作者 │ 張茜

非常感謝同衡邀請我來參加學(xué)術(shù)周的活動。首先，祝賀同衡20周年慶，其實昨天我的朋友圈就被很多同衡的人刷屏了，都是非常喜慶的節(jié)日慶祝，所以我也深深地感受到了大家這種喜悅的心情。

在開始介紹今天的議題之前，我先介紹一下我的工作單位。我來自北京市規(guī)劃和自然資源委員會數(shù)據(jù)管理中心，這個中心主要是給北京市規(guī)自委提供數(shù)據(jù)和信息化的支撐服務(wù)。中心現(xiàn)在有一個專門的部門叫創(chuàng)新發(fā)展科，我就在這個科。創(chuàng)新發(fā)展科主要關(guān)注的是規(guī)自領(lǐng)域內(nèi)新的技術(shù)和前沿發(fā)展，核心工作就是探索如何將新的技術(shù)跟規(guī)劃、自然資源、國土空間結(jié)合起來以提高決策能力。

剛才林澎老師非常全面和系統(tǒng)地介紹了城市體檢的相關(guān)情況（點擊查看《從城市體檢到城市更新——城市治理的新手段》完整報告）。他講到現(xiàn)在政府擁有很多的空間數(shù)據(jù)資源，但是不能滿足實時、動態(tài)的評估和城市體檢的要求。我今天主要是從遙感、AI這個角度與城市體檢工作結(jié)合起來，介紹如何將新的技術(shù)用在國土空間規(guī)劃以及評估和城市體檢工作中。

我今天的匯報有四部分內(nèi)容。

首先，從國家和北京市的政策要求出發(fā)，城市高質(zhì)量發(fā)展和首都的信息化管理對空間資源的節(jié)約、高效、優(yōu)質(zhì)配置提出了很高的要求。

自然資源部在國土空間規(guī)劃體系和監(jiān)督實施意見里面明確提出了要用智能的技術(shù)來提升規(guī)劃感知能力，提高國土空間的精治、共治、法治水平。北京市新版總規(guī)里也明確提出來，城市體檢和評估是一年一體檢、五年一評估。綜合起來，這些上位政策都要求我們進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提升精細(xì)化管控水平。

2018和2019年北京市都開展了城市體檢評估工作，核心是規(guī)劃實施評估?？臻g變化監(jiān)測是城市體檢的重要內(nèi)容，比如2018年北京市城市體檢任務(wù)書的九項任務(wù)里，有五到六項內(nèi)容都涉及到空間，例如用地、建筑、兩線三區(qū)、歷史文化名城保護(hù)等等。在11月6日市政府召開會議研究2019年城市體檢評估報告時提出，要進(jìn)一步完善評估方法和提高城市體檢的質(zhì)量，今年具體的指標(biāo)更新方向中還有十項的專項指標(biāo)分析涉及空間監(jiān)測。

在這樣的政策要求驅(qū)動下，我們怎樣做空間監(jiān)測？怎么用新技術(shù)提高監(jiān)測手段？傳統(tǒng)靠人工監(jiān)測，比如人工遙感提取、測繪等等。這些方法現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足動態(tài)監(jiān)測要求高、分析鏈條長的空間監(jiān)測需求，所以我們要推動新技術(shù)的發(fā)展。

現(xiàn)在新基建、新城建很火，物聯(lián)網(wǎng)、5G、遙感、AI都是我們熟悉的新名詞。技術(shù)的發(fā)展和提升，尤其是AI技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對促進(jìn)國土空間規(guī)劃監(jiān)測起到了良好的作用，在構(gòu)建國土空間閉環(huán)體系的全流程里，這些技術(shù)大有可為。

北京市規(guī)自委一直在推進(jìn)國土空間的大數(shù)據(jù)體系建設(shè)，我們提出來“一庫三圖”?！耙粠臁笔侵复罱ū本┦械目臻g數(shù)據(jù)庫，內(nèi)容包括規(guī)劃一張圖、審批一張圖、建設(shè)一張圖等三張圖。我們的理念就是這三張圖要實現(xiàn)全域規(guī)劃、總量管控和閉環(huán)管理，它們互相起著促進(jìn)和指導(dǎo)的作用，這是我們非?；A(chǔ)的一項工作。

在2018年，市規(guī)自委統(tǒng)籌了規(guī)劃、國土部門的衛(wèi)片資源。以前這個資源是兩個月或者是一個季度的衛(wèi)星影像，現(xiàn)在可以做到一月一次，精度可以到1米或者是0.8米的水平。同時，我們建立了從數(shù)據(jù)的采集、制作、提取到分發(fā)、應(yīng)用全流程的閉環(huán)管理模式，這個工作也能為國土空間監(jiān)測提供非常高水平的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

談到城市體檢的相關(guān)工作，我們有基礎(chǔ)的體檢，還有專項的體檢，這些方面我們有很好的技術(shù)儲備。在遙感AI的應(yīng)用方面我們也有探索，從2018年開始我們和阿里巴巴達(dá)摩院合作，在北京市整治大棚房工作中應(yīng)用這個技術(shù)，能夠快速的識別北京市的大棚房，并快速地迭代，應(yīng)用在后期大棚房的管理和治理當(dāng)中。通過不斷地迭代，發(fā)現(xiàn)AI技術(shù)確實能大大提高工作效率，而且現(xiàn)在的提取精度基本上可以達(dá)到85%到90%。所以AI技術(shù)在我們這個行業(yè)里的應(yīng)用是相對比較成熟的。

基于以上的政策背景、技術(shù)背景、需求以及現(xiàn)狀結(jié)合起來，我們和阿里、清華同衡去年開展了這樣一個課題，就是今天我要講的主題——基于遙感AI的空間監(jiān)測和城市體檢。

第二部分主要介紹一下我們是如何做的。首先，我們的目標(biāo)是為城市體檢和評估提供基礎(chǔ)支撐。北京市的城市體檢有117項指標(biāo)，還有專項評估的一些需求。我們對這117項指標(biāo)做了一個分析，發(fā)現(xiàn)里面可以分成兩部分，第一部分很多是圍繞空間的，比如建設(shè)用地規(guī)模、開發(fā)強(qiáng)度、核心區(qū)的建設(shè)密度、耕地保有量、基本農(nóng)田保護(hù)面積，基本都是說地和房。第二部分就是非空間的數(shù)據(jù)，比如職住平衡比、一刻鐘社區(qū)服務(wù)圈、綠色出行等等。我們的理解是，空間相關(guān)指標(biāo)完全可以利用遙感和AI的技術(shù)進(jìn)行智能高頻度的分析，在非空間這塊，則可以用社會大數(shù)據(jù)的技術(shù)，融合政府大數(shù)據(jù)做分析。此外，還有一部分是傳統(tǒng)的統(tǒng)計、調(diào)查手段獲取的數(shù)據(jù)。

重點來看空間相關(guān)的指標(biāo)智能監(jiān)測分析。這個出發(fā)點和背景是，2018年北京市新總規(guī)要求建設(shè)用地要減量。但是建設(shè)用地的減量到底減在哪？干什么去了？減了多少？這個問題是很難用傳統(tǒng)的手段回答的。比如一個季度城市變化是什么樣？一個月變化是什么樣？基于這樣的問題和目標(biāo)我們開展了研究。當(dāng)前獲取遙感數(shù)據(jù)的方式也非常多，已經(jīng)構(gòu)建了空天地一體化的監(jiān)測，除了衛(wèi)星遙感，還有航天數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、可移動測圖的街景手段等。借助很多新的技術(shù)去挖潛這里的潛能，把數(shù)據(jù)的價值最大化體現(xiàn)出來。

開展基于遙感AI的建設(shè)空間智能提取有三個步驟。第一，要定一套機(jī)器識別的標(biāo)準(zhǔn)。第二，要做大量樣本，因為機(jī)器要深度學(xué)習(xí)，不斷的迭代，需要不停地積累技術(shù)的樣本。第三就是它有一個學(xué)習(xí)和驗證，迭代升級的過程。

這三個工作是怎么開展的？

第一就是定標(biāo)準(zhǔn)。這跟我們做土地變更調(diào)查和監(jiān)測等傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)還是有點區(qū)別的，因為我們現(xiàn)在面對的是機(jī)器，機(jī)器沒有外業(yè)，也沒有測圖，它就是要從圖上識別。所以我們建立了建設(shè)用地、生態(tài)用地的狀態(tài)定義這樣一套體系，目標(biāo)就是對我們城市用地的變化對比提出一個指標(biāo)。從這個變化過程來說會有64類的變化過程，比如從建設(shè)用地到生態(tài)用地、施工拆除等等，我們基于這樣一套標(biāo)準(zhǔn)去開展遙感AI的分析工作。核心目標(biāo)就是回答剛才的問題——我們減量多少？我們增量多少？我們施工過程有哪些？

第二是做樣本。這塊有兩個比較核心的內(nèi)容，首先是從零開始就要給機(jī)器做樣本，這個主要是基于標(biāo)準(zhǔn)做樣本，基于遙感去提取，提完之后放到樣本庫里。其次就是機(jī)器提完之后會有很多誤提、錯提，這種還要返給機(jī)器再去迭代升級，優(yōu)化算法。所以做樣本會占很大的工作量。

第三就是學(xué)習(xí)驗證，將算法基于AI技術(shù)不斷的迭代。北京市基于阿里巴巴研發(fā)的模型算法，把北京市的一景影像全放進(jìn)去，然后在很強(qiáng)大的GPU硬件設(shè)施上運行，基本上兩到三天就可以完成，效率非常高，如果要讓人工干同樣的活可能需要很多天。所以AI在效率提升方面是非常明顯的，這是不斷迭代升級的過程。

三、分析應(yīng)用及工作成效

第三部分是依照上述的三個步驟把空間變化圖斑提取出來后，疊加各類專項數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。重點分析八大類數(shù)據(jù)。比如最新的分區(qū)規(guī)劃，還有審批數(shù)據(jù)、拆違數(shù)據(jù)等。同時，我們將監(jiān)測評估聚焦于三個方向，第一個是全市的變化情況。第二個是重點的管控范圍，比如生態(tài)紅線、基本農(nóng)田、三區(qū)、綠隔地區(qū)，這些區(qū)域城市變化的范圍是什么樣？第三個是拆違等專項治理工作的監(jiān)測。

第四個部分談一下這項工作的成效，主要來看分析內(nèi)容和分析方向，首先可以得出土地減量和增量的面積，就是城市中哪些地方是在做減量的，哪些地方還是有非常強(qiáng)的建設(shè)活動。其次是減量的趨勢和預(yù)警，針對不同的空間圈層、不同的地類，比如說一核一主一副、兩軸多點一區(qū)，各自的空間變化是什么情況。此外，針對整治亂占耕地專項行動，能夠看出耕地區(qū)域上到底還有沒有人類的活動和建設(shè)行為？它有沒有被治理住？通過分析可以回答這樣的問題。針對疏解整治促提升專項行動，北京市正在推進(jìn)拆違工作，每年都會下很多的指標(biāo)。拆了之后是否有復(fù)建行為？是否還在建設(shè)？是否達(dá)到了疏解整治的效果？通過基于AI不斷迭代和更新的數(shù)據(jù)分析，也可以回答這樣的問題。

我們通過這樣的研究探索制定了一個自動化的評估體系，一邊是機(jī)器AI的學(xué)習(xí)和分析，一邊是人工提取工作，通過這兩方面的對比，對人工智能的技術(shù)做評價和分析，我們發(fā)現(xiàn)人工智能的分析在全量提取——即發(fā)現(xiàn)目標(biāo)方面——是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工提取的，但是它還要在兼容度上提升。我們在評價人工智能提取效果好不好時常用兩個指標(biāo)，一個是AI的召回率，一個是AI的準(zhǔn)確率。這兩個率有一個平衡點，召回率就是城市變化提取有沒有遺漏的？準(zhǔn)確率就是發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)是否都是準(zhǔn)確的、有沒有錯提的？如果這兩個率都提高了，說明我們AI的水平就提高了。

最后我們有一個深刻的體會就是AI時代到來了！雖然現(xiàn)在還有很多不完美之處，包括剛才說的兩個率還比較低，但是它一定是一種趨勢，政府將來的很多數(shù)據(jù)資源一定要用AI技術(shù)，我們看到的是它的發(fā)展前景，現(xiàn)在要花時間、精力去培育AI技術(shù)。第二是我們用AI技術(shù)很好地挖潛了數(shù)據(jù)的潛能?，F(xiàn)在我們很多數(shù)據(jù)都是放在那里沒有得到很好的應(yīng)用，AI技術(shù)就可以釋放數(shù)據(jù)的潛能。第三是AI技術(shù)在城市體檢這塊是可以做一些工作的。我們用AI的監(jiān)測提高了城市體檢中空間相關(guān)指標(biāo)的可評估性、精準(zhǔn)性、客觀性。

當(dāng)然還有一些待解決的問題。首先我們認(rèn)為AI的識別要跟城市體檢的指標(biāo)進(jìn)行完美的結(jié)合，更有針對性的分析一些問題，我們前期只是做了基礎(chǔ)理論的探索。其次是AI本身的精準(zhǔn)度還需要再迭代和升級提高。第三是各個城市都在建國土空間監(jiān)測評估預(yù)警平臺，智能分析的算法要和這個平臺完美地結(jié)合起來，進(jìn)一步提高平臺的監(jiān)測預(yù)警能力。第四是AI賦能城市體檢的機(jī)制還有待于完善和建設(shè)。

下一步我們還有一些工作需要開展，比如我們要對整個的地類要素進(jìn)行AI識別，還要對定向的重點區(qū)域進(jìn)行識別。例如今年我們要做一個建筑的專項提取，現(xiàn)在對核心區(qū)提出“四個降下來”目標(biāo)，建筑密度需要做監(jiān)測。

當(dāng)前，我們的遙感AI識別平臺和訓(xùn)練平臺是兩塊，還是人在識別，然后再訓(xùn)練機(jī)器，接下來我們希望能把它們打通，不需要再有專業(yè)算法的人把識別出來的圖斑交給機(jī)器，而是機(jī)器有一個自學(xué)習(xí)的過程，不斷的迭代，減少專業(yè)人員的介入。

最后用莊少勤副部長的一句話結(jié)束今天的匯報，“新時代的中國國土空間規(guī)劃是可感知、能學(xué)習(xí)、善治理、自適應(yīng)的智慧規(guī)劃”，所以我們也希望能貢獻(xiàn)一點力量，把新技術(shù)更好地應(yīng)用在國土空間規(guī)劃當(dāng)中，推動它的發(fā)展，謝謝大家！