陈军：时空信息与国土空间规划的融合创新

2022年11月12日，由清华大学建筑学院、清华同衡规划设计研究院、腾讯云计算（北京）有限责任公司联合主办，“自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心”承办的 “智慧人居环境与空间规划治理”年度学术研讨会暨“自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心”建设启动会，在清华同衡规划设计研究院成功召开。国家基础地理信息中心教授、中国工程院院士、智慧人居创新中心技术委员会主任委员陈军在会上作了题为《时空信息与国土空间规划的融合创新》的主题报告。

（以下为整理后的报告全文）

一、实践的感悟

国土空间规划并非城市规划和土地利用总体规划的简单加和，而是在资源紧约束的条件下，对国土空间开发和自然资源保护利用的各类建设活动做出的系统时空安排，为实现高质量发展提供空间蓝图与发展指南。目前《全国国土空间规划纲要（2021-2035年）》已经正式印发，各省、市、县级国土空间规划也进入了最后的审定、审批阶段，未来如何进一步开展规划实施、监督评估以及动态调整等工作，需要深度思考，总结经验，再接再厉。

图1 国土空间规划编制实施

过去两年，我有幸参与了自然资源部国土空间规划纲要编制的部分基础性工作，联合全国有关单位的专家力量，利用时空大数据（包括地图地理信息、专业信息、社会统计信息等），对全国的人口分布、生产-生活空间、生态环境等基本情况与发展趋势进行了研究分析，形成了四个方面的分析报告，为全国国土空间规划纲要编制提供了科学依据：

1、全国人口空间分异分析：系统分析了全国人口空间的分异，包括人口空间分布上的不平衡、不匹配、不充分等情况；

2、全国城市扩张分析：从质量结构、效率等方面，分析全国城市空间扩张的特征与趋势；

3、全国地面沉降分析报告：围绕城市发展空间受限情况，分析了全国、区域、城市等不同尺度地面沉降的情况，并以重点区域为例研究了地面沉降的成因与影响；

4、全国陆域生态系统宏观结构与变化分析：系统分析了全国陆域生态环境的结构特征、变化情况与发展趋势。

在这些研究工作中，我感到时空信息与国土空间规划密切相关，在国土空间规划各项工作中大有可为，但目前时空信息与国土空间规划的结合还远远不够，融合创新势在必行。

应该说，国土空间规划理念先进，它的核心使命是破解资源紧约束下的可持续发展难题，对国土空间格局的优化布局、科学保护、合理开发等提出具体策略。但国土空间规划提出的时间较短，以往的研究储备还不充分，目前尚未形成具有内在逻辑和层次结构的知识体系和分析方法，也缺乏高效的技术手段和完备的科学技术资源支撑，尚难以有效支撑国土空间格局解析、结构诊断、趋势预测、态势预警、方案优化等规划分析。目前，面临着时空数据海量、信息爆炸、知识难求的困境，现在能提供的时空数据信息多处在国土空间规划信息金字塔的中下部，尚难以完全满足国土空间规划中对于高层次信息和知识的需求。因此，必须加大时空信息与国土空间规划的融合创新，推动构建国土空间规划的知识体系和工程技术体系。

二、时空信息大有作用

国土空间规划实质上是从生态规模的角度，综合地思考和解决国土空间的开发、利用和保护问题。从联合国提出的17个可持续发展目标模式图可以看出，位于最下方的四个可持续发展目标代表着生态板底盘，八个社会目标位于中间层，四个经济目标处于最上层。这被国际上称为“强可持续发展模式”，即生态规模制约着社会公平和经济效益，而社会公平影响着经济效益，三者呈现递进发展、包含支撑的关系。因此，国土空间规划就是要从生态规模、生态文明的角度，优化国土空间布局，实现各类资源的集约利用，推动人与自然和谐共生。前面说提到的人口分异、城市扩张、地面沉降、生态格局等分析研究工作，实际上就是在这种“强可持续发展模式”的思路下，开展的基础性时空分析。

图2 联合国可持续发展目标模式

利用时空信息赋能国土空间规划，是基于更精确、全面的数据，为国土空间规划提供更精准、精细的分析，支撑科学规划决策。以人口数据为例，以往规划工作中多运用行政区为单元的人口统计模式，无法反映人口在地理空间的分布细节，难以满足通达性、均衡性等深度分析的需求，而要形成对于国土空间规划的实质性支撑，就必须对人口统计数据进行地理空间分解（Geographic Disaggregation），实现统计数据和地理数据的融合，构建高精度人口密度网格，支撑更精细尺度的设施可达性等分析。基于以上思路，我们将时空大数据运用在规划编制分析的系列研究报告中：

在人口空间分异分析中，将时空信息数据与社会经济统计数据、企业数据和互联网等数据等结合，以系统全面的分析人口空间分异、人口空间流动、人口与产业布局和人口与公共服务设施匹配情况，得到更为准确的研究结果和结论；

在城市空间扩张分析中，运用遥感监测等时空信息数据研究全球各地的空间扩张情况，同时结合地理国情普查和土地利用等数据深入分析城市扩张的空间分异、开发强度与效率和内部空间结构等，为国土空间安全永续、高效聚集、品质营造、有效保护等提供基础数据和分析依据；

在全国地面沉降分析中，运用卫星合成孔径雷达干涉测量（InSAR）数据，结合地层变化监测站网、水准网、GNSS测量网和地下水动态监测网数据，分析全国地面沉降情况，探索沉降成因和影响因素，为重大工程规划选址和重要战略区划定提供参考依据。

三、融合创新势在必行

以上应用案例表明，时空信息在国土空间规划中大有可为。经过几十年的发展，以遥感、空间定位和GIS为核心的时空信息技术取得了长足进步，与相关领域先进技术的交叉融合逐渐成为常态，极大地提升了人类对所居住环境的感知、认知与管控能力。

时空信息兼具时空维度和属性信息，能够反映现实世界各类实体与现象的空间分布、时间变化及属性特征，可以为我们提供时空本底信息（影像信息、定位信息和地理信息）和时空专题信息（资源的数量、分布和资料信息，资产的产权关系和权属信息，资源的资本和生态价值信息）等。这些时空信息对研究国土空间高质量发展具有重要作用。高质量发展是指创新、绿色、开放、共享，其本质是从“有没有”转向“好不好”，要解决的是发展不平衡、不充分的矛盾，而时空信息能更好地揭示现状不平衡、不充分的问题。高质量发展的各项活动都是在地理空间中进行，有着显著的时空特征。习总书记指出，高质量发展是一条管总的要求，经济、社会、文化、生态各领域都要体现，所有地区都必须贯彻，必须长期坚持，这三句话分别体现了高质量发展的整体性、空间性和连续性，对应了时空信息的专题内容、地理空间和时间序列。因此，通过时空信息掌握国土空间高质量发展情况、赋能国土空间规划是必然选择。

图3 高质量发展时空特征

当前国土空间规划大体上可以划分为四部曲：数据资料收集处理、现状评估分析、空间规划编制和规划的实施监督，之后再形成一个新的循环，进一步收集数据，对规划进行动态调整、修编等。时空信息对四部曲各环节都很重要，例如在资料收集过程中提供原始数据，包括基础地理信息、地理国情数据、人口时空分异和社会经济状况等；在现状分析评估过程中参与双评价、资源约束分析、人地关系研究等；在规划实施阶段做好数据赋能、知识引导、实时动态、群治协同等。时空信息与技术在国土空间规划各个阶段都发挥了作用，但目前技术应用等还处于初级阶段，技术研发和融合亟待加强。

图4 时空信息与技术支撑国土空间规划四部曲

做好国土空间规划和国土空间治理有四方面的需求：摸清家底、认清规律、编好规划和做好实施监督。这些对于时空信息的要求包括提供高质量时空信息、开展高层次的时空分析和实施高水平的时空赋能。但目前高质量时空信息的供给不足、高层次时空分析的能力不强、高水平时空赋能的手段不够，难以满足国土空间规划的要求，亟需进行相关研究的提升。

目前我们需要推动时空信息赋能国土空间规划的创新研究，从“定性分析为主”走向“定性分析+定量计算相结合”，进一步增强科学研究和技术实践。

图5 国土空间数字化过程

一是要把国土空间全域数字化，实现人地系统的定量化分析、规划方案的智能化推演、国土空间格局优化、动态调整和实时监督等。以往国土空间数字化内容偏重于自然要素和建成环境的数字化，而对于人文要素和社会要素的数字化相对欠缺，这些恰巧是国土空间规划需要考虑的内容，当前我们完成这些工作还面临着信息资源碎片化，数据保障难以实时化，调查监测无法智能化等难题。

二是加强国土空间的系统精准认知。以往对于国土空间管理多采用“多龙治水”的方式，对山水林田湖草生命共同体的整体性、系统性和前瞻性认识不够，难以科学地阐述国土空间格局的形成演化机理和人地关系。人类对自然资源开发利用与保护，深刻地改变着所在地域的空间格局和社会经济结构，塑造出新的地域空间格局；而新格局又进一步影响或制约着人类的生产实践与建设开发。对人地系统的动态演化过程系统深入研究，有助于辨析资源约束、空间受限、环境影响、灾害风险等问题的根源，更好地认识自然资源开发利用与保护的规律，促进人与自然和谐发展。根据吴良镛先生的人居环境理论，借鉴GlS空间关系的研究方法，我们可以解析和构建多层级的国土空间人地关系，分析和揭示人地关系矛盾的突出地域、时空过程及成因。

图6 国土空间的人地关系模式

三是加强数据赋能国土空间规划实施。将国土空间数字化，建立起“人-机-物”关联耦合的三元空间，赋能国土空间规划的实施监督，实现数智化条件下的国土空间用途科学管控，包括现状问题研判、各类开发建设活动的行政许可与监督管理和智能化应对决策等。

国土空间规划博大精深，时空信息技术精准先进，要真正做好时空信息支撑国土空间规划具有很大挑战。因此，跨学科合作势在必行，必须加大学科交叉力度，加强各专业领域（土地、规划、林业、地矿、海洋、测绘等）协同融合，吸收人工智能、物联网、大数据等技术领域和地学、水利、建设、发改等相关行业专家参与，整合多部门的智力资源集思广益，协同创新。

四、未来期许与共勉

高质量发展和数字化发展是当前的两大热门词语，而时空信息是重要支撑。可以说，以时空信息技术支撑数字化发展、赋能高质量发展已成为时代潮流。自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心的成立顺应了这一发展趋势，期待未来能在时空信息与国土空间规划的深度融合方面带个好头，发挥引领作用。

排版｜李刚

封面图/图片｜供稿部门/专家提供

供稿｜智慧人居创新中心