多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

薛 霄

（東正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司,山東 煙臺 264270）

0.引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷深入發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)中規(guī)劃種類多、規(guī)劃內(nèi)容重疊和沖突以及協(xié)調(diào)難度大等問題日益凸顯。為有效解決這些問題，相關(guān)部委出臺了一系列文件，推動各地開展“多規(guī)合一”工作[1]。在工作開展初期，存在無法統(tǒng)計出不同規(guī)劃間差異大小、手工檢查規(guī)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(shù)據(jù)處理工作量大等問題[2]。因此，基于“多規(guī)合一”信息平臺，開發(fā)一套多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)迫在眉睫。本文在對實際工作需求調(diào)研后，利用GIS、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù)，沿著“找差異—量化差異—解決差異—促協(xié)同”的思路，探討了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)運行流程，在統(tǒng)一的多規(guī)坐標系下，構(gòu)建了多規(guī)信息數(shù)據(jù)庫，開發(fā)多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”），進行了多規(guī)數(shù)據(jù)整合、差異圖斑調(diào)整以及沖突規(guī)則制定，實現(xiàn)了多規(guī)沖突量化處理，消除多規(guī)空間差異，大大提高了多規(guī)沖突處理的工作效率，為優(yōu)化城鄉(xiāng)建設(shè)用地空間布局、推動部門間多規(guī)信息共享、項目落地提供參考。

1.需求分析

1.1 業(yè)務(wù)需求

系統(tǒng)以GIS平臺以依托，通過標準定制和規(guī)則配置，快速檢測規(guī)劃管控區(qū)間的規(guī)劃沖突，并對沖突部分進行矛盾協(xié)調(diào)和過程管理，從而實現(xiàn)多規(guī)沖突協(xié)調(diào)智能化。其涉及的業(yè)務(wù)需求包括以下4點：（1）多規(guī)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源的收集、處理和入庫；（2）多規(guī)沖突檢測規(guī)則、協(xié)同規(guī)則以及管理機制的制定；（3）管控區(qū)多個規(guī)劃間的沖突檢測；（4）建立通用的多規(guī)規(guī)則模板，實現(xiàn)矛盾協(xié)調(diào)，從而提高工作效率。

1.2 功能需求

系統(tǒng)面向多規(guī)沖突協(xié)調(diào)人員，提供以各類規(guī)劃沖突檢測為核心的技術(shù)支撐，集多規(guī)信息的統(tǒng)一匯集、沖突融合為一體。針對各個規(guī)劃成果之間存在的矛盾，用戶可通過本系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)質(zhì)檢、沖突檢測、沖突協(xié)調(diào)以及協(xié)調(diào)模擬推演，能夠有力輔助規(guī)劃編制，解決多規(guī)在發(fā)展目標及空間規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)與分區(qū)邊界、管控要求與開發(fā)時序等方面的沖突矛盾，為城鄉(xiāng)統(tǒng)籌治理提供權(quán)威的“一本規(guī)劃”，最終形成多規(guī)協(xié)調(diào)成果一張圖[3]。

1.3 非功能需求

系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性，由于多規(guī)沖突處理和協(xié)調(diào)涉及的數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)種類多，因此，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性是非功能需求首要考慮條件，具體指標為系統(tǒng)有效工作時間大于99.9%[4]；（2）系統(tǒng)的可靠性，能容忍非法輸入數(shù)據(jù)、相關(guān)軟件或硬件組成部分的缺陷或發(fā)生異常的情況，能繼續(xù)保持正常運行。

2.總體設(shè)計

2.1 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程設(shè)計

為確?？焖?、準確地消除多規(guī)空間差異，實現(xiàn)多規(guī)數(shù)據(jù)的無縫銜接和關(guān)聯(lián)應(yīng)用，本文系統(tǒng)梳理了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)的流程，其處理協(xié)調(diào)流程設(shè)計示意圖（如圖1所示）。主要包括五個階段：前期準備階段、數(shù)據(jù)整合處理建庫階段、多規(guī)沖突檢測規(guī)則制定階段以及多規(guī)沖突檢測階段。

圖1 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程設(shè)計示意圖

前期準備階段，實現(xiàn)對規(guī)劃專題資料、數(shù)據(jù)以及“多規(guī)合一”相關(guān)技術(shù)資料的收集，并對資料進行匯總與整理。

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行整合和標準化處理，如，格式統(tǒng)一、坐標參考統(tǒng)一、數(shù)據(jù)屬性完善等；（2）構(gòu)建多規(guī)信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、建設(shè)工程項目數(shù)據(jù)以及項目實施數(shù)據(jù)等入庫。

多規(guī)沖突檢測規(guī)則制定階段，根據(jù)規(guī)劃編制的要求，制定多規(guī)沖突檢測的相關(guān)規(guī)則，主要包括圖形拓撲檢查、數(shù)據(jù)非法檢查、屬性結(jié)果檢查、數(shù)據(jù)完整性檢查、字段長度檢查等。

多規(guī)沖突檢測階段，根據(jù)多規(guī)沖突檢測規(guī)則，通過系統(tǒng)進行快速檢測，一方面，形成多規(guī)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(tǒng)自動處理；（2）對有較大沖突的差異圖斑，通過多規(guī)沖突協(xié)調(diào)人員進行沖突圖斑處理。

2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)基于.Net平臺開發(fā)的C/S模式，采用多層次結(jié)構(gòu)進行平臺架構(gòu)設(shè)計，包括數(shù)據(jù)層、接口層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及用戶層。系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖（如圖2所示）：

圖2 系統(tǒng)框架設(shè)計示意圖

數(shù)據(jù)層是對海量的結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)、視頻以及文檔等數(shù)據(jù)進行收集、處理和入庫，從而形成規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫，包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、建設(shè)項目數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及多媒體數(shù)據(jù)等[5]；接口層是通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)訪問、基于Hadoop分布式技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫訪問，為服務(wù)層和應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)；服務(wù)層是將系統(tǒng)常用的功能，以服務(wù)的方式進行封裝，提供調(diào)用，包括疊加分析、緩沖區(qū)分析、融合度分析、重疊區(qū)域提取、圖斑切分以及圖斑合并等；應(yīng)用層是系統(tǒng)地展示和提供工具的窗口，包括建設(shè)項目任務(wù)比對、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、沖突檢測、沖突協(xié)調(diào)以及協(xié)調(diào)模擬推演等；用戶層是系統(tǒng)的主要使用人員，包括各政府部門的管理人員、沖突協(xié)調(diào)人員以及系統(tǒng)運維人員等。

3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)標準建設(shè)

統(tǒng)籌各類相關(guān)規(guī)劃成果、基礎(chǔ)地理信息成果等，建立規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫，制定數(shù)據(jù)整理、入庫、建庫、更新、保密的標準規(guī)范，明確數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和要素分類、空間要素住宅、空間要素屬性結(jié)構(gòu)、屬性值域表及質(zhì)量控制及處理等內(nèi)容[6]。規(guī)劃信息數(shù)據(jù)標準規(guī)范建設(shè)示意表（如表1所示）：

表1 規(guī)劃信息數(shù)據(jù)標準規(guī)范建設(shè)示意表

3.2 建設(shè)內(nèi)容

規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫包括四大核心庫：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫以及多媒體數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)以及城市三維數(shù)據(jù)等；規(guī)劃數(shù)據(jù)庫包括發(fā)展規(guī)劃、法定規(guī)劃、專項規(guī)劃以及詳細規(guī)劃等；建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫包括出讓建設(shè)用地、劃撥建設(shè)用地、工業(yè)建設(shè)用地以及一般經(jīng)營性建設(shè)用地等；多媒體數(shù)據(jù)庫包括視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、照片數(shù)據(jù)以及文本數(shù)據(jù)等。規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容（如圖3所示）：

圖3 規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容示意圖

4.系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)標準質(zhì)檢

對于新建的規(guī)劃比對任務(wù)，需要針對要比對的規(guī)劃進行標準化質(zhì)檢，以保證規(guī)劃成果滿足該類規(guī)劃的數(shù)據(jù)標準要求，如果不滿足標準要求，則無法進行規(guī)劃沖突比對。

4.2 多規(guī)沖突檢測

系統(tǒng)根據(jù)配置的沖突檢測規(guī)則對各類規(guī)劃數(shù)據(jù)進行沖突檢測，形成最終沖突圖斑和沖突報告，為多規(guī)協(xié)調(diào)人員提供快速檢測沖突和定位沖突的依據(jù)，為后續(xù)協(xié)調(diào)工作框定范圍和目標。主要包括各類規(guī)劃沖突比對、檢測關(guān)聯(lián)查詢、生成沖突檢測報告以及沖突檢測結(jié)果管理。各類規(guī)劃沖突比對是選擇需要進行檢測的類型、沖突檢測區(qū)域和相應(yīng)規(guī)則，由系統(tǒng)進行自動檢測，最終形成沖突圖斑；檢測關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)原有規(guī)劃相關(guān)圖斑信息；生成沖突檢測報告是對沖突比對的結(jié)果進行分析，生成最終沖突檢測報告。沖突檢測結(jié)果管理可以直接在系統(tǒng)中加載并展示，點擊比對結(jié)果中存在差異的圖斑，可以了解該圖斑的規(guī)劃差異情況，例如是土地利用總體規(guī)劃超出城市總體規(guī)劃，還是控制性詳細規(guī)劃超出城市總體規(guī)劃。對于差異圖斑，可以根據(jù)相應(yīng)的協(xié)調(diào)規(guī)則進行調(diào)入調(diào)出處理，并將處理的結(jié)果進行保存記錄。多規(guī)沖突檢測報告示意圖（如圖4所示）：

圖4 多規(guī)沖突檢測報告示意圖

4.3 多規(guī)沖突協(xié)調(diào)

多規(guī)沖突協(xié)調(diào)是針對檢測出的沖突圖斑的多規(guī)協(xié)調(diào)工作進行輔助和管理，針對需要進行協(xié)調(diào)的地塊，通過直觀、便捷的表現(xiàn)形式展示地塊沖突情況、原規(guī)劃情況，分級分類進行協(xié)調(diào)工作，從而滿足協(xié)調(diào)管理要求，提高協(xié)調(diào)工作效率。

4.4 協(xié)調(diào)規(guī)則模擬推演

多規(guī)沖突協(xié)調(diào)的核心就是制定協(xié)調(diào)處理的規(guī)則，這些規(guī)則根據(jù)數(shù)據(jù)、規(guī)劃以及政策要素的不同有所差異，為此，系統(tǒng)中需要協(xié)調(diào)模擬推演功能，即在前端用戶可自行選擇規(guī)則，系統(tǒng)自動計算出協(xié)調(diào)后的臺賬及空間分布情況，以輔助領(lǐng)導(dǎo)、專家等進行規(guī)則制定。

4.5 規(guī)劃數(shù)據(jù)標準配置

數(shù)據(jù)標準配置主要是針對規(guī)劃沖突比對所涉及的規(guī)劃成果及其相應(yīng)的用地分類等進行映射配置，以便于不同類型的規(guī)劃能夠基于統(tǒng)一的標準進行沖突比對。具體包括規(guī)劃用地分類表的規(guī)整、不同用地分類表的映射等。

4.6 多規(guī)沖突規(guī)則配置

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

圖5 多規(guī)沖突規(guī)則配置示意圖

5.關(guān)鍵技術(shù)

5.1 基于空間分析的多規(guī)差異圖斑融合技術(shù)

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

圖6 多規(guī)沖突差異圖斑融合示意圖

5.2 基于Hadoop的規(guī)劃信息數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)

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(huán)境。本文基于Hadoop分布式開源框架，實現(xiàn)不同部門間各類多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成管理，并應(yīng)用HBase分布式存儲數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲[8]，即用HBase存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用HDFS存儲視頻、照片和文本等非機構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)規(guī)劃信息數(shù)據(jù)的共享和交換。

6.結(jié)束語

本文針對“多規(guī)合一”信息化工作中多規(guī)沖突協(xié)調(diào)方面的需求，結(jié)合GIS技術(shù)，探討了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)流程，開發(fā)了多規(guī)沖突協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)，輔助規(guī)劃人員進行多規(guī)沖突檢測和協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)投入使用之后，產(chǎn)生的成效如下：（1）是快速查找和統(tǒng)計出各規(guī)劃間的差異，多規(guī)沖突處理時間縮短95%，為領(lǐng)導(dǎo)輔助決策提供依據(jù)；（2）是系統(tǒng)具有較強的質(zhì)檢功能，有效避免了人為檢查出錯的可能，大大提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量；（3）是縮短了整個“多規(guī)合一”項目實施的周期，節(jié)約了大量的人力、物力和財力，間接創(chuàng)造經(jīng)濟效益。