國地CIM城市體檢研究成果入選廣東住建科技展
發(fā)布時(shí)間：
2024-06-19
近日，由國地科技牽頭承擔(dān)的住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目《基于CIM的城市體檢評估關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)》，作為優(yōu)秀成果案例榮登廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技宣傳之科技成果展。
研究針對城市體檢信息挖掘不夠、數(shù)據(jù)更新緩慢，缺乏科學(xué)全面的評價(jià)指標(biāo)體系，城市體檢可視化與輔助決策功能欠缺等難題，基于多源遙感和大數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了多維多層次、全方位、全要素、可驗(yàn)證的智能城市體檢評估技術(shù)，建立了集數(shù)據(jù)采集共享、體檢指標(biāo)構(gòu)建、評估結(jié)果可視化、智能輔助決策于一體的CIM城市體檢評估平臺，形成城市體檢評估全要素的“一張圖”，以信息化手段支撐“監(jiān)測-體檢-預(yù)警-診斷-治療-復(fù)查-再監(jiān)測”的城市體征全周期閉環(huán)治理，實(shí)現(xiàn)了全要素監(jiān)測預(yù)警、全方位體檢診斷、全流程實(shí)施管理。
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基于CIM的城市體檢評估關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)
黨的十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)理念貫穿于城市規(guī)劃、治理各方面，在機(jī)構(gòu)改革后，更加重視對國土空間的合理規(guī)劃，以及城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)。通過建立常態(tài)化的城市體檢評估機(jī)制，識別城市發(fā)展問題，制定解決方案，提升城市環(huán)境質(zhì)量，建設(shè)和諧宜居、富有活力、各具特色的現(xiàn)代化城市，提高新型城鎮(zhèn)化水平。
本研究課題的目標(biāo)在于：基于CIM、三維GIS、物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能化等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，研究城市體檢多源數(shù)據(jù)的采集、融合、管理技術(shù)，建設(shè)城市體檢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建全面的城市體檢指標(biāo)體系，研發(fā)三維立體的指標(biāo)計(jì)算模型，搭建集項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)分析、跟蹤分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)可視化于一體的城市體檢評估信息平臺。
研究思路
以多源數(shù)據(jù)采集和管理為基礎(chǔ)，以指標(biāo)體系設(shè)計(jì)和算法模型構(gòu)建為核心，以體檢結(jié)果可視化和評價(jià)分析為重點(diǎn)，研究基于CIM的城市體檢評估關(guān)鍵技術(shù)和城市體檢“六個(gè)一”（一體監(jiān)測、一張底圖、一組指標(biāo)、一組模型、一套流程、一個(gè)平臺）體系建設(shè)路徑，形成集數(shù)據(jù)匯聚、指標(biāo)構(gòu)建、模型管理、監(jiān)測預(yù)警、行動(dòng)實(shí)施為一體的城市體檢綜合評估管理系統(tǒng)。以期在不同數(shù)據(jù)來源、不同體檢維度、不同功能導(dǎo)向的城市體檢全生命周期中，完成對“城市病”科學(xué)高效診斷與檢測。
基于 CIM的城市體檢評估技術(shù)路線
研究內(nèi)容
（一）研究地上地下一體、二三維聯(lián)動(dòng)的空間數(shù)據(jù)融合方法，構(gòu)建全要素城市立體監(jiān)測一張圖
城市運(yùn)行在實(shí)時(shí)更新變化之中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足不了刻畫城市二三維和動(dòng)態(tài)體征的要求。城市體檢評估來源數(shù)據(jù)不僅包含城市地表自然本底的資源環(huán)境，而且還包括城市地上地下實(shí)時(shí)運(yùn)行所產(chǎn)生的多維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及在人本空間尺度的評價(jià)信息。目前，通過遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、社會感知等手段采集的城市二三維空間數(shù)據(jù)還存在諸多問題，多源數(shù)據(jù)的采集尚未標(biāo)準(zhǔn)化、縱向傳導(dǎo)機(jī)制不流暢、與非空間數(shù)據(jù)的整合協(xié)同不夠完善，多部門信息共享還存在諸多障礙。因此，實(shí)現(xiàn)地上地下一體、二三維聯(lián)動(dòng)的空間數(shù)據(jù)采集和融合，對各類信息分類分級存儲，并為城市體檢評估各環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐，構(gòu)建全要素的城市立體監(jiān)測一張圖。
1.地上地下一體、二三維聯(lián)動(dòng)的空間數(shù)據(jù)采集融合
時(shí)空大數(shù)據(jù)感知、地理監(jiān)測、高精度實(shí)體化測繪等方法產(chǎn)生的城市空間立體數(shù)據(jù)信息，需要自動(dòng)化程度更高的測繪設(shè)備采集和數(shù)據(jù)處理，以保證城市體檢評估的準(zhǔn)確性和高時(shí)效。對不同來源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，從較為單一的空間數(shù)據(jù)升級為融合多源、異構(gòu)、多時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)，耦合BIM對空間數(shù)據(jù)屬性信息進(jìn)行精確模擬和表達(dá)，深度挖掘數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的城市發(fā)展運(yùn)行狀態(tài)表征信息，明確數(shù)據(jù)采集融合方法，實(shí)現(xiàn)對城市地理實(shí)體對象全生命周期信息的提取與表達(dá)。
2.多源立體空間數(shù)據(jù)信息挖掘研究
利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法以及 SLAM（實(shí)時(shí)定位與制圖）算法對城市地理空間大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識別、數(shù)據(jù)挖掘和三維重建，快速提取地物特征、發(fā)現(xiàn)隱藏在大數(shù)據(jù)中的城市信息和還原地物模型，結(jié)合充實(shí)各地理實(shí)體的社會經(jīng)濟(jì)屬性，形成涵蓋地上地下、室內(nèi)室外、二維三維一體化的全息、高清、高精的結(jié)構(gòu)化實(shí)體和城市數(shù)字空間。
室內(nèi)外多視角數(shù)據(jù)融合
多層次建筑立體信息呈現(xiàn)
（二）建立縱向到底、橫向到邊的城市體檢評估體系，研發(fā)三維立體支撐模型
圍繞“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念，重點(diǎn)關(guān)注城市自然本底、運(yùn)行體征、人本空間的資源、人口、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、交通、社會服務(wù)、輿情等要素，對體檢評估指標(biāo)體系進(jìn)行合理構(gòu)建。結(jié)合BIM和GIS技術(shù)，針對城市地上下和室內(nèi)外多粒度對象統(tǒng)一表達(dá)要求，在宏觀尺度和微觀要素中建立表征城市運(yùn)行體征的指標(biāo)體系。
1.縱向到底、橫向到邊的城市指標(biāo)體系研究
根據(jù)城市體檢的人本與城市空間主體，基于“生態(tài)宜居、城市特色、交通便捷、生活舒適、多元包容、安全韌性、城市活力、社會滿意度”八大主題，結(jié)合城市具體發(fā)展目標(biāo)與重點(diǎn)戰(zhàn)略項(xiàng)目，對接各級部門績效考核指標(biāo)，參考社會公眾聚焦熱點(diǎn)問題，建立融合城市功能要素、形態(tài)要素、時(shí)間要素、人文要素等多種要素的大類指標(biāo)。同時(shí)，構(gòu)建“市-區(qū)-街道-社區(qū)”四級體檢層次，在城市宏觀肌體與微觀建筑的規(guī)劃建設(shè)、承載能力評估、治理環(huán)節(jié)落實(shí)進(jìn)行探索，確立體檢三級指標(biāo)及參考閾值，體現(xiàn)密度、可達(dá)性、多樣性、滿意度、效率等屬性側(cè)重，確定各層級指標(biāo)組合關(guān)系以及相互影響程度，對城市體檢不同維度、要素指標(biāo)構(gòu)建科學(xué)評估模型，反映城市運(yùn)行體征在能級、結(jié)構(gòu)、效率、品質(zhì)等方面的表現(xiàn)。
全域覆蓋、多維立體、閉環(huán)治理指標(biāo)體系構(gòu)建
2.耦合體檢評估指標(biāo)的三維立體模型構(gòu)建
以基于BIM與3DGIS的空間分析、人工智能、深度學(xué)習(xí)、關(guān)聯(lián)模式挖掘、多指標(biāo)、多維度分析、異常模式發(fā)現(xiàn)等技術(shù)為基礎(chǔ)，研發(fā)城市空間要素評價(jià)、城市運(yùn)行體征評價(jià)、人本尺度評價(jià)等時(shí)空三維立體模型，構(gòu)建城市三維信息智能評價(jià)和決策模型庫，支撐城市從規(guī)劃編制、審查（批），到建設(shè)實(shí)施、體檢評估、運(yùn)營管理全過程的智能決策評估，提升城市治理質(zhì)量和效率，強(qiáng)化運(yùn)營管理決策的科學(xué)性。
（三）建立基于CIM的城市體檢評估信息平臺，研究城市精細(xì)化智能化管理實(shí)施路徑
基于科學(xué)定義的城市體檢評估模型，對城市運(yùn)行過程中的二三維多源體征數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性采集、分析與展示。利用物聯(lián)感知信息的動(dòng)態(tài)集成技術(shù)、CIM粒度信息的傳遞技術(shù)，建立多方維護(hù)的CIM城市體檢評估信息平臺，實(shí)現(xiàn)對城市要素實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)測與可視化展示，支撐各業(yè)務(wù)部門在城市運(yùn)行過程中的協(xié)同管理。構(gòu)建城市運(yùn)行狀態(tài)模擬、時(shí)間序列分析的體檢評估未來推演和趨勢融合預(yù)警模型，將城市體檢評估結(jié)果可視化展示，同時(shí)管理決策者進(jìn)行人機(jī)交互處理，用以輔助智能決策和項(xiàng)目管理，形成從城市體檢到城市治理的精細(xì)化智能化全流程解決方案。
1.基于CIM的多層次多角度城市體檢信息平臺建設(shè)
以“監(jiān)測預(yù)警、智能決策、規(guī)劃實(shí)施”為主要目標(biāo)，支撐多源數(shù)據(jù)、多項(xiàng)制度、多級管理，重點(diǎn)研究縱向到底、橫向到邊的城市體檢信息傳導(dǎo)路徑設(shè)計(jì)，針對市、區(qū)、街道、社區(qū)四級區(qū)別和各職能部門橫向聯(lián)系，面向城市精細(xì)化管理與決策，基于CIM建立城市運(yùn)行全要素監(jiān)測預(yù)警、城市管理全方位智能決策、城市體檢全流程評估治理的平臺。通過市、區(qū)、街道、社區(qū)四個(gè)層面集成數(shù)據(jù)展示、體檢評估、問題分析、項(xiàng)目建議模塊，智能生成體檢報(bào)告與決策方案。以“行動(dòng)可調(diào)度、計(jì)劃可監(jiān)管、項(xiàng)目可查詢”的思路集成行動(dòng)計(jì)劃安排、效果預(yù)演模擬模塊，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目有效管理，支撐城市體檢治理行動(dòng)方案的落實(shí)。
2.城市體檢評估流程與機(jī)制研究
在采集與處理二三維多源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合體檢指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)“監(jiān)測、體檢、預(yù)警、診斷、治療、復(fù)查、再監(jiān)測”的城市體征全周期治理閉環(huán)。在監(jiān)測環(huán)節(jié)研究高效地利用多源數(shù)據(jù)，在CIM平臺中對城市要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；在體檢環(huán)節(jié)研究耦合多形式、多要素、多維度指標(biāo)與評價(jià)方法，以及在城市信息模型中的實(shí)現(xiàn)；在預(yù)警環(huán)節(jié)研究以體檢結(jié)果為表征，量化預(yù)警層級閾值，建立差異化預(yù)警等級，以及預(yù)警表達(dá)和可視化形式，為后期治理方法選取提供參考依據(jù)；在診斷環(huán)節(jié)研究城市體檢表征結(jié)果，對“城市病”精準(zhǔn)把脈，科學(xué)預(yù)判病源，形成城市體檢診斷結(jié)果專題和系統(tǒng)報(bào)告；在治療環(huán)節(jié)以項(xiàng)目實(shí)施為路徑，結(jié)合CIM對城市宏觀肌體和微觀要素的綜合表征優(yōu)勢，模擬不同方案情景的治理效果，同時(shí)對“城市病”的重癥項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測與管理，落實(shí)治療方案；在復(fù)查環(huán)節(jié)以效果評價(jià)為手段，橫縱向?qū)Ρ榷嗑S和時(shí)序體檢層次，建立長效考核機(jī)制和效果跟蹤。
3.城市運(yùn)行時(shí)空趨勢分析與城市治理輔助決策研究
基于全感知的城市信息模型，在綜合體檢系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)手段，獲取的城市歷史、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空推演和模擬預(yù)測，診斷城市未來發(fā)展短板。同時(shí)周期性跟進(jìn)現(xiàn)狀項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展，不斷更新體檢數(shù)據(jù)并進(jìn)行定期體檢復(fù)查，為根治“城市病”提供長期有效的監(jiān)測與反饋機(jī)制。
創(chuàng)新點(diǎn)與特色
《研究》圍繞城市體檢“數(shù)字底圖、指標(biāo)體系、評估平臺”，主要進(jìn)行了以下探索和創(chuàng)新：
（一）搭建了一體化數(shù)字底圖
利用時(shí)空大數(shù)據(jù)感知、AI遙感地物要素智能提取、高精度三維實(shí)體化等技術(shù)，研發(fā)了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、人群活動(dòng)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)等的多源數(shù)據(jù)融合方法，結(jié)合CIM平臺對城市體檢多源數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、融合、存儲、管理，構(gòu)建了地下地上、二維三維的城市立體感知一張圖，實(shí)現(xiàn)城市體檢評估由二維向二三維一體化轉(zhuǎn)變。
（二）構(gòu)建了分層級指標(biāo)體系
從科學(xué)系統(tǒng)性、動(dòng)靜結(jié)合、以人為本以及可操作性和易處理原則出發(fā)，圍繞生態(tài)宜居、健康舒適、安全韌性、交通便捷、風(fēng)貌特色、整潔有序、多元包容、創(chuàng)新活力等八個(gè)專題，構(gòu)建了一套市-區(qū)（縣）-街道-社區(qū)的分層級城市體檢評估指標(biāo)體系?；谛滦托畔⒓夹g(shù)進(jìn)行多維度信息挖掘，針對城市體檢不同維度、要素指標(biāo)研發(fā)了三維立體的指標(biāo)計(jì)算模型。
（三）研發(fā)了城市體檢評估平臺
攻關(guān)了城市體檢三維可視化技術(shù)，基于CIM平臺對城市體檢評估結(jié)果和方案決策進(jìn)行高仿真、動(dòng)態(tài)和可交互的高維可視化和精細(xì)化多尺度模擬，結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)以及3S分析技術(shù)，研發(fā)了基于CIM的高仿真城市體檢信息系統(tǒng)，促進(jìn)城市治理模式的更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、全民共創(chuàng)、全局聯(lián)動(dòng)。
成果市場推廣應(yīng)用前景分析
面向城市體檢全要素監(jiān)測預(yù)警、全方位智能決策與全流程治理實(shí)施三大應(yīng)用目標(biāo)，結(jié)合CIM構(gòu)建指標(biāo)分析模型，建設(shè)城市體檢評估信息平臺。為進(jìn)一步促進(jìn)城市體檢技術(shù)方法在智慧城市規(guī)劃建設(shè)管理中的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變城市發(fā)展方式，完善城市治理體系，提高城市治理能力，滿足城市發(fā)展高質(zhì)量要求具有重要意義。
（一）統(tǒng)籌部門資源，促進(jìn)了城市體檢多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和暢通共享
研究城市體檢評估數(shù)據(jù)采集處理與共享方法，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)采集與共享系統(tǒng)，制定數(shù)據(jù)采集方法與統(tǒng)一口徑，對接多部門政務(wù)管理子系統(tǒng)，有利于為城市運(yùn)行體征的實(shí)時(shí)監(jiān)測、定期評估、動(dòng)態(tài)維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐，滿足城市科學(xué)管理、高效治理的高質(zhì)量發(fā)展需求。
（二）完善體檢方法，提高了城市體檢評估全流程解決方案的科學(xué)性、系統(tǒng)性
研究基于CIM的城市體檢評估智能系統(tǒng)，耦合多源大數(shù)據(jù)與多要素CIM，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等手段，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)方法，構(gòu)建科學(xué)的專項(xiàng)和綜合指標(biāo)分析模型，實(shí)時(shí)對城市山、水、林、田、湖、草的自然本底和物流、人流以及建成環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，有利于提高城市體檢評估結(jié)果的智能化、可信度，實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理，完善城市治理體系，提高城市治理能力現(xiàn)代化水平。
（三）優(yōu)化治理方案，模擬多情景城市頑疾解決辦法，跟蹤項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展情況
研究多要素全方位的城市體檢結(jié)果可視化和智能輔助管理系統(tǒng)，通過CIM協(xié)同展示體檢實(shí)時(shí)監(jiān)測和綜合分析結(jié)果，評估城市自然本底和運(yùn)行狀態(tài)，跟蹤體檢修復(fù)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展和落實(shí)情況，并定期開展體檢復(fù)查與再監(jiān)測，有利于促進(jìn)“城市病”有效治理，強(qiáng)化決策建議的反饋，對城市規(guī)劃和治理進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和科學(xué)指導(dǎo)，同時(shí)有利于部門定期考核和針對性解決城市項(xiàng)目重點(diǎn)頑疾。
實(shí)施成效
研究成果于2022年12月完成，得到了評審專家的一致認(rèn)可，認(rèn)為是有創(chuàng)新意義和改革成效的研究項(xiàng)目。
（一）城市體檢信息平臺
項(xiàng)目先后在長沙等地開展城市體檢信息平臺的建設(shè)。
在長沙市城市體征監(jiān)測信息平臺（一期、二期）建設(shè)項(xiàng)目中，融合遙感影像、社會開放大數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料等多源數(shù)據(jù)，對長沙市進(jìn)行城市體檢，能有效結(jié)合靜態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)新興數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，為高效精確診斷城市病提供有力的數(shù)據(jù)支撐。構(gòu)建分析算法和模型，將研究模型與研發(fā)算法以通用性原則固化為展示模塊，并采用可視化方式展示空間體征、交通體征和安全體征主題下的綜合信息，以達(dá)到工作開展高效便捷。同時(shí)，對城市資源環(huán)境、安全韌性、設(shè)施覆蓋、創(chuàng)新活力等多方面構(gòu)建指標(biāo)體系，橫縱向?qū)Ρ却_立評估標(biāo)準(zhǔn)，能較為全面地識別城市發(fā)展的短板問題，可有針對性地對“城市病”進(jìn)行治理。
（二）基于CIM平臺的城市體檢專題應(yīng)用
在南京、濟(jì)南高新區(qū)等十余個(gè)城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺的建設(shè)中，開發(fā)城市體檢評估專項(xiàng)應(yīng)用。
基于CIM平臺的城市體檢評估專題應(yīng)用模塊，利用本項(xiàng)目的城市體檢四級指標(biāo)體系、大數(shù)據(jù)算法模型成果，搭建城市體檢評估全要素的“一張圖”。依托CIM平臺實(shí)現(xiàn)城市體檢評估結(jié)果和輔助決策的可視化，為城市發(fā)展建設(shè)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及參與者提供更精準(zhǔn)、更高效、更形象的數(shù)據(jù)結(jié)果和項(xiàng)目改造參考，在宏觀尺度和微觀要素上對城市整體運(yùn)行與微循環(huán)治理上提供精準(zhǔn)化表達(dá)與輔助決策，提高了城市運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測與評估工作的效率。
來源：廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳官網(wǎng)，內(nèi)容有刪減，全文閱讀請點(diǎn)擊下方“閱讀原文”
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