智慧城市規劃云平臺的設計與實現

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(1. 深圳市數字城市工程研究中心，廣東 深圳 518034; 2. 國土資源部城市土地資源監測與仿真重點實驗室，廣東 深圳 518034)

隨著建設用地無序開發、人口過度集聚、交通擁堵、生態環境惡化等“城市病”問題的日益嚴重，傳統城鎮化模式難以為繼，因此國家提出新型城鎮化戰略[1]。在新型城鎮化背景下，我國的城鄉規劃正在面臨從“藍圖規劃”向“過程規劃”，從“增量規劃”向“存量規劃”，從“各自為政”向“多規合一”的轉變[2]，這些轉變迫切需要借助信息化的手段來實現[3]。隨著云計算、大數據、互聯網等新一代信息技術的迅猛發展，數據獲取、處理、計算、存儲、共享能力極大提升[4]，為規劃信息化建設提供了強大的技術支撐。

規劃信息化在我國發展很快，目前主要集中在規劃大數據建設、電子政務、一張圖、多規合一平臺建設等方面，未來“協同化、在線化、智慧化”將是規劃信息化建設的重點[5-6]。為此，構建一套新型的規劃信息基礎設施——智慧城市規劃云平臺是未來規劃信息化建設的重要內容。智慧城市規劃云平臺是以促進離線規劃向在線規劃轉變為目的，充分利用網絡通信技術、云計算、地理信息技術等，以地理信息系統(GIS)技術為基礎，高度融入即時消息通信機制，收集整合現有城市規劃大數據，提供面向規劃全生命周期的一體化、高時效的新型數據服務，構建面向信息共享、在線分析、多方協同的服務體系，提高信息資源的共享能力，實現規劃全生命周期的在線協同，為推進“多規合一”與智慧城市建設提供技術支撐[7-9]。

1 總體架構設計

智慧城市規劃云平臺在MVC框架下采用基于面向服務的軟件架構(service-oriented architecture，SOA)的B/S結構搭建[10-11]，用Java語言和Eclipse環境，集成WebGIS技術、數據庫技術、消息通信技術等進行開發。平臺共分為6個核心層次和2個支撐體系，即以基礎設施層、數據層、平臺層、接口層、認證層、用戶層為基礎，結合標準規范體系和安全保障體系組成智慧城市規劃云平臺的總體架構(如圖1所示)。

1.1 基礎設施層

基礎設施層為平臺的正常運行提供硬件支撐，包括各類服務器(應用服務器、通信服務器、數據庫服務器)、存儲設備、網絡設備等。

1.2 數據層

數據層為整個平臺的運轉提供數據支撐。城鄉規劃所需的數據類型眾多，且往往來源于不同部門，因此平臺僅存儲自身產生的數據資源及數據產品、用戶上傳與公開的數據資源等。而對于其他部門產生的各專題數據，平臺通過調用接口的方式供用戶使用。

1.3 應用平臺層

應用平臺層包含數據轉換引擎、消息隊列引擎、地理處理引擎、空間要素引擎等，為接口層提供了強大的后臺實現支撐。

1.4 接口層

接口層實現規劃云平臺的基礎服務功能，對外共享和發布。主要包括幾何服務、GeoProcessing服務、消息通信服務、數據轉換服務、版本管理服務等。

其中消息通信服務能夠在線為規劃師提供各類信息資源，保證規劃成果體系之間的協同，促進規劃動態信息的即時傳播和互動分享，最終實現規劃數據、規劃成果、規劃團隊之間的協同。

1.5 認證層

認證層是智慧城市規劃云平臺的集成接口。利用PKI、PMI、CA證書等成熟安全技術，通過身份標識、授權控制，實現單點登錄。認證層的設計對于平臺系統及其信息資源的安全保障非常重要，保證只有授權用戶才可以訪問和使用平臺所提供的相關資源。

1.6 用戶層

用戶層是用戶可以見到和交互操作的應用系統。用戶通過使用應用系統完成云平臺所提供的各類服務。根據智慧城市規劃云平臺用戶的特點及應用需求，通過在用戶層建立不同的應用展示系統，為用戶使用平臺提供各類空間數據及服務提供途徑，將提高平臺的實用性與便捷性。

2 業務流程設計

結合規劃編制工作的特點，設計了智慧城市規劃云平臺的業務流程(如圖2所示)，具體流程如下：

(1) 項目創建。項目負責人通過創建項目輸入項目名稱、項目類型、規劃范圍、項目簡介等信息確立項目在平臺的工作環境，并邀請項目組成員進入該項目。

(2) 在線數據收集。用戶創建項目后，平臺將依據規劃范圍、規劃類型等信息自動推送項目所需的基礎數據及規劃要點，同時用戶也可從公有資源及其他項目組分享的信息中獲取多尺度、多類型、多時態的基礎測量數據、遙感影像數據、規劃調查數據、規劃成果數據、規劃審批數據、人口統計數據以及經濟、環保、生態、旅游、教育等專題數據，以減少規劃編制基礎調研及上位規劃分析的工作量。

(3) 在線規劃分析。獲取數據后，用戶可在平臺上開展基本的空間分析、數理統計及要點計算等以輔助規劃決策。

(4) 在線成果提交。用戶可上傳規劃成果(包括Word、Excel、PPT等文本以及CAD、JPG等圖則)至平臺，平臺一方面對成果進行原樣存儲之外，另一方面將對DWG文件進行數據質檢并按照標準規范轉換成SHP文件。其中數據質檢是數據轉換及后續開展方案審查的基礎。

(5) 規劃方案審查。規劃成果轉換成功后，平臺將對該方案開展沖突檢測及合規審查。合規審查主要分析規劃方案是否符合規劃標準、技術規范的要求，沖突檢測主要審查規劃方案是否符合上位規劃及相關規劃的要求。

(6) 規劃成果提交。規劃成果提交依據審批階段不同，可分為一審提交、二審提交、三審提交及最終成果提交。一審、二審、三審提交為三次審查階段用戶提交的規劃成果方案，最終成果提交為通過三審并公示之后的最終成果，規劃成果提交時不僅會進行規劃方案審查同時滿足要求的規劃方案將會進入公有資源庫。規劃成果提交的階段不同其公開性不同，最終成果將對平臺所有用戶公開。

3 功能模塊設計與實現

智慧城市規劃云將為用戶提供基本管理、消息通信、基本GIS、在線數據處理和在線規劃要點5大功能。這5大功能又由多個小功能組合而成，具體功能模塊劃分如圖3所示。

3.1 基本管理功能

基本管理功能主要實現賬戶管理、項目管理、文件管理、成員管理、權限管理等功能，從而為用戶搭建好開展項目的基礎環境。由于平臺中每個賬戶可以涉及多個不同類型的項目，每個項目擁有不同的項目成員，每個項目成員對項目文件擁有的權限不同，因此該功能主要采用RBAC(role-based access control，基于角色的訪問控制)來設計并實現。基于角色的訪問控制中，用戶的授權是通過授予用戶角色來實現的，一個用戶可以承擔不同的角色，不同的角色相對應擁有不同的權限，因此具備較強的靈活性和可操作性[12-13]。

3.2 消息通信功能

消息通信功能主要包括項目內共享、項目外分享、版本控制及系統通知功能。該功能通過將社交功能引入平臺中，實現規劃編制各個環節動態信息(包括數據、指標、方案等)的即時傳播和互動分享，從而加強規劃團隊內部與團隊之間的協作。消息通信功能主要基于Rabbit MQ+Web STOMP來實現。

3.3 基本GIS功能

基本GIS功能包括GIS文件的基本操作、地圖加載顯示、地圖基本操作及規劃創意表達功能。該功能主要通過網絡向用戶提供GIS的Web服務，如地圖顯示、縮放、查詢、規劃創意表達等。規劃創意表達可實現規劃的協同表達，即多個用戶可同時在一幅地圖上繪制圖形、標注文字等。基本GIS功能主要通過Arcgis API JS調用來實現。

3.4 在線數據處理功能

在線數據處理功能包括在線數據收集、在線數據統計、在線專題展示、在線成果提交、在線成果入庫功能。數據是開展城市規劃工作的基礎，近年來，城市規劃不斷向精細化和縱深化發展，其所需的數據具備時間和空間屬性，類型多且存儲分散[14-15]。該功能通過完善、整合現有的多層次、多尺度、多類型的城市多源異構規劃大數據，為用戶提供面向規劃全生命周期的、一體化的、高時效的新型規劃數據服務，不僅能夠大幅度縮減收集和整理資料的時間，而且為規劃決策分析提供了豐富的數據基礎。平臺主要通過調用GP服務來實現在線數據收集，利用PivoTable的JS開源庫來實現數據統計分析，發布要素地圖服務來實現地圖的專題展示等。

3.5 在線規劃要點功能

在線規劃要點功能是平臺的核心功能，包括在線要點計算、在線要點提示及在線沖突檢測功能。規劃方案編制的依據主要有兩個：一是標準規范，如基于城市規劃標準與準則來配置公共配套設施；二是上位規劃，如城市更新單元規劃需要依據法定圖則的要求進行編制。在線規劃要點功能通過將上述要求主動推送給用戶，并基于上述規則檢查規劃方案來輔助規劃編制。該功能主要通過調用GP服務來實現。

在線要點計算功能依據標準規范的計算要求構建模型，可實現建筑體量、公共設施配置等規劃要點的自動計算，其計算方式包括直接計算和調用GP服務計算方式兩種。

在線要點提示功能根據規劃體系內在的規劃約束關系，自動找出現有各級法定規劃以及規劃標準規范對當前在編規劃提出規劃要求(即規劃要點)，并以圖形、文字、表格等方式推送給用戶。

在線沖突檢測功能根據沖突檢測規則自動識別用戶提交的目標規劃及對比規劃(系統可自動識別)在用地布局、建設規模、軌道交通、公共服務、市政設施等方面的一致性和差異性，為沖突協調和規劃決策提供依據。

4 結 語

基于規劃信息化建設的協同、在線、智慧的需求，智慧城市規劃云平臺是未來規劃信息化建設的重要內容。智慧城市規劃云平臺建設的核心理念是構建多元化的信息流通渠道，提供一個實用的、在線的、協同的、智慧的規劃生產環境，促進規劃生產模式從“離線模式”向“在線模式”的轉變。平臺在MVC框架下采用基于SOA的B/S結構搭建，以地理信息技術為基礎，充分利用網絡通信技術、云計算、WebGIS技術等，深度整合各類數據資源為用戶提供多層次的、多尺度的、多類型的城市規劃大數據，融入即時消息通信機制為用戶提供便捷的信息資源流通渠道，提供基本GIS分析功能、在線數據處理功能、在線規劃要點功能來實現規劃編制的在線化。未來，平臺應當從規劃編制、管理、實施與評估的全生命周期出發，與現有已開發完成的系統或平臺進行充分對接，實現規劃全生命周期的協同，同時應當進一步擴充和優化平臺的功能，使之更加符合未來規劃信息化發展趨勢。