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        多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

        2021-02-15 07:53:20
        經(jīng)緯天地 2021年6期
        關(guān)鍵詞:沖突檢測圖斑圖層

        薛 霄

        (東正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司,山東 煙臺 264270)

        0.引言

        隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷深入發(fā)展,城鄉(xiāng)建設(shè)中規(guī)劃種類多、規(guī)劃內(nèi)容重疊和沖突以及協(xié)調(diào)難度大等問題日益凸顯。為有效解決這些問題,相關(guān)部委出臺了一系列文件,推動各地開展“多規(guī)合一”工作[1]。在工作開展初期,存在無法統(tǒng)計出不同規(guī)劃間差異大小、手工檢查規(guī)劃沖突耗費大且無法準(zhǔn)確查出所有錯誤以及項目周期短、數(shù)據(jù)處理工作量大等問題[2]。因此,基于“多規(guī)合一”信息平臺,開發(fā)一套多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)迫在眉睫。本文在對實際工作需求調(diào)研后,利用GIS、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù),沿著“找差異—量化差異—解決差異—促協(xié)同”的思路,探討了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)運行流程,在統(tǒng)一的多規(guī)坐標(biāo)系下,構(gòu)建了多規(guī)信息數(shù)據(jù)庫,開發(fā)多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)(以下簡稱“系統(tǒng)”),進行了多規(guī)數(shù)據(jù)整合、差異圖斑調(diào)整以及沖突規(guī)則制定,實現(xiàn)了多規(guī)沖突量化處理,消除多規(guī)空間差異,大大提高了多規(guī)沖突處理的工作效率,為優(yōu)化城鄉(xiāng)建設(shè)用地空間布局、推動部門間多規(guī)信息共享、項目落地提供參考。

        1.需求分析

        1.1 業(yè)務(wù)需求

        系統(tǒng)以GIS平臺以依托,通過標(biāo)準(zhǔn)定制和規(guī)則配置,快速檢測規(guī)劃管控區(qū)間的規(guī)劃沖突,并對沖突部分進行矛盾協(xié)調(diào)和過程管理,從而實現(xiàn)多規(guī)沖突協(xié)調(diào)智能化。其涉及的業(yè)務(wù)需求包括以下4點:(1)多規(guī)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源的收集、處理和入庫;(2)多規(guī)沖突檢測規(guī)則、協(xié)同規(guī)則以及管理機制的制定;(3)管控區(qū)多個規(guī)劃間的沖突檢測;(4)建立通用的多規(guī)規(guī)則模板,實現(xiàn)矛盾協(xié)調(diào),從而提高工作效率。

        1.2 功能需求

        系統(tǒng)面向多規(guī)沖突協(xié)調(diào)人員,提供以各類規(guī)劃沖突檢測為核心的技術(shù)支撐,集多規(guī)信息的統(tǒng)一匯集、沖突融合為一體。針對各個規(guī)劃成果之間存在的矛盾,用戶可通過本系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)質(zhì)檢、沖突檢測、沖突協(xié)調(diào)以及協(xié)調(diào)模擬推演,能夠有力輔助規(guī)劃編制,解決多規(guī)在發(fā)展目標(biāo)及空間規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)與分區(qū)邊界、管控要求與開發(fā)時序等方面的沖突矛盾,為城鄉(xiāng)統(tǒng)籌治理提供權(quán)威的“一本規(guī)劃”,最終形成多規(guī)協(xié)調(diào)成果一張圖[3]。

        1.3 非功能需求

        系統(tǒng)在滿足功能需求的同時,還需考慮非功能需求,主要包括以下2點:(1)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,由于多規(guī)沖突處理和協(xié)調(diào)涉及的數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)種類多,因此,系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性是非功能需求首要考慮條件,具體指標(biāo)為系統(tǒng)有效工作時間大于99.9%[4];(2)系統(tǒng)的可靠性,能容忍非法輸入數(shù)據(jù)、相關(guān)軟件或硬件組成部分的缺陷或發(fā)生異常的情況,能繼續(xù)保持正常運行。

        2.總體設(shè)計

        2.1 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程設(shè)計

        為確??焖?、準(zhǔn)確地消除多規(guī)空間差異,實現(xiàn)多規(guī)數(shù)據(jù)的無縫銜接和關(guān)聯(lián)應(yīng)用,本文系統(tǒng)梳理了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)的流程,其處理協(xié)調(diào)流程設(shè)計示意圖(如圖1所示)。主要包括五個階段:前期準(zhǔn)備階段、數(shù)據(jù)整合處理建庫階段、多規(guī)沖突檢測規(guī)則制定階段以及多規(guī)沖突檢測階段。

        圖1 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程設(shè)計示意圖

        前期準(zhǔn)備階段,實現(xiàn)對規(guī)劃專題資料、數(shù)據(jù)以及“多規(guī)合一”相關(guān)技術(shù)資料的收集,并對資料進行匯總與整理。

        數(shù)據(jù)整合處理建庫階段的工作包括以下2點:(1)針對收集的各類數(shù)據(jù)進行整合和標(biāo)準(zhǔn)化處理,如,格式統(tǒng)一、坐標(biāo)參考統(tǒng)一、數(shù)據(jù)屬性完善等;(2)構(gòu)建多規(guī)信息數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、建設(shè)工程項目數(shù)據(jù)以及項目實施數(shù)據(jù)等入庫。

        多規(guī)沖突檢測規(guī)則制定階段,根據(jù)規(guī)劃編制的要求,制定多規(guī)沖突檢測的相關(guān)規(guī)則,主要包括圖形拓撲檢查、數(shù)據(jù)非法檢查、屬性結(jié)果檢查、數(shù)據(jù)完整性檢查、字段長度檢查等。

        多規(guī)沖突檢測階段,根據(jù)多規(guī)沖突檢測規(guī)則,通過系統(tǒng)進行快速檢測,一方面,形成多規(guī)沖突檢測報告;另一方面,生成差異圖斑。對于有沖突的差異圖斑進行以下處理:(1)微小差異圖斑,系統(tǒng)自動處理;(2)對有較大沖突的差異圖斑,通過多規(guī)沖突協(xié)調(diào)人員進行沖突圖斑處理。

        2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計

        系統(tǒng)基于.Net平臺開發(fā)的C/S模式,采用多層次結(jié)構(gòu)進行平臺架構(gòu)設(shè)計,包括數(shù)據(jù)層、接口層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及用戶層。系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖(如圖2所示):

        圖2 系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖

        數(shù)據(jù)層是對海量的結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)、視頻以及文檔等數(shù)據(jù)進行收集、處理和入庫,從而形成規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫,包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、建設(shè)項目數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及多媒體數(shù)據(jù)等[5];接口層是通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)訪問、基于Hadoop分布式技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫訪問,為服務(wù)層和應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù);服務(wù)層是將系統(tǒng)常用的功能,以服務(wù)的方式進行封裝,提供調(diào)用,包括疊加分析、緩沖區(qū)分析、融合度分析、重疊區(qū)域提取、圖斑切分以及圖斑合并等;應(yīng)用層是系統(tǒng)地展示和提供工具的窗口,包括建設(shè)項目任務(wù)比對、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、沖突檢測、沖突協(xié)調(diào)以及協(xié)調(diào)模擬推演等;用戶層是系統(tǒng)的主要使用人員,包括各政府部門的管理人員、沖突協(xié)調(diào)人員以及系統(tǒng)運維人員等。

        3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

        3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

        統(tǒng)籌各類相關(guān)規(guī)劃成果、基礎(chǔ)地理信息成果等,建立規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫,制定數(shù)據(jù)整理、入庫、建庫、更新、保密的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,明確數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和要素分類、空間要素住宅、空間要素屬性結(jié)構(gòu)、屬性值域表及質(zhì)量控制及處理等內(nèi)容[6]。規(guī)劃信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)示意表(如表1所示):

        表1 規(guī)劃信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)示意表

        3.2 建設(shè)內(nèi)容

        規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫包括四大核心庫:基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫以及多媒體數(shù)據(jù)庫?;A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)以及城市三維數(shù)據(jù)等;規(guī)劃數(shù)據(jù)庫包括發(fā)展規(guī)劃、法定規(guī)劃、專項規(guī)劃以及詳細規(guī)劃等;建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫包括出讓建設(shè)用地、劃撥建設(shè)用地、工業(yè)建設(shè)用地以及一般經(jīng)營性建設(shè)用地等;多媒體數(shù)據(jù)庫包括視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、照片數(shù)據(jù)以及文本數(shù)據(jù)等。規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容(如圖3所示):

        圖3 規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容示意圖

        4.系統(tǒng)實現(xiàn)

        4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)檢

        對于新建的規(guī)劃比對任務(wù),需要針對要比對的規(guī)劃進行標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)檢,以保證規(guī)劃成果滿足該類規(guī)劃的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,如果不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,則無法進行規(guī)劃沖突比對。

        4.2 多規(guī)沖突檢測

        系統(tǒng)根據(jù)配置的沖突檢測規(guī)則對各類規(guī)劃數(shù)據(jù)進行沖突檢測,形成最終沖突圖斑和沖突報告,為多規(guī)協(xié)調(diào)人員提供快速檢測沖突和定位沖突的依據(jù),為后續(xù)協(xié)調(diào)工作框定范圍和目標(biāo)。主要包括各類規(guī)劃沖突比對、檢測關(guān)聯(lián)查詢、生成沖突檢測報告以及沖突檢測結(jié)果管理。各類規(guī)劃沖突比對是選擇需要進行檢測的類型、沖突檢測區(qū)域和相應(yīng)規(guī)則,由系統(tǒng)進行自動檢測,最終形成沖突圖斑;檢測關(guān)聯(lián)查詢是查詢存在沖突的圖斑,可顯示沖突圖斑信息并自動關(guān)聯(lián)原有規(guī)劃相關(guān)圖斑信息;生成沖突檢測報告是對沖突比對的結(jié)果進行分析,生成最終沖突檢測報告。沖突檢測結(jié)果管理可以直接在系統(tǒng)中加載并展示,點擊比對結(jié)果中存在差異的圖斑,可以了解該圖斑的規(guī)劃差異情況,例如是土地利用總體規(guī)劃超出城市總體規(guī)劃,還是控制性詳細規(guī)劃超出城市總體規(guī)劃。對于差異圖斑,可以根據(jù)相應(yīng)的協(xié)調(diào)規(guī)則進行調(diào)入調(diào)出處理,并將處理的結(jié)果進行保存記錄。多規(guī)沖突檢測報告示意圖(如圖4所示):

        圖4 多規(guī)沖突檢測報告示意圖

        4.3 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)

        多規(guī)沖突協(xié)調(diào)是針對檢測出的沖突圖斑的多規(guī)協(xié)調(diào)工作進行輔助和管理,針對需要進行協(xié)調(diào)的地塊,通過直觀、便捷的表現(xiàn)形式展示地塊沖突情況、原規(guī)劃情況,分級分類進行協(xié)調(diào)工作,從而滿足協(xié)調(diào)管理要求,提高協(xié)調(diào)工作效率。

        4.4 協(xié)調(diào)規(guī)則模擬推演

        多規(guī)沖突協(xié)調(diào)的核心就是制定協(xié)調(diào)處理的規(guī)則,這些規(guī)則根據(jù)數(shù)據(jù)、規(guī)劃以及政策要素的不同有所差異,為此,系統(tǒng)中需要協(xié)調(diào)模擬推演功能,即在前端用戶可自行選擇規(guī)則,系統(tǒng)自動計算出協(xié)調(diào)后的臺賬及空間分布情況,以輔助領(lǐng)導(dǎo)、專家等進行規(guī)則制定。

        4.5 規(guī)劃數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配置

        數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配置主要是針對規(guī)劃沖突比對所涉及的規(guī)劃成果及其相應(yīng)的用地分類等進行映射配置,以便于不同類型的規(guī)劃能夠基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行沖突比對。具體包括規(guī)劃用地分類表的規(guī)整、不同用地分類表的映射等。

        4.6 多規(guī)沖突規(guī)則配置

        多規(guī)沖突規(guī)則配置主要是制定規(guī)劃沖突比對時的判斷規(guī)則,以定義何種情況下規(guī)劃之間是一致的,何種情況下是沖突的。規(guī)劃沖突識別系統(tǒng)基于制定的規(guī)劃沖突比對規(guī)則進行判別,從而更快速、更準(zhǔn)確地找出各類規(guī)劃之間存在的差異和矛盾。多規(guī)沖突規(guī)則配置示意圖(如圖5所示):

        圖5 多規(guī)沖突規(guī)則配置示意圖

        5.關(guān)鍵技術(shù)

        5.1 基于空間分析的多規(guī)差異圖斑融合技術(shù)

        依據(jù)多規(guī)沖突檢測規(guī)則,通過多規(guī)差異圖斑融合技術(shù),消除多規(guī)空間差異。主要思路是利用系統(tǒng)提供的空間分析技術(shù)[7],如,疊加分析、緩沖區(qū)分析、重疊區(qū)域提取、圖斑切分和合并等,提取多個規(guī)劃間沖突的區(qū)域和相應(yīng)的屬性信息,并構(gòu)建新圖層,生成統(tǒng)一的規(guī)劃圖層。具體步驟如下:(1)在系統(tǒng)上加載多個規(guī)劃圖層;(2)將規(guī)劃圖層進行兩兩相交,提取相交區(qū)域,形成新圖斑;(3)構(gòu)建新的公共區(qū)域圖層,圖層擁有新圖斑的數(shù)據(jù)和屬性信息;(4)刪掉規(guī)劃圖層中相交區(qū)域,并與公共區(qū)域圖層合并,形成統(tǒng)一的規(guī)劃圖層。多規(guī)沖突差異圖斑融合示意圖(如圖6所示):

        圖6 多規(guī)沖突差異圖斑融合示意圖

        5.2 基于Hadoop的規(guī)劃信息數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)

        Hadoop分布式開源框架可提供跨計算機集群分布式存儲和計算環(huán)境。本文基于Hadoop分布式開源框架,實現(xiàn)不同部門間各類多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成管理,并應(yīng)用HBase分布式存儲數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲[8],即用HBase存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),利用HDFS存儲視頻、照片和文本等非機構(gòu)化數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)規(guī)劃信息數(shù)據(jù)的共享和交換。

        6.結(jié)束語

        本文針對“多規(guī)合一”信息化工作中多規(guī)沖突協(xié)調(diào)方面的需求,結(jié)合GIS技術(shù),探討了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程,開發(fā)了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng),輔助規(guī)劃人員進行多規(guī)沖突檢測和協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)投入使用之后,產(chǎn)生的成效如下:(1)是快速查找和統(tǒng)計出各規(guī)劃間的差異,多規(guī)沖突處理時間縮短95%,為領(lǐng)導(dǎo)輔助決策提供依據(jù);(2)是系統(tǒng)具有較強的質(zhì)檢功能,有效避免了人為檢查出錯的可能,大大提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量;(3)是縮短了整個“多規(guī)合一”項目實施的周期,節(jié)約了大量的人力、物力和財力,間接創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

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