王利軍, 楊軍義, 尹盤(pán)飛

(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025; 2.甘肅省測(cè)繪工程技術(shù)研究中心，甘肅 天水 741000;3.天水三和數(shù)碼測(cè)繪院有限公司，甘肅 天水 741000)

國(guó)土空間是生態(tài)文明建設(shè)的空間載體，是人們生產(chǎn)、生活的空間。2018年3月國(guó)務(wù)院撤銷(xiāo)了國(guó)土資源部，新組建了自然資源部，由過(guò)去的“小國(guó)土?xí)r代”進(jìn)入到“大國(guó)土?xí)r代”，中央要求建立空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施——即將土地利用總體規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、主體功能區(qū)規(guī)劃整合為統(tǒng)一的國(guó)土空間規(guī)劃[1]，這需要建設(shè)國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主體功能區(qū)戰(zhàn)略和各類空間管控要素精準(zhǔn)落地，逐步形成全國(guó)國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”，推進(jìn)政府部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享以及政府與社會(huì)之間的信息交互。同時(shí)要依托國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)，建立健全國(guó)土空間規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警和實(shí)施監(jiān)管機(jī)制。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)幾乎所有城市都在開(kāi)展國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)工作，以期統(tǒng)一土地、主題功能和城鄉(xiāng)規(guī)劃業(yè)務(wù)審批流程，但由于之前國(guó)土和規(guī)劃部門(mén)并未合并，其數(shù)據(jù)資料、編碼分類、業(yè)務(wù)流程、管理模式、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都不盡相同，因此很少有真正將二者進(jìn)行統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)平臺(tái)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)在此平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建的“一張圖”系統(tǒng)[2]。在成立自然資源部后的“大國(guó)土?xí)r代”，通過(guò)“健全機(jī)制、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、集中管理、互聯(lián)共享”的模式為建設(shè)國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)提供了政策保障和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

1 平臺(tái)總體架構(gòu)

市級(jí)國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)需立足于空間治理信息化發(fā)展的趨勢(shì)，以信息共享、實(shí)施管控和智慧服務(wù)為目標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系為保障，以自然資源云基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境[3]為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)國(guó)土與規(guī)劃業(yè)務(wù)的一體化管理, 主要包括“一張網(wǎng)”、“一個(gè)庫(kù)”、“一平臺(tái)”、“若干應(yīng)用”一體化平臺(tái)的架構(gòu)，即采用“1+1+1+N”的分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)展平臺(tái)設(shè)計(jì)：首先整合基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境形成“一張網(wǎng)”；其次融合現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)與指標(biāo)模型，形成一個(gè)國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)，基于此以搭建符合國(guó)土空間規(guī)劃業(yè)務(wù)需求的“一張圖”監(jiān)管業(yè)務(wù)平臺(tái)，并與現(xiàn)有政務(wù)審批系統(tǒng)無(wú)縫集成，服務(wù)于各委辦局其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。通過(guò)平臺(tái)一體化, 改變多平臺(tái)數(shù)據(jù)管理及調(diào)用難的現(xiàn)狀, 打破過(guò)去國(guó)土資源管理與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理分離的模式, 融合多源數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)國(guó)土與規(guī)劃業(yè)務(wù)的一體化管理?！耙粡垐D”系統(tǒng)的構(gòu)建, 為國(guó)土空間規(guī)劃業(yè)務(wù)辦公提供可靠、全面、便捷的數(shù)據(jù)支撐, 大幅提高行政審批辦公效率。

圖1 國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)

2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)采用面向服務(wù)架構(gòu)(SOA[4])的理念與方法，這樣便于實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)且具有良好的互操作性，然后利用Web Services[5]技術(shù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)松散耦合數(shù)據(jù)與服務(wù)集成，再將地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)與功能封裝成符合OGC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的接口，這樣一個(gè)面向服務(wù)的國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)就搭建成功了，可以滿足國(guó)土空間信息共享交換的要求。

國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)分為4個(gè)層次，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，涉及各種類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與應(yīng)用。技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮良好的兼容性、擴(kuò)展性與高效性，綜合運(yùn)用虛擬化技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)以及各種非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)專業(yè)處理技術(shù)，構(gòu)建平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)。具體如圖2所示。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

硬件基礎(chǔ)設(shè)施層是將計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等物理資源進(jìn)行整合，按照云服務(wù)模式[6]和云架構(gòu)建立共享資源池，形成可按需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的高性能計(jì)算環(huán)境、大容量存儲(chǔ)環(huán)境，滿足海量國(guó)土空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高并發(fā)用戶業(yè)務(wù)辦理和信息共享查詢，以及各級(jí)分節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入平臺(tái)的需要，本項(xiàng)目主要運(yùn)行在市級(jí)自然資源局內(nèi)網(wǎng)。

圖2 國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要為國(guó)土空間數(shù)據(jù)資源體系提供存儲(chǔ)建設(shè)以及數(shù)據(jù)處理管理等支持。國(guó)土空間大數(shù)據(jù)體系分為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，指標(biāo)模型體系主要包括指標(biāo)體系和模型體系。

平臺(tái)需整合國(guó)土空間規(guī)劃編制、監(jiān)測(cè)評(píng)估等所需的數(shù)據(jù)資源，形成國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”，同時(shí)將國(guó)土空間規(guī)劃編制、實(shí)施、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警過(guò)程中涉及的一系列國(guó)土空間規(guī)劃監(jiān)測(cè)指標(biāo)、業(yè)務(wù)規(guī)則及模型進(jìn)行信息化建模和維護(hù)，建立國(guó)土空間規(guī)劃指標(biāo)模型庫(kù)。

2.3 平臺(tái)層

平臺(tái)層即構(gòu)建國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)，集數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、共享服務(wù)平臺(tái)于一體。國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)集中在國(guó)土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)的理念和建設(shè)思路，建成一體化數(shù)據(jù)庫(kù)和云管理與服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)云管理與服務(wù)平臺(tái)的分析與決策支持能力建設(shè)，作為數(shù)據(jù)集流通的交通樞紐，在統(tǒng)一集成開(kāi)發(fā)框架下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)、專題服務(wù)和接口服務(wù)的統(tǒng)一管理與應(yīng)用服務(wù)。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層通過(guò)國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)提供的多種服務(wù)資源，為決策者、管理者、企業(yè)公眾提供國(guó)土業(yè)務(wù)應(yīng)用支持，滿足不同行業(yè)應(yīng)用的建設(shè)需求?；趹?yīng)用層需進(jìn)一步建設(shè)國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”實(shí)施監(jiān)督信息系統(tǒng)，主要包括國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”、國(guó)土空間規(guī)劃分析評(píng)價(jià)、國(guó)土空間規(guī)劃成果審查管理、國(guó)土空間規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警、資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警、國(guó)土空間規(guī)劃指標(biāo)模型管理等。

3 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Docker構(gòu)建服務(wù)架構(gòu)技術(shù)

Docker是一個(gè)開(kāi)源的容器引擎，它有助于更快地部署、遷移與交付應(yīng)用系統(tǒng)，讓系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境具有很強(qiáng)的靈活性。Docker將應(yīng)用程序和基礎(chǔ)設(shè)施層隔離，將基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)作程序一樣進(jìn)行管理，主要優(yōu)勢(shì)如下[7]：

(1)簡(jiǎn)化程序，讓開(kāi)發(fā)者可以打包他們的應(yīng)用以及依賴包到一個(gè)可移植的容器中，然后發(fā)布到任何Linux機(jī)器上。

(2)快速部署，Docker鏡像中包含了運(yùn)行環(huán)境和配置，簡(jiǎn)化部署多種應(yīng)用實(shí)例工作。如Web應(yīng)用、后臺(tái)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)應(yīng)用比如 Hadoop 集群、消息隊(duì)列都可以打包成一個(gè)鏡像后快速部署。

(3)節(jié)省開(kāi)支，Docker改變了高性能必然高價(jià)格的思維定勢(shì)。不僅解決了硬件管理的問(wèn)題，也改變了虛擬化的方式。

(4)快速迭代，根據(jù)泛服務(wù)的理念，使用容器作為基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)快速部署，快速迭代，輕量化的容器是泛服務(wù)的最佳運(yùn)行環(huán)境，能保障運(yùn)維效率的提升。

(5)集成度高，k8s作為幾乎實(shí)際默認(rèn)的容器化平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，其集成了配置中心和注冊(cè)中心，解決了開(kāi)發(fā)配置中心和注冊(cè)中心的問(wèn)題[8]。

基于Docker技術(shù)可以將基于泛服務(wù)架構(gòu)的國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)及其在自然資源管理專題中的應(yīng)用落地并實(shí)現(xiàn)。并通過(guò)成熟的Docker容器運(yùn)維管理，解決快速部署、高可靠穩(wěn)定運(yùn)行和自動(dòng)化監(jiān)控等問(wèn)題。

3.2 基于分布式存儲(chǔ)的空間大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

根據(jù)各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大且更新頻繁的特點(diǎn)，空間大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用采用基于Hadoop分布式環(huán)境進(jìn)行部署[9]，為滿足GIS空間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)瀏覽和快速分析需要，并行計(jì)算引擎采用Spark，通過(guò)將并行計(jì)算引擎Spark部署在分布式集群環(huán)境中提高空間數(shù)據(jù)分析與挖掘的性能，實(shí)現(xiàn)在原始數(shù)據(jù)更新變化時(shí)，無(wú)需切片緩存即可實(shí)時(shí)更新瀏覽，減少空間數(shù)據(jù)的管理和更新成本。同時(shí)基于分布式架構(gòu)，空間大數(shù)據(jù)被均勻分布到可以彈性擴(kuò)展的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都會(huì)參與空間運(yùn)算分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的低延遲。

3.3 模型庫(kù)和規(guī)則庫(kù)智能審查與評(píng)估預(yù)警技術(shù)

模型庫(kù)和規(guī)則庫(kù)是建立空間規(guī)劃模型所涉及的規(guī)則、數(shù)據(jù)存取方式及運(yùn)算所需要的運(yùn)行程序。在模型庫(kù)和規(guī)則庫(kù)的概念模式下，空間規(guī)劃模型可以視為相互協(xié)同工作的規(guī)則集合，其中,每個(gè)規(guī)則都會(huì)提供特定的能力，執(zhí)行特定的操作，并以標(biāo)準(zhǔn)形式輸出執(zhí)行結(jié)果，以便其他規(guī)則了解和調(diào)用。通過(guò)將構(gòu)建的空間規(guī)劃模型中每一條規(guī)則與實(shí)際的成果數(shù)據(jù)和參數(shù)變量相結(jié)合，使其從一個(gè)抽象的空間規(guī)劃模型對(duì)象演變成為具備實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系的空間規(guī)劃模型實(shí)體對(duì)象；從而實(shí)現(xiàn)一套基于規(guī)則庫(kù)的空間規(guī)劃模型定量分析與協(xié)調(diào)的技術(shù)方案。

通過(guò)該技術(shù)構(gòu)建各類規(guī)劃和現(xiàn)狀的多狀態(tài)、多環(huán)節(jié)和多類型的評(píng)估模型，捕捉城市用地發(fā)展的動(dòng)態(tài)性以及分析各類規(guī)劃的用地差異，提供用地協(xié)調(diào)的平臺(tái)，挖掘存量用地。同時(shí)結(jié)合人口、用地、設(shè)施、控制線等控制指標(biāo)綜合分析，針對(duì)現(xiàn)狀、規(guī)劃設(shè)施資源的可承載壓力、服務(wù)范圍和覆蓋情況進(jìn)行預(yù)判，評(píng)估資源配置是否均衡。通過(guò)設(shè)施覆蓋情況的實(shí)施監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警，科學(xué)分析設(shè)施資源承載力，精準(zhǔn)配置資源要素，充實(shí)目前尚不完善的現(xiàn)狀基礎(chǔ)和實(shí)施動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市空間更加精細(xì)化的城市體檢和預(yù)警預(yù)測(cè)，提高居民的滿意度和城市生活品質(zhì)，促進(jìn)城市發(fā)展由增量發(fā)展向減量發(fā)展、由粗放型發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展。

3.4 元胞自動(dòng)機(jī)模型的空間智能模擬技術(shù)

基于典型元胞自動(dòng)機(jī)模型，探索“自適應(yīng)”的持續(xù)優(yōu)化閉環(huán)管理體系。典型元胞自動(dòng)機(jī)模型中的SLEUTH模型可對(duì)城市增長(zhǎng)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行模擬、對(duì)未來(lái)土地利用變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型可設(shè)置不同城市化概率的排除層以模擬在不同政策下的土地利用增長(zhǎng)趨勢(shì)并動(dòng)態(tài)模擬城市擴(kuò)展。通過(guò)引入空間模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜人地關(guān)系演變的模擬呈現(xiàn)，對(duì)預(yù)測(cè)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的各類空間問(wèn)題、社會(huì)問(wèn)題及環(huán)境問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早調(diào)整、早避免，使國(guó)土空間規(guī)劃始終朝著人地和諧的方向發(fā)展，即構(gòu)成了國(guó)土空間規(guī)劃的適應(yīng)體系。

3.5 基于因子分析技術(shù)的智能化輔助選址

建設(shè)項(xiàng)目在進(jìn)行項(xiàng)目選址過(guò)程中經(jīng)辦人會(huì)根據(jù)不同的項(xiàng)目需求，確定項(xiàng)目地址和項(xiàng)目范圍。在以往的處理過(guò)程中，先根據(jù)項(xiàng)目要求，加上自身對(duì)選址區(qū)位的了解，在翻閱大量資料、經(jīng)過(guò)很多次的討論才能拿出一個(gè)預(yù)選址方案，再經(jīng)過(guò)多次討論，逐級(jí)上報(bào)討論選址地點(diǎn)，選址經(jīng)辦人會(huì)將大量的時(shí)間放在資料查閱上，導(dǎo)致工作效率相對(duì)較低。同時(shí)，由于經(jīng)辦人自身知識(shí)的局限性，對(duì)目前狀況了解的局限性導(dǎo)致選址資料無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)分析，甚至無(wú)法獲取足夠的參考資料，導(dǎo)致很多需要考慮的選址影響因子無(wú)法考慮周到，項(xiàng)目選址就會(huì)受到影響。

通過(guò)專業(yè)選址模型研究為項(xiàng)目選址提供科學(xué)的理論支撐，重點(diǎn)結(jié)合空間規(guī)劃各類控制線將因子進(jìn)行抽象和結(jié)構(gòu)化，形成選址因子體系，經(jīng)研究比選采用層次分析法和智能專家打分模型。系統(tǒng)既包含內(nèi)置選址因子(來(lái)自法律法規(guī)、規(guī)劃依據(jù)等)，也為用戶自主增加因子提供可能，適用于各種類型項(xiàng)目選址，系統(tǒng)根據(jù)各影響因子打分規(guī)則，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算打分輔助用戶完成比選。依據(jù)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、規(guī)劃一致性等因素，建立選址結(jié)果的評(píng)價(jià)體系，系統(tǒng)可自動(dòng)形成定量化評(píng)價(jià)報(bào)告，為各類型項(xiàng)目量身訂做選取建設(shè)用地[10]。

3.6 超量信息可視化分析、交互與決策輔助技術(shù)

信息可視化(Information visualization)是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域[11]，

旨在研究大規(guī)模非數(shù)值型信息資源的視覺(jué)呈現(xiàn)。在超量信息(超量包含三層意思：一是大量數(shù)據(jù)、二是數(shù)據(jù)維度多、三是信息關(guān)聯(lián)復(fù)雜)中，信息越多反而越難以找到有用信息。研究創(chuàng)建以數(shù)據(jù)可視化、信息圖形、知識(shí)可視化、科學(xué)可視化以及視覺(jué)設(shè)計(jì)方面的直觀方式傳達(dá)抽象信息的手段和方法。從大數(shù)據(jù)分析投資中獲得信息的價(jià)值關(guān)鍵，將龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)集變成直觀的交互式圖像，顯著提升行業(yè)專家分析能力、洞察事件發(fā)展趨勢(shì)，并有效保證專家決策科學(xué)性和實(shí)用性。

4 結(jié) 論

綜上，國(guó)土空間基礎(chǔ)平臺(tái)的建設(shè)要充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和GIS等信息技術(shù)，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)建立了市級(jí)自然資源局內(nèi)統(tǒng)一的基礎(chǔ)性平臺(tái)，包括平臺(tái)門(mén)戶、數(shù)據(jù)中心、計(jì)算中心、服務(wù)中心、運(yùn)維中心、配套工具集等功能模塊，這是進(jìn)一步構(gòu)建國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”監(jiān)管信息等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這將推進(jìn)城市空間治理監(jiān)督，保障規(guī)劃有效實(shí)施，為促進(jìn)服務(wù)型政府，強(qiáng)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)做出保障。