1、智慧規劃方法及其應用分析智慧規劃方法及其應用分析徐建剛徐建剛 教授教授南京大學建筑與城市規劃學院南京大學建筑與城市規劃學院數字城市與規劃技術研究中心數字城市與規劃技術研究中心2013中國城市規劃信息化年會一、一、大數據時代背景大數據時代背景二、城市規劃方法進展二、城市規劃方法進展三、智慧規劃方法體系框架三、智慧規劃方法體系框架四、智慧四、智慧規劃基本方法規劃基本方法適應性分析適應性分析五、適應性規劃建模五、適應性規劃建模長汀案例長汀案例六、結語六、結語一、大數據時代背景一、大數據時代背景 大數據大數據”定義定義 科學研究、互聯網應用、電子商務、移動運營商、城市監控管理等諸多應用領域產生了多種多

2、樣的數量巨大的數據。大數據（Big Data）以10TB（1TB=1024GB）規模以上的數據量同過去的海量數據有所區別。因此，出現對傳統的數據存儲、數據處理及數據挖掘提出了新的挑戰。 大數據時代的出現大數據時代的出現1998年圖靈獎獲得者杰姆格雷提出著名的“新摩爾定律新摩爾定律”：每18個月全球新增信息量是計算機有史以來全部信息量的總和。現已成為現實，表明人類已經進入到大數據時代。l 大數據基本特征大數據基本特征（4個V）1、Volume，數據體量巨大。從TB級別，躍升到PB級別。 2、 Variety ，數據類型繁多。如前文提到的網絡日志、視頻、圖片、地理位置信息，等等。 3、 Value

3、，價值密度低。以視頻為例，連續不間斷監控過程中，可能有用的數據僅僅有一兩秒。 4、 Velocity，處理速度快。1秒定律。最后這一點也是和傳統的數據挖掘技術有著本質的不同。物聯網、云計算、移動互聯網、車聯網、手機、平板電腦、PC以及遍布地球各個角落的各種各樣的傳感器，無一不是數據來源或者承載的方式。一、大數據時代背景一、大數據時代背景 大數據大數據”系統技術：系統技術： 云平臺、云存儲、云計算。一、大數據時代背景一、大數據時代背景 大數據分析方法大數據分析方法大數據大數據”方法論：方法論：分析大量信息數據的科學技術，以檢測模型，收集意見并預測復雜問題的解決方法。大數據為科學發展提供了一條新的

4、途徑。大數據基本分析方法：大數據基本分析方法：可視化分析+數據挖掘算法大數據分析應用目標：大數據分析應用目標：預測未來 預測性分析：預測性分析：從大數據中挖掘出特點，通過科學的建立模型，之后便可以通過模型帶入新的數據，從而預測未來（與城市規劃目標一致）（與城市規劃目標一致）。一、大數據時代背景一、大數據時代背景 大數據方法實現的技術基礎大數據方法實現的技術基礎統計分析：統計分析：差異分析、相關分析、方差分析、卡方分析、距離分析、回歸分析（逐步回歸、回歸預測與殘差分析、嶺回歸、logistic回歸分析）因子分析、聚類分析、主成分分析、聚類法、判別分析、對應分析、bootstrap技術等。數據挖掘

5、：數據挖掘：分類 、估計、預測、相關性分組或關聯規則、聚類、描述和可視化、復雜數據類型挖掘復雜數據類型挖掘（Text, Web ,圖形圖像，視頻，音頻等）模型預測：模型預測：預測模型、機器學習、建模仿真。結果呈現：結果呈現：云計算、標簽云、關系圖等。一、大數據時代背景一、大數據時代背景二、二、 城市規劃方法進展城市規劃方法進展 城市規劃的基本工作模式城市規劃的基本工作模式 上世紀初英國規劃大師蓋迪斯提出“規劃必須基于現狀的規劃必須基于現狀的調查研究，分析聚落的模式與地區經濟背景調查研究，分析聚落的模式與地區經濟背景。”他將自然地域作為規劃的基本框架，發明一套規劃工作方法：調查調查分析分析規劃規

6、劃目前這也被視為城市規劃的標準程序。城市規劃的標準程序。 智慧規劃之前的三個智慧規劃之前的三個發展階段發展階段（1990前，1990-2000，2000年以來）手工制圖手工量算統計和分析簡單、粗略的統計表格基于工程的計算機輔助制圖基于數字的統計分析二維統計電子圖表基于地理空間的規劃和制圖GIS空間分析規劃信息屬性數據庫手工式城市規劃統計式城市規劃數字城市規劃制圖手段統計分析方法規劃數據結果二、二、 城市規劃方法進展城市規劃方法進展 數字城市規劃分析方法的形成數字城市規劃分析方法的形成二、二、 城市規劃方法進展城市規劃方法進展數字城市規劃設計方法體系表達層2D表達3D表達分析層空間分析屬性分析存

7、儲層數據組織數據處理分層設色、專題圖表3維地形、3維規劃實體、虛擬和城市規劃規劃查詢與統計、用地平衡表、屬性專題分析緩沖區分析、疊置分析、最短路徑分析矢量化、配準空間數據組織、屬性數據組織、數據關聯表現方法基礎二、二、 城市規劃方法進展城市規劃方法進展途徑模式技術特征三、智慧規劃方法體系三、智慧規劃方法體系智慧規劃的基本框架智慧規劃的基本框架動態監測大數據采集現狀調查建模分析深度挖掘動因分析可視方案模擬仿真規劃設計云數據 基礎地理信息 社會經濟信息 衛星影像庫 監控感知信息 移動位置信息智慧型分析模型 統計特征分析 時空演變分析 空間關聯分析 時空棱柱分析 情景模擬分析智慧規劃應用 智慧規劃編

8、制 智慧編制管理 智慧規劃報建 智慧公眾參與 智慧規劃決策 智慧規劃分析方法的內涵智慧規劃分析方法的內涵 以往的城市發展數據只是用來描述事實，進而理解產生這些數據背后的原因，現在我們需要通過對累積的數據進行分析，以實現更為準確地預測預測城市各種功能城市各種功能區區將來的發展趨勢將來的發展趨勢，進而采取相關的行動。 在智慧規劃中，可以通過對以往的規劃與現實實施狀況進行對比評估對比評估，找出其背后深層次原因深層次原因，進而探究城市空間演變的動因和規律動因和規律。三、智慧規劃方法體系三、智慧規劃方法體系 規劃規劃深度分析深度分析途徑途徑 從從數據中發現知識，數據中發現知識，用以適應未來“自下而上自下

9、而上” 規劃中的大量社會需求問題進行決策，這些復雜的分析必須依賴復雜的分析模型，很難用結構化查詢語言（SQL）進行表達，因此這類分析被稱為“深度分析”。 大數據系統中使用神經網絡、數據挖掘及機器學習的方法建立模型，找出事物之間的關聯，可以為利用海量城市時城市時空數據空數據進行規劃深度分析提高有效的方法途徑和技術手段。三、智慧規劃方法體系三、智慧規劃方法體系4.1 4.1 城市復雜系統的適應性城市復雜系統的適應性四、智慧規劃基本方法四、智慧規劃基本方法適應性分析適應性分析復雜適應系統（CAS）概念 適應性：適應性：具有適應性的主體能夠與環境以及其它主體進行交互作用。主體在這種過程中，不斷地“學習

10、”或“積累經驗”，并且根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式 系統進化：系統進化：新層次的產生，分化和多樣性的出現，新的、聚合而成的、更大的主體的出現等等 CAS是由適應性主體相互作用、共同演化并層層涌現出來的系統。 城市復雜系統亦是由政府、開發商和市民等不同主體及城市復雜系統亦是由政府、開發商和市民等不同主體及其所處的空間環境相互作用而不斷適應性發展其所處的空間環境相互作用而不斷適應性發展4.1 4.1 城市復雜系統的適應性城市復雜系統的適應性4.1 4.1 城市復雜系統的適應性城市復雜系統的適應性城市對自然的主動適應性是城市空間拓展的基礎城市對自然的主動適應性是城市空間拓展的基礎4.2 城

11、市適應性規劃建模分析思路城市適應性規劃建模分析思路規劃空間建模的一般步驟規劃空間建模的一般步驟n 以解決規劃空間問題為目標；n 以規劃區的地理數據庫為基礎；n 綜合運用GIS空間分析方法；n 實現對規劃空間的分類、分級和分區等綜合評價。19衛 星 、 航 空遙 感 影 象 ，系 列 地 形 圖紙城市現狀調查與建庫公共基礎設施等資料，相關規劃、政策法規等空間布局規劃、專項規劃編制現狀分析評價、發展預測自 然 、 社 會經濟等資料TIN /GRID城市三維建模數據格式轉換與重組專業GIS軟件規 劃 成 果 數據庫規劃管理分析與應用規劃管理信息系統基礎地理數據庫空 間 定 量分析模型圖 幅 分 層、

12、 拼 接 ，分 要 素 矢量化GIS軟件平臺掃描配準、影象合成、特征處理建模分析成為城市規劃方法的核心建模分析成為城市規劃方法的核心 山地城市現實問題山地城市現實問題 我國是多山國家, 山地城鎮約占全國城鎮總數的一半。山地城鎮約占全國城鎮總數的一半。近年來的洪澇等自然災害對山地城市安全危害日益嚴重。 因此，亟需通過科學、合理地規劃與設計來提高城市城市生態安全性生態安全性。四川舟曲滑坡泥石流四川舟曲滑坡泥石流福建某山區山洪福建某山區山洪中國城市中國城市“看海看海”現象現象4.3 山地城市適應性規劃關鍵山地城市適應性規劃關鍵問題與動因問題與動因 山地城市空間增長的適應性演進規律發展階段發展階段城市

13、（聚落）城市（聚落）發展發展人類行為人類行為人與自然關系人與自然關系原始社會聚落形成被動適應，自然選擇被動適應，自然選擇人依賴自然農業社會城市形成主動調整，有限改造主動調整，有限改造自然自然低水平和諧工業社會城市規模快速擴張試圖主宰，改造重塑試圖主宰，改造重塑自然自然拮抗信息社會城市質量顯著提升主動適應主動適應尊重自然、適度合理尊重自然、適度合理改造改造和諧共生4.3 山地城市適應性規劃關鍵山地城市適應性規劃關鍵問題與動因問題與動因4.44.4基于生態安全建模的適應性規劃框架基于生態安全建模的適應性規劃框架山地城市適應性規劃框架山地城市適應性規劃框架環境友好型環境友好型資源節約型資源節約型生態

14、安全型生態安全型服務公平型服務公平型生態敏感性分析生態敏感性分析災害風險性分析災害風險性分析用地適宜性分析用地適宜性分析設施可達性分析設施可達性分析建設潛力性分析建設潛力性分析交通低碳化分析交通低碳化分析土地適應性改造分析土地適應性改造分析城鎮體系城鎮體系規劃規劃城市總體城市總體規劃規劃城市控制性城市控制性詳細規劃詳細規劃城市修建性城市修建性詳細規劃詳細規劃城市綠地城市綠地系統規劃系統規劃城市公共城市公共交通規劃交通規劃目目標標建建模模規規劃劃應應用用 研研究區概況究區概況 長汀縣位于福建省西南部，隸屬龍巖市，是福建省西福建省西大門大門 城市性質：國家歷史文化名城、國家歷史文化名城、客家首府，

15、客家首府，工貿旅游城市 自然地理：八山一水一分田，用八山一水一分田，用地緊張；山洪頻發、大雨大災、地緊張；山洪頻發、大雨大災、小雨小災小雨小災五、適應性建模分析五、適應性建模分析長汀案例長汀案例 自然環境約束下的山地城市主動適應性自然環境約束下的山地城市主動適應性古代汀州府古代汀州府“佛掛珠佛掛珠”城市格局城市格局當今汀州城區雖然早已突破城墻范圍，當今汀州城區雖然早已突破城墻范圍，但與臥龍山，汀江的關系體現了城市但與臥龍山，汀江的關系體現了城市適應自然的過程適應自然的過程五、適應性建模分析五、適應性建模分析長汀案例長汀案例 面臨嚴峻的自然生態問題： 生態環境脆弱 土地資源稀缺 高程、坡度、植被

16、、水域、地質災害、自然保護區、水源保護地、交通 山地城市空間拓展的“適應性”選擇 選擇一：飛地式發展選擇一：飛地式發展 選擇二：對城市周邊地形進行改造選擇二：對城市周邊地形進行改造五、適應性建模分析五、適應性建模分析長汀案例長汀案例 自然環境約束下的山地城市主動適應性長汀城市空間的可能選擇長汀城市空間的可能選擇長汀城市土地利用現狀圖長汀城市土地利用現狀圖五、適應性建模分析五、適應性建模分析長汀案例長汀案例5.1 5.1 山地城市區域生態敏感性分析建模山地城市區域生態敏感性分析建模 建模方法 因子選取 高程、坡度、建成區、水域、森林、農田、水土流失和自然保護區 評分及疊加規則 確定單因子內部各組

17、分的適宜性評價值,評價值一般分為5級,用9、5、1表明其作為生態敏感性的高低,對于劃分等級較多的個別因子,可采用7、3作為中值 極大值疊加與求和疊加相結合長汀縣域生態敏感性評價技術路線圖長汀縣域生態敏感性評價技術路線圖5.1山地城市區域生態敏感性分析建模 縣域生態敏感性分析因子評分標準 縣域生態敏感性分析評價結果5.1 5.1 山地城市區域生態敏感性分析建模山地城市區域生態敏感性分析建模5.1山地城市區域生態敏感性分析建模 縣域城鎮體系布局適應自然5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模 建設用地適宜性建模方法 建設阻力建設阻力潛力模型潛力模型將影響城市建設

18、的因子分為兩類： “建設阻力建設阻力”：即為生態敏感性生態敏感性分析（生態適宜性分析）分析（生態適宜性分析），主要分析中心城區阻礙城市發展因素，劃分敏感區 “建設潛力建設潛力”：分析交通，城鎮集聚的效益，得出發展潛力分區 由建設潛力建設潛力和建設阻力建設阻力圖通過成成對比較法對比較法得到建設適宜性評價圖 建設適宜性評價技術建設適宜性評價技術路線路線圖圖 城市規劃區生態敏感性分析因子評分標準5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模 城市規劃區建設潛力分析因子評分標準5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模 基于GIS柵格數據

19、的單因子等級圖生成n單因子評價分析圖5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模5.2山地城市建設用地適宜性評價建模 多因子加權評價 評價模型 Wi為權重，Pi為因子的得分 權重可用層次分析層次分析法法結合特爾菲法特爾菲法確定；iiPWS 城市總體規劃空間管制規劃編制5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模 城市總體規劃布局適應自然5.2 5.2 山地城市建設用地適宜性評價建模山地城市建設用地適宜性評價建模5.3 5.3 山地城市綠地公園可達性分析建模山地城市綠地公園可達性分析建模 技術路線 步行可達性 成本加權距離方法 分級

20、評價5.3 5.3 山地城市綠地公園可達性分析建模山地城市綠地公園可達性分析建模 模型分析研究區主要公園綠地分布臥龍山公園塔山公園，龍潭公園研究區主要公園綠地成本加權柵格5.3 5.3 山地城市綠地公園可達性分析建模山地城市綠地公園可達性分析建模 模型結果 分級評價 可達性很好（30分鐘） 統計結果研究區公園可達性分級評價圖(分鐘)可達性分級可達性分級居住用地面積居住用地面積ha百分比百分比%很好27.48.2好145.543.7一般118.935.7較差41.312.4很差005.3 5.3 山地城市綠地公園可達性分析建山地城市綠地公園可達性分析建模 綠地公園的空間均衡布局的生態價值體現：城

21、市生態災害風險的長效防控（作為避難場所）生態健康服務的公平（作為休閑游憩場所） 綜合公園： 步行15min可達覆蓋率達100% 社區公園： 步行 8min可達覆蓋率達100% 街頭綠地： 步行 5min可達覆蓋率達100%， 3min可達覆蓋率超過50%5.4 山地城市洪水淹沒風險3D分析建模 基于無源洪水基于無源洪水分析分析方法的建模分析方法的建模分析 無源淹沒：無源淹沒：只考慮水位抬升,不考慮地表徑流水的匯入 有源淹沒：有源淹沒：考慮到地表徑流水造成的淹沒情況 建模思路：建模思路： 構建規劃區數字地形模型（柵格數據）； 綜合水位柵格數據生成與DTM疊置：結合歷史上洪水重現期進行 洪水淹沒區

22、域、淹沒深度的快速準確地計算 三維可視化表達：區域內各處遭受洪水時的受災實際情況和危險程度。基于GIS的洪水淹沒3D建模-無源淹沒10年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖20年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖50年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖年一遇洪水淹沒風險與淹沒圖20年一遇洪水淹沒三維模擬圖年一遇洪水淹沒三維模擬圖基于GIS的洪水淹沒3D建模-無源淹沒 城市規劃布局適應自然城市分洪區設置基于GIS的洪水淹沒3D建模-有源淹沒 龍巖稀土工業園控制性詳細規劃：防洪排澇 技術路線基于GIS的洪水淹沒3D建模-有源淹沒 龍巖稀土工業園防洪排澇 微流域劃分微流域劃分BA

23、子流域子流域微流域微流域A103B46下墊面土地利用下墊面遙感影像基于GIS的洪水淹沒3D建模-有源淹沒 龍巖稀土工業園防洪排澇 流量計算10年一遇50年一遇100年一遇基于GIS的洪水淹沒3D建模-有源淹沒 龍巖稀土工業園防洪排澇 斷面流量斷面流量 利用ArcGIS查詢功能，獲取對應于斷面的累加流量。從而獲取到不同降雨強度以及不同水庫狀態時的最大流量。水庫狀態水庫狀態斷面斷面最大流量（最大流量（L/s）百年一遇50年一遇10年一遇泄洪泄洪A0-A083221.7968164.5543076.20A1-A111569.758866.285603.00蓄水蓄水A0-A075155.0861488

24、.6638857.41A1-A13503.042190.391384.21A1-A111650.479641.786093.06A2-A24411.963651.272307.40A3-A31476.771222.16772.3346B0-B040527.2933539.8121195.31B1-B123370.7719341.3212222.64基于GIS的洪水淹沒3D建模-有源淹沒 龍巖稀土工業園防洪排澇 淹沒范圍淹沒范圍 通過典型斷面處的高程控制點，在ArcGIS中，依河谷線縱斷面趨勢，模擬淹沒范圍，得到淹沒范圍，統計表如下。流流域域水庫水庫狀態狀態淹沒面積（淹沒面積（hm2）百年一遇5

25、0年一遇10年一遇A泄洪64.2854.8646.51蓄水60.9351.7943.68B37.3532.1227.35淹沒區劃10年一遇50年一遇100年一遇5.5 5.5 山地城市地形適應性改造分析建模山地城市地形適應性改造分析建模適應性改造適應性改造工業新區詳規的山地平整工業新區詳規的山地平整原則：原則：尊重山地城市自然肌理，保障生態安全與生態健康，兼顧社會經濟發展需求方法步驟總體規劃層面通過建設用地適宜性評價尋找拓展空間通過建設用地適宜性評價尋找拓展空間通過初步試算，選擇最適宜改造區域選擇最適宜改造區域控制性詳細規劃層面，通過構建DEM，采用GIS技術，進行精確平整，計算土石方量，以精

26、確平整，計算土石方量，以及劃分填挖區域及劃分填挖區域要點平整臺地大小臺地大小以用地需求為參考土方平衡土方平衡，節省成本，考慮到分期實施，盡量內部平衡填挖方深度填挖方深度考慮到地基穩定性問題明確填挖界限填挖界限，為建筑布局做依據，避免不均勻沉降避免不均勻沉降5.5山地城市地形適應性改造分析建模 建模技術路線場地現狀圖場地平整三維示意圖建設適宜性分析結果長汀古城新橋鎮河田鎮稀土工業園工貿新城5.55.5山地城市地形適應性改造分析建模山地城市地形適應性改造分析建模 地形適應性改造方案5.5山地城市地形適應性改造分析建模 規劃設計適應地形5.5 5.5 山地城市地形適應性改造分析建模山地城市地形適應性改造分析建模 規劃設計適應地形5.5山地城市地形適應性改造分析建模 規劃設計適應地形5.5 5.5 山