公众参与GIS的发展及其关键技术探析

2014-03-25沈体壮何贞铭

地理空间信息 2014年6期

沈体壮，何贞铭，赵懂

（1.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

地理信息系统作为传统的规划决策工具，在城市规划、资源管理、土地利用等很多领域的规划决策中发挥着非常重要的作用。但由于GIS采用的是一种“自上而下”的模式，是由专家掌控和操作的“黑箱式”专家系统[1,2]，专业性太强，公众难以通过它来参与决策，导致GIS长期以来的“高科技”光环最终形成公众参与的壁垒。而公众参与地理信息系统作为破解两者间沟通障碍的必要补充，由此应运而生。

PPGIS是公众参与理念与方法和地理信息技术相结合产生的新方法[3]。它具有如下特征[4-6]：①以人为本；②基于Web的开放性；③基于地图及可视化技术。PPGIS能够为公众提供一个开放、透明的管理决策环境，让公众便捷地参与城市、国家的一些重大决策和规划。

1 PPGIS研究现状

公众参与理论和方法产生于20世纪60年代。比较经典的公众参与理论是Arnstein（1969）的公众参与梯度理论。Arnstein以民众权力为导向，把公众参与的方式按照参与的程度分为八级，归为三类[7,8]：参与程度最低的第一级“操纵（Manipulation）”和第二级“医治（Therapy）”属于第一类“非参与（Nonparticipation）”；第三级“告知（Informing）”、第四级“咨询（Consultation）”和第五级“安抚（Placation）”属于第二类“象征性参与（Degrees of Citizen Tokenism）”；第六级“合作（Partnership）”、第七级“权力代理（Delegated Power）”和第八级“公民控制（Citizen Control）”属于参与程度最高的第三类“公民权力（Degrees of Citizen Power）”。

PPGIS 是在人们对传统GIS批判的过程中，借鉴公众参与的一些思想和方法发展起来的。它起源于20世纪90年代，其内容和方向主要脱胎于1993年美国国家地理信息分析中心（NCGIA）资助举行的有关“GIS与社会”的学术大讨论[9]。Sheppard（1995）认为GIS不仅是一个解决问题的工具，它的发展和其它的科技一样，都应该是社会的过程[10]。1998 年10月在美国加州圣巴巴拉召开的“赋权、边缘化、公共参与GIS”国际会议上，首次提出了PPGIS的概念[11]。2002年，在美国新泽西州Rutgers大学召开的第一次PPGIS国际会议上，专家们给PPGIS下的定义是[6]：①一种对地理信息或者地理信息系统技术的研究；②既可由个体也可以由草根阶层的普通公众使用；③是参与影响他们生活的公众过程（数据获取、制图、分析以及决策）。

PPGIS的研究在我国起步比较晚，偏重理论上的探讨[11]。阮红利（2003）在对PPGIS的理论进行研究的基础上，提出适合于城市规划的PPGIS体系结构和适合我国国情的PPGIS应用过程[12]。张启明（2005）研究了公众参与城市规划的意义，以保障公众在城市规划中的参与权利为目的，架构了一个适合我国国情的城市规划公众参与信息系统[13]。何宗宜等（2006）对PPGIS的特点和国内外研究现状进行分析，提出了PPGIS的理论框架，以及我国开展PPGIS研究的设想和建议[4]。田志国（2007）介绍了土地利用规划公众参与在我国的发展现状，结合国外PPGIS案例，提出了PPGIS应用于土地利用规划公众参与中的3层体系结构[14]。王晓军（2010）全面地介绍了PPGIS 兴起的社会背景，总结了PPGIS的主要特征，并根据公众的参与程度讨论了PPGIS的应用形态[2]。卓光俊（2012）在研究我国环境保护公众参与制度的现状及缺陷的基础上，提出了完善我国环境保护公众参与的各项具体对策和措施[15]。

PPGIS在我国城市规划、土地利用、环境保护等方面的研究已经比较深入，且处于蓬勃发展阶段。但是，PPGIS面向的是普通公众，他们具有不同文化、教育等背景，自身素质存在着很大的差别。为了实现更广泛、深入的公众参与，提高公共事务决策的科学性、合理性，PPGIS必须解决以下3个方面的问题：①数据的问题：面对海量的结构化、半结构化、非结构化数据，如何实现数据快速、有效的组织、存储、传输和分析，从中获取更多、更有价值的信息是PPGIS面临的巨大挑战。②交互的问题：公众是PPGIS的主体，为了让公众更加方便、有效地参与到PPGIS项目中，就必须设计出适合公众的，简单、方便、友好的交互系统，这是PPGIS成功的关键。③协作的问题：PPGIS所研究的大多是空间决策问题，影响到不同领域的团体和个人利益。如何协调好他们之间的冲突，让他们更好地参与到决策当中去，对于PPGIS来说至关重要。

2 关键技术

为了解决PPGIS发展中存在的数据、交互、协作方面的问题，提高PPGIS系统的易用性，公众参与的有效性，规划决策的科学性，推动PPGIS在我国的发展，除了依靠已经相对成熟的网络技术、WebGIS技术、Web服务等技术之外，还需要在云、大数据、虚拟现实、情景分析和协同式空间决策等关键技术方面取得突破。

2.1 云技术

PPGIS需要存储和处理的数据庞大，为了提高系统的易用性，公众必须能够方便快捷地获取、浏览和操作这些数据。而这对于传统的数据存储和处理方式来说几乎是不可能的。另外，组建一套GIS系统比较昂贵，这会增加公众的参与成本，弱化公众的参与意愿。云技术能够很容易地解决这些问题。

首先，云技术将网络中的各种存储设备通过应用软件集合起来协同工作，实现海量数据的存储。其次，云技术能够让公众通过网络在任何时间、任何地点最大限度地使用虚拟资源池，处理大规模计算问题，提高系统的响应速度[16]。最后，云技术将数据、软件、基础设施、平台都作为服务，将各种软硬件资源和数据按需提供给公众，提高资源的利用效率，减小公众的参与成本，提高公众的参与意愿。但是，运用云技术存在潜在的数据安全和用户隐私问题。PPGIS中的关键数据应尽量以私有云的方式来存储和处理，而非关键数据则以公有云的方式存储和处理。私有云与公共云之间需要实现无缝连接，从而形成混合云的环境。这样，一方面可以保证数据的安全，另一方面还能避免形成“数据孤岛”。

2.2 大数据技术

PPGIS的数据量大、更新频繁、种类繁多，可以分为结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。半结构化数据和非结构化数据的价值密度相对结构化数据来说比较低，然而，对于强调公众参与的PPGIS而言，这些由公众参与产生的半结构化和非结构化数据具有很重要的意义。如何以较低的成本，实时、高效地从海量的、种类繁多的、价值密度相对较低的数据中获取更多的信息和知识，为科学决策提供支持，是PPGIS面临的重大挑战。

传统的关系数据库技术处理的大多是结构化的数据，无法胜任半结构化数据和非结构化数据的处理。在PPGIS中，大数据技术能够对不同的数据类型进行交叉分析，在云技术框架上，高效地对各种类型的数据进行异质性处理，通过数据挖掘与分析，从大量的、多类别的数据中提取其隐藏的价值[17]。大数据能够让海量数据去粗存精，高效地将数据转化为信息，进而转化为知识和智慧，为科学规划和决策提供支持。

2.3 虚拟现实技术

从计算机问世到现在，人与计算机之间的交互主要是通过键盘与鼠标进行一维、二维交互。这种交互方式比较枯燥、生硬，而且需要公众对计算机和相关的专业技术具有比较高的认识。而PPGIS面向的普通大众对计算机和相关专业知识接触的比较少，甚至完全陌生。这就需要更加简单、生动的交互方式让公众更快捷、有效地参与到PPGIS中去。

通过虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）能够产生逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界[18]。在虚拟世界中，公众借助于必要的设备能够主动、实时地和计算机以视、听、触等自然交互方式进行交互。它把公众从繁琐的计算机操作过程中解脱出来，提高了公众参与的趣味性、积极性和效率。公众在参与的过程中能够快速、有效地阐述自己的见解，更有效地参与到规划决策的过程中去。

2.4 情景分析技术

PPGIS所研究的大多是空间规划或决策问题，涉及到很多团体和个人的切身利益，建设成本高，社会影响大。随着社会的发展、技术的进步以及相关团体和个人的主观能动性等因素，PPGIS项目的发展存在着很大的不确定性。如何在项目实施前科学、合理地选择规划项目，并在项目实施的整个过程中对那些不确定因素进行监测，当影响因素发生改变时，能够快速、有效地对规划方案进行调整，是PPGIS成功的保障。

传统的分析方法是通过对历史数据进行分析，来预测未来的趋势。而PPGIS的影响因素错综复杂，状况瞬息万变，传统的分析方法效果不好。而情景分析法，充分考虑未来较长时期环境的发展变化和人的主观能动性，在不确定因素很多的情况下，能够对未来可能出现的多种情况进行预测。它提供环境全景描述的方案，并随时监测影响因素的变化，对方案作相应调整，最终为决策服务[19]。情景分析能够有效地缩小设计方案与实际结果之间的偏差，提高决策方案的科学性，使PPGIS朝着决策者预想的方向发展。

2.5 协同式空间决策支持技术

PPGIS中的公众是一个很广泛的概念，他们在决策过程中考虑问题的出发点、侧重点不同，很有可能会导致决策时间冗长、决策方案难以决定等问题。如何协调好各参与者之间的矛盾，较快地取得好的决策方案，需要代表不同利益群体参与者共同参与、协同决策。

传统的空间决策支持系统（Spatial Decision Support System，SDSS）能够很好地满足单用户的决策需求，但却很难解决像PPGIS这种面向众多参与者的群体决策问题。协同式空间决策支持技术是计算机支持的协同工作和空间决策支持系统相结合产生的新的研究领域[20]。它能为代表不同利益群体公众提供方便有效的计算机决策支持，便于公众在决策的过程中理解相关信息。在生成决策方案的过程中，依靠协同式空间决策支持技术，让公众相互协作求同存异，最终达成共识[21]。

3 展望

随着上述关键技术的发展与突破，PPGIS在数据、交互、协作方面的问题将得到很好的解决，进而形成以云技术作为支撑的参与平台。在其基础上应用大数据技术来进行数据的处理和分析；应用虚拟现实技术来实现更好的交互，运用情景分析技术来进行对比分析，利用协同式空间决策支持技术来进行公众协调的综合评判型决策体系。将PPGIS应用于城市规划、国土空间规划以及主体功能区划等重大公共事务规划决策，一方面可以激发公众参与公共事务规划决策的积极性，极大地提高公众参与的广度和深度。另一方面，加入了公众参与、群体智慧等元素的PPGIS能够为经济、资源和环境的发展提供科学有效的分析、展示和评判平台，为决策提供直观、丰富的信息支持，提高决策的透明度和科学性。

[1]柳林, 唐新明, 李万武, 等.PPGIS在城市规划决策中的应用[J].测绘科学, 2006, 31(6): 111-113

[2]王晓军.参与式地理信息系统研究综述[J].中国生态农业学报, 2010, 18(5): 1 138-1 144

[3]王晓军, 宇振荣.基于参与式地理信息系统的社区制图研究[J].陕西师范大学学报:自然科学版, 2010, 38(2): 95-98

[4]何宗宜, 刘政荣.公众参与地理信息系统在我国的发展初探[J].测绘通报, 2006 (8): 33-37

[5]谭玉敏, 刘赛楠, 江建金.面向PPGIS的空间信息服务模型研究[J].地球信息科学, 2008,10(5): 599-603

[6]柳林, 李万武, 卢秀山, 等.应用于PPGIS的一种图形参与技术[J].测绘科学技术学报, 2007, 24(1):14-17

[7]李文越, 吴成鹏.基于PPGIS的城市规划公共参与引介——以巴西卡内拉实验为例[J].城乡规划: 园林景观, 2013 (8):74-77

[8]闵忠荣, 丁小兰, 郑林.城市规划中的公众参与——以南昌为例[J].城市问题, 2002 (6):40-43

[9]王全, 张峰.公众参与地理信息系统与城市规划民主进程[J].上海城市规划, 2010 (1): 9-12

[10]Sheppard E.GIS and Society: Toward a Research Agenda [J].Cartography and Geographic Information Systems, 1995, 22 (1):5-16

[11]李如仁.公众参与地理信息系统的理论与实践[D].辽宁: 辽宁工程技术大学, 2007

[12]阮红利.公众参与式GIS的理论研究及其在城市规划中的应用[D].福州: 福州大学, 2003