人工智能技術在土地利用規(guī)劃中的應用和探討

摘"要：隨著科學技術的不斷進步和人類經濟社會的快速發(fā)展，土地資源的可持續(xù)利用規(guī)劃管理成為當下的熱點之一，人工智能作為一門涵蓋了機器學習、神經網絡以及計算機科學等眾多學科的交叉領域，正得到廣泛的關注和探索。合理高效地將人工智能技術和土地利用規(guī)劃結合起來，有助于提高土地資源利用的效率和質量。基于此，本文將探討人工智能技術在土地利用規(guī)劃中的應用。

關鍵詞：人工智能；土地資源；可持續(xù)利用規(guī)劃管理

中圖分類號：TB"文獻標識碼：A""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.13.083

土地資源利用規(guī)劃是國家可持續(xù)發(fā)展的空間藍圖，是黨中央、國務院重大舉措，中共中央、國務院印發(fā)的《關于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》中提出“到2020年，基本建立國土空間規(guī)劃體系；到2025年，健全國土空間規(guī)劃法規(guī)政策和技術標準體系；到2035年，全面提升國土空間治理體系和治理能力現代化水平。”由此可見，高效利用土地資源是國家長期戰(zhàn)略發(fā)展目標，是經濟社會高速發(fā)展的必然選擇。然而在當前階段，土地資源利用規(guī)劃還存在著諸多問題，如規(guī)劃周期長、人工操作繁瑣、缺乏實時更新等。為解決這些難題，提出了人工智能技術這一解決方案。人工智能具有識別/檢測、數據跟蹤以及黑箱式推理（基于算法和大數據相關性進行歸納整理）的特點，將人工智能與國土空間結合或許會給土地資源利用規(guī)劃帶來新的機遇。

1"人工智能技術與土地利用規(guī)劃概述

人工智能技術是一門研究如何使機器能夠模仿人類智能的科學和技術。它涵蓋了多門學科，其中包括自然語言處理、機器學習和計算機視覺等。隨著科學技術的進步，人工智能成為世界熱門話題之一，其應用領域也越來越廣泛。在土地利用規(guī)劃領域中，人工智能技術憑借機器學習和自然語言處理等算法，可以從大量數據中自動提取規(guī)律和模式，并作出相應的預測與決策，提高了人機交互的便利性和效率。然而，人工智能技術也面臨著一些挑戰(zhàn)和困境，比如數據問題，人工智能本身存在的技術問題以及一些倫理和社會問題等。但在未來的近幾十年中，人工智能技術將依然作為土地利用規(guī)劃工作的主力軍，推動土地利用規(guī)劃行業(yè)蓬勃發(fā)展。

土地利用規(guī)劃是指根據城鄉(xiāng)發(fā)展總體規(guī)劃和國土空間規(guī)劃，通過對土地資源、環(huán)境質量和社會經濟發(fā)展的綜合分析，制定并實施土地開發(fā)與利用的戰(zhàn)略、政策和計劃。土地利用規(guī)劃需要綜合考慮自然、經濟、社會、文化和生態(tài)環(huán)境等多個因素，對土地資源的質量、數量、分布等進行調查和評估，了解土地的可利用性和適宜性，通過合理規(guī)劃和布局，最大限度地滿足人們對住房、農業(yè)、工業(yè)、商業(yè)、交通、生態(tài)環(huán)境等方面的需求；同時還要考慮不同區(qū)域的自然條件、社會經濟特點和發(fā)展需求，制定出適宜的土地利用模式和政策，以實現資源的合理分配和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

2"人工智能技術在土地利用規(guī)劃上的應用

2.1"人工智能技術在土地利用規(guī)劃的模型和算法

人工智能在土地利用規(guī)劃上的模型主要有ETM+遙感模型，BP神經網絡模型和元胞自動機模型。ETM+是一種增強型專題制圖儀，星上設絕對定標，ETM+遙感模型可提供高分辨率遙感影像，然后通過這些影像采取ETM+解釋生成訓練樣本，從而實現土地遙感數據的采集分類。BP神經網絡模型是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ柧毜亩鄬忧梆伨W絡模型，通過反向傳播不斷調整網絡的權值和閾值，使網絡的誤差平方和最小，因此它的容錯率和自學力很強，用它搭建的土地利用規(guī)劃評價定量模型評價的結果更加具有客觀性。元胞自動機模型則是一種時間、空間、狀態(tài)都離散，空間相互作用和時間因果關系為局部的網格動力學模型，具有模擬復雜系統(tǒng)時空演化過程的能力，通過精確地模擬土地發(fā)展過程，為土地利用規(guī)劃計劃實施提供依據。

人工智能技術主要包括線性回歸、邏輯回歸、決策樹和樸素貝葉斯等十種算法，它們在土地利用規(guī)劃中發(fā)揮著互補的作用，其主要功能是預測未來發(fā)展趨勢，并對數據進行監(jiān)督、分析和分類，以提高預測結果的準確性，使人工智能技術更好地服務于土地利用規(guī)劃，更加靈活機動地調整規(guī)劃方案。

2.2"人工智能技術在土地利用規(guī)劃的案例分析

隨著互聯網技術的成熟，人工智能逐漸走進人們的視線，在智慧城市建設，智慧社會探索等方面都有著廣泛的應用，同時也為智慧土地規(guī)劃提供了新的思路。2017年，國際上就開始了一系列關于人工智能在空間數據分析和地理信息采集方面的研討會，主要探討基于人工智能的遙感技術對土地信息提取分析的應用。2019年，美國舉辦了萬億像素地理空間智能挑戰(zhàn)研討會，提出了人工智能助力地理知識發(fā)現應對全球挑戰(zhàn)的重大議題；英國也相繼發(fā)表了關于智能傳感器、智能遙感和土地資源發(fā)展趨勢的專項技術報告，引發(fā)了國際上人工智能與土地空間治理相結合的熱潮。

近年來，基于國家“十三五”規(guī)劃等各項政策支持，各省各地都對土地資源利用規(guī)劃展開了積極探索。其中云南作為先行者，率先應用了人工智能耕地變化發(fā)現系統(tǒng)，通過輸入待識別影像數據與前一期耕地矢量數據，自動識別出耕地變更為非耕地的圖斑，還可以通過篩選快速定位耕地變?yōu)榻ㄔO用地的圖斑，該系統(tǒng)的應用縮短了人工作業(yè)時間約70%以上，大大提高了時間效率；廣東省充分利用人工智能和地理信息技術，對全市國土規(guī)劃領域空間信息進行綜合管理，形成了一整套國土規(guī)劃綜合空間數據資源體系；山東省以ETM+遙感影像為主要數據源，充分發(fā)揮人工智能技術的優(yōu)勢，對濟南南部山區(qū)的土地利用和覆蓋變化過程進行監(jiān)測及未來發(fā)展情況預測分析，保護和改善了南部山區(qū)的生態(tài)環(huán)境，實現了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展；重慶市利用BP神經網絡模型對土地的利用情況做出評價，分析總結土地的變化特征和演進規(guī)律，并預測重慶市未來土地利用綜合績效值，為未來重慶市土地合理利用提供政策導向和決策依據。

2.3"人工智能技術應用于土地規(guī)劃利用的意義

隨著土地規(guī)劃空間數據越來越復雜，需要處理的信息越來越多，傳統(tǒng)的規(guī)劃手段已經不適用于當前土地規(guī)劃利用的發(fā)展，因此提出人工智能應用對土地規(guī)劃信息采集和數據分析有著重大意義，具體體現在以下幾個方面。（1）有助于土地信息采集分析，加強土地資源的利用管理。人工智能包括深度學習、自然語言處理、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計、數據挖掘等方面，通過與人工智能技術深度結合，合理高效利用“AI+”技術，對土地信息進行智能采集管理，提高土地資源的利用率。（2）有助于實現可持續(xù)發(fā)展和美麗中國建設。通過優(yōu)化土地利用布局和空間配置，提高土地資源的利用效率和經濟效率，更好地適應快速城市化和鄉(xiāng)村振興的需求，實現城鄉(xiāng)一體化、生態(tài)保護和資源節(jié)約保護的目標。（3）有助于規(guī)劃行業(yè)提高行業(yè)洞察力和市場適應能力。有了人工智能技術的加持，可以幫助規(guī)劃行業(yè)提供更加方便的智能服務，提升服務的舒適性和靈活性，使規(guī)劃行業(yè)保持蓬勃的活力。（4）有助于規(guī)劃師更好地制定土地利用政策和可實施方案。基于人工智能技術的大數據分析和模式識別，幫助規(guī)劃師更準確地評估土地利用情況和未來發(fā)展趨勢，最大限度地實施土地資源可持續(xù)利用和保護；通過人工智能技術建立智能決策模型，有助于規(guī)劃師更好地判斷方案的可行性和影響，以及在不同情景下的風險和機會，避免主觀性和盲目性，提高土地資源利用規(guī)劃的質量和效果。

3"人工智能技術在土地利用規(guī)劃上的優(yōu)勢和短板

3.1"人工智能技術在土地利用規(guī)劃上的優(yōu)勢

3.1.1"創(chuàng)新潛力

隨著城市化進程的加速和土地資源的日益緊張，科學合理的土地利用規(guī)劃變得尤為重要。人工智能技術以其強大的數據處理和分析能力，為土地利用規(guī)劃帶來了許多新的可能性和方法。

首先，人工智能能夠快速準確地分析大量的土地資源數據。傳統(tǒng)的土地利用規(guī)劃模式需要耗費大量的財力、人力和時間進行數據收集和分析，而人工智能技術可以通過算法和模型快速處理和分析海量的數據，同時基于深度學習的地理信息系統(tǒng)GIS技術可以提供大量的數據源，為規(guī)劃提供更加準確和科學的依據。其次，人工智能通過模型分析預測和大數據分析可以幫助規(guī)劃者更加準確地認識到土地利用規(guī)劃的現狀和潛在問題，更加精準地制定規(guī)劃方案。人工智能技術可以對土地利用規(guī)劃中各種風險進行分析和預測，幫助規(guī)劃者進行風險評估和應對策略的制定，保障土地利用規(guī)劃的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。最后，智能決策系統(tǒng)的引入有助于優(yōu)化土地利用規(guī)劃的流程，讓規(guī)劃者可以更好地進行資源配置和空間優(yōu)化，使決策結果更加科學。

3.1.2"可持續(xù)發(fā)展

人工智能技術在土地利用規(guī)劃中對于促進可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，土地資源的需求與日俱增，人地關系緊張，傳統(tǒng)土地利用規(guī)劃在滿足經濟發(fā)展需求的同時，往往忽視了環(huán)境保護和資源節(jié)約。而人工智能技術的應用，為土地利用規(guī)劃的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。

（1）人工智能技術在土地利用規(guī)劃中可以強化生態(tài)環(huán)境保護。人工智能技術可以對土地利用過程中的環(huán)境負荷進行評估，預測潛在的環(huán)境風險，并為規(guī)劃者提供針對性的生態(tài)保護措施。通過這一技術手段，有助于落實生態(tài)文明建設要求，強化土地資源環(huán)境保護，促進綠色發(fā)展。（2）人工智能技術有助于推進農業(yè)現代化。在農業(yè)土地利用規(guī)劃中，人工智能技術可以提供農田土壤質量、作物生長狀況等信息，為農業(yè)生產提供科學指導。通過智能灌溉、智能施肥等手段，人工智能技術還可以實現農業(yè)資源的精準管理和高效利用，降低農業(yè)生產成本，提高農業(yè)產量，助力農業(yè)現代化發(fā)展。（3）人工智能技術可以促進城鄉(xiāng)一體化發(fā)展。在城鄉(xiāng)土地利用規(guī)劃中，人工智能技術可以對城市擴張、農村土地整治等方面進行科學預測和規(guī)劃，為城鄉(xiāng)融合發(fā)展提供支持。通過優(yōu)化城鄉(xiāng)用地結構，提高城鄉(xiāng)基礎設施和服務水平。（4）人工智能技術有助于提升土地利用規(guī)劃的公眾參與和政策執(zhí)行力。通過搭建智能化信息平臺，人工智能技術可以將土地利用規(guī)劃的相關信息和數據實時公開，便于公眾監(jiān)督和參與，提高政策執(zhí)行力度。

3.2"人工智能技術在土地利用規(guī)劃上的短板

3.2.1"數據問題

要建立人工智能協(xié)調土地利用規(guī)劃機制，首先要建立數據智能采集庫。（1）數據的實時性。地理信息數據采集工作是每分每秒都在進行中的，意味著地理信息是一直在變化和更新的。然而很多地區(qū)的數據更新周期較長，現有的人工智能技術不能完全適應快速變化的環(huán)境，規(guī)劃師難以制定合理的規(guī)劃方案，導致了土地利用規(guī)劃的滯后性。（2）數據的差異性。我國土地空間遼闊，不同地區(qū)的土地利用特點、應用模式和規(guī)劃建設機制不同，導致了各地區(qū)采集的數據存在著較大差異性，而當前人工智能模式單一、建模相對簡單，難以滿足各地區(qū)的特殊需求。（3）數據的準確性和完整性。土地利用規(guī)劃涉及大量的地理、環(huán)境、社會和經濟數據，這些數據的準確性和完整性對人工智能模型的結果有著巨大影響，然而傳統(tǒng)的土地利用、空間規(guī)劃大多數采用條塊式的管理方式，導致采集的信息標準不統(tǒng)一、數據交叉、重復建設，使得人工智能模型預測不準確。與此同時，目前人工智能的研究大部分屬于深度研究，而深度研究的不足在于需要大量人為干預，導致了人工智能運用于土地規(guī)劃上存在著很大的局限性。

3.2.2"人工智能技術自身存在的問題

自2019年11月，自然資源部正式發(fā)布了自然資源部信息化建設方案，明確提出構建以數字化、網絡化和智能化為支撐的國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施。中國一直在致力推動人工智能與土地空間規(guī)劃結合，但由于人工智能技術在我國起步較晚，其理論創(chuàng)新尚處于“跟跑”階段，即使已經投入到了土地利用規(guī)劃中并且取得了顯著成果，但仍然存在著很多技術難題。

（1）深度學習不成熟。人工智能的計算最主要的一部分就是深度學習，而深度學習需要大量的數據和豐富的知識儲備支持，深度學習的模式非常單一，界限非常清晰。比如給人工智能設置的程序是分析該地區(qū)的土地信息，那么跳出了這個地區(qū)，人工智能就無法進行分析和處理。（2）安全和隱私問題。人工智能研究需要用到大量的數據，這些數據一旦泄露被算法攻擊，可能會對我國土地資源規(guī)劃利用造成不可逆的后果。人工智能的識別率雖然在某一個標準上會超過人類，但是卻不穩(wěn)定。比如給定一張平原的圖片，人工智能在識別系統(tǒng)中識別到的是該平原的地理信息，當我們給這張圖片添加一些噪音，在人類的眼里，這依然是一張平原的圖片，而在人工智能的數據分析庫中，這可能就是一張高原的圖片。這使得人工智能存在著很大的弊端，當這一弊端被不法分子利用來欺騙人工智能，可能導致人工智能的決策系統(tǒng)崩潰。（3）黑盒子問題。在指定的程序和特定的環(huán)境下人工智能的識別率可高達99.9%，但其識別的依據和決策的過程難以解釋，對于像土地規(guī)劃這些數據和決策結果需要公開透明共享的工作是一項巨大的挑戰(zhàn)，這就是人們常說的黑盒子問題。

3.2.3"技術普及和人才培養(yǎng)問題

我國人工智能教育起步較晚，人工智能教育培養(yǎng)鏈條僅僅是剛剛形成，人才隊伍素質普遍偏低，人工智能人才緊缺成為制約我國人工智能技術在土地規(guī)劃利用進一步發(fā)展的瓶頸。從人才數量分析，我國人工智能人才僅18232人，比美國少了56.5%，人工智能領域杰出人才數僅977人，占比為5.4%，不足美國的五分之一；從人才從業(yè)時間分析，我國AI領域高層次人才從業(yè)時間短，處于AI行業(yè)年齡“黃金段”的人才只占到了3.7%，而美國資深AI人才占到了16.7%。人才的缺失導致土地規(guī)劃工作中很多人工智能領域的應用無法順利開展實施，影響了整個土地規(guī)劃工作的進程。

此外，我國面臨著各地區(qū)AI技術發(fā)展不平衡的現實困局。目前我國將30多個省份的AI發(fā)展技術水平分為了三個梯隊：第一梯隊是北京、上海、廣東這些科技發(fā)展水平高于0.2141的省份；第二梯隊是天津、福建、重慶這些科技發(fā)展水平處于0.0635～0.2141的省份；第三梯隊則是黑龍江、山西、吉林這些低于0.0635的省份。可以看出，不同地區(qū)之間的科技發(fā)展水平存在著很大的差距，導致區(qū)域間的土地規(guī)劃共建系統(tǒng)難以推進。

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