地理設計：地理信息服務空間規劃的新探索

◎ 張遠 張治清 金賢鋒 肖禾

黨的十九大報告要求落實“推動新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展”的新理念。探索地理信息服務創新與城鄉空間規劃科學發展需求的結合，符合國家發展的總體要求。《測繪地理信息事業“十三五”規劃》提出：“建立起保證基本公共需求和增強按需定制服務相協調的服務架構，著力提高網絡化服務能力，全面提升測繪地理信息公共服務水平。”服務水平的提升需要數據獲取能力和信息挖掘能力的提高來支撐，以滿足各行業的信息獲取和咨詢服務需求，同時深化地理信息事業發展與社會經濟發展間的耦合度，服務于人民日益增長的美好生活需要。

科學的空間布局，大到國家的空間格局，小到村莊空間肌理，都是實現“人地關系”和諧、促進城鄉統籌一體化發展的重要保障。地理信息是關于位置的數據，是對空間關系精準描述的寶貴資源。面向可持續發展戰略實施，挖掘地理信息內在價值，倡導空間利用決策全過程精準分析與評估，服務城鄉空間規劃全過程的“地理設計（geodesign）”，是促進測繪地理信息應用創新與事業轉型發展的一種有益探索。調越來越受關注，地理設計思想隨之演進。早期環境主義者Richard Neutra的《以設計求生存》（Survival through Design）、景觀設計大師McHarg的《設計結合自然》（Design with Nature）都倡導將生態空間準則融入規劃設計中，同時跨區域的空間協同規劃思想逐步為規劃領域所認同。

地理信息技術的發展為地理設計應用實踐插上了理想的翅膀。“地理設計”一經提出，便得到了眾多領域學者與管理者的關注。2010年，第一屆地理設計峰會在美國南加州紅地市召開，來自全球規劃、設計、景觀、環保、建筑、生態等多個領域的350名學者和行業專家參加了會議。此后，針對倡導“人地關系”協同、強調為規劃設計全過程提供分析與評估支撐的地理設計的研究和實踐廣泛開展。此前的地理信息事業快速發展，特別是3S技術與計算機技術的“四重唱”則為地理設計的應用實踐奠定了基礎：RS解決了地理空間要素的實時、連續獲取，GPS實現了地理事物的精準定位，GIS支撐了地理事物及相互關系的精準描述，計算機技術為“人地關系”的分析與空間關系模擬提供了可能。日本福島縣Soma市城市更新規劃、新加坡的城市規劃等重要城市規劃中均采用了地理設計的理念與方法。

空間規劃科學發展為地理設計提供了應用的舞臺。《中共中央國務院關于加快推進生態文明建設的意見》（中發〔2015〕12號）、《國家新型城鎮化規劃（2014—2020年》均強調了新規劃理念與技術方法的引入，特別是信息化技術的支撐作用，要求從空間布局層面，平衡社會發展與生態保護間的需求，制定規劃方案。科學的空間布局，要求全面掌握規劃所處區域內復雜

一、地理設計服務空間規劃的起源與發展

地理設計的思想古已有之。“地理設計”一詞最初由哈佛大學的Carl Steinitz教授于2010年左右提出，但我國先民早在春秋時期就已提出了“高勿近阜而水用足，低勿近水而溝防省”的城市選址思想和“因天才，就地利，故城郭不必中規矩，道路不必中準繩”的城市空間設計準則。近現代，隨著生態環境保護意識、區域協同發展理念、可持續發展戰略的深入，空間協多樣要素的現狀、空間分布、相互關系及其演變規律，并對規劃措施采取后可能的結果進行預測和評估。這就依賴于高效、精準獲取的時空地理信息數據，以及提供全過程要素作用關系與作用效果的分析與評估。原有的空間規劃需要新的數據、技術、流程和方法來提升。如黨的十九大報告提出的“構建生態廊道和生物多樣性保護網絡”，客觀上依賴于全域高精度地表覆蓋數據、生物遷徙規律成果、最小阻力模型等數據及空間分析手段的支持。

二、重慶市對地理設計的探索與應用實踐

重慶市規劃測繪行業在2010年就關注、跟蹤和研究地理設計。隨后，結合測繪地理信息事業服務轉型與應用創新，以空間規劃為切入點，從理論研究、應用實踐、思想交流方面進行了系統性探索。

（一）提出了銜接我國規劃實情的地理設計理論體系

Carl Steinitz教授認為地理設計是通過設計來改變地理環境，并提出了基于景觀設計流程的“四類人、六模型、三循環”的地理設計框架。這種框架注重多主體利益間的利益談判，符合國外土地私有等政治、經濟、規劃制度下多方利益的最大化，但難以為國內直接引入。

針對國內空間規劃流程與特點，圍繞“什么是地理設計”“如何開展地理設計”，重慶市規劃測繪行業對地理設計理論進行了重新梳理，認為“地理設計是以地理科學系統理論為指導，以地理信息為基本支撐，為特定地理單元的合理利用提供調查、分析、評估和設計服務”。其中，地理調查憑借現代測繪技術和3S集成技術，快速、準確地描述地理單元內各要素的運行狀況；地理分析從時空視角出發，運用地理分析模型剖析地理單元內各要素間的相互關系與運行規律 ；地理評估以地理國情監測和量化評估工具為依托，快速評估方案或決策的影響效應；地理設計則是將上述三個環節貫穿始終的設計決策過程。

地理設計不是單純的一項技術，也不是一種抽象的理念，它遵循“人本思想、因地制宜、時空并重、信息挖掘”四大核心思想，兼具哲學依據、基礎理論、技術方法，是具有特定應用對象的新興研究領域。它以認識世界和改造世界的唯物觀為哲學依據，以地域系統論、可持續發展理論、人地關系理論等為理論基礎，以現代測繪、3S技術和IT技術為主要技術，應用于城鄉規劃、生態環境保護和自然資源利用等眾多領域。

（二）探索了基于地理信息應用的地理設計技術框架

地理設計對于高精度、高現勢性、高全面性數據需求較高，注重信息挖掘以提供科學、客觀的分析評估結果，作為制定規劃方案的依據。地理設計在很大程度上依賴于“數據”，其技術框架主要分為四部分。

（1）分析設計主體。地理設計主體包括設計者、管理者和第三方的評估者。設計者包含規劃設計領域的設計師，是將地理設計思想、方法、技術付諸實踐的主要主體；管理者是借助地理設計分析評估工具對規劃設計成果予以審查的主體；第三方評估者憑借地理設計友好的應用界面（地理設計平臺），從自身視角對規劃設計方案進行分析評估并提出意見的主體。

（2）支撐技術。支撐技術包括計算機與網絡技術、現代測繪技術、3S集成技術等軟硬件技術和地理信息技術，用于支撐充分、便捷獲取（更新）所需數據，研發、運行地理分析模型并直觀展示分析結果。測繪地理信息行業形成的數據采集、建庫與管理的成熟經驗與軟硬件設備，是地理設計工作開展的基礎。

（3）保障技術。保障技術包括地理調查技術、標準規范技術等，用于保障地理設計所需時空數據的空間化和系統化建設維護，保障客觀、合理的流程制定與實施，保障地理分析模型研發與應用的科學、有效。如以地理信息數據為框架，整合社會經濟和反映人類活動的行為數據，構建基礎數據庫；構建數據標準與規劃，用以規范多源數據整合、模型構建、指標選擇、模塊構建等環節，是多部門復雜主體合作的基準。

（4）應用技術。應用技術包括地理分析模型技術和地理設計平臺技術，用于為地理設計中的環境效應分析、方案對比優化等提供科學的工具和友好的界面。即通過平臺架構、應用軟件開發，將地理空間數據庫、地理分析模型、地理設計標準規范等核心要素和模塊進行封裝，形成面向專業設計部門、管理部門和第三方評估部門的應用平臺。

（三）研發了面向多用戶主體的地理設計應用平臺

地理設計平臺，是以軟件的形式，整合復雜、大體量的多源數據，以及多種分析評估模型，通過分析與計算，以地理分析評估數據服務產品作為成果提供給規劃設計人員，彌補規劃行業數據與空間分析技術上的不足。地理設計平臺較好地隔絕了測繪地理信息數據與規劃設計應用端，以數據服務產品的形式，實現測繪地理信息服務于空間規劃。同時避免了規劃設計應用端直接獲得測繪地理信息數據，在滿足當前數據保密與安全要求的條件下，探索出了廣泛、深入服務社會發展的形式。

地理分析評估數據服務產品，是地理設計服務于空間規劃最為直接的表現，是以地理分析評估方法，在測繪地理信息數據基礎上予以加工得到的具有科學意義、可重復批量生產的數據服務產品，以科學認識各類要素特征及彼此間關系，并指導規劃設計方案的制定。針對空間規劃業務工作需求，地理分析評估數據服務產品主要分為現狀分析、方案評估、情景模擬和大數據分析四個服務產品系列，每個系列包含若干分析評估模型，形成“地理分析評估服務產品庫-服務產品系列-分析評估模型”的架構。

地理設計平臺，可以在不同部門、單位予以應用。部分規劃設計公司根據地理設計平臺試用經驗，反映其所提供的多樣化數據服務產品，能夠輔助深入并更為全面地認識與理解“人地關系”，提升規劃方案的合理性 ；以數據服務產品的形式實現多源數據的利用，攻克了中小企業在分析研究中數據缺乏的困難；通過整合復雜模型，以菜單式操作流程提供便捷性服務，解決了規劃設計單位在空間分析中的技術不足；以計算機計算代替多步驟的人工操作，可輔助提升工作效率20%。

總體上，地理設計平臺搭建了廣大規劃設計師與多源數據、復雜分析流程之間的平臺，破解規劃設計師對于數據庫、空間分析技術不熟練的技術瓶頸。

（四）開展了支撐不同尺度、不同類型空間規劃的編制

地理設計從“人地關系”和諧的角度，基于數據服務產品所提供的信息服務，開展規劃方案的制定，支持在市域、主城區、區縣、鄉鎮、村共五個層級，法定規劃、專業規劃、專項規劃共三個類型的“五級三類”空間規劃中的應用。

（1）支持各類空間規劃專題研究的高效開展。空間規劃中的專題研究，很大程度上決定了最后規劃方案的科學性與合理性。通過各類分析評估數據服務產品，支撐各專題的科學化研究。如以高分辨率遙感影像數據為基礎，對建設用地進行解譯，研究多年城市建設用地擴張的邊界與景觀格局特征 ；以單體建筑物、路網數據、興趣點為基礎，依據空間規劃中的小學服務半徑為指標，使用交通可達性分析，研究小學設施的服務均等化水平；以DEM數據支持景觀視域分析，研究旅游景點設置合理性。

（2）以區域全覆蓋數據服務村級規劃。鄉村地區由于資金、人力資源有限，數據儲備薄弱，成為科學規劃的一大掣肘。測繪地理信息通過地理國情普查與監測建立了基礎數據庫，同時借助無人機、航攝等信息快速采集技術，為村級規劃的開展提供了保障。比如，以1∶5000及更大比例尺的地形圖數據或生產得到的DEM數據成果為基礎，使用地形地貌分析評估模型，分別統計分析海拔高程、坡度、坡向三要素的組成與分布特征，作為自然環境基礎分析材料。目前已應用于重慶8000多個村域現狀分析、200余個村規劃。

（3）支持專業專項規劃的開展。專業專項規劃，方向多樣，對于數據多樣性要求更高。在地理國情普查與監測數據基礎上，發揮測繪地理信息的數據整合作用，可實現不同行業部門數據的統一整合，奠定專業專項規劃開展的基礎。如使用DEM數據、自然保護區等地理單元、路網、行政邊界、興趣點、水利設施、水庫、地表覆蓋、鄉鎮建設用地解譯成果等數據，支持氣候舒適性、交通可達性、水資源供應、旅游資源、生態環境、公共設施服務能力等方面的分析評價，進而在市域尺度，支持《重慶市避暑休閑地產規劃（2014—2020年）》的制定，在區縣尺度，為重慶市綦江區、南川區識別出適宜開發的地塊，直接支持企業開發，實現土地資源的高效利用。

（4）支持區縣級“多規合一”的高效開展。“多規合一”工作，是空間規劃體系構建的重要基礎，也是協調各級空間管控、保障發展、強化生態底線保護的關鍵性工作。測繪地理信息在“多規合一”工作中，利用地理單元數據庫，提供了包括自然保護區、風景名勝區、保護林地等各行業空間規劃數據基礎；基于GIS平臺開展數據管理與分析，通過數據矢量化、坐標轉化等技術手段，構建了統一坐標系的數據庫，保障了后續差異比對與協調中的精準分析與成果生成。在重慶市南川區、開州區、忠縣等6個區縣得到應用。

三、深化地理設計服務空間規劃的建議

當今，地理國情普查與監測、大數據的爆發與應用滲透，以及出于精準化管理與科學化決策需要，空間規劃對地理信息應用的訴求不斷加強，地理設計迎來了“數據基礎好、應用技術強、需求領域廣”的良好環境。結合重慶的探索，提出地理設計促進測繪地理信息行業的轉型升級，深化服務空間規劃的建議。

（一）以地理國情普查與監測為基礎開展跨行業數據融合

空間規劃涉及類型多樣、關系復雜的空間要素，支撐空間規劃科學化的地理設計依賴于跨行業數據的融合。全國各省市的第一次地理國情普查工作已順利完成，地理國情監測工作業已開展，以形成的成果為基礎和載體，以社會公共資源共享交換為主要形式，有機整合各行業領域數據，形成空間數據資源“一張圖”，將為地理設計開展空間分析提供堅實有力的數據基礎。

（二）加快地理設計應用標準規范的制定

標準規范是地理設計開展應用的依據，運用于規范流程、數據形式、模型構建、指標選擇和平臺建設等環節，是地理設計結果客觀、科學的保障。目前，地理設計仍處于研究和試點應用階段，仍然缺少規范地理設計的一系列標準規范。地理設計標準應用規范應該涵蓋一般化的地理設計工作流程、地理空間數據標準、地理設計模型規范，以及針對具體應用的地理調查技術規范、地理分析技術規范和地理評估技術規范等。這類標準規范的制定，依賴于測繪地理信息、規劃、國土、環保等領域學者和管理部門的通力協作。

（三）加強地理設計服務支撐產品體系研發

地理設計既是服務空間規劃的理念、技術與方法，也是測繪地理信息服務創新的一種方式。要推廣和強化這種創新的價值與效果，必須形成面對市場、滿足不同領域應用主體需求的產品體系。這種產品體系所包括的平臺、服務空間規劃的分析評估系統等，必須與現在的數據庫、業務系統緊密對接，具備強大的整合能力。產品類型可以是測繪地理信息融合規劃設計，也可以是規劃設計增添地理信息深度應用，是跨學科的融合應用。

（四）探索公眾參與新模式支持多方協同創新

公眾參與是空間規劃創新與科學發展的重要特征之一。地理設計在為規劃師和規劃管理者提供支撐的同時，也是公眾參與規劃編制與實施過程的有效途徑，是地理設計深化服務空間規劃的重要方面。“天地圖”已成為企業和公眾獲取地圖服務和其他地理信息應用的重要平臺。依托“天地圖”平臺，有機融入地理設計流程，通過適用于公眾的分析模型模塊的植入和便捷、友好的操作模式開發，打造公眾參與各類空間規劃編制的可行渠道，是地理設計支持空間規劃多方協同創新的有效途徑。

（五）加大對地理設計應用推廣的政策扶持力度

地理設計已正式提出7年左右，相關理論技術體系趨于完整，但研究的深化和面向市場的應用拓展仍處于起步階段，尤其是適用于各類空間規劃的專業化分析評估系統與面向公眾的服務平臺的研發示范，需要從國家到地方的政策扶持，以促進其向產業化發展。重慶進行了大膽嘗試，《重慶市測繪地理信息發展“十三五”規劃》將地理設計作為重慶測繪地理信息產業特色予以扶持，以推動地理設計在城鄉規劃、工程建設、生態文明等方面的服務示范應用， 延展地理信息產業鏈條。