基于文本挖掘的城市園林綠化信息化管理的需求分析方法

季玨 安超 李波茵 伍雍涵

在生態(tài)文明建設(shè)的背景下，城市園林綠化行業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。與此同時(shí)，為了滿足人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，以便民共享、綠色發(fā)展等為目標(biāo)，各地開展了以綠地空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，綠地景觀改造提升等為內(nèi)容的城市園林綠地的擴(kuò)容提質(zhì)工作。城市園林綠化行業(yè)的管理對(duì)象日趨復(fù)雜，各類綠地資源要素種類和規(guī)模不斷攀升，綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，以信息化手段進(jìn)行城市園林綠化的行業(yè)管理已成為城市園林綠化工作的迫切需求，也是提升園林綠化管理精細(xì)化和科學(xué)化水平的重要抓手。

目前，不少城市開展了園林綠化的數(shù)字化工作，將現(xiàn)有的園林綠化規(guī)劃設(shè)計(jì)成果、園林綠化歷史資料檔案、城市重要園林苗木信息等建立了資料數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。此外，針對(duì)這些資源管理，已有學(xué)者開展了系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作[2-3]，并圍繞城市園林綠化的核心重點(diǎn)工作，例如綠地資源調(diào)查、古樹名木保護(hù)，綠線監(jiān)測(cè)等重點(diǎn)工作研發(fā)了相應(yīng)的信息管理手段[4]。當(dāng)前，不少國(guó)外學(xué)者已經(jīng)開始關(guān)注利用GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行城市綠地景觀的管理。例如2008年，澳大利亞Payam Ghadirian等利用虛擬現(xiàn)實(shí)和GIS相結(jié)合的技術(shù)對(duì)澳大利亞西北部城市Victoria進(jìn)行景觀可視化研究，以期加強(qiáng)決策者和非專家之間的交流，使決策過(guò)程更加高效[5]。Nyuk & Steve按照新加坡國(guó)立大學(xué)2005年規(guī)劃要求構(gòu)建了校園二維和三維綠化圖，將校園分成11個(gè)區(qū)域，分別計(jì)算綠化容積率，進(jìn)而對(duì)校園綠化狀況進(jìn)行評(píng)估。在泰國(guó)曼谷，政府致力于改善當(dāng)?shù)氐木G化狀況[6]。Bunvong等收集了曼谷各種綠色基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，包括普通綠地、街道綠化樹、文物保護(hù)樹等，借助GIS的分析功能，研究當(dāng)前樹種多樣性對(duì)將來(lái)城市綠地規(guī)劃中樹種的選擇帶來(lái)的影響[7]。2001年，Kyushik Oh開發(fā)了城市景觀信息系統(tǒng)（LSIS）用于管理城市景觀信息和分析擬發(fā)展項(xiàng)目的視覺影響。借助GIS和圖形仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能，其底層數(shù)據(jù)庫(kù)使用首爾信息系統(tǒng)（UIS）的框架設(shè)計(jì)，極大地方便了兩者的數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的城市景觀管理的效益和價(jià)值[8-9]。可見，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者在綠地資源管理建庫(kù)的前端探索較多，而國(guó)際則關(guān)注管理活動(dòng)的應(yīng)用預(yù)測(cè)等前端需求。此外，在城市規(guī)劃、地下空間管理等行業(yè)，已實(shí)現(xiàn)了以信息技術(shù)手段輔助行業(yè)管理的深層次應(yīng)用。特別是在城市規(guī)劃行業(yè)，以“統(tǒng)一的空間藍(lán)圖”為目標(biāo)，多地建立了“多規(guī)合一”行業(yè)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、各類規(guī)劃數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫(kù)和空間匹配疊加[10]，進(jìn)而為規(guī)劃審查、項(xiàng)目選址、環(huán)境影響評(píng)估等深層次橫向及縱向行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。相比較而言，目前城市園林綠化的信息化管理仍處于面向管理者的應(yīng)用階段，并未開展縱向的行業(yè)推廣。

表1 城市園林綠化信息化管理的主要內(nèi)容Tab.1 Main contents of urban landscaping information management

在實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，近50%的城市雖然敷設(shè)有園林綠化信息化管理系統(tǒng)，但系統(tǒng)處于閑置或夭折狀態(tài)。其中，行業(yè)管理需求、前沿預(yù)測(cè)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建設(shè)之間的脫節(jié)是造成系統(tǒng)運(yùn)行效率低下的主要原因。盡管充分的需求溝通是信息化建設(shè)的前沿，但受限于溝通者的溝通方式和頻率、參與人的管理經(jīng)驗(yàn)等，導(dǎo)致需求分析的主觀性較強(qiáng)，或需求分析結(jié)果過(guò)于片面，并不能充分發(fā)揮和代表行業(yè)管理的真實(shí)需求或前沿狀態(tài)。本研究從信息管理系統(tǒng)搭建的最前端需求分析入手，基于文本挖掘的方法探討一種科學(xué)的需求分析方法，準(zhǔn)確反映行業(yè)管理的深層次需求和前沿狀態(tài)，為系統(tǒng)構(gòu)建和行業(yè)管理搭建溝通的橋梁。

1 城市園林綠化信息化管理現(xiàn)狀

1.1 中國(guó)園林綠化行業(yè)信息化管理的主要內(nèi)容

結(jié)合城市園林綠化管理工作的內(nèi)容，一般而言，城市園林綠化行業(yè)信息化管理的主要內(nèi)容包括3個(gè)方面（表1）。1）園林綠化數(shù)據(jù)管理。具體是指對(duì)城市各類綠地、園林綠化設(shè)施等各類城市園林綠化管理對(duì)象的空間、屬性和相關(guān)資料的信息化管理。2）園林綠化動(dòng)態(tài)監(jiān)管。具體是指綠線監(jiān)測(cè)、綠規(guī)實(shí)施監(jiān)管、古樹名木保護(hù)監(jiān)管等。3）園林綠化輔助決策。具體是指針對(duì)園林綠化管理工作中公園建設(shè)選址、病蟲害預(yù)警等具體工作開發(fā)相關(guān)科學(xué)決策的輔助信息工具。

1.2 城市園林綠化信息化管理平臺(tái)的發(fā)展

20世紀(jì)90年代后期，隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)進(jìn)程的加快，各地也相繼開發(fā)和研制了一些園林管理方面的信息系統(tǒng)。其中一類是基于GIS技術(shù)搭建的單一園林綠化資源的管理系統(tǒng)，又以城市植物或樹種為主要對(duì)象[11-12]。這類系統(tǒng)具有樹種個(gè)體信息及相關(guān)管理數(shù)據(jù)的輸入和編輯以及圖文展示等功能。另一類系統(tǒng)是集成GIS技術(shù)，搭建城市園林管理綜合系統(tǒng)[13]。這類系統(tǒng)在信息建庫(kù)的基礎(chǔ)上，面向決策應(yīng)用有了進(jìn)一步發(fā)展。但自2010年后，城市園林綠化信息化管理的相關(guān)研究和實(shí)踐工作出現(xiàn)了一定的停滯。此外，目前專業(yè)的園林綠化信息管理平臺(tái)大多是建立在城市一級(jí)，輔助城市園林綠化工作，而對(duì)于省或國(guó)家層面的平臺(tái)仍在探索期，這就使得園林綠化的行業(yè)管理工作并未在行業(yè)體系內(nèi)開展深度應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)的大力發(fā)展，特別是城市管理平臺(tái)“數(shù)字化—信息化—智慧化”的發(fā)展趨勢(shì)已越發(fā)明朗，未來(lái)在新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代、信息時(shí)代下，城市園林綠化信息系統(tǒng)的構(gòu)建如何充分滿足管理者、公眾的用戶需求，同時(shí)結(jié)合移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)終端等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)園林綠化跨業(yè)務(wù)、跨部門的精細(xì)化管理是未來(lái)行業(yè)信息系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)。

1 文本挖掘工作流設(shè)計(jì)Design of workflow of text mining

表2 城市園林綠化信息系統(tǒng)敷設(shè)試點(diǎn)城市分布Tab.2 Distribution of pilot cities applying the urban landscaping information system

2 基于文本挖掘的城市園林綠化管理需求分析

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，微博、微信等手機(jī)APP提供了新型的用戶數(shù)據(jù)，如何充分挖掘這些新型的數(shù)據(jù)，分析并預(yù)測(cè)園林綠化行業(yè)管理的前沿需求，是城市綠化信息化管理的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于大部分需求數(shù)據(jù)，例如用戶體驗(yàn)、評(píng)價(jià)、記錄、留言等均為文本型數(shù)據(jù)，本文作者提出可通過(guò)文本挖掘的方法，從文本型大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)高頻詞，挖掘用戶的潛在需求，進(jìn)而總結(jié)形成城市信息化管理的前沿需求和功能組成。

2.1 文本挖掘法簡(jiǎn)介及流程設(shè)計(jì)

文本數(shù)據(jù)挖掘（text mining）是指從文本數(shù)據(jù)中抽取有價(jià)值的信息和知識(shí)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)。它是從大量文本數(shù)據(jù)中抽取事先未知的、可理解的、最終可用的知識(shí)的過(guò)程，同時(shí)運(yùn)用這些知識(shí)更好地組織信息以便將來(lái)參考。目前，文本挖掘方法已在規(guī)劃方案評(píng)比[14]、網(wǎng)絡(luò)輿情監(jiān)測(cè)[15]以及目的地印象評(píng)價(jià)[16]等方面展開了應(yīng)用，利用科學(xué)的方法從非結(jié)構(gòu)化的文本數(shù)據(jù)中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘和潛在信息分析。

文本挖掘有3個(gè)獨(dú)特的關(guān)鍵步驟：1）分詞，通過(guò)分詞可以將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；2）情感分析，定義情感強(qiáng)度，從文本中挖掘用戶的滿意度或者觀點(diǎn)，即一些詞語(yǔ)的出現(xiàn)頻率；3）去噪，即從分出的眾多詞中剔除干擾的無(wú)用的詞，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

筆者在Smart Mining軟件中，設(shè)計(jì)了文本挖掘的工作流（圖1），主要分為4個(gè)步驟。

1）園林綠化系統(tǒng)的需求輸入。首先，使用文本挖掘目錄下的平面文件節(jié)點(diǎn)讀取相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)。

2）對(duì)文本進(jìn)行分詞。分詞的功能是對(duì)中文或者英文文本進(jìn)行分詞，進(jìn)而從非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中提取結(jié)構(gòu)信息。分詞的結(jié)果都是按列輸出詞語(yǔ)。分詞后將在輸出表中追加分詞、計(jì)數(shù)和詞性3個(gè)字段。分詞字段表示從文本字段中提取出詞；計(jì)數(shù)字段表示按照每個(gè)文本，對(duì)得到的每個(gè)分詞出現(xiàn)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，需注意統(tǒng)計(jì)的只是每個(gè)詞所在文本中出現(xiàn)的次數(shù)，并不是所有文本中出現(xiàn)的次數(shù)；詞性字段顯示每個(gè)分詞的詞性，例如名詞、動(dòng)詞、結(jié)構(gòu)助詞等。

3）噪聲詞過(guò)濾。噪聲詞過(guò)濾節(jié)點(diǎn)的功能是將分詞字段中的無(wú)關(guān)詞匯或者不重要的詞過(guò)濾掉，篩選出重要的詞匯。過(guò)濾的方法有5種，分別是過(guò)濾與內(nèi)置的噪聲詞庫(kù)匹配的詞匯、與自定義噪聲詞庫(kù)匹配的詞匯、過(guò)濾所有的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、過(guò)濾所有的數(shù)字和過(guò)濾所有字節(jié)長(zhǎng)度小于N的詞。這5種方法可以只選擇一個(gè)進(jìn)行過(guò)濾，也可以選擇全部進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾后輸出表中的列數(shù)保持不變，只會(huì)過(guò)濾掉匹配條件的記錄。本研究對(duì)于園林綠化需求文本噪聲詞的過(guò)濾采用了以上第1種方法。

4）詞云繪制。使用過(guò)濾后的關(guān)鍵詞及其出現(xiàn)頻率繪制詞云。

2.2 研究數(shù)據(jù)

本研究對(duì)于園林綠化信息化管理需求挖掘分析將采用3類數(shù)據(jù)。

第1類為會(huì)議記錄等文字?jǐn)?shù)據(jù)。研究組分別于2012—2018年持續(xù)7年在廣東省陽(yáng)江市、內(nèi)蒙古鄂爾多斯市、河南省開封市、四川省德陽(yáng)市、山東省棗莊市等地召開全國(guó)數(shù)字化園林建設(shè)會(huì)議，累積了全國(guó)多個(gè)城市的數(shù)字化建設(shè)需求及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

第2類為用戶使用體驗(yàn)評(píng)價(jià)等文字?jǐn)?shù)據(jù)。研究組研發(fā)的數(shù)字園林信息化系統(tǒng)已在廣東省陽(yáng)江、浙江省麗水、內(nèi)蒙古鄂爾多斯等全國(guó)30個(gè)城市開展了試點(diǎn)應(yīng)用（表2），并獲取了30個(gè)城市的驗(yàn)收及使用意見。

據(jù)分析，試點(diǎn)城市大多分布于中東部地區(qū)，這些城市，特別是沿海的東部城市，經(jīng)濟(jì)普遍比較發(fā)達(dá)，城市整體的數(shù)字化基礎(chǔ)較好，實(shí)際信息化應(yīng)用水平較高，其意見反饋可充分代表用戶對(duì)數(shù)字化管理的前端需求。

第3類數(shù)據(jù)為來(lái)源于各類園林綠化行業(yè)主管部門門戶網(wǎng)站的新聞發(fā)言。本研究搜集了自2012年以來(lái)鄂爾多斯、陽(yáng)江等全國(guó)15個(gè)城市園林綠化主管部門對(duì)于本城市園林綠化數(shù)字化建設(shè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)及未來(lái)的需求展望。

3 城市園林綠化管理的需求分析

所獲得的3類數(shù)據(jù)（word文檔數(shù)據(jù)）作為需求數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)挖掘工具Smart Mining軟件進(jìn)行文本挖掘分析，試圖分析園林綠化主管部門關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題、系統(tǒng)需求及未來(lái)趨勢(shì)。

筆者整理了文本挖掘軟件中的挖掘結(jié)果，過(guò)濾了若干與需求關(guān)鍵詞無(wú)關(guān)的高頻詞匯，例如口語(yǔ)化的“我們”“召開”“會(huì)議”“熱烈歡迎”等。按照軟件所選分詞的出現(xiàn)頻率自行繪制了詞云圖，圖中字體越大表示出現(xiàn)的頻率越高。為了便于區(qū)分，在自行繪制詞云圖時(shí)，運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，各分詞按照出現(xiàn)頻率進(jìn)行K-means聚類，將現(xiàn)有高頻詞分為3類，其中3類的分法是參考系統(tǒng)聚類的結(jié)果，當(dāng)現(xiàn)有高頻詞分為3類時(shí)，類間差最?。▓D2）。

從詞云分布圖中可以看出，目前各城市園林主管部門對(duì)于信息系統(tǒng)的需求呈現(xiàn)3個(gè)明顯的特征。

2 園林信息管理需求的詞云分布圖Word cloud distribution diagram of garden information management requirements

3.1 園林城市是各城市關(guān)注的最熱點(diǎn)問(wèn)題

從詞云分布圖的最高頻詞分布中可以看出，均是與“城市”“園林綠化”“綠地”息息相關(guān)的詞匯，這反映出利用園林綠化信息化管理是為更好地管理城市園林綠化資源，為城市服務(wù)，使城市更生態(tài)的初衷。在2016年修訂的《國(guó)家園林城市系列標(biāo)準(zhǔn)》（建城函〔2016〕235號(hào)文，以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中鼓勵(lì)城市開展園林綠化管理信息技術(shù)應(yīng)用，在高頻詞云中，“園林城市”成為最高頻類詞語(yǔ)，這反映了目前各地以園林城市創(chuàng)建推進(jìn)各地園林信息系統(tǒng)建設(shè)是具有顯著成效的。

3.2 城市園林綠化信息化管理的目標(biāo)在層進(jìn)轉(zhuǎn)變

從詞云分布圖中可以看出，在第二個(gè)圈層結(jié)構(gòu)中，與系統(tǒng)內(nèi)容相關(guān)的高頻詞為“數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)庫(kù)”“信息管理”“信息技術(shù)”“信息提取”。這間接反映出目前利用信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市園林綠化信息的信息化建庫(kù)管理是所有城市的基本需求。

而“監(jiān)督管理、管理手段、科學(xué)決策”則表達(dá)除信息建庫(kù)管理之外，各地利用信息系統(tǒng)輔助工作的主要工作內(nèi)容。此外，在文本挖掘中，出現(xiàn)了5個(gè)高頻詞：“數(shù)字化”“信息化”“規(guī)范化”“精細(xì)化”“智能化”。

數(shù)字化是所有管理對(duì)象的一個(gè)電子化入庫(kù)的過(guò)程；信息化是對(duì)數(shù)字化的進(jìn)一步發(fā)展，不僅完成電子入庫(kù)，還包含信息之間的交換和共享等關(guān)鍵技術(shù)；規(guī)范化是在信息化的基礎(chǔ)上，形成自身順暢的管理業(yè)務(wù)流程；精細(xì)化是從管理手段到管理對(duì)象的精細(xì)化革新；智能化則是在此基礎(chǔ)上，利用各種多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更高效、便捷、實(shí)時(shí)的管理。從以上5個(gè)概念的內(nèi)涵來(lái)分析，反映了目前各地園林綠化管理目標(biāo)在層進(jìn)的轉(zhuǎn)變，園林綠化的管理需求由單純的數(shù)字化、信息化向規(guī)范化、精細(xì)化、智能化的前沿進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。

3.3 城市園林綠化信息化管理需求由數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化向智能化轉(zhuǎn)變

分布于最外圈層的詞匯，雖然頻率相對(duì)較低，但卻能反映出個(gè)別城市在應(yīng)用領(lǐng)域的若干前沿想法，信息化管理的需求在數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，進(jìn)一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，向智慧化轉(zhuǎn)變。具體如下。

1）繼續(xù)完善信息平臺(tái)的功能屬性和業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用工作。

從高頻詞來(lái)分析，“數(shù)據(jù)共享”“查詢統(tǒng)計(jì)”“更新”“預(yù)警”等高頻詞的出現(xiàn)，反映了各管理部門希望信息系統(tǒng)在功能上進(jìn)行完善，不僅滿足數(shù)據(jù)收集、查詢統(tǒng)計(jì)等基本功能，更希望對(duì)于信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)能有規(guī)范的頂層設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性，預(yù)測(cè)預(yù)警的功能有了更高的需求。

此外，還可以看出，“技術(shù)人員”“專業(yè)”“推廣”“培訓(xùn)”等高頻詞的出現(xiàn)，反映了各地對(duì)于利用信息技術(shù)帶動(dòng)整體專業(yè)管理水平和培養(yǎng)專業(yè)業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)寄予了厚望。

2）增加物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在園林綠化信息化領(lǐng)域的應(yīng)用。從詞云分析來(lái)看，多個(gè)地區(qū)提到了“探測(cè)器”“二維碼”“傳感器”“移動(dòng)終端”等大數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)渠道。這充分反映了各地在信息系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，希望與數(shù)字城市、智慧城市相結(jié)合的需求，尤其是引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使城市綠地的信息化管理能夠并入到統(tǒng)一的城市信息化管理中，實(shí)現(xiàn)管理的智能化。結(jié)合實(shí)際調(diào)研，可研發(fā)移動(dòng)終端（二維碼、探頭、探測(cè)器等）與信息化系統(tǒng)的結(jié)合，針對(duì)病蟲害預(yù)警、智能灌溉、智能施肥、二維碼管理等方面，進(jìn)一步豐富系統(tǒng)輔助決策模塊的功能。

圖表來(lái)源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～2由作者自繪；表1由作者整理自繪；表2試點(diǎn)城市數(shù)量來(lái)自前期研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)敷設(shè)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。