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CSPON要求下的智慧规划场景设计与关键技术探索

2024-10-23

摘要
围绕全国国土空间规划实施监测网络(CSPON)的建设目标与要求,文章通过总结国土空间规划“一张图”实施监督信息系统建设与应用的现状,分析CSPON建设的新内涵和新需求。在各试点地区启动建设初期,尝试提出“两扇窗口、四个面向”的智慧规划场景总体框架,以及四大场景设计构想和场景构建的六维转变,探讨CSPON场景实现网络联动、智能升维和敏捷服务的关键技术应用路径,以期为国土空间规划信息化迈向全业务覆盖、用户化服务、场景化整合、智能化提升和网络化联通,推进智慧规划建设,提供研究基础和技术支撑。

作   者

张耘逸  上海数慧系统技术有限公司产品线副总经理 

吴洪涛  自然资源部信息中心研究员(通信作者)

罗   亚  上海数慧系统技术有限公司总裁


全国国土空间规划实施监测网络(China Spatial Planning Observation Network, CSPON)是在学习和借鉴欧洲空间规划监测网络(Europe Spatial Planning Observation Network,ESPON)等规划实施监测实践经验的基础上,充分结合我国国情,为支撑和贯彻落实建立国土空间规划体系并监督实施的重大使命,推动国土空间治理体系和治理能力现代化开展的一项综合性、系统性工程。2023年9月5日,自然资源部办公厅印发《全国国土空间规划实施监测网络建设工作方案(2023—2027 年)》(简称《工作方案》);同年12月6日,《自然资源部办公厅关于部署开展国土空间规划实施监测网络建设试点的通知》(自然资办函〔2023〕2432号)(简称《试点通知》)发布,提出以“数字化”“网络化”为支撑,实现国土空间规划全生命周期管理“智能化”,加快建设“可感知、能学习、善治理、自适应”的智慧国土空间规划,大力推进国土空间治理“数智化”转型。《工作方案》明确CSPON的两个阶段建设目标、九大建设任务和试点先行地区,要求以“升级国土空间规划‘一张图’实施监督信息系统功能”为优先,以“紧密围绕国土空间规划实施监督监测需求搭建应用场景”为核心,有序推动时空数据融合治理、智慧国土空间规划模型体系建设、信息系统互联互通、政策标准制度完善和开放治理生态建设等相关工作。由此可见,在信息化建设层面,CSPON是以国土空间规划业务管理和场景应用需求为牵引,整合利用现有资源,对基于国土空间规划“一张图”的数字治理体系进行再完善、再深化、再提升和再开放,从而提升规划全流程在线管理水平和智能化程度。因此,建立CSPON要求下的智慧规划场景框架体系,研究场景构建的重要特征和关键技术应用,是支撑CSPON场景建设,牵引相关工作,全面建成标准统一、链接通畅的国土空间规划实施监测网络的重要基础。



01

从国土空间规划“一张图”

实施监督信息系统到CSPON



1.1  国土空间规划“一张图”实施监督信息系统建设与应用情况


依托统一的国土空间基础信息平台,建设从国家到市、县的国土空间规划“一张图”实施监督信息系统(简称“规划‘一张图’系统”),形成坐标一致、边界吻合、上下贯通的“五级三类”国土空间规划“一张图”,是贯彻落实习近平总书记“统一底图、统一标准、统一规划、统一平台”重要指示和《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》(中发〔2019〕18号)的重要抓手;同时,规划“一张图”系统也是CSPON建设的基础和载体。从2019年至今,“部—省—市—县”四级规划“一张图”系统已基本建成,依据自然资源部和《国土空间规划“一张图”实施监督信息系统技术规范》(GB/T 39972—2021)相关要求,面向国土空间规划的编制、审批、修改和实施监督全周期,提供包括规划“一张图”应用、国土空间分析评价、规划成果审查与管理、规划实施监督、指标模型管理和社会公众服务等功能。随着各级国土空间总体规划成果报批,自然资源部已对江苏、广东、浙江、湖南等多省及自治区开展系统、全面的评定工作。但规划“一张图”系统从“建好”到真正“用好”,仍然存在一定差距,主要体现在以下四个方面:


一是规划管理工作与信息化建设时序不匹配。大多数地区规划“一张图”系统启动建设虽然较早,但系统模块使用和运行所依赖的规划管理业务事权、流程、规则、机制等尚未明晰,规划编制和实施等数据不健全,导致系统功能普遍应用不深。而随着规划管理业务的不断深化、调整,又出现系统无法满足实际业务管理需求等问题。因此,在各地规划“一张图”系统中,使用频率较高的是与日常管理工作息息相关的规划“一张图”应用、规划成果审查与管理、项目合规性审查,以及结合管理需求扩展的数据汇交填报、过渡期规划调整管理、空间规模管理等模块。


二是系统功能缺乏场景化,用户定位不精准。目前,各地建设的规划“一张图”系统在应用场景及用户范围等方面存在一定局限性。以国土空间分析评价模块为例,按照相关要求,应将资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价(“双评价”)、国土空间规划实施评估和开发保护风险评估(“双评估”)等功能纳入系统。但在规划编制过程中,“双评价”“双评估”工作往往由规划编制单位具体承担,需要利用多源数据和专业模型得到评价、评估结果,结合人工干预与专家经验,为管理部门提供规划方案决策依据。此外,系统的主要用户定位于规划管理部门,规划编制单位无法在编制评估等阶段使用系统,使得该模块的应用场景、用户定位不清晰,作用难以发挥。


三是系统横纵连通不足,数据联动与业务协同不够。受限于数据感知获取渠道不通畅、网络环境不连通,以及数据关联融合程度不高、共享需求不明确、标准不统一、机制不健全等多元因素,各级规划“一张图”系统与自然资源管理部门内部其他业务系统之间尚未完全实现互联互通,导致规划编制、实施和监测评估所需数据的全面性、精准性、动态性和现势性不足,业务协同程度不高,难以及时、动态地反映规划实施带来的国土空间全域、全要素变化,也无法真正实现对各级各类规划的即时分析评价、日常动态监测、定期自动评估和问题及时预警。


四是规划编制审批、实施监督和决策支持的智能化水平不高。一方面,在规划“一张图”系统中,对规划全流程的在线管理大多停留在信息汇集和数据统计展示层面,缺少基于大数据、生成式人工智能(Artificial Intelligence Generated Content,AIGC)与深度学习等技术的国土空间风险问题精准识别、深度分析、监测预警,以及规划的智能生成、决策分析、模拟推演等能力,无法为规划决策提供足够支持;另一方面,由于数据多样、指标多类、信息量大、流程复杂,规划管理部门用户在传统界面操作下开展规划管理工作的效率不高,与大模型驱动下人机交互方式的变革趋势不相符。因此,现有的规划信息化基础,难以支撑生态文明和数智化转型背景下智慧规划、协同规划、共治规划等目标的实现。


1.2  CSPON建设的新内涵与新需求


从定位来看,《工作方案》定义的CSPON建设任务,包括业务联动网络、信息系统网络和开放治理网络三个层面;而《试点方案》要求各试点地区围绕国土空间发展和治理的迫切需求和突出问题,以可落地的应用场景为牵引,切实加强对规划管理工作的支撑,并以生成式人工智能等先进技术在规划领域的应用为突破口,推进相关算法重构、模型重构、标准重构和感知系统重构,着力提升国土空间规划实施监测网络“智慧”能力。自然资源部印发《自然资源数字化治理能力提升总体方案》(自然资发〔2024〕33号),提出建设国土空间规划场景,构建信息共享、业务联动、响应迅速的网络化、智能化分析决策与服务体系,搭建规划编审、实施监督、监测评估、社会服务等子场景,提升规划全流程在线管理水平,增强动态感知、实时监测、自动预警、模拟推演、便捷服务等能力,推进智慧规划建设。


因此,CSPON建设包括三个方面的内涵:第一,CSPON是进一步推动国土空间规划治理“数智化”转型的重要举措。CSPON以国土空间规划实施监督管理需求为牵引,充分采用新一代数字化、智能化技术,驱动对国土空间规划治理全过程的感知、监测、评估、预警、决策和优化等各环节方法手段的开拓式创新和工作模式的“数智化”转型,整体加强国土空间治理信息深层次共享、业务网络化协同和监管智能化提升。第二,CSPON是健全规划动态监测评估预警机制、落实智慧规划全周期管理要求的重要载体。CSPON应以全国国土空间规划纲要为引领,实现对各级各类国土空间规划传导执行情况、资源环境承载能力、国土空间开发保护状况和风险,以及国土空间治理的重点区域、重点领域和重大问题实施动态监测评估,最终支撑规划的调整优化和闭环管理,提升规划对社会经济发展变化与国土空间状况变化的风险应对和适应能力,逐步建设“可感知、能学习、善治理、自适应”的智慧规划。第三,CSPON是实现跨部门、跨层级、跨主体共谋、共建、共治的开放生态平台。以政府部门为主体,联合规划编研机构、科研院校、企业等,构建基于国土空间规划“一张图”的数字化空间治理体系和开放服务生态,实现跨界创新、众筹众智、互惠共赢,合力推进国土空间治理体系和治理能力现代化。


从需求来看,各级规划管理部门需要依托CSPON建设,实现规划全流程在线管理水平、决策分析能力和开放治理能力的再完善和再提升。在规划“一张图”系统已具备支撑规划日常业务管理工作的基础上,聚焦各类规划传导、衔接、统筹不全面,数据和系统融合互联程度不高,智能化水平不足等重难点问题,以分级管理为原则,健全对专项规划、详细规划、城市设计等各类规划的全周期管理支撑,通过算法重构、模型重构、标准重构和感知系统重构,增强对规划实施监测、评估、预警、决策和优化的规划实施管理全链条整合和智能化支撑能力的提升,强化与相关业务系统的协同、共享、联动,搭建面向多元用户的监测评价、评估场景和跨部门协同应用。



02

CSPON要求下的智慧规划场景设计



2.1  智慧规划场景总体框架


围绕规划“一张图”系统建设存在的问题和CSPON建设的新需求,按照分级事权、开放共治的原则,构建“两扇窗口、四个面向”的智慧规划场景总体框架(图1),以业务为牵引、场景为驱动,全面推进规划“一张图”系统实现全业务覆盖、用户化服务、场景化整合、智能化提升和网络化联通。“两扇窗口”,其一是对内服务自然资源管理部门的“规划管理窗口”,即CSPON管理版。包括面向空间规划管理部门的规划全流程管理场景、面向空间规划管理部门和决策者的规划实施监测评估场景,以及面向规划编制、研究人员与决策者的规划智能决策分析场景。其二是对外多元主体共同参与的“规划共治窗口”,即CSPON公众版。包括面向高校、研究机构、企业、个人等用户的规划开放治理场景。


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图1  CSPON要求下的智慧规划场景总体框架
Fig.1 An overall framework of smart planning scenario under CSPON requirements
资料来源:笔者自绘


2.2  规划全流程管理场景


大幅提升规划编制、审批、修改和实施监督全周期在线管理水平,是全面建成CSPON的基本要求。规划全流程管理场景主要面向各级空间规划管理部门,在规划“一张图”系统的基础上,对已有的线上、线下交织,涉及多层级、多部门协同的业务流程与功能模块进行整合,构建统筹各级总体规划、各类专项规划、详细规划、村庄规划,以及城市设计全类型、全周期在线管理一条链(图2)。结合各级管理事权和实际业务需求,场景可扩展完善,包括规划编制项目与计划统筹、专项规划与详细规划的编审在线协同、基于规划单元的实施动态账簿管理、规划调整动态更新与自动对比留痕等场景应用,实现各类规划从编制传导、审查报批、实施监督到评估优化的全周期闭环、全过程在线管理。其中,针对各级各类规划编制项目统筹与编审在线协同,可以通过统一目录清单管理、底图底数共享、在线协调会商等功能,实现一张底图编制规划、多个部门多跨协同;针对规划调整动态更新,可以通过贯通规划调整事项审批、调整联动预警和国土空间基础信息平台的成果更新推送等流程,实现规划调整一动皆动、图数一致、账本清晰。


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图2  全类型覆盖、全流程在线的规划管理一条链
Fig.2 An end-to-end planning management with comprehensive coverage and full online process 
资料来源:笔者自绘


2.3  规划实施监测评估场景


紧密围绕各级规划实施监督、监测需求搭建应用场景,是建立健全规划实施动态监测评估预警机制的重要抓手。规划实施监测评估场景主要面向各级空间规划管理部门和决策者,构建包括安全底线管控、规划传导监测、实施效果评估、重点区域监测评估等子场景,监测评估底线突破情形、空间安全风险、规划实施过程的合理合法性,以及实施后为空间开发保护状况和社会经济发展带来的影响和效益,从而支撑开展差异化绩效考核、政策制度优化和规划计划的动态调整。在内容方面,需要结合地方管理需求,因地制宜。安全底线管控可包括对“三区三线”、城市“四线”、洪涝灾害风险、历史文化保护等方面的监测评估;规划传导监测可包括各级各类规划编制传导一致性监测,以及从规划到用途管制、规划许可的实施传导一致性监测;实施效果评估可包括对总体规划、详细规划的定期体检和实施评估,以及对主体功能区、土地综合整治、生态保护修复、公共服务设施配置、空间要素保障、节约集约利用等方面专项规划或政策制度的实施效果评估;重点区域监测评估可包括对城市群、都市圈、重要流域、跨地区一体化发展、城市风貌管控等重点地区的规划实施管控和监测评估。在事权方面,部、省层面,关注国土空间安全、重大战略保障或区域协调发展等问题;市、县层面,聚焦底线约束下的布局优化与发展潜力、项目建设与规划许可实施动态,以及规划引领城市社会经济发展与人民生活品质提升等实施效果(图3)。


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图3  规划实施监测评估场景原型设计
Fig.3 Prototype design for the scenarios of planning implementation, monitoring, and evaluation
资料来源:笔者自绘


2.4  规划智能决策分析场景


融合专家经验,将规划分析研究和决策支持工作纳入CSPON建设,实现规划分析、评价、评估、预测的模型化、工具化、自动化,构建信息共享、业务联动、响应迅速的网络化、智能化分析决策与服务体系,是加快建设智慧规划的关键推动力。规划智能决策分析场景主要面向规划编制、研究人员和决策者,通过整合“一张图”数据资源、监测评价指标、算法模型和智能工具,提供决策分析数据产品共享、分析评价模型应用、监测评估报告自动生成等功能,大力推进监测分析和体检评估的自动化、智能化(图4)。此外,充分利用大数据、大模型、AIGC等新技术、新方法,探索构建规划方案智能生成、空间布局优化推演、空间灾害风险预警、公共设施配置优化、规划调整多情景模拟等面向复杂空间治理的模拟推演场景,提升规划对社会经济发展变化与国土空间状况变化的风险应对和适应能力,辅助规划科学决策。


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图4  规划智能决策分析场景原型设计
Fig.4 Prototype design for the scenario of intelligent decision analysis in planning
资料来源:笔者自绘


2.5  规划开放治理场景


构建“政产研学用”共建、共治、共享的开放治理新生态,形成社会各界有序、便捷参与,共同谋划,协同攻关,合力创新的国土空间治理开放网络,是全面建成CSPON的重要内容和核心理念。规划开放治理场景(图5)面向社会公众、高校、科研院所和企业等,汲取欧洲空间规划监测网络(ESPON)的成功经验与运行机制,以规划“一张图”系统的社会公众服务模块为基础,搭建国土空间规划实施监测网络(公众版),形成1个开放平台门户和规划共绘、知识共享、行业共创、空间共治4大版块,提供信息公开、知识服务、项目协作、成果发布、数据共享、在线工具、模型众筹、公众监督等应用,实现对国土空间规划的数据资源、规划成果、规划知识、工具模型的开放共享,激发社会各界的参与意愿,提高社会服务能力,强化各级政府、行业企业、社会多利益主体间的深度融合和互利共赢,推动阳光规划、共享规划和众治规划。


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图5  规划开放治理场景原型设计
Fig.5 Prototype design for the scenario of open governance in planning
资料来源:笔者自绘


2.6  场景构建的六维转变


CSPON是规划“一张图”系统在业务协同、数据融合、智能分析、网络联通、开放共享等方面的全面升级。基于规划“一张图”系统已有的功能模块开展上述智慧规划场景建设,需要六个维度的提升和转变。具体包括:


业务维,从业务管理到辅助分析决策。在规划“一张图”系统服务管理部门办理事务性业务工作的基础上,通过加强场景背后的数据关联融合,引入智能算法和模型工具,实现从现状统计到问题关联分析和趋势推演预测,切实辅助规划决策分析。


用户维,从单一主体到多跨协同治理。原规划“一张图”系统的主要用户为规划管理部门,但要实现智慧规划,推动共建、共享、共治,需要通过场景建设连接各级部门和规划编制单位、社会公众、企业、高校等多用户和多主体,提供多元服务,实现多跨协同治理,推进“共建、共治、共享”理念落地。


信息维,从内部系统到开放联动网络。多跨协同治理的基础是“开放”,通过推进流程优化、制度完善、网络连通、架构升级,将规划“一张图”系统从面向部门内部的专业型、封闭式应用,转变为对外开放的服务型、开放式场景,依托国土空间基础信息平台,开展系统纵向多级贯通与横向数据互联,实现场景数据关联更新、一动皆动,逐步建立标准统一、链接通畅的信息系统网络。


时间维,从定期更新到实时监测评价。“一年一体检、五年一评估”是建立规划实施动态监测评估预警制度的基本要求。但随着数据获取渠道多源化、空间感知手段多样化和大数据时空计算高效化,规划实施监测评估应逐步迈向动态化、实时化、常态化。通过指标、规则、模型等知识数字化管理系统支撑,搭建主题数据库,建立“数据—指标—模型—应用”的自动化监测评价流程,实现指标自动计算、模型定期分析和场景动态更新,及时反馈规划实施情况和国土空间开发保护状况变化。


体验维,从界面操作到多模态人机智能交互。抖音、今日头条等应用,是智能算法赋能带来交互体验和使用体验巨大改变的典型案例。规划“一张图”系统的界面操作模式,已无法满足用户在海量数据、密集信息和繁琐流程中高效开展规划在线管理和分析研究工作的需要。随着大语言模型的不断成长演化,人机交互模式已发生变革,需要充分融合大模型思想,设计智慧规划场景应用模式,通过自然语言问答、知识智能推荐等方式,变“人找信息”为“信息找人”,创新基于智能场景的人机协同方式和规划治理模式。 


服务维,从低频支撑到快速装配与敏捷响应。规划管理和空间治理需求在不同地域、不同时期、不同尺度存在较大差异。因此,规划“一张图”系统需要提升对需求的快速响应和敏捷服务能力。通过平台提供统一组件与场景构建工具,建立场景快速装配流水线,实现各类场景风格布局、监测指标、数据内容、展示形式等要素的按需组装、灵活搭建,使CSPON能够快速、敏捷地响应规划管理和空间治理需求。



03

支撑场景构建的关键技术探索



3.1  网络联动:基于主题数据库的动态监测与联动更新技术


针对CSPON场景多样、数据多源异构的特点,以及对动态监测、实时分析的需求,依托国土空间基础信息平台,融合应用关系数据库、NoSQL数据库、搜索引擎、图数据库等多类型数据库系统,建设面向CSPON场景的主题数据库,通过定义面向场景应用的多维数据模型与数据规范,构建“数据—模型—指标—应用”的自动化分析计算流程。一方面,基于数据抽取、转换、加载(Extract-Transform-Load,ETL)技术研发数据抽取工具,支持从平台中定期抽取场景所需要的多源异构数据,进行自动化清洗、处理和计算,形成主题数据或指标数据,实现场景信息的自动更新;另一方面,建立数据监测工具,通过被动监测、主动监测、通知和分发等手段,实现规划实施监测指标信息、评估结果、预警问题的变更监测、实时推送、即时同步,提高信息汇聚交换效率,保障主题数据库在跨层级、跨系统、跨网络环境下能够及时同步更新,推动各层级规划实施监测场景信息一动皆动、一动皆知,确保宏观和微观信息同步变化、上下级信息一致更新。


3.2  智能升维:基于GeoAI的智能分析与多模态交互技术


CSPON场景的最大特性在于对规划全周期管理所涉及时空要素的感知、分析、展示与交互。融合大语言模型与CSPON场景的时空特性,采取模型本地化调优和智能体交互的技术路线,基于国土空间规划指标模型、管控规则、政策法规等知识库的建设,开展大模型训练微调,探索构建基于地理空间人工智能(Geospatial AI,GeoAI)的规划专业大模型和“规划管家”智能助手,并嵌入应用场景。通过多模态人机问答的交互方式,让“规划管家”理解用户的规划管理需求,基于AI智能体(Agent)技术开展数据、算法、模型、工具的自动调度、规划与执行,实现政策问答、指标分析、模型调用、图表生成、报告生成等交互目的,让规划管理人员和决策者免于进行“大海捞针”式的数据检索,以及繁琐的数据分析与报告编制等工作,从而将更多时间用于业务判读和决策制定,逐步实现多模态人机智能交互的规划管理模式转变(图6)。


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图6  基于大语言模型的“规划管家”智能分析与多模态交互应用
Fig.6 Intelligent analysis and multimodal interaction application with "Planning Bulter" based on large language model
资料来源:笔者自绘


3.3  敏捷服务:基于低代码和微服务的场景敏捷装配技术


围绕CSPON场景快速装配与敏捷服务业务变化的需求,利用用户界面(User Interface,UI)组件化和应用程序编程接口(Application Programming Interface,API)微服务化技术,通过制定统一的规范,对各类CSPON场景中的需求和可视化要素进行抽象后再开发封装,形成效果丰富、可配置、可复用、可组装的场景UI组件(如地图、图表、文本、工具等)、场景模板和服务API。通过自研的低代码场景搭建工具,以便捷拖拽和参数配置的方式,一站式实现业务能力快速组装、场景应用快速构建、应用自动生成与部署,提高原规划“一张图”系统的灵活性、可扩展性和可维护性,满足规划管理部门、决策者和社会公众等不同用户主体多样化的场景应用和风格布局需求(图7)。


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图7  基于低代码和微服务技术的场景敏捷搭建工具应用
Fig.7 Application of agile scenario development tool using low-code and microservice technology
资料来源:笔者自绘



04

结语



国土空间规划实施监测网络(CSPON)建设是在新时期、新要求下,需要融合应用新技术、新方法的一项持续性创新并最终实现共建、共治、共享的重大工程。“监测网络”不仅仅是解决规划实施监测评估预警环节的问题,还是以保障“一张蓝图绘到底”为导向,依托国土空间规划“一张图”实施监督信息系统,通过整合构建规划全周期管理、规划实施监测评估、规划智能决策分析、规划开放治理等应用场景,进一步深化和健全国土空间规划编制、审批、修改和实施监督全周期在线管理制度,提升系统的自动化和智能化水平,逐步驱动规划管理由“半自动驾驶”向“自动驾驶”转变,加快推进“可感知、能学习、善治理、自适应”的智慧规划建设和国土空间治理“数智化”转型。  




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