數據賦能下的智慧國土空間規劃實踐
——以廣州為例

鄧毛穎，鄧策方

（1.廣州市規劃和自然資源局，廣州 510030；2.新加坡國立大學 設計與工程學院，新加坡 119077）

2000 年以來，Internet 互聯網技術使信息處理以極快速度在全球范圍內發展，尤其是互聯網用戶（特別是手機互聯網用戶）的增加及各類基于位置服務的應用程序快速普及，使得智慧城市/社會建設呈現指數般的成長（鄧毛穎，2015；王波 等，2015）。2010 年，IBM 正式提出了“智慧的城市”愿景。智慧城市是指通過無所不在的傳感網將其與現實城市關聯起來，將海量數據存儲、計算、分析和決策交由云計算平臺處理，并按照分析決策結果對各種設施進行自動化的控制（Li et al., 2013）。中國智慧城市建設目標是要推進城市向低碳、綠色、和諧和可持續發展的方向發展，并逐步從探索、設計邁入建設階段（李德仁，2014）。大數據時代為智慧城市建設和可持續發展提供了革命性機遇，一方面增強了智慧城市研究分析和解決問題的能力，另一方面為智慧城市規劃提供了新的思維和理念（甄峰 等，2014）。

2019年，國家發布建立國土空間規劃體系的一系列政策，指出要建立“多規合一”體系。這些政策的出臺，標志著國土空間規劃體系構建工作正式開展。“多規合一”的國土空間規劃體系改革，為城鄉規劃研究和實踐帶來新挑戰（莊少勤 等，2020）。政策中提到的國土空間規劃在智慧化方面要達到可感知、能學習、善治理及自適應特征，近年來迅速成為研究熱點與實踐突破口（甄峰 等，2019），帶有時間和地理空間信息的“大數據”為城市研究與規劃方法創新帶來新機遇（甄峰 等，2015）。城市時空大數據為當前國土空間規劃體系的改革提供新環境，也提出新要求（甄峰 等，2019）。整體上，在國土空間規劃與治理過程中，愈加重視數據支持下的智能感知、分析、評估與決策全過程（孔宇 等，2019）。在此背景下，城市時空大數據通過支撐空間規劃多個主要環節，“賦能”智慧國土空間規劃實踐（秦蕭 等，2019）。實際上，國內外學者及規劃師團體都很關注城市時空大數據在空間規劃中的應用，圍繞描述城市空間特征、基礎設施規劃、城市服務圈層結構、城市與鄉村融合發展邊界、城市內部建設用地利用變化等議題開展了探討（Becker et al., 2011；柴彥威 等，2014；鈕心毅 等，2014；王波 等，2015；鐘煒菁 等，2017；Shafizadeh et al., 2017）。但總體上，較少學者結合具體實踐案例，系統性地探究不同類型城市時空大數據在國土空間規劃中的整體應用。同時，早期研究也指出，大數據雖然數量大但內容深度往往不足，并提出在城市研究與規劃應用中可采用小數據與大數據結合的方法路徑（甄峰 等，2015）。

基于此，本文將不同來源的城市時空小數據與大數據定義為多源城市時空數據，并試圖探究其如何“賦能”智慧國土空間規劃實踐。具體地，本文試圖構建一個總體框架，將國土空間規劃智慧化與時空數據應用相聯系；其次，結合廣州探索國土空間規劃智慧化的成果積累，系統闡述多源城市時空數據從規劃編制到監督實施各個環節中的應用；最后，總結與討論多源城市時空數據應用的挑戰與優化建議，以期有助于從技術方法上推進智慧國土空間規劃建設探索。

1 智慧國土空間規劃與數據應用總體框架

從概念上看，國土空間是一種場所和環境，描述其功能本質上是闡述人地關系，即在系統上一定時空范圍內的主體、環境、活動等要素呈現的靜態及動態耦合關系。為應對信息時代下國土空間管理面臨的新形勢，原國土資源部于2012年全國國土資源信息化工作會議中提出了“智慧國土”的建設目標，“智慧國土”工程通過融合前沿信息技術，構建集成化的土地管理系統，以常態化調查監測、信息資源深度挖掘等方面為建設目標，推動國土資源管理決策科學化（國土資源部，2012）。國土空間規劃是土地資源管理的重要內容，當前，國土空間規劃體系改革的根本邏輯是基于新時代下的人地關系需求來優化國土空間（莊少勤，2019）。本文將智慧國土空間規劃視為一種新型規劃方法，該規劃方法遵循“生態優先、以人為本”的基本原則，通過將新一代信息技術綜合運用于規劃編制、審批和實施監督等環節，推動國土空間實現集約高效、功能銜接、人地和諧。首先，“生態文明”在國土空間規劃中具有基礎地位。黨的十八大以來，在“人與自然和諧共生”“綠水青山就是金山銀山”“良好生態環境是最普惠的民生福祉”及“建成美麗中國”等理念的指導下，啟動與推進了生態文明體制改革（陳明星 等，2019）。《中共中央、國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》（中共中央，國務院，2019）（以下簡稱《意見》）整合上述理念，強調既要保持生態發展，又要優化國土空間開發保護格局。因此，新時期國土空間規劃要求對國土空間各類資源要素進行優化感知、分析、評估與決策。具體地，首先開展“雙評價”工作，對國土空間的資源環境承載能力和開發適宜性進行分析，再對功能性空間進行統籌布局，對三條控制線（城鎮開發邊界、永久基本農田與生態保護紅線）進行管控，進而對資源開發格局進行合理管理，并進行實時監測、預警調整與決策。

其次，“以人為本”在國土空間規劃中具有核心地位。黨的十九大報告指出，現階段社會主要矛盾是人民對日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發展之間的矛盾。“人民城市人民建、人民城市為人民”的發展理念繼續強調“以人為本”的城市發展思想（鄧毛穎，2020）。同時，《意見》也提出堅持以人民為中心、實現高質量發展和高品質生活。國土空間規劃的編制、審批和實施監督各項環節，都需要對國土空間上的多元化人群各類活動時空信息進行感知、分析、評估與決策。具體地，在對多元化人群活動時空規律以及空間品質等評價的基礎上，統籌規劃建設宜業、宜居、宜樂、宜游的自然環境與建成環境，依據規劃目標優化城市空間布局、城市功能及提升城市品質，進而促進經濟、社會、文化、生態等領域高質量發展，并進行實時監測、預警調整與決策。

多源城市時空數據為國土空間上各類資源要素與人群活動時空信息感知、分析、評估與決策的智能化過程“賦能”（圖1）。值得注意的是，支撐智慧國土空間規劃的數據集包括小數據與大數據，并且來自不同數據源。其中，城市時空小數據指數據量較小、更新周期較長的數據，能精準表達法定規劃管控要素，可反映一定時期內國土空間保護和利用總體狀況，包括國家基礎地理信息數據、采集數據集、國民經濟和社會發展統計數據、全國國土調查成果數據、國土空間規劃成果數據等；城市時空大數據指數據量大、實時采集和更新的數據，提供國土空間要素的實時動態感知信息，包括衛星或飛機傳感影像數據、海量手機信令數據、互聯網數據、興趣點點類數據、不同區域不同時期的街景照片數據等（李滿春 等，2020）。在多源城市時空數據“賦能”智慧國土空間規劃編制、審批和實施監督過程中，需要充分挖掘不同來源的城市時空小數據和大數據價值，使兩者相互補充、相互驗證，消除不同部門和組織間的數據鴻溝，促進行業與業務知識共享及協同創新，從而實現“四智目標（感知、分析、評估、決策）”。

圖1 智慧國土空間規劃與數據集總體框架Fig.1 General framework of smart territorial spatial planning and data sets

2 數據賦能下的廣州國土空間規劃實踐

相比中小城市，超大城市的知識、技術、人才、資金等的時空交換與流動更加頻繁，城市生產與居民活動范圍更大、類型更復雜，通過空間規劃協調城市發展、居民生活、生態保護等多元目標的難度更大，因此需要多源城市時空數據為國土空間上各類資源要素與人群活動時空信息感知、分析、評估與決策的過程“賦能”。基于上述總體框架，分別從可持續發展、高質量發展、高品質生活、高水平治理4個維度，探究多源城市時空數據如何應用于“生態優先、以人為本”理念下的廣州國土空間規劃實踐。

2.1 面向可持續發展，支撐構建美麗國土空間

“三區三線”的界定是國土空間規劃的核心內容（魏旭紅 等，2019）。其中，國土資源承載力評價是依據自然資源屬性（如土地、水、環境、生態、災害、氣候等）所做的評估，主要基于全國國土調查成果數據、國家基礎地理信息數據、地面/地下的采集數據集等開展（圖2）。

圖2 國土空間“雙評價”中的多源城市時空數據應用框架Fig.2 The application of multi-source urban spatiotemporal data in the evaluation of resource carrying capacity and development suitability of territorial space

《廣州市國土空間總體規劃（2021—2035年）》編制過程中，針對珠三角地區工業化進程中的水和土壤資源污染突出問題和風險，特定補充開展農業水資源、土壤資源等地面/地下觀測調查，以綜合評定全市土地資源質量、農業水質狀況，結合氣象災害風險分析、植被覆蓋分析，為國土資源承載力評價和提升路徑分析提供支撐（圖3）。

國土空間開發適宜性評價與國土資源承載力評價相比，側重于從農業空間、生態空間、城鎮空間3 個維度進行評價。農業空間與生態空間考慮人類活動影響相對較小，而城鎮空間則需重點考慮人地關系。在《廣州市國土空間總體規劃（2021—2035年）》編制過程中，多源城市時空小數據與大數據在農業空間、生態空間與城鎮空間的管控與規劃中均發揮著重要作用（見圖2）。首先，應用國土調查、地面/地下觀測、空間規劃成果、遙感影像等數據，通過數據校正與疊加整合，形成連續的三類空間用地基礎圖斑時空數據底盤。其次，基于源-匯與棲息-遷徙等方法過程對流域與生物進行模擬，對生態功能區與生態網絡進行識別，篩選出適宜生態源地與生物遷移廊道，在此基礎上劃定生態保護紅線。再次，采用最小阻力距離模型有效分析得出用地圖斑集中的空間分布，進一步結合給排水、耕作便利度等工程條件與土壤質量，篩選出集中連片的、耕作能力好的用地基礎圖斑，最終劃定出永久基本農田集中區。為了更加合理劃分城鎮開發邊界，除了上述基于圖斑增長演變模擬建設用地增長的方法外，還需要從人類活動聯系與活動強度2個視角加強城鎮綜合優勢度分析。具體地，首先，利用互聯網應用平臺上的交通（航空、鐵路、高速公路）班次及客貨運量與手機信令數據，借助社會網絡等分析方法，評估廣州在國家尺度、都市圈尺度下與其他城市的區域聯系現狀及其主要腹地范圍，為確定城鎮在區域內的優勢空間發展方向提供科學依據。其次，利用企業第四次全國經濟普查、手機信令、興趣點POI、街景照片等數據，借助核密度、差異度等方法，測度和識別廣州市就業中心體系和公共服務中心體系，并評估不同類型就業崗位和公共服務設施的空間分布特征和中心發展情況，為確定城鎮在市域內的優勢空間發展片區提供科學依據。再次，通過數據清洗、空間統一化、標準化、歸一化處理，使得通信數據、互聯網數據、市、區、街鎮各層級的普查數據得以對接融合。最后，綜合考慮耕地和生態避讓的保護阻力因子，劃定優勢度更加綜合的城鎮開發邊界2 135.00 km2，永久基本農田398.72 km2，生態保護紅線面積1 421.73 km2。

2.2 面向高質量發展，支撐優化高效存量空間

廣州已進入以存量空間為主的發展階段，分布城中村、批發市場、村級工業園等大量存量空間，亟需在城市更新過程中將低效率、低成本、低品質空間轉化為高效率、低成本、高品質空間，從而促進城市高質量發展（鄧毛穎 等，2022）。在國家政策越來越強調遵循城市發展規律、尊重人民意愿的背景下，在存量空間相關專項規劃編制過程中，開展格網尺度的城市要素調查，建立“人口-土地-房屋-企業-設施”精準匹配的基礎地理數據庫，將城市時空小數據與大數據結合，開展綜合分析以助力因地制宜、分類施策的存量空間優化方案。圖4展示城市時空小數據與大數據在支撐城中村、批發市場、村級工業園規劃中的具體應用。

圖4 存量空間優化中的多源城市時空數據應用框架Fig.4 The application of multi-source urban spatiotemporal data in the optimization of inventory space

對城中村應采取謹慎治理、拆留并舉的措施，重點從生態和建成環境2個方面提升空間品質。以廣州典型城中村代表大源村為例，從物質空間上看，村民房屋在水平和垂直立面上均已呈現高密度的混合業態特征（圖5）。已有研究發現，高密度的混合業態模式為城中村的產業發展提供低成本空間優勢，是保障城中村經濟高效率的重要因素。因此，對城中村的更新規劃應避免大拆大建，力求在保持低成本空間優勢的同時，重點提升空間品質（鄧毛穎 等，2021）。首先，通過社會經濟統計與基礎地理等數據清查違法建筑、識別低效率和低品質空間，盤活存量土地。其次，借助多源城市時空數據，從藍綠空間與公共空間2個重點方向開發存量空間。具體地，通過對遙感影像數據與地面/地下觀測數據的反演模型，經過圖像拼接校正、陰影避讓、耀斑與水華識別、水體提取等，識別大源村河涌水質污染程度及分布情況。同時，利用微信熱力圖、微博簽到等互聯網應用、手機信令等數據挖掘居民活動時空間規律，并與大源村現有公共空間和藍綠空間分布進行疊置分析，最終形成涵蓋河涌、公園、廣場的152 hm2公共空間新增計劃，實現對城中村空間的修補式更新。

對批發市場，重點從批發市場與城市功能的關聯、批發市場與人流、物流、交通流的協調組織2個方面提升空間效率、并促進有序治理。首先，通過社會經濟統計與基礎地理數據，匯集全市各批發市場的商戶數量、主營商品、交易額等信息，持續評估和監測經濟效益。其次，通過企業第四次全國經濟普查、貨拉拉互聯網應用等數據，建立全市批發市場與其所在地區用地、產業和交通聯系數據庫，為開展批發市場疏解的效益測算、城市與交通影響提供分析支撐，為分類推動批發市場的轉型疏解、提質增效等規劃提供科學決策。再次，通過對人口信令數據的分析，掌握批發市場相關聯的人群活動時空數據（圖6），為突發公共衛生危機等城市應急事件下的高密度空間有序治理提供科學依據（鄧毛穎，2020）。

圖6 基于貨車流動數據和人口信令數據的單體批發市場輻射范圍分析Fig.6 Analysis of the radiation range of individual wholesale markets based on truck flow data and population signaling data

對村級工業園采取分類施策的改造方式，重點從整體效率和產業類型2個方面提升空間效率和促進可持續發展。首先，通過基礎地理信息、企業第四次全國經濟普查、遙感影像等數據，在空間上落圖，統計村級工業園產業類型。其次，結合夜間燈光影像、微博簽到、大眾點評網商戶、房價網等互聯網應用數據，建立土地開發強度模型及績效模型，測度社會經濟總體產出效應，以評價村級工業園的整體績效。最后，結合村級工業園的產業類型、整體績效以及其所在地區功能，確定三類村級工業園分類施策的改造方式。對建筑質量較好、產業效益較高的村級工業園，主要采取保留整治的方式；對位于農業和生態發展空間內且效益較低的村級工業園，逐步引導拆除清退和發展綠色產業；對有整合、改造潛力（經濟效益一般、建筑質量一般等）的村級工業園，推動其設施完善和產業轉型升級。

2.3 面向高品質生活，支撐建設多元人本城市

在廣州市城市建設相關專項規劃編制過程中，特別重視對多元化人群日常生活中各類活動（如就業、居住、交通與游憩等）時空規律的分析。已有研究表明，不同類型人群時空行為往往存在明顯差異，從而導致對城市空間需求的差異（鄧毛穎 等，2000）。本節重點從街道空間品質與公服設施品質2個方面，展示城市時空小數據與大數據在建設人本化城市中的具體應用（圖7）。

圖7 人本化城市建設中的多源城市時空數據應用框架Fig.7 The application framework of multi-source urban spatiotemporal data in the construction of people-oriented city

對街道空間品質，首先，采集市域內所有街道的街景照片數據，通過計算機圖像分割技術及機器學習方法，提取綠色植被像素計算綠視率，從而量化評價廣州街道綠化水平。街景照片數據處理應用涉及概率論、統計學、逼近論、凸分析、算法復雜度理論等多領域的交叉學科，突破了傳統規劃技術方法，為精準分析城市綠化水平提供了切實有效的評估工具。通過機器學習模型構建，形成評價結果，用于指導城市道路綠化景觀規劃，以美化街道自然環境，并進一步運用到城市風熱環境的改善規劃中。其次，根據市域內所有街道的周邊100 m 范圍內興趣點POI與街景照片等數據，采集店鋪、路燈、廣場、公園、垃圾桶、路名牌、小品、長凳等街道附屬設施信息，對廣州街道空間品質進行綜合量化評價，并應用于廣州市街道空間品質提升規劃決策中。

對公服設施品質，首先，采集基礎地理和興趣點POI數據，分析經濟、文化、教育、衛生、體育等主要公服設施的空間分布特征。其次，結合手機信令和互聯網應用數據，識別物流人員、IT 技術員、金融從業者、教師、醫護等不同職業類型人群及其常駐地情況，刻畫其標準工作日與休閑日的時空行為畫像。另外，根據不同職業類型人群對公共服務需求的問卷調查結果、以及七普數據的職業類型人群比例，估算城市內不同類型公服設施的時空需求。最后，結合空間供給現狀與時空需求估算，指導公服設施規劃，以提升其服務品質。

2.4 面向高水平治理，支撐動態更新規劃管理

多源城市時空數據支撐下的智慧國土空間動態規劃管理框架主要由空間基礎信息平臺及國土空間規劃“一張圖”構成，服務支撐國土空間資源的監測、評估、預警等方面。（圖8）。首先，是在“市-區-街鎮-村-格網”5級空間尺度上，相應地實現對不同職能部門和行業組織來源的城市時空小數據和大數據的收集。為了貫徹“集中統一共享，分層分級管理”的理念，建立了廣州市國土空間基礎信息平臺。該平臺是實現智慧國土空間規劃監測、預警調整和決策全過程的重要工具。基于該平臺，從縱橫2個維度分別實現了國土空間規劃信息的互通共享和業務協同。同時，通過將各類空間管控數據納入基礎信息平臺，為廣州市的國土空間規劃提供更加全面和準確的支持。具體地，基于國土空間規劃“一張圖”，建立實時監測、年度體檢、5年評估3種監測預警評估模式。其中，實時監測主要針對底線性要素（如耕地保護三條紅線的面積控制、市級藍線范圍面積、市級綠線范圍面積、歷史城區、名鎮名村、街區保護面積等）的約束性指標及其對應的空間進行動態跟蹤、自動比對，監測日常行政審批和建設項目，對違反管控要求的行為及時預警。年度體檢和5年評估主要針對影響創新、協調、綠色、開放、共享5個維度方面高質量發展的量化指標體系開展綜合評估，通過縱向與橫向對比，為國土空間資源的監測、評估、預警以及相關管理措施的科學調整與決策提供依據。

圖8 多源城市時空數據支撐下的智慧國土空間動態規劃管理框架Fig.8 The application of multi-source urban spatiotemporal data in the dynamic management of smart territorial spatial planning

3 結論與討論

本文基于廣州具體實踐，面向可持續發展、高質量發展、高品質生活、高水平治理4個維度，將多源城市時空數據同國土空間規劃編制智慧化相連接，在空間規劃審批和監督得到有效應用。面向可持續發展，國土調查、地面/地下觀測、空間規劃成果等時空數據為國土資源承載力評價、國土空間開發適宜性評價提供支持，促進生態、農業、城鎮空間布局優化，推動構建美麗國土空間。面向高質量發展，時空數據為存量空間治理提供了強有力的數據支撐。對城中村，多源數據助力高密度混合業態空間的品質提升；對批發市場，相關數據分析為空間資源優化配置提供輔助，促進有序治理；對村級工業園，時空數據為分類施策提供科學依據，優化了產業布局。面向高品質生活，多源城市時空數據通過精準量化街道綠化水平、估算各類公共服務的需求等，支撐多元人本城市建設。面向高水平治理，多源數據為國土空間資源的監測、評估、預警以及相關管理措施的科學調整與決策提供信息基礎。

在《廣州市國土空間總體規劃（2021—2035年）》、特定類型國土空間相關專項規劃的實踐過程中，一方面驗證多源城市時空數據的“賦能”作用，另一方面也暴露當前多源城市時空數據應用的系列挑戰。首先，多源城市時空數據獲取難度大、成本高，且缺少統一規范的應用指引，帶來數據獲取難、數據分析結果難以對比等挑戰。為此，需盡快規范數據渠道與統一應用標準，支撐穩定的多源城市時空數據來源，以保障數據隱私與安全，將多源城市時空數據納入空間基礎信息平臺“一張圖”管理，助力智慧國土空間規劃。其次，多源城市時空數據的數據量大、指標多，對傳統城鄉規劃專業理論和技術提出挑戰。為此，需充分吸納經濟學、社會學、計算機科學、地理信息科學等其他專業理論和技術，實現跨領域融合，提升數據收集、分析與決策能力。最后，需要警惕不同來源城市時空大數據與小數據的缺陷，在具體分析過程中相互補充、相互驗證，并在具體實踐過程中總結經驗，以從技術方法上推進智慧國土空間規劃建設的持續探索。