智慧城市规划云平台的设计与实现

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(1. 深圳市数字城市工程研究中心，广东 深圳 518034; 2. 国土资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室，广东 深圳 518034)

随着建设用地无序开发、人口过度集聚、交通拥堵、生态环境恶化等“城市病”问题的日益严重，传统城镇化模式难以为继，因此国家提出新型城镇化战略[1]。在新型城镇化背景下，我国的城乡规划正在面临从“蓝图规划”向“过程规划”，从“增量规划”向“存量规划”，从“各自为政”向“多规合一”的转变[2]，这些转变迫切需要借助信息化的手段来实现[3]。随着云计算、大数据、互联网等新一代信息技术的迅猛发展，数据获取、处理、计算、存储、共享能力极大提升[4]，为规划信息化建设提供了强大的技术支撑。

规划信息化在我国发展很快，目前主要集中在规划大数据建设、电子政务、一张图、多规合一平台建设等方面，未来“协同化、在线化、智慧化”将是规划信息化建设的重点[5-6]。为此，构建一套新型的规划信息基础设施——智慧城市规划云平台是未来规划信息化建设的重要内容。智慧城市规划云平台是以促进离线规划向在线规划转变为目的，充分利用网络通信技术、云计算、地理信息技术等，以地理信息系统(GIS)技术为基础，高度融入即时消息通信机制，收集整合现有城市规划大数据，提供面向规划全生命周期的一体化、高时效的新型数据服务，构建面向信息共享、在线分析、多方协同的服务体系，提高信息资源的共享能力，实现规划全生命周期的在线协同，为推进“多规合一”与智慧城市建设提供技术支撑[7-9]。

1 总体架构设计

智慧城市规划云平台在MVC框架下采用基于面向服务的软件架构(service-oriented architecture，SOA)的B/S结构搭建[10-11]，用Java语言和Eclipse环境，集成WebGIS技术、数据库技术、消息通信技术等进行开发。平台共分为6个核心层次和2个支撑体系，即以基础设施层、数据层、平台层、接口层、认证层、用户层为基础，结合标准规范体系和安全保障体系组成智慧城市规划云平台的总体架构(如图1所示)。

1.1 基础设施层

基础设施层为平台的正常运行提供硬件支撑，包括各类服务器(应用服务器、通信服务器、数据库服务器)、存储设备、网络设备等。

1.2 数据层

数据层为整个平台的运转提供数据支撑。城乡规划所需的数据类型众多，且往往来源于不同部门，因此平台仅存储自身产生的数据资源及数据产品、用户上传与公开的数据资源等。而对于其他部门产生的各专题数据，平台通过调用接口的方式供用户使用。

1.3 应用平台层

应用平台层包含数据转换引擎、消息队列引擎、地理处理引擎、空间要素引擎等，为接口层提供了强大的后台实现支撑。

1.4 接口层

接口层实现规划云平台的基础服务功能，对外共享和发布。主要包括几何服务、GeoProcessing服务、消息通信服务、数据转换服务、版本管理服务等。

其中消息通信服务能够在线为规划师提供各类信息资源，保证规划成果体系之间的协同，促进规划动态信息的即时传播和互动分享，最终实现规划数据、规划成果、规划团队之间的协同。

1.5 认证层

认证层是智慧城市规划云平台的集成接口。利用PKI、PMI、CA证书等成熟安全技术，通过身份标识、授权控制，实现单点登录。认证层的设计对于平台系统及其信息资源的安全保障非常重要，保证只有授权用户才可以访问和使用平台所提供的相关资源。

1.6 用户层

用户层是用户可以见到和交互操作的应用系统。用户通过使用应用系统完成云平台所提供的各类服务。根据智慧城市规划云平台用户的特点及应用需求，通过在用户层建立不同的应用展示系统，为用户使用平台提供各类空间数据及服务提供途径，将提高平台的实用性与便捷性。

2 业务流程设计

结合规划编制工作的特点，设计了智慧城市规划云平台的业务流程(如图2所示)，具体流程如下：

(1) 项目创建。项目负责人通过创建项目输入项目名称、项目类型、规划范围、项目简介等信息确立项目在平台的工作环境，并邀请项目组成员进入该项目。

(2) 在线数据收集。用户创建项目后，平台将依据规划范围、规划类型等信息自动推送项目所需的基础数据及规划要点，同时用户也可从公有资源及其他项目组分享的信息中获取多尺度、多类型、多时态的基础测量数据、遥感影像数据、规划调查数据、规划成果数据、规划审批数据、人口统计数据以及经济、环保、生态、旅游、教育等专题数据，以减少规划编制基础调研及上位规划分析的工作量。

(3) 在线规划分析。获取数据后，用户可在平台上开展基本的空间分析、数理统计及要点计算等以辅助规划决策。

(4) 在线成果提交。用户可上传规划成果(包括Word、Excel、PPT等文本以及CAD、JPG等图则)至平台，平台一方面对成果进行原样存储之外，另一方面将对DWG文件进行数据质检并按照标准规范转换成SHP文件。其中数据质检是数据转换及后续开展方案审查的基础。

(5) 规划方案审查。规划成果转换成功后，平台将对该方案开展冲突检测及合规审查。合规审查主要分析规划方案是否符合规划标准、技术规范的要求，冲突检测主要审查规划方案是否符合上位规划及相关规划的要求。

(6) 规划成果提交。规划成果提交依据审批阶段不同，可分为一审提交、二审提交、三审提交及最终成果提交。一审、二审、三审提交为三次审查阶段用户提交的规划成果方案，最终成果提交为通过三审并公示之后的最终成果，规划成果提交时不仅会进行规划方案审查同时满足要求的规划方案将会进入公有资源库。规划成果提交的阶段不同其公开性不同，最终成果将对平台所有用户公开。

3 功能模块设计与实现

智慧城市规划云将为用户提供基本管理、消息通信、基本GIS、在线数据处理和在线规划要点5大功能。这5大功能又由多个小功能组合而成，具体功能模块划分如图3所示。

3.1 基本管理功能

基本管理功能主要实现账户管理、项目管理、文件管理、成员管理、权限管理等功能，从而为用户搭建好开展项目的基础环境。由于平台中每个账户可以涉及多个不同类型的项目，每个项目拥有不同的项目成员，每个项目成员对项目文件拥有的权限不同，因此该功能主要采用RBAC(role-based access control，基于角色的访问控制)来设计并实现。基于角色的访问控制中，用户的授权是通过授予用户角色来实现的，一个用户可以承担不同的角色，不同的角色相对应拥有不同的权限，因此具备较强的灵活性和可操作性[12-13]。

3.2 消息通信功能

消息通信功能主要包括项目内共享、项目外分享、版本控制及系统通知功能。该功能通过将社交功能引入平台中，实现规划编制各个环节动态信息(包括数据、指标、方案等)的即时传播和互动分享，从而加强规划团队内部与团队之间的协作。消息通信功能主要基于Rabbit MQ+Web STOMP来实现。

3.3 基本GIS功能

基本GIS功能包括GIS文件的基本操作、地图加载显示、地图基本操作及规划创意表达功能。该功能主要通过网络向用户提供GIS的Web服务，如地图显示、缩放、查询、规划创意表达等。规划创意表达可实现规划的协同表达，即多个用户可同时在一幅地图上绘制图形、标注文字等。基本GIS功能主要通过Arcgis API JS调用来实现。

3.4 在线数据处理功能

在线数据处理功能包括在线数据收集、在线数据统计、在线专题展示、在线成果提交、在线成果入库功能。数据是开展城市规划工作的基础，近年来，城市规划不断向精细化和纵深化发展，其所需的数据具备时间和空间属性，类型多且存储分散[14-15]。该功能通过完善、整合现有的多层次、多尺度、多类型的城市多源异构规划大数据，为用户提供面向规划全生命周期的、一体化的、高时效的新型规划数据服务，不仅能够大幅度缩减收集和整理资料的时间，而且为规划决策分析提供了丰富的数据基础。平台主要通过调用GP服务来实现在线数据收集，利用PivoTable的JS开源库来实现数据统计分析，发布要素地图服务来实现地图的专题展示等。

3.5 在线规划要点功能

在线规划要点功能是平台的核心功能，包括在线要点计算、在线要点提示及在线冲突检测功能。规划方案编制的依据主要有两个：一是标准规范，如基于城市规划标准与准则来配置公共配套设施；二是上位规划，如城市更新单元规划需要依据法定图则的要求进行编制。在线规划要点功能通过将上述要求主动推送给用户，并基于上述规则检查规划方案来辅助规划编制。该功能主要通过调用GP服务来实现。

在线要点计算功能依据标准规范的计算要求构建模型，可实现建筑体量、公共设施配置等规划要点的自动计算，其计算方式包括直接计算和调用GP服务计算方式两种。

在线要点提示功能根据规划体系内在的规划约束关系，自动找出现有各级法定规划以及规划标准规范对当前在编规划提出规划要求(即规划要点)，并以图形、文字、表格等方式推送给用户。

在线冲突检测功能根据冲突检测规则自动识别用户提交的目标规划及对比规划(系统可自动识别)在用地布局、建设规模、轨道交通、公共服务、市政设施等方面的一致性和差异性，为冲突协调和规划决策提供依据。

4 结 语

基于规划信息化建设的协同、在线、智慧的需求，智慧城市规划云平台是未来规划信息化建设的重要内容。智慧城市规划云平台建设的核心理念是构建多元化的信息流通渠道，提供一个实用的、在线的、协同的、智慧的规划生产环境，促进规划生产模式从“离线模式”向“在线模式”的转变。平台在MVC框架下采用基于SOA的B/S结构搭建，以地理信息技术为基础，充分利用网络通信技术、云计算、WebGIS技术等，深度整合各类数据资源为用户提供多层次的、多尺度的、多类型的城市规划大数据，融入即时消息通信机制为用户提供便捷的信息资源流通渠道，提供基本GIS分析功能、在线数据处理功能、在线规划要点功能来实现规划编制的在线化。未来，平台应当从规划编制、管理、实施与评估的全生命周期出发，与现有已开发完成的系统或平台进行充分对接，实现规划全生命周期的协同，同时应当进一步扩充和优化平台的功能，使之更加符合未来规划信息化发展趋势。