小城鎮(zhèn)群智慧規(guī)劃時(shí)空信息云平臺(tái)研究與實(shí)踐

李 強(qiáng)，余曉敏，李 兵

（1.湖北省基礎(chǔ)地理信息中心，湖北 武漢 430079；2.湖北省地圖院，湖北 武漢 430079）

快速城鎮(zhèn)化在帶來(lái)城鎮(zhèn)發(fā)展和居民收入水平提高的同時(shí)，也衍生了很多“副產(chǎn)品”，例如環(huán)境污染、耕地流失、違規(guī)違章建設(shè)等。同時(shí)，人們的維權(quán)、參與意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)。這些問(wèn)題和現(xiàn)象在大城市存在，小城鎮(zhèn)同樣也有，有些甚至更嚴(yán)重。傳統(tǒng)城鎮(zhèn)化模式難以為繼，因此國(guó)家提出新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用信息化等手段，強(qiáng)化對(duì)城市規(guī)劃管控的技術(shù) 支撐[1-2]。

在過(guò)去三十多年里，小城鎮(zhèn)的發(fā)展呈現(xiàn)高成本、粗線條和同質(zhì)化的特征，主要是由于小城鎮(zhèn)忽略自身特點(diǎn)，簡(jiǎn)單模仿大城市的建設(shè)發(fā)展模式。例如地形崎嶇的山區(qū)小城鎮(zhèn)直接套用地勢(shì)平坦的平原小城鎮(zhèn)的規(guī)劃和建設(shè)方法；內(nèi)陸小城鎮(zhèn)盲目采用沿海發(fā)達(dá)城市的建設(shè)發(fā)展思路[3-4]。小城鎮(zhèn)發(fā)展的健康程度直接關(guān)系到國(guó)家新型城鎮(zhèn)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。小城鎮(zhèn)要走可持續(xù)發(fā)展健康之道，必須結(jié)合自身?xiàng)l件，利用迅猛發(fā)展的信息技術(shù)，克服瓶頸制約，提高小城鎮(zhèn)的綜合規(guī)劃建設(shè)水平、提升行業(yè)管理服務(wù)能力。

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)獲取、處理、計(jì)算、存儲(chǔ)、共享能力極大提升[5-7]，為規(guī)劃信息化建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。針對(duì)小城鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)智慧規(guī)劃建設(shè)與管理的迫切需求，本文研究并建立了符合小城鎮(zhèn)規(guī)劃、建設(shè)與管理需求的云平臺(tái)，為小城鎮(zhèn)群的規(guī)劃建設(shè)與管理任務(wù)提供“時(shí)間可比、空間一致、邏輯自洽”的時(shí)空數(shù)據(jù)集成服務(wù)，并通過(guò)接入眾包數(shù)據(jù)服務(wù)，提高小城鎮(zhèn)規(guī)劃、建設(shè)與管理云平臺(tái)對(duì)于突發(fā)事件的反應(yīng)速度，提升小城鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。

1 小城鎮(zhèn)智慧規(guī)劃需求分析

1.1 急需規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)集成

信息技術(shù)應(yīng)用、智慧城市建設(shè)雖然在相對(duì)發(fā)達(dá)的大中城市逐步實(shí)施并有效提高了規(guī)劃管理和服務(wù)能力[8]， 但小城鎮(zhèn)受技術(shù)力量和硬件基礎(chǔ)等條件約束，智慧城鎮(zhèn)建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。例如國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái) “天地圖”，目前僅提供地級(jí)市以上的地圖服務(wù)，主要的地理空間數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在省、地市（州）數(shù)據(jù)中心，小城鎮(zhèn)本地的數(shù)據(jù)不完整且現(xiàn)勢(shì)性不高，要將平臺(tái)服務(wù)普及到小城鎮(zhèn)還需要較長(zhǎng)時(shí)間。同時(shí)，小城鎮(zhèn)還存在數(shù)據(jù)分散、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、時(shí)間不一致的現(xiàn)狀，因此急需對(duì)規(guī)劃建設(shè)和管理服務(wù)所需的地理空間和規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，為智慧規(guī)劃提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.2 急需經(jīng)濟(jì)適用的信息更新技術(shù)手段

發(fā)達(dá)的大、中型規(guī)模城市一般都具有較好的區(qū)位條件，完善的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠得到大量的經(jīng)濟(jì)投入和人才技術(shù)支撐，因此在智慧城市建設(shè)，特別是規(guī)劃建設(shè)與管理信息的更新方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。小城鎮(zhèn)往往地理位置偏僻，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，缺乏相應(yīng)的配套設(shè)施，金融、信息、技術(shù)等方面的服務(wù)水平低，生產(chǎn)要素市場(chǎng)發(fā)育不足，使小城鎮(zhèn)在人才引進(jìn)、信息化建設(shè)等方面受到很大的限制，地理信息數(shù)據(jù)入庫(kù)和更新成本難以支付[4]。因此急需經(jīng)濟(jì)適用的規(guī)劃建設(shè)與管理信息更新技術(shù)，降低成本、突破基礎(chǔ)設(shè)施和人才的限制，盡快實(shí)現(xiàn)小城鎮(zhèn)智慧規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)。眾包技術(shù)借助普及程度高的手機(jī)，發(fā)動(dòng)和利用大眾力量，提供了相對(duì)低價(jià)的數(shù)據(jù)獲取途徑，值得開(kāi)拓利用[9-10]。

1.3 急需彈性高效的云計(jì)算平臺(tái)

規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)平臺(tái)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，面向普通大眾、行業(yè)用戶(hù)、專(zhuān)家和決策者等多個(gè)層次，涉及城市規(guī)劃、管理服務(wù)與監(jiān)督反饋等各個(gè)環(huán)節(jié)，需要對(duì)多源、海量、高維、異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為用戶(hù)提供地理與社會(huì)經(jīng)濟(jì)時(shí)空數(shù)據(jù)集成服務(wù)。平臺(tái)所涵蓋的功能服務(wù)比較多，集成技術(shù)和方法也比較多。然而，由于小城鎮(zhèn)的硬件基礎(chǔ)較差，技術(shù)力量和經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱，通常難以承擔(dān)高成本的平臺(tái)建設(shè)和維護(hù)工作。云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為小城鎮(zhèn)克服技術(shù)瓶頸約束提供了契機(jī)[11-12]。因此，急需構(gòu)建能為小城鎮(zhèn)的智慧決策提供彈性、高能效和綠色低碳的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、面向應(yīng)用和公眾的服務(wù)能力的云服務(wù) 平臺(tái)。

2 總體技術(shù)路線

本項(xiàng)目建設(shè)的總體目標(biāo)是面向小城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展對(duì)規(guī)劃建設(shè)與監(jiān)督管理中數(shù)據(jù)平臺(tái)的迫切需求，為服務(wù)小城鎮(zhèn)智慧規(guī)劃決策支持與公眾監(jiān)督框架，針對(duì)小城鎮(zhèn)特定基礎(chǔ)條件，建設(shè)面向小城鎮(zhèn)群規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)云平臺(tái)，并在神農(nóng)架可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)開(kāi)展示范應(yīng)用?？傮w技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線

3 主要建設(shè)內(nèi)容

本文項(xiàng)目依托湖北省地理信息成果與云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，研究面向小城鎮(zhèn)群規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)云平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建地理信息、規(guī)劃信息、公眾反饋信息“三位一體”的數(shù)據(jù)信息處理云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)小城鎮(zhèn)數(shù)據(jù)處理更新的示范功能，為智慧規(guī)劃決策支持提供技術(shù)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐；同時(shí)借助移動(dòng)終端流式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于流式數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整合與信息半自動(dòng)提??；并在神農(nóng)架林區(qū)進(jìn)行應(yīng)用示范，搭載神農(nóng)架城鎮(zhèn)群智慧規(guī)劃編制和評(píng)審的支持系統(tǒng)，整合云平臺(tái)數(shù)據(jù)與信息提取功能開(kāi)展實(shí)踐應(yīng)用，檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，驗(yàn)證其可行性和有效性，為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供示范。

3.1 面向云平臺(tái)的規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)整合

規(guī)劃管理數(shù)據(jù)是進(jìn)行城市動(dòng)態(tài)管理與服務(wù)的基礎(chǔ)。小城鎮(zhèn)聚落多處于山地，受地理環(huán)境的限制離散分布，高程落差大，交通不便，彼此時(shí)空互動(dòng)關(guān)聯(lián)的機(jī)制與平原地區(qū)迥異，給城市規(guī)劃帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于小城鎮(zhèn)規(guī)劃管理數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間尺度不同，采集精度與標(biāo)準(zhǔn)各異，導(dǎo)致規(guī)劃數(shù)據(jù)難以全面地呈現(xiàn)在地理空間中，限制了對(duì)規(guī)劃管理數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空分析的能力，難以為城市提供智慧服務(wù)。本文項(xiàng)目通過(guò)構(gòu)建基于基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的規(guī)劃管理網(wǎng)格[13]，研究規(guī)劃數(shù)據(jù)同步與反饋更新技術(shù)，建立規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)整合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了面向云平臺(tái)的規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)共享。具體技術(shù)流程如圖2 所示。

圖2 面向云平臺(tái)的規(guī)劃建設(shè)與管理數(shù)據(jù)整合技術(shù)流程

3.2 眾包數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)接入與存儲(chǔ)處理

來(lái)自移動(dòng)終端與傳感器的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性、易失性、突發(fā)性、無(wú)序性、無(wú)限性等流式特征[14]，因而這類(lèi)數(shù)據(jù)的接入與處理對(duì)于本項(xiàng)目具有十分重要的意義。眾包數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是獲取成本低、來(lái)源廣，缺陷是統(tǒng)計(jì)噪音大、質(zhì)量可靠性相對(duì)低，尤其是照片類(lèi)型的海量數(shù)據(jù)不可能完全依靠人工視覺(jué)解讀。眾包技術(shù)的應(yīng)用在城市規(guī)劃中已取得了一定的成就，尤其在提高公眾參與城市規(guī)劃方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，相較傳統(tǒng)的公眾參與規(guī)劃方式有了質(zhì)的飛躍。但由于基礎(chǔ)條件以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力等原因，目前眾包技術(shù)還沒(méi)有在小城鎮(zhèn)規(guī)劃得到有效利用。因此需要根據(jù)小城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)和管理服務(wù)工作的實(shí)際需要，開(kāi)發(fā)特別算法加以?xún)?chǔ)存、索引、展示和建模。本文項(xiàng)目重點(diǎn)研究了多粒度并行計(jì)算技術(shù)，基于遠(yuǎn)程和云平臺(tái)用戶(hù)需求，優(yōu)化了基于固定終端和移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用。眾包模式下的時(shí)空大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 眾包模式下的時(shí)空大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)架構(gòu)

3.3 小城鎮(zhèn)群規(guī)劃建設(shè)與管理的云服務(wù)機(jī)制

依托彈性靈活的云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息服務(wù)平臺(tái)，對(duì)于解決地理環(huán)境艱苦、基礎(chǔ)設(shè)施條件相對(duì)落后的偏遠(yuǎn)山區(qū)的信息化建設(shè)具有特別重要的示范意義。本文項(xiàng)目重點(diǎn)研究了云平臺(tái)服務(wù)支撐體系構(gòu)建，充分利用省級(jí)時(shí)空信息數(shù)據(jù)中心硬件、軟件、數(shù)據(jù)等資源, 研究小城鎮(zhèn)規(guī)劃業(yè)務(wù)的云服務(wù)機(jī)制，匯集融合規(guī)劃需要的各種空間數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)上提供“規(guī)劃一張圖”數(shù)據(jù)服務(wù)?；谝苿?dòng)端眾包技術(shù)的規(guī)劃管理服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)為云平臺(tái)提供突發(fā)事件響應(yīng)服務(wù)。利用云平臺(tái)技術(shù)將小城鎮(zhèn)規(guī)劃管理模型、業(yè)務(wù)以及支持算法進(jìn)行有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息資源和規(guī)劃數(shù)據(jù)成果與服務(wù)的集中管理、共享服務(wù)和增值服務(wù)，集中體現(xiàn)“有機(jī)整合、深度利用，用云計(jì)算，知識(shí)引擎、按需服務(wù)”的信息服務(wù)共享。云計(jì)算支撐平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 云計(jì)算支撐平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.4 面向小城鎮(zhèn)群規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)云平臺(tái)集成示范

本文項(xiàng)目選擇神農(nóng)架林區(qū)進(jìn)行應(yīng)用示范，依托湖北省時(shí)空大數(shù)據(jù)中心，研發(fā)眾包數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng)，集成ESRI云套件、Skyline，調(diào)用湖北省時(shí)空信息云平臺(tái)可視化展示系統(tǒng)、用戶(hù)權(quán)限管理系統(tǒng)以及運(yùn)維管理系統(tǒng)，形成規(guī)劃建設(shè)與管理一站式服務(wù)平臺(tái)，為小城鎮(zhèn)智慧規(guī)劃建設(shè)和管理服務(wù)提供可行、科學(xué)、先進(jìn)的集成示范系統(tǒng)。平臺(tái)集成總體技術(shù)框架如圖5所示。

圖5 小城鎮(zhèn)群規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)云平臺(tái)集成總體技術(shù)架構(gòu)

4 結(jié) 論

本文項(xiàng)目圍繞我國(guó)城鄉(xiāng)發(fā)展、尤其是小城市發(fā)展對(duì)提升規(guī)劃編制和管理技術(shù)水平與能力的需求，借助省級(jí)資源，通過(guò)云平臺(tái)服務(wù)實(shí)現(xiàn)了小城鎮(zhèn)的規(guī)劃建設(shè)與管理服務(wù)數(shù)據(jù)整合，便于規(guī)劃部門(mén)在實(shí)施城鎮(zhèn)規(guī)劃過(guò)程中快速調(diào)用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全面規(guī)劃。利用相對(duì)低成本、但普及率較高的手機(jī)，發(fā)動(dòng)和利用大眾力量，開(kāi)發(fā)了基于眾包的數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)，提出了一種經(jīng)濟(jì)適用的規(guī)劃與管理數(shù)據(jù)和信息更新手段，彌補(bǔ)了基礎(chǔ)設(shè)施和專(zhuān)業(yè)人員不足。通過(guò)云平臺(tái)集成了遠(yuǎn)程規(guī)劃服務(wù)的技術(shù)平臺(tái)和模塊，借力大城市專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量，為多部門(mén)規(guī)劃編制和協(xié)同管理提供技術(shù)支撐。下一步，將在總結(jié)神農(nóng)架林區(qū)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善云平臺(tái)的技術(shù)體系，為中西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)提供示范和樣板。