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解決方案    The Solution
國土空間規劃“一張圖”實施監督信息系統(國土空間規劃監測評估預警系統)
業務需求

立足国土空间规划管理自己,开展涉及国土空间规划管理及其相关的业务体系研究,厘清业务之间的脉络,分析对国土空间规划管理的信息化和智慧化需求,助力规划工作向数字化生态文明方式上转变,为提出可感知、能学习、善治理、自适应的国土空间规划信息化解決方案提供業務需求支撑。面向国土空间规划管理各阶段工作,提出智能化场景和应用点,明确应用方向和导向。

? 规划体例方向:服务于国土空间规划体例工作,结合体例需求,研究如何便捷地提供辅助国土空间规划体例的数据结果工具,满足规划研究对数据应用和数据分析的要求;

? 规划审批方向:服务于国土空间规划结果审批工作,实现自动化审查工具针对规划体例结果的辅助技术审查,实现对审查各阶段结果的规划体例结果的管理和利用;

? 规划实施方向:国土空间规划实施涉及耕地掩护、生态修复、用途管制、自然资源利用等众多内容,目前已有较多信息系统进行支撑,需进一步提出规划业务管理规则并形乐成能服务,供审批系统进行集成,支撑规划实施业务;

? 规划监督方向:涉及规划实施责任主体、规划监督与管理部分,在规划实施过程中,需要定期对规划实施情况进行实时监测、定期评估和及时预警,并依此对负担国土空间规划实施的责任主体进行绩效考核,需开展监测评估预警的数据来源、支撑模型和应用场景研究,利用信息化工具支撑及时、科学、准确的监测评估预警;

? 对外服务方向:根据面向公众、面向职能部分、面向科研机构等方面,研究国土空间规划服务的信息化手段,明确服务方式和内容。

總體來說,國土空間規劃信息化建設要能夠有效支撐國土空間規劃編制、審批、實施、監測評估預警各個階段,全面提升空間治理體系和治理能力現代化水平。



建設內容

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国土空间规划建設內容

1.制定配套標准規範

遵守標准化、規範化要求,結合國土空間治理及國土空間規劃體系建設要求,自然資源部統一建立下發相關標准規範,用于國土空間規劃结果的彙交建庫及服務銜接,省、市、縣級可在此基礎上結合地方管理要求進行拓展。

2.構建國土空間規劃大數據體系

國土空間規劃數據資源,橫向涵蓋測繪、國土、規劃、發改、環保、住建、交通、水利、農業、林業等差别行業,縱向貫穿國家、省、市、縣、鄉五級。根据數據的差别業務來源,可分爲現狀數據、規劃數據、管理數據和社會經濟數據四種數據類型。依據國土空間規劃管理需求,對現有數據資源體系進行豐富和完善,引入物聯網、互聯網等新興數據,豐富數據來源,形成國土空間大數據體系。

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國土空間大數據體系目錄

3.建設指標模型體系

以坚持目标导向、问题导向和实施导向为总体思路,根据 “ 创新、协调、绿色、开放、共享 ” 五大发展理念,对接国家 “两个一百年” 的奋斗目标,参考国内外都会指标体系,结合国内发展现状,建立国家级国土空间规划指标体系并完善地方指标内容。

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指標體系分層分級構建

根据國家級指標庫、省級指標庫以及市縣級指標庫分別建設。

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模型分類體系

4.開發國土空間規劃“一張圖”實施監督信息系統

面向政府、自然资源主管部分及相关部分、规划体例/ 评估单位、科研院所、企事业单位、社会公众提供应用服务,包罗国土空间规划一张图、辅助体例、辅助规划审批(查)、支撑用途管制、监测评估预警、资源环境承载能力监测预警、公众服务等业务应用系统,从而建立覆盖国土空间规划体例、审批、实施、监测、评估、预警、公众服务全过程的国土空间应用体系,全面提升空间治理体系和治理能力现代化水平。

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業務與應用關系

5.搭建基礎支撐平台

面向差别的業務環節所涉及的差别的應用系統,要實現靈活構建和快速響應,對系統的支撐能力提出了較高的要求,用于保障應用系統的穩定高效運行,支持指標模型管理、數據分析可視化、地理信息應用、大數據分析與應用、结果資料管理、结果質量檢查、統一運維管理等。



實施模式

1.數據體系建設

考慮到數據保密以及現有網絡建設情況,針對分層分級的國土空間規劃數據大體系建設,數據彙交方式如下:空間數據,近期通過光盤形式遞交,遠期通過國家電子政務內網遞交;非空間數據,通過系統實時傳送。

2.指標體系建設

在總體思路的指導下,指標體系的建設遵循全覆蓋、可落實、可定制的基本原則。

全覆蓋:自然資源本底與國土空間開發利用變化狀況全覆蓋。

可落實:基于平台構建的國土空間大數據資源,保證數據可提取、指標可計算、監測可落實。

可定制:建立一套國土空間監測基礎指標,根據規劃與監測監管目標需求可組合、可定制。

3.模型研究與管理

模型研究:模型研究主要依托國土空間規劃相關科研單位開展。應以問題爲導向,開展模型的研究。對單模型而言,應形成模型說明、指標體系、計算公式和評估標准。

模型管理:模型研究结果獲得後,需利用計算機語言,編寫應用模型的源步伐算子,並通過對各類算子進行編排、管理,構建成適用差别場景的模型,實現模型的建立、測試、運算和監控。

4.系統建設

依據《國土空間規劃監測評估預警系統建設指南》開展系統建設工作。

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數據彙交內容及模式


總體技術框架

新时代国土空间规划,基于“大平台、微服务、轻应用”的思想进行技术架构设计,充实利用国土空间规划的各类资源,打造具有足够稳定性、开放性、高可用和灵活性,符合IT 主流趋势,跟云计算、大数据等新技术相匹配的技术架构。具体的技術框架如下图所示 ,其中:

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技術框架

大平台:接纳企业级架构,具有足够的稳定性、开放性、高可用和灵活性,符合IT 主流趋势,匹配云计算、大数据等新技术。

微服務:聚焦于支持系統功能和數據資産的服務化形成信息資産,並通過系統運營持續累積,對外提供服務資産輸出,降低後續信息化投資本钱、縮短建設周期。

輕應用:提供更加簡便、輕靈的前端應用,滿足多端使用、所需即所得。

數據層:基于關系型數據庫系統、文件系統、分布式文件系統彙集形成空間數據資源池、業務數據資源池、內容數據資源池及新數據資源池等多元數據資源,建設操纵型數倉、核心數倉以及面向差别業務方向的數據集市,提供國土空間信息資源數據服務。

平台层:对国土空间规划过程中涉及的业务、指标、模型进行统一管理,包罗规则库、指标库及模型库构建,以及对应的管理功能。以国土空间基础信息平台数据资源为基础,充实融合大数据与传统数据,包管数据可稳定获取、指标可连续计算、监测评估预警可落实;在一套国土空间规划实施监测预警的基础指标基础上,根据国家- 省- 市县多级国土空间规划实施和监督要求,实现指标体系可组合、可定制。针对建设宁静、绿色、协调、高效、宜居国土的关键问题,通过建立模型和量化分析,辅助开展三线掩护、自然资源资产负债、绿色发展、宜居环境等方面的定期评估。

服務層:接纳分布式微服務架構,聚焦于支持系統功能和數據資産的服務化,形成信息資産,對外提供服務資産輸出。降低系統的複雜度和耦合度,提升組件的內聚性、敏捷性,降低後續信息化投資本钱、縮短建設周期。基于多級時空網格體系的網格時空大數據,提供強大的數據建模和分析能力,爲資源環境承載能力評價、國土空間開發適宜性評價和國土空間規劃智能服務決策提供了效率更高、本钱更低和更人性化的新技術支持,全面提升國土空間治理體系和治理能力現代化水平。

應用層:提供系統的構建管理和運行管理的支撐服務,以及提供以構建管理和運行管理爲基礎的業務輕應用,具體包罗規劃編制、規劃審批、規劃實施、規劃監督和對外服務幾個方面的應用。首先,需要基于統一的信息資源目錄,對國土空間規劃體系內分布式、海量異構的空間地理信息進行整合與管理,實現空間信息的統一組織、統一服務、高效應用。其次,需要針對差别的業務場景,對指標數據提供多種維度的切片分析,自主設計制作各類專題圖、統計圖表,不僅要考慮數據表現形式的豐富,還要考慮圖表之間有效的交互。



關鍵技術

1.指標模型支撐國土空間規劃監測評估預警

國土空間規劃指標體系,是在統一自然資源管理、統一空間規劃體系等新配景、新形勢下的结果。作爲國土空間規劃的重要組成部分,指標體系一方面是落實目標、戰略和任務,是指導規劃實施的重要抓手,另一方面又是國土空間規劃監測、評估、預警的重要工具。國土空間規劃有著衆多可選指標,其指標體系結構完整,指標類型全面,有宏觀指標和中觀指標、絕對指標和相對指標、預期性指標和約束性指標等多種分類。

由于国家- 省- 市县各层级空间规划的定位差别,对指标体系的偏重也差别,根据多级国土空间规划实施和监督要求,需实现指标体系可组合、可定制,从空间规划指标及自然资源监测要求出发,通过建立模型和量化分析,对自然资源本底和开发利用进行监测监管,强化国土空间管控。针对建设宁静、绿色、协调、高效、宜居国土的关键问题,通过建立模型和量化分析,辅助开展三线掩护、自然资源资产负债、绿色发展、宜居环境等方面的定期评估。

指標管理和模型管理,均作爲國土空間規劃監測評估預警管理系統的後台服務,支撐前端應用。指標管理一系列指標和指標值,有一部分指標值計算過程由模型完成,並將指標值寫入到指標庫中存儲。

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指標模型賦能國土空間規劃

指標由維度值和指標值組成,指標值又分爲規劃值、標准值、監測值等。指標管理是集指標體系管理,指標計算管理,指標值管理和字典管理于一體,將已有數據指標化,通過指標差異化管理模型構建,對國土空間的多源數據進行監管與計算,實現指標的趨勢分析和指標空間可視化研究。

指標體系管理包罗對指標項、指標元數據、指標維度以及指標體系進行管理;指標計算管理主要是對指標值計算和指標健康狀態計算進行關聯模型的配置,以及針對關聯模型計算的運行監控;指標值管理主要是對指標監測值和健康狀態值進行管理,通過關聯模型多次計算,實現指標值曆史數據的追蹤和查詢;數據字典管理由字典類型和字典值管理組成。

指標管理中,指標的屬性信息元數據、指標維度、維度組合都不是固定的,普通的關系數據庫表設計難以應對,需要利用數據倉庫的多維模型技術來實現指標數據的有效管理和快速存取。借鑒數據倉庫中星型模型的設計模式,建立多維的數據關系,通過事實表和維表的組合檢索,實現指標數據的快速查詢。最終,通過整合多數據源的曆史數據進行細粒度的、多維的分析,幫助管理者或者業務分析人員做出決策和業務分析報表。

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指標管理

模型管理由數據資源、模型管理、任務調度和計算框架組成。其中,數據資源是針對多數據源的收罗和存儲;模型管理包罗模型、算法、模型構建和模型計算的管理,以及針對同一模型的多版本管理;任務調度通過任務調度中心響應外部命令和輸入數據,調用運行時服務,獲取計算模型,將計算任務按資源分發,對作業流進行編排、監管和幹預。計算框架集成了模型運算的環境,接受調度中心分發的任務,進行邏輯運算,産生相應的輸出結果。

模型管理的核心是通過對模型、規則、算法的層層分解,實現模型的構建。首先將模型拆解爲一系列規則,分爲單一規則和複合規則,通過規則之間的編排組裝,實現規則的複用,每個規則又通過一系列算法來實現。每個規則的算法和參數支持配置,在模型計算時可對模型的參數靈活調整。

模型运算通过任务来展开,用户不需要关心任务的调度逻辑,只需要实现业务逻辑即可。每次模型运算都会开启一个独立的任务,任务类型包罗定时任务和即时任务2 种。任务调度涉及多线程并发、线程池维护、运行时间规则解析、运行现场的掩护以及恢复等方面。多任务并发的情况下,需要解决多任务的协调调度问题,包管任务不重复不遗漏的执行。

隨著國土空間規劃監測評估預警指標模型體系的建設,通過整合自然資源的各類數據,持續完善指標模型體系,全面提升國土空間規劃編制智能分析能力、治理實施網絡驅動能力和監測評估精准能力,有效支撐起空間規劃編制、審批、實施、監測評估預警全過程,全面提升空間規劃治理能力和空間治理體系現代化水平。

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模型管理

2.數據賦能國土空間規劃分析洞察

大數據及其相關的新思維、新技術和新體系的應用,是推進國土空間全域全要素的數字化和信息化,構建國土空間數字化生態,逐步實現“可感知、能學習、善治理和自適應”的智慧型規劃、不斷提升空間治理體系和治理能力現代化的重要手段。

國土空間規劃大數據通過整合基礎地理信息數據、社會經濟統計數據、規劃结果數據、科研结果數據、網絡開放數據、物聯網大數據等多種數據源,最終構成國土空間規劃的新型數據。大數據平台需要基于這些多源數據,依托大數據工程建設體系,提供數據收罗、數據處理、分析洞察、數據應用等多方面的能力。

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數慧大數據平台架構

(1)數據收罗能力

数据收罗平台基于分布式架构设计,支持离线数据收罗、实时数据收罗、互联网数据收罗等多种收罗方式。针对数据库、文件等多种数据源,通过NiFi 收罗;针对监控视屏、物联网等实时数据,通过Kafka 进行收罗;针对互联网数据,接纳Scrapy 分布式爬虫框架进行收罗。

(2)數據處理能力

数据处理惩罚平台接纳多级时空网格的处理惩罚方式,将多要素的数据基于多级网格进行汇聚,利用基于内存的分布式计算引擎Spark 进行复杂的数值计算,结合ArcGIS 大数据平台和GeoSpark 的聚合分析、缓冲区分析等空间分析能力,实现了多要素在多标准网格上的汇聚叠加分析,满足资源环境的承载力及空间开发的适宜性分析等应用需要。

(3)分析洞察能力

數據挖掘平台集成了數十種人工智能算法,提供了機器學習模型的一體化構建工具,可實現時空大數據的探索式分析,爲指標分析提供模型支持,輔助開展三線保護、自然資源資産負債、綠色發展、宜居環境等方面的定期評估。

(4)應用展示能力

數據應用平台引入了數據可視化分析和應用展示工具,提供了聚合函數、邏輯函數等多種分析工具和圖表、地圖等可視化效果,可以實現對模型和指標分析結果的進一步分析,實現分析結果的快速應用展示。

3.“双D 合一”加强数据可视化联动分析展示

國土空間規劃監測評估預警,針對差别的業務場景,需要對數據進行多種維度的切片分析,自主設計制作各類專題圖、統計圖表,並能快速搭建自定義的信息展示大屏且希望將自己的结果共享到各個層面(團隊成員、系統內部)。涉及大量的數據展示以及地圖和圖表之間可視化聯動操纵。

目前市场上虽有很多成熟的数据分析平台,但是对用户来说显得较为繁重,上手使用本钱也较高,对GIS 数据的分析展示支持也比力弱。而GIS 平台的强项是空间展示及拓扑分析,缺乏BI 特性。基于这些因素的考虑,我们将数慧地理信息应用平台(DGP)和大数据可视化分析平台(DataEye)进行了深度融合,分别结合DataEye 的BI 特性和DGP 的强GIS 特性,打造轻量级大数据分析可视化平台。

(1)DataEye

DataEye 是数慧自主研发的大数据可视化分析平台,主要针对非开发人员做大数据可视化分析页面设计,而且支持其他系统内部嵌套使用—即DataEye 既可作为单独的应用平台,同时又可作为单独的系统模块或系统工具页面供其它系统平台使用。平台特点如下:

DataEye架构图.jpg

DataEye框架圖

? 轻量: 用户操纵简单,使用上手更快。

? 组件丰富: 内置大量常用组件(图表组件、表单组件、地图组件、图形组件、多媒体组件等),满足差别的业务场景需求。

? 多类型地图组件: 针对于地图展示内置ECharts 地图、leaflet 地图、arcgis 地图、mapbox 地图以及数慧DGP 平台,以支持差别的地图服务或空间数据的展示。

? 地图可视化库接入: 地图组件中使用mapbox 和deck.gl 地图可视化库,极大地增强了地图可视化渲染效果,让数据体现更生动形象。

? 组件属性灵活配置: 针对差别组件的差别属性有差别的配置方式,且配置方式体验性较好,用户操纵简单快捷。

? 定制页面模版: 针对差别的业务场景定制差别的页面模版,方便用户使用,而且可定制地图和图表交互能力。

? 结果共享: 用户可将数据分析结果以网页链接的形式分享给更多人使用。

? 多类数据源的接入:DataEye已支持多类数据源的接入,如EXCEL文件、CSV 文件、数据库连接、API接口等,包管了数据的真实有效性及实时性。

(2)DGP

DGP 是面向国土空间规划领域的地理信息应用平台,除了具备常用的GIS 功能,还提供全面覆盖各种应用条理的应用组件。可资助用户迅速构建能够充实伸缩、并预留任意扩展空间的GIS 应用。平台特点如下:

DGP框架圖.jpg

DGP框架圖

? 多源异构数据接入管控空间数据: 支持ArcGIS 服务, 并支持符合OGC 标准地图服务; 通过OfficeOnline 技术实现Word、Excel等Office 文档在线浏览; 通过服务对象扩展(SOE) 技术实现CAD、ShapeFile 等当地文件加载。

? 空间服务管控: 在应用系统和GIS 服务器之间架设管控引擎,通过请求拦截、Token 管控、权限解析、图像处理惩罚等一系列技术手段,将用户权限与资源进行匹配,确保用户每次请求仅能获取到有权限的数据,从而保障GIS数据宁静。

? 丰富数据可视化效果: 集成了Echarts,将Echarts 流向图、热力图等和地图叠加显示;开发Canvas 动画插件,实现数据落图的动画效果。

? 内容、界面根据用户权限可配置: 在前端应用系统里面,用户只能使用自己有权限部分的数据和功能,从而实现内容和界面可配置。

DataEye 和DGP 融合,显性放大了大数据的可视化展示能力。DataEye 接入差别类型的数据源,通过后端数据分析能力自动识别数据源中的数据维度和度量。用户确定维度和度量后,自动绑定组件所需的数据。经过定制页面模版,可将简单的图表和强大的DGP 平台进行图表关联,使图表和地图具有联动交互效果。DGP 中封装了目前规划行业中常用的地图组件,DataEye 和DGP 平台建立有效的通信机制,两者在数据体现形式上更加丰富,并具有有效的交互功能。DataEye 因为DGP 而更美观强大,DGP 因为DataEye 而更灵活通用。


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