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CSPON建设 | 访吴志强院士:夯实“数”字底座TIM,建设“智”能网络CSPON

2024-01-30   自然资源部   阅读量:217

    全国国土空间规划实施监测网络建设

    党的二十大作出加快建设网络强国、数字中国的战略部署。党中央、国务院印发的《全国国土空间规划纲要(2021—2035年)》《数字中国建设整体布局规划》明确要求建设全国国土空间规划实施监测网络。2023年和2024年全国自然资源工作会议持续作出部署,强调要“深入开展国土空间规划实施监测网络建设试点,完善数字化治理政策机制和技术标准体系”。

    2023年9月,自然资源部办公厅印发《全国国土空间规划实施监测网络建设工作方案(2023—2027年)》,明确了建设目标、工作原则、主要任务和保障措施等,全力打造“可感知、能学习、善治理、自适应”的智慧国土空间规划,大力推进国土空间治理“数智化”转型,推动构建美丽中国数字化治理体系和建设绿色智慧的数字生态文明。2023年12月,自然资源部办公厅印发《关于部署开展国土空间规划实施监测网络建设试点的通知》,明确在长三角生态绿色一体化发展示范区和16个省份、29个城市、1个区县开展试点。

    为探索构建“共建共治共享”新型治理机制,凝聚全社会力量,高质量推动国土空间规划实施监测网络建设,特将原国土空间规划“一张图”建设、城市体检进行时等专栏融合为CSPON(China Spatial Planning Observation Network)建设专栏,面向全社会公开征集“智慧国土空间规划”“国土空间规划监测评估预警”两大版块的理论方法、国际经验、前沿趋势、技术路线、算法模型、实践经验等。欢迎相关领域重点实验室、工程技术创新中心、科技创新人才和团队,高等院校、科研机构、行业队伍、企业,各级自然资源部门及单位等积极投稿,单位或个人不限,我们将以成果质量为唯一标准,择优刊载(投稿邮箱:ghjdcyzt@163.com)

    本期刊发《访吴志强院士:夯实“数”字底座TIM,建设“智”能网络CSPON》

    ——自然资源部国土空间规划局

    从一畦良田、一幢院子,到一栋大楼、一座城市,我们所处的这片土地,承载了千百年的变迁和历代黎民的生息。人类社会早年间,土地被划分为生产区和生活区,这就是最早的国土空间规划。今天,借助信息化手段,我们可以进行更合理、更科学的国土空间规划,让生活更美好,为社会经济发展赋能助力。

    国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图,是各类开发保护建设活动的基本依据。“规划,最根本还是要回到人的尺度。老百姓需要什么,城市需要什么,城市的生命力就在于哪些方面。”中国工程院院士、德国工程科学院院士、瑞典皇家工程科学院院士吴志强曾这样表示。

    2023年9月,自然资源部办公厅发布了《全国国土空间规划实施监测网络建设工作方案(2023-2027年)》,提出以“数字化”“网络化”支撑实现国土空间规划全生命周期管理“智能化”,构建国土空间信息模型(TIM),支撑多层级国土空间规划实施监测应用场景,国土空间规划实施监测网络(China Spatial Planning Observation Network,CSPON)成为业界建设的新方向。

    国土空间规划缘何要走向“数”“智”?国土空间规划实施监测网络(CSPON)需要哪些关键技术?TIM跟BIM、CIM有着怎样的关系,又在CSPON中扮演了怎样的角色?我们距离真正的智慧规划还有多远?带着这些问题,2023年岁末,我们对吴志强院士进行了一番访谈,吴院士从CSPON和国土空间规划谈起,畅想人类的明天。

    从ESPON到CSPON:探索适合中国体制的模式

    作为一个区域性经济合作的国际组织,欧盟在1999年的《欧洲空间发展战略-寻求欧盟地域范围内平衡的和可持续的发展》中,明确提出了经济和社会协调、自然资源和文化遗产保护、欧洲地域范围内更加平衡的竞争力分布的基本目标,以此为开端的欧洲层面的空间规划监测本质上是空间政策的监测。而欧洲空间规划监测网(ESPON)是开展欧洲空间监测的重要保障,其实质是探索空间分区的标准、空间政策的可视化表达以及网络化工作模式。

    为了更好、更深地利用多年来在国土空间规划领域的建设成果,参照欧盟的ESPON,我国提出了建设国土空间规划实施监测网络(CSPON),这里由“E”变为“C”,不只是由Europe到China,更找到了适合中国体制的国土空间规划发展模式。

    CSPON的本质,是生态文明时代国土空间治理体系和治理能力现代化的整体解决方案,是支撑“可感知、能学习、善治理、自适应”智慧规划的新型基础设施。

    吴志强表示,CSPON的建立最终也是最主要的目的还是服务于国家各级政府。这其中有几点特别需要关注:

    首先是要能正确、及时地感知,并做好数据融通。随着北斗系统、平安城市应用等感知技术的快速提升,我国已经形成了全世界覆盖最全、敏感度最高的感知网络。但同时我们要能客观评估数据的有限性和联通性。

    吴志强举例,比如目前各个城市街道都有视频采集源,似乎我们不缺数据。但往往是部门间数据不连通,影响了使用效率。而相比在德国,虽然摄像头布设数量不如我们,但通常是多个单位合并采集数据。如果要仔细计算,其实德国每平方公里实际起到作用的摄像头数量比中国还高。“所以说,我们现在做的‘多规合一’实际上就是为了实现原本在一个共同的空间内的规划,通过数字取消分割。”

    其次是要能利用新技术、新手段做模拟预判,变事后感知为事前预警。目前我们更多的是对图像进行识别分析,吴院士提到2022年曾拜访德国院士,当时他们团队已经在用流视频做训练和实际场景模拟。比如对警匪相关视频的训练,通过街景采集对可能的案件发生进行提前判读和实时预警。

    不仅感知今天,也要知道昨天、前天,乃至更久的历史上一路走来的路径。只有这样才能归纳规律,有律可循才可预知明天。大数据和AI在这个工作中可以发挥极具价值的作用,帮助做好数据智能捕捉、用地功能智能配置、城市形态智能设计。吴志强感慨,“我可以感受到的是,我们的硬件很好,但软件和管理还跟不上。感知,尤其是地理空间感知,只是第一步,后边还有学习、计算、识别、反应等流程。目前我们应用系统还是以展示为主,智能化不高,反应链更长,距离实用模式还有很大差距,需要在实践中关注务实、精准和快速反应。”

    城市规划运作模式是智慧的系统,是下一代人工智能特别想攻破的模式。在人工智能技术将为我们解决城市规划中问题的同时,城市规划也在为中国的人工智能下一代技术发展提供方向支撑。所以说,人工智能对城市规划来说很重要,城市规划对人工智能技术突破来说,也很重要。

    在《全国国土空间规划实施监测网络建设工作方案(2023-2027年)》中,提出构建共建共治共享的开放治理新生态,坚持常态化的开放、机制性的开放、无差别的开放,凝聚系统内外、全国上下的人才和智力资源,推进理论创新、制度创新、技术创新和政策机制创新,合力推动国土空间治理体系和治理能力现代化。

    以往我们的规划,在开放生态建设上还很不足,国土空间规划的治理,要全民共同治理,不能只是政府在做。吴志强表示,这是必然趋势。如果能让不同方面的力量都参与到CSPON的建设中,集思广益、群策群力,或将能有意想不到收获,也使我们做的东西不落后于时代发展和需要。另外,也要看到我国的实际国情,我国的城市发展水平不均,相应的需求也存在差异性,有的城市已经步入智能化阶段,在不断开拓新能力、新方案,而有的城市还停留在电子化阶段,还在完善基本治理能力。

    从CIM到TIM:规划由城市拓展至全国的关键

    随着CSPON的提出,国土空间信息模型(TIM)倍受关注。《全国国土空间规划实施监测网络建设工作方案(2023-2027年)》明确提出构建全域覆盖、动态更新、权威统一、三维立体、时空融合、精度适宜的国土空间信息模型,夯实国土空间规划实施监测网络的数字底座,助力孪生互动的数字国土空间构建。从规划的视角来看,从CIM到TIM,是主动适应新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局的转型举措,不仅是尺度上从城市空间到全域国土空间、内容上从城市要素到城乡要素的延伸,还有规划全周期时空关系的数字化生态升维、重构,是自然空间、社会空间和数字空间一体化融合的关键支撑。

    吴志强说,在2003年他就曾提出“国家空间”,这是国土与经济及人之间配置的大模型,与现在提的TIM类似,“当时我认为城镇化的完成还需要最后一拨人的游动,再过三十年不做的话,城镇化就结束了。”

    他解释到,这片土地是不是适合人迁移过来,是不是适合做某个经济产业,也就是人、经济和土地这三个要素是不是做了较好的耦合,这些相关条件是不是进行了较好的配置。从城市规划的角度,这些年从8亿农民转变成8亿市民,整个过程也是把大家移到有饭吃、有水喝、生存压力不太大的地方去。这期间如何对人员进行配置,是一个难题。幸好在我们国家,青年们基本都是游动的,这也间接推动了我国城镇化的进程。

    好的城镇规划,一定是人、经济和土地三要素的最佳耦合,这其中需要数字模拟技术来发挥作用。吴志强院士团队2005年建设上海世博园区智能模型(Campus Intelligent Model),这一模型后被扩展应用到城市与城区范围,与城市的规划、建设、管理结合,发展到城市智能模型(City Intelligent Model,CIM)。

    吴志强梳理并凝练出四代CIM技术发展演变的过程,并详细讲述了BIM、GIS、CIM的三层关系:BIM是CIM的细胞,三维GIS与IoT的结合为CIM提供了底板,CIM不等于BIM、GIS、IoT技术的简单相加。

表:CIM技术的迭代(The four generations of the CIM technology)

    “今天再提TIM,是规划从城市角度到国家全域的一次跨越。因此,TIM应该是全域、全要素的、全方位的。”吴志强说。那么从CIM到TIM,需要增加什么内容?他从三个方面进行了讲解:

     一要增加生态条件气候变化、海洋风险灾难等的监测与管理,这是CIM没有考虑的。BIM管理单体建筑,CIM是比BIM更宏观的视角,管理范围也从单体建筑拓展到了城市;TIM范围又比CIM广,管理范围包括农村、沙漠等,需要国家级的高科技力量来做,如联合北斗进行管理。因此,BIM、CIM、TIM的三层关系就理清楚了,空间的扩大需要更高程度的自动化的技术。

    二要和自然条件相结合。从BIM、CIM到TIM,从细化到家庭的角度扩展到城市社会的角度,再到国家的角度,要管理的自然要素越来越多。BIM针对的是建筑,不包含自然要素。CIM开始接入自然要素,管理范围出现湖泊、公园、绿地等自然斑块,但总体还是人工环境。到了TIM则反过来了,人为的对象占比小了,整体上是未建设的自然状态,中间偶然出现的城市,就成为了自然界中的人工斑块。

    三要在数据中挖掘规律。TIM是全域、全要素的、全方位的,在运作的时候,要掌握什么样的气象条件会带来什么样的灾害,出现什么云会预示着地震即将来临,要找到不同要素之间的关联,这是真正有意义的。这种自然数据的挖掘,将为国家安全、老百姓生活保障提供强大助力。

    从CSPON向未来:更精准的规划,更合理的治理

    深入贯彻党的二十大精神,自然资源部明确了新时代新征程自然资源工作“严守资源安全底线、优化国土空间格局、促进绿色低碳发展、维护资源资产权益”的定位,推进国土空间治理现代化。2023全国国土空间规划工作会议将“加快推进国土空间治理数字化转型,建设全国国土空间规划实施监测网络”作为今后一段时期的重点工作之一。2023年9月自然资源部提出开展国土空间规划实施监测网络建设试点工作,探索、引领国土空间治理数字化转型,推动构建美丽中国数字化治理体系和建设绿色智慧的数字生态文明。2024年全国自然资源工作会议进一步要求“深入开展国土空间规划实施监测网络建设试点,完善数字化治理政策机制和技术标准体系”。目前,天津、沈阳、大连、青岛等城市已经纳入试点,各地将结合自身在国土空间治理数字化方面存在的突出问题,围绕已有基础、拟建内容、研究计划、预期成果等,展开创新探索。

    值得关注的是,2023年年初国务院批复了《长三角生态绿色一体化发展示范区国土空间总体规划 ( 2021 — 2035 年 ) 》,这是首部经国务院批准的跨行政区国土空间规划。上海市青浦区、江苏省苏州市吴江区、浙江省嘉兴市嘉善县组成的长三角生态绿色一体化发展示范区是实施长三角一体化发展战略的先手棋和突破口。

    吴志强说,长三角的典型性在于,它是最早接轨现代化的。长三角的人群文化背景相近,一脉相通。“因此,我们可以期待长三角在跨行政区国土空间规划的成果,这可能将给其他跨区域城市带来发展范本。”吴志强说。

    CSPON的建设目的,是要以“数字化”“网络化”支撑实现国土空间规划全生命周期管理“智能化”,实现自然资源、交通、环境、水利等多部门的共用,高效服务新发展格局构建和城乡高质量发展。

    吴志强展望,未来CSPON的应用价值可能会在自然灾害预警、人口动态管理等方面:

    在自然灾害预警方面,目前我们国家供给存在大量的缺口。2022年郑州暴雨洪灾、2023年北京门头沟暴雨洪灾,都给民众的生命安全造成了巨大威胁,产生了难以估量的损失。CSPON建成之后,可以通过对人地(海)协调、要素保障、布局优化、品质提升、风险防范等复杂空间治理场景的模拟推演,在增强规划适应性的同时,还能进行自然灾害预警,有望减小灾害对国民生产生活所造成的危害,提升我国抵御自然灾害的能力。

    在人口流动管理方面,目前我国的人口普查是十年一次,鉴于目前人口流动性大,也许还存在一些未被普查到的个体和群体。如果建成的CSPON结合手机信令大数据,能把人口分布情况理清楚,那将为城市的国土空间规划设计提供助力,如学校医院选址、居民用地用水规划等。

    “资源、设施都要跟着人走。自然灾害预警、人口流动管理都叫现代化治理,都是围绕人展开的。人在哪里都不知道,还谈何现代化治理?”吴志强说,“所有空间治理中,规划总归是第一步。人类的文明繁衍正得益于规划,人类和动物最大的区别是我们可以通过规划将想象变为现实。当我们想做成一件事,就会设定计划,分步骤完成,有计划、有目标、有路线,人和人相互之间可以沟通。这就是规划赋予人的力量。”

    国土空间规划体系,怎么做好顶层设计呢?“一个现代国家,必须实现国家空间底盘治理的现代化。国土空间规划的数智化转型,是历史发展的必然。”吴志强曾在2023年全国国土空间规划年会上谈到这个观点。在他看来,实现现代国家空间规划的数智化转型,有目标愿景、路径选择、发展动力、精准评估、迭代优化等五大关键要素:

    数智赋能空间规划的目标愿景,就是通过对空间发展历史规律的机器学习,对国土空间及其之上的生产、生活和生态“三生”系统的目标选择,提供多种可能和多元方案的比较,同时大规模捕捉人们的需求。

    数智赋能空间规划的路径选择,是通过AI(人工智能)方法提供多模式下的预测方案,围绕用地规模、空间结构、功能布局等规划核心问题,帮助决策者和规划师预见未来趋势,确定发展路径。

    数智赋能空间规划的动力配置,就要以“和板理论”为基础,通过智能配置手段,解决区域内部资源要素分布不平衡的问题,激发城镇群整体层面的潜力,提升配置资源能力和创新策源能力。

    数智赋能空间规划在评估诊断环节借助新技术,对规划实施后的国土空间综合效益进行精准评估,精准到每幅地块的生态效益、经济效益、社会效益,为国土空间规划优化调整和升级迭代提供依据。

    “土地是有限的,但我们通过数智化技术,可以把它规划得更加科学,更加清晰、精准,并推动实现国土空间治理现代化。”吴志强说。

    来源:自然资源部国土空间规划局、自然资源部地理信息系统技术创新中心

    撰稿人:刘宏恺、罗亚、陆佳、王静静

    新媒体编辑:陈平

    初审:赵蕾

    审核:程秀娟

    审签:汤小俊