小城镇群智慧规划时空信息云平台研究与实践

李 强，余晓敏，李 兵

（1.湖北省基础地理信息中心，湖北 武汉 430079；2.湖北省地图院，湖北 武汉 430079）

快速城镇化在带来城镇发展和居民收入水平提高的同时，也衍生了很多“副产品”，例如环境污染、耕地流失、违规违章建设等。同时，人们的维权、参与意识也越来越强。这些问题和现象在大城市存在，小城镇同样也有，有些甚至更严重。传统城镇化模式难以为继，因此国家提出新型城镇化战略，强调运用信息化等手段，强化对城市规划管控的技术 支撑[1-2]。

在过去三十多年里，小城镇的发展呈现高成本、粗线条和同质化的特征，主要是由于小城镇忽略自身特点，简单模仿大城市的建设发展模式。例如地形崎岖的山区小城镇直接套用地势平坦的平原小城镇的规划和建设方法；内陆小城镇盲目采用沿海发达城市的建设发展思路[3-4]。小城镇发展的健康程度直接关系到国家新型城镇化目标的实现。小城镇要走可持续发展健康之道，必须结合自身条件，利用迅猛发展的信息技术，克服瓶颈制约，提高小城镇的综合规划建设水平、提升行业管理服务能力。

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[5-7]，为规划信息化建设提供了强大的技术支撑。针对小城镇实现智慧规划建设与管理的迫切需求，本文研究并建立了符合小城镇规划、建设与管理需求的云平台，为小城镇群的规划建设与管理任务提供“时间可比、空间一致、逻辑自洽”的时空数据集成服务，并通过接入众包数据服务，提高小城镇规划、建设与管理云平台对于突发事件的反应速度，提升小城镇城镇化发展水平。

1 小城镇智慧规划需求分析

1.1 急需规划建设与管理数据集成

信息技术应用、智慧城市建设虽然在相对发达的大中城市逐步实施并有效提高了规划管理和服务能力[8]， 但小城镇受技术力量和硬件基础等条件约束，智慧城镇建设远远滞后。例如国家地理信息公共服务平台 “天地图”，目前仅提供地级市以上的地图服务，主要的地理空间数据都存储在省、地市（州）数据中心，小城镇本地的数据不完整且现势性不高，要将平台服务普及到小城镇还需要较长时间。同时，小城镇还存在数据分散、标准不统一、时间不一致的现状，因此急需对规划建设和管理服务所需的地理空间和规划建设与管理数据进行集成，为智慧规划提供统一的数据服务。

1.2 急需经济适用的信息更新技术手段

发达的大、中型规模城市一般都具有较好的区位条件，完善的基础设施，能够得到大量的经济投入和人才技术支撑，因此在智慧城市建设，特别是规划建设与管理信息的更新方面具有较大的优势。小城镇往往地理位置偏僻，基础设施薄弱，缺乏相应的配套设施，金融、信息、技术等方面的服务水平低，生产要素市场发育不足，使小城镇在人才引进、信息化建设等方面受到很大的限制，地理信息数据入库和更新成本难以支付[4]。因此急需经济适用的规划建设与管理信息更新技术，降低成本、突破基础设施和人才的限制，尽快实现小城镇智慧规划建设与管理服务。众包技术借助普及程度高的手机，发动和利用大众力量，提供了相对低价的数据获取途径，值得开拓利用[9-10]。

1.3 急需弹性高效的云计算平台

规划建设与管理服务平台是一个庞杂的系统，面向普通大众、行业用户、专家和决策者等多个层次，涉及城市规划、管理服务与监督反馈等各个环节，需要对多源、海量、高维、异构数据进行统一管理，为用户提供地理与社会经济时空数据集成服务。平台所涵盖的功能服务比较多，集成技术和方法也比较多。然而，由于小城镇的硬件基础较差，技术力量和经济实力较弱，通常难以承担高成本的平台建设和维护工作。云计算技术的发展为小城镇克服技术瓶颈约束提供了契机[11-12]。因此，急需构建能为小城镇的智慧决策提供弹性、高能效和绿色低碳的计算基础设施、面向应用和公众的服务能力的云服务 平台。

2 总体技术路线

本项目建设的总体目标是面向小城镇可持续发展对规划建设与监督管理中数据平台的迫切需求，为服务小城镇智慧规划决策支持与公众监督框架，针对小城镇特定基础条件，建设面向小城镇群规划建设与管理服务云平台，并在神农架可持续发展实验区开展示范应用。总体技术路线图如图1所示。

图1 总体技术路线

3 主要建设内容

本文项目依托湖北省地理信息成果与云计算基础设施，研究面向小城镇群规划建设与管理服务云平台关键技术，构建地理信息、规划信息、公众反馈信息“三位一体”的数据信息处理云平台，实现小城镇数据处理更新的示范功能，为智慧规划决策支持提供技术基础与数据支撑；同时借助移动终端流式数据，实现基于流式数据的数据整合与信息半自动提取；并在神农架林区进行应用示范，搭载神农架城镇群智慧规划编制和评审的支持系统，整合云平台数据与信息提取功能开展实践应用，检验整个系统的实际应用效果，验证其可行性和有效性，为该系统的推广应用提供示范。

3.1 面向云平台的规划建设与管理数据整合

规划管理数据是进行城市动态管理与服务的基础。小城镇聚落多处于山地，受地理环境的限制离散分布，高程落差大，交通不便，彼此时空互动关联的机制与平原地区迥异，给城市规划带来巨大的挑战。同时，由于小城镇规划管理数据的时间和空间尺度不同，采集精度与标准各异，导致规划数据难以全面地呈现在地理空间中，限制了对规划管理数据进行时空分析的能力，难以为城市提供智慧服务。本文项目通过构建基于基础地理空间数据的规划管理网格[13]，研究规划数据同步与反馈更新技术，建立规划建设与管理数据整合机制，实现了面向云平台的规划建设与管理数据共享。具体技术流程如图2 所示。

图2 面向云平台的规划建设与管理数据整合技术流程

3.2 众包数据的动态接入与存储处理

来自移动终端与传感器的数据具有实时性、易失性、突发性、无序性、无限性等流式特征[14]，因而这类数据的接入与处理对于本项目具有十分重要的意义。众包数据的优点是获取成本低、来源广，缺陷是统计噪音大、质量可靠性相对低，尤其是照片类型的海量数据不可能完全依靠人工视觉解读。众包技术的应用在城市规划中已取得了一定的成就，尤其在提高公众参与城市规划方面有着很大的优势，相较传统的公众参与规划方式有了质的飞跃。但由于基础条件以及经济实力等原因，目前众包技术还没有在小城镇规划得到有效利用。因此需要根据小城镇规划建设和管理服务工作的实际需要，开发特别算法加以储存、索引、展示和建模。本文项目重点研究了多粒度并行计算技术，基于远程和云平台用户需求，优化了基于固定终端和移动终端的远程数据存储和调用。众包模式下的时空大数据处理平台架构如图3 所示。

图3 众包模式下的时空大数据处理平台架构

3.3 小城镇群规划建设与管理的云服务机制

依托弹性灵活的云计算和网络技术的信息服务平台，对于解决地理环境艰苦、基础设施条件相对落后的偏远山区的信息化建设具有特别重要的示范意义。本文项目重点研究了云平台服务支撑体系构建，充分利用省级时空信息数据中心硬件、软件、数据等资源, 研究小城镇规划业务的云服务机制，汇集融合规划需要的各种空间数据，在统一的时空基准上提供“规划一张图”数据服务。基于移动端众包技术的规划管理服务关键技术为云平台提供突发事件响应服务。利用云平台技术将小城镇规划管理模型、业务以及支持算法进行有机集成，实现时空信息资源和规划数据成果与服务的集中管理、共享服务和增值服务，集中体现“有机整合、深度利用，用云计算，知识引擎、按需服务”的信息服务共享。云计算支撑平台网络架构图如图4所示。

图4 云计算支撑平台网络结构图

3.4 面向小城镇群规划建设与管理服务云平台集成示范

本文项目选择神农架林区进行应用示范，依托湖北省时空大数据中心，研发众包数据采集、管理系统，集成ESRI云套件、Skyline，调用湖北省时空信息云平台可视化展示系统、用户权限管理系统以及运维管理系统，形成规划建设与管理一站式服务平台，为小城镇智慧规划建设和管理服务提供可行、科学、先进的集成示范系统。平台集成总体技术框架如图5所示。

图5 小城镇群规划建设与管理服务云平台集成总体技术架构

4 结 论

本文项目围绕我国城乡发展、尤其是小城市发展对提升规划编制和管理技术水平与能力的需求，借助省级资源，通过云平台服务实现了小城镇的规划建设与管理服务数据整合，便于规划部门在实施城镇规划过程中快速调用数据，实现全面规划。利用相对低成本、但普及率较高的手机，发动和利用大众力量，开发了基于众包的数据采集与更新系统，提出了一种经济适用的规划与管理数据和信息更新手段，弥补了基础设施和专业人员不足。通过云平台集成了远程规划服务的技术平台和模块，借力大城市专业技术力量，为多部门规划编制和协同管理提供技术支撑。下一步，将在总结神农架林区实施经验的基础上，进一步完善云平台的技术体系，为中西部欠发达地区提供示范和样板。