息化管理是為更好地管理城市園林綠化資源，為城市服務(wù)，使城市更生態(tài)的初衷。在2016年修訂的《國家園林城市系列標(biāo)準(zhǔn)》（建城函〔2016〕235號文，以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中鼓勵城市開展園林綠化管理信息技術(shù)應(yīng)用，在高頻詞云中，“園林城市”成為最高頻類詞語，這反映了目前各地以園林城市創(chuàng)建推進(jìn)各地園林信息系統(tǒng)建設(shè)是具有顯著成效的。

3.2 城市園林綠化信息化管理的目標(biāo)在層進(jìn)轉(zhuǎn)變

從詞云分布圖中可以看出，在第二個圈層結(jié)構(gòu)中，與系統(tǒng)內(nèi)容相關(guān)的高頻詞為“數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)庫”“信息管理”“信息技術(shù)”“信息提取”。這間接反映出目前利用信息系統(tǒng)實現(xiàn)對城市園林綠化信息的信息化建庫管理是所有城市的基本需求。

而“監(jiān)督管理、管理手段、科學(xué)決策”則表達(dá)除信息建庫管理之外，各地利用信息系統(tǒng)輔助工作的主要工作內(nèi)容。此外，在文本挖掘中，出現(xiàn)了5個高頻詞：“數(shù)字化”“信息化”“規(guī)范化”“精細(xì)化”“智能化”。

數(shù)字化是所有管理對象的一個電子化入庫的過程；信息化是對數(shù)字化的進(jìn)一步發(fā)展，不僅完成電子入庫，還包含信息之間的交換和共享等關(guān)鍵技術(shù)；規(guī)范化是在信息化的基礎(chǔ)上，形成自身順暢的管理業(yè)務(wù)流程；精細(xì)化是從管理手段到管理對象的精細(xì)化革新；智能化則是在此基礎(chǔ)上，利用各種多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實現(xiàn)更高效、便捷、實時的管理。從以上5個概念的內(nèi)涵來分析，反映了目前各地園林綠化管理目標(biāo)在層進(jìn)的轉(zhuǎn)變，園林綠化的管理需求由單純的數(shù)字化、信息化向規(guī)范化、精細(xì)化、智能化的前沿進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。

3.3 城市園林綠化信息化管理需求由數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化向智能化轉(zhuǎn)變

分布于最外圈層的詞匯，雖然頻率相對較低，但卻能反映出個別城市在應(yīng)用領(lǐng)域的若干前沿想法，信息化管理的需求在數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，進(jìn)一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，向智慧化轉(zhuǎn)變。具體如下。

1）繼續(xù)完善信息平臺的功能屬性和業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用工作。

從高頻詞來分析，“數(shù)據(jù)共享”“查詢統(tǒng)計”“更新”“預(yù)警”等高頻詞的出現(xiàn)，反映了各管理部門希望信息系統(tǒng)在功能上進(jìn)行完善，不僅滿足數(shù)據(jù)收集、查詢統(tǒng)計等基本功能，更希望對于信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)能有規(guī)范的頂層設(shè)計，同時對于系統(tǒng)的動態(tài)性和實時性，預(yù)測預(yù)警的功能有了更高的需求。

此外，還可以看出，“技術(shù)人員”“專業(yè)”“推廣”“培訓(xùn)”等高頻詞的出現(xiàn)，反映了各地對于利用信息技術(shù)帶動整體專業(yè)管理水平和培養(yǎng)專業(yè)業(yè)務(wù)團(tuán)隊寄予了厚望。

2）增加物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在園林綠化信息化領(lǐng)域的應(yīng)用。從詞云分析來看，多個地區(qū)提到了“探測器”“二維碼”“傳感器”“移動終端”等大數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)渠道。這充分反映了各地在信息系統(tǒng)構(gòu)建時，希望與數(shù)字城市、智慧城市相結(jié)合的需求，尤其是引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使城市綠地的信息化管理能夠并入到統(tǒng)一的城市信息化管理中，實現(xiàn)管理的智能化。結(jié)合實際調(diào)研，可研發(fā)移動終端（二維碼、探頭、探測器等）與信息化系統(tǒng)的結(jié)合，針對病蟲害預(yù)警、智能灌溉、智能施肥、二維碼管理等方面，進(jìn)一步豐富系統(tǒng)輔助決策模塊的功能。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～2由作者自繪；表1由作者整理自繪；表2試點城市數(shù)量來自前期研究團(tuán)隊系統(tǒng)敷設(shè)實際經(jīng)驗。