多規沖突協調專家系統設計與實現

薛 霄

（東正元數字城市建設有限公司,山東 煙臺 264270）

0.引言

隨著我國城鎮化的不斷深入發展，城鄉建設中規劃種類多、規劃內容重疊和沖突以及協調難度大等問題日益凸顯。為有效解決這些問題，相關部委出臺了一系列文件，推動各地開展“多規合一”工作[1]。在工作開展初期，存在無法統計出不同規劃間差異大小、手工檢查規劃沖突耗費大且無法準確查出所有錯誤以及項目周期短、數據處理工作量大等問題[2]。因此，基于“多規合一”信息平臺，開發一套多規沖突協調專家系統迫在眉睫。本文在對實際工作需求調研后，利用GIS、大數據、云計算等先進技術，沿著“找差異—量化差異—解決差異—促協同”的思路，探討了多規沖突協調運行流程，在統一的多規坐標系下，構建了多規信息數據庫，開發多規沖突協調專家系統（以下簡稱“系統”），進行了多規數據整合、差異圖斑調整以及沖突規則制定，實現了多規沖突量化處理，消除多規空間差異，大大提高了多規沖突處理的工作效率，為優化城鄉建設用地空間布局、推動部門間多規信息共享、項目落地提供參考。

1.需求分析

1.1 業務需求

系統以GIS平臺以依托，通過標準定制和規則配置，快速檢測規劃管控區間的規劃沖突，并對沖突部分進行矛盾協調和過程管理，從而實現多規沖突協調智能化。其涉及的業務需求包括以下4點：（1）多規多源異構數據源的收集、處理和入庫；（2）多規沖突檢測規則、協同規則以及管理機制的制定；（3）管控區多個規劃間的沖突檢測；（4）建立通用的多規規則模板，實現矛盾協調，從而提高工作效率。

1.2 功能需求

系統面向多規沖突協調人員，提供以各類規劃沖突檢測為核心的技術支撐，集多規信息的統一匯集、沖突融合為一體。針對各個規劃成果之間存在的矛盾，用戶可通過本系統進行數據質檢、沖突檢測、沖突協調以及協調模擬推演，能夠有力輔助規劃編制，解決多規在發展目標及空間規模、空間結構與分區邊界、管控要求與開發時序等方面的沖突矛盾，為城鄉統籌治理提供權威的“一本規劃”，最終形成多規協調成果一張圖[3]。

1.3 非功能需求

系統在滿足功能需求的同時，還需考慮非功能需求，主要包括以下2點：（1）系統的穩定性，由于多規沖突處理和協調涉及的數據量大和數據種類多，因此，系統運行的穩定性是非功能需求首要考慮條件，具體指標為系統有效工作時間大于99.9%[4]；（2）系統的可靠性，能容忍非法輸入數據、相關軟件或硬件組成部分的缺陷或發生異常的情況，能繼續保持正常運行。

2.總體設計

2.1 多規沖突協調流程設計

為確保快速、準確地消除多規空間差異，實現多規數據的無縫銜接和關聯應用，本文系統梳理了多規沖突協調的流程，其處理協調流程設計示意圖（如圖1所示）。主要包括五個階段：前期準備階段、數據整合處理建庫階段、多規沖突檢測規則制定階段以及多規沖突檢測階段。

圖1 多規沖突協調流程設計示意圖

前期準備階段，實現對規劃專題資料、數據以及“多規合一”相關技術資料的收集，并對資料進行匯總與整理。

數據整合處理建庫階段的工作包括以下2點：（1）針對收集的各類數據進行整合和標準化處理，如，格式統一、坐標參考統一、數據屬性完善等；（2）構建多規信息數據庫，實現基礎地理信息數據、規劃數據、建設工程項目數據以及項目實施數據等入庫。

多規沖突檢測規則制定階段，根據規劃編制的要求，制定多規沖突檢測的相關規則，主要包括圖形拓撲檢查、數據非法檢查、屬性結果檢查、數據完整性檢查、字段長度檢查等。

多規沖突檢測階段，根據多規沖突檢測規則，通過系統進行快速檢測，一方面，形成多規沖突檢測報告；另一方面，生成差異圖斑。對于有沖突的差異圖斑進行以下處理：（1）微小差異圖斑，系統自動處理；（2）對有較大沖突的差異圖斑，通過多規沖突協調人員進行沖突圖斑處理。

2.2 系統框架設計

系統基于.Net平臺開發的C/S模式，采用多層次結構進行平臺架構設計，包括數據層、接口層、服務層、應用層以及用戶層。系統框架設計示意圖（如圖2所示）：

圖2 系統框架設計示意圖

數據層是對海量的結構、非結構、半結構、視頻以及文檔等數據進行收集、處理和入庫，從而形成規劃信息數據庫，包括基礎地理信息數據、規劃數據、建設項目數據、管理數據以及多媒體數據等[5]；接口層是通過ArcSDE空間數據庫引擎實現對空間數據訪問、基于Hadoop分布式技術實現對數據庫訪問，為服務層和應用層提供數據服務；服務層是將系統常用的功能，以服務的方式進行封裝，提供調用，包括疊加分析、緩沖區分析、融合度分析、重疊區域提取、圖斑切分以及圖斑合并等；應用層是系統地展示和提供工具的窗口，包括建設項目任務比對、數據質檢、沖突檢測、沖突協調以及協調模擬推演等；用戶層是系統的主要使用人員，包括各政府部門的管理人員、沖突協調人員以及系統運維人員等。

3.數據庫設計

3.1 數據標準建設

統籌各類相關規劃成果、基礎地理信息成果等，建立規劃信息數據庫，制定數據整理、入庫、建庫、更新、保密的標準規范，明確數據庫內容和要素分類、空間要素住宅、空間要素屬性結構、屬性值域表及質量控制及處理等內容[6]。規劃信息數據標準規范建設示意表（如表1所示）：

表1 規劃信息數據標準規范建設示意表

3.2 建設內容

規劃信息數據庫包括四大核心庫：基礎地理信息數據庫、規劃數據庫、建設項目數據庫以及多媒體數據庫。基礎地理信息數據庫包括地形圖數據、遙感影像數據、行政區劃數據以及城市三維數據等；規劃數據庫包括發展規劃、法定規劃、專項規劃以及詳細規劃等；建設項目數據庫包括出讓建設用地、劃撥建設用地、工業建設用地以及一般經營性建設用地等；多媒體數據庫包括視頻數據、音頻數據、照片數據以及文本數據等。規劃信息數據庫建設內容（如圖3所示）：

圖3 規劃信息數據庫建設內容示意圖

4.系統實現

4.1 數據標準質檢

對于新建的規劃比對任務，需要針對要比對的規劃進行標準化質檢，以保證規劃成果滿足該類規劃的數據標準要求，如果不滿足標準要求，則無法進行規劃沖突比對。

4.2 多規沖突檢測

系統根據配置的沖突檢測規則對各類規劃數據進行沖突檢測，形成最終沖突圖斑和沖突報告，為多規協調人員提供快速檢測沖突和定位沖突的依據，為后續協調工作框定范圍和目標。主要包括各類規劃沖突比對、檢測關聯查詢、生成沖突檢測報告以及沖突檢測結果管理。各類規劃沖突比對是選擇需要進行檢測的類型、沖突檢測區域和相應規則，由系統進行自動檢測，最終形成沖突圖斑；檢測關聯查詢是查詢存在沖突的圖斑，可顯示沖突圖斑信息并自動關聯原有規劃相關圖斑信息；生成沖突檢測報告是對沖突比對的結果進行分析，生成最終沖突檢測報告。沖突檢測結果管理可以直接在系統中加載并展示，點擊比對結果中存在差異的圖斑，可以了解該圖斑的規劃差異情況，例如是土地利用總體規劃超出城市總體規劃，還是控制性詳細規劃超出城市總體規劃。對于差異圖斑，可以根據相應的協調規則進行調入調出處理，并將處理的結果進行保存記錄。多規沖突檢測報告示意圖（如圖4所示）：

圖4 多規沖突檢測報告示意圖

4.3 多規沖突協調

多規沖突協調是針對檢測出的沖突圖斑的多規協調工作進行輔助和管理，針對需要進行協調的地塊，通過直觀、便捷的表現形式展示地塊沖突情況、原規劃情況，分級分類進行協調工作，從而滿足協調管理要求，提高協調工作效率。

4.4 協調規則模擬推演

多規沖突協調的核心就是制定協調處理的規則，這些規則根據數據、規劃以及政策要素的不同有所差異，為此，系統中需要協調模擬推演功能，即在前端用戶可自行選擇規則，系統自動計算出協調后的臺賬及空間分布情況，以輔助領導、專家等進行規則制定。

4.5 規劃數據標準配置

數據標準配置主要是針對規劃沖突比對所涉及的規劃成果及其相應的用地分類等進行映射配置，以便于不同類型的規劃能夠基于統一的標準進行沖突比對。具體包括規劃用地分類表的規整、不同用地分類表的映射等。

4.6 多規沖突規則配置

多規沖突規則配置主要是制定規劃沖突比對時的判斷規則，以定義何種情況下規劃之間是一致的，何種情況下是沖突的。規劃沖突識別系統基于制定的規劃沖突比對規則進行判別，從而更快速、更準確地找出各類規劃之間存在的差異和矛盾。多規沖突規則配置示意圖（如圖5所示）：

圖5 多規沖突規則配置示意圖

5.關鍵技術

5.1 基于空間分析的多規差異圖斑融合技術

依據多規沖突檢測規則，通過多規差異圖斑融合技術，消除多規空間差異。主要思路是利用系統提供的空間分析技術[7]，如，疊加分析、緩沖區分析、重疊區域提取、圖斑切分和合并等，提取多個規劃間沖突的區域和相應的屬性信息，并構建新圖層，生成統一的規劃圖層。具體步驟如下：（1）在系統上加載多個規劃圖層；（2）將規劃圖層進行兩兩相交，提取相交區域，形成新圖斑；（3）構建新的公共區域圖層，圖層擁有新圖斑的數據和屬性信息；（4）刪掉規劃圖層中相交區域，并與公共區域圖層合并，形成統一的規劃圖層。多規沖突差異圖斑融合示意圖（如圖6所示）：

圖6 多規沖突差異圖斑融合示意圖

5.2 基于Hadoop的規劃信息數據集成管理技術

Hadoop分布式開源框架可提供跨計算機集群分布式存儲和計算環境。本文基于Hadoop分布式開源框架，實現不同部門間各類多源異構數據的集成管理，并應用HBase分布式存儲數據庫實現結構化和非結構化數據的存儲[8]，即用HBase存儲結構化數據，利用HDFS存儲視頻、照片和文本等非機構化數據，從而實現規劃信息數據的共享和交換。

6.結束語

本文針對“多規合一”信息化工作中多規沖突協調方面的需求，結合GIS技術，探討了多規沖突協調流程，開發了多規沖突協調專家系統，輔助規劃人員進行多規沖突檢測和協調工作。系統投入使用之后，產生的成效如下：（1）是快速查找和統計出各規劃間的差異，多規沖突處理時間縮短95%，為領導輔助決策提供依據；（2）是系統具有較強的質檢功能，有效避免了人為檢查出錯的可能，大大提高了數據質量；（3）是縮短了整個“多規合一”項目實施的周期，節約了大量的人力、物力和財力，間接創造經濟效益。