基于CIM的城市体检评估关键技术研发-广东省住房和城乡建设厅
摘要：本研究针对城市体检信息挖掘不足、数据更新缓慢、缺乏科学全面的评价指标体系、城市体检缺乏可视化和辅助决策功能等问题，创建了多维度的城市体检信息挖掘系统。 ，基于多源遥感和大数据的多层次、全方位模型。 、全要素、可验证的智慧城市体检考核技术，建立一体化数据采集共享、体检指标构建为一体的CIM城市体检考核平台，考核结果可视化、智能辅助决策，形成“城市体检考核全要素“一张图”，以信息化手段支撑“监测-体检-预警-诊断-治疗-复查-再监测”，实现“城市体征全周期闭环管理”全要素监控预警、全方位体检诊断、全流程实施管理。
关键词：城市体检评估； CIM；指标模型；信息平台
一、研究背景
党的十八大以来，生态文明建设理念融入城市规划和治理的各个方面。机构改革后，更加注重国土空间的合理规划和城市治理体系和治理能力的现代化。通过建立常态化的城市体检评价机制，及时发现城市发展问题，制定解决方案，改善城市环境质量，建设和谐宜居、充满活力、特色鲜明的现代化城市，提高新型城镇化水平。 2018年，住房城乡建设部印发《城市总体规划编制试点指导意见》，建立了“每年一次检查、每五年一次评估”的规划评估机制。 2019年6月，住建部印发《关于成立住建部城市体检专家指导委员会的通知》，选定沉阳、南京、厦门、广州、成都、福州、长沙、海口、西宁、景德镇、遂宁开展体检，为城市体检工作科学开展和评价提供参考和有效支撑。 2020年6月，住房城乡建设部印发《住房城乡建设部关于支持开展2020年城市体检工作的函》，加强城市体检工作技术支撑，建立城市体检信息平台。 2021年4月，《住房城乡建设部关于开展2021年城市体检的通知》提出，城市要生态宜居、健康舒适、安全韧性、交通便利、风格独特、清洁卫生。有序、多元包容、创新活力8个方面、65个指标构成了城市体检指标体系。 2022年7月，住房城乡建设部印发《关于开展2022年城市体检的通知》，决定继续选择直辖市、计划单列市、省会城市和部分设区各城市（以下简称样本城市）开展2022年城市体检。 2023年11月，住房城乡建设部印发《关于全面开展城市体检的指导意见》，在全国地级及以上城市全面部署城市体检工作。目前，城市体检评价和体检试点工作仍在继续，主要探索城市体检理论、指标体系和地方特色。结合城市信息模型来评估城市宏观和微观要素的研究还很少。城市体检的理论方法、指标模型、评价标准、平台建设等内容仍需结合新信息技术进一步研究和探索。基于CIM技术的城市体检评估还需要在探索城市体检工作机制的基础上，耦合多源数据进行智能评估，形成科学的体检全生命周期方案。
本课题的目标是研究基于CIM、3D GIS、物联网、大数据、云计算等先进数字技术的城市体检多源数据的采集、整合和管理技术、智力，为城市体检打下基础。数据库，构建城市体检综合指标体系，开发三维指标计算模型，构建集项目管理、数据集成、数据分析、跟踪分析、实时监控、数据可视化于一体的城市体检考核信息平台。
2、研究思路
以多源数据采集和管理为基础，以指标体系设计和算法模型构建为核心，以体检结果可视化和评价分析为重点，研究基于数据的城市体检评价关键技术。关于CIM和城市体检“六个一”。 （一套底图、一套指标、一套模型、一套流程、一个平台）系统建设路径，形成集数据汇总、指标构建、模型管理、监测与评价于一体的城市体检综合评估管理预警、行动落实。系统。以不同数据源、不同体检维度、不同功能定位完成城市体检全生命周期“城市病”的科学高效诊断和检测。
图1 基于CIM的城市体检评估技术路线
三、研究内容
（1）研究地上与地下一体化、二维与三维联动的空间数据融合方法，构建城市全要素三维监测图
城市正在实时更新和变化，传统数据已经不能满足描述城市二维、三维、动态标志的要求。城市体检评估的源数据不仅包括城市地表的自然资源环境，还包括城市地表、地下实时运行产生的多维动态数据以及人类的评价信息。空间尺度。目前，通过遥感技术、物联网、社会感知等手段采集的城市二维、三维空间数据还存在不少问题。多源数据采集尚未规范，纵向传输机制不畅通，与非空间数据的集成协调不完善。部门信息共享仍存在诸多障碍。因此，可以二维、三维联动采集和整合地上、地下空间数据，分类存储各类信息，为城市体检评估各方面提供数据支撑，构建“三化”。全要素立体城市监测图。
图3-1 城市体检考核数据处理方法研究
1、地上地下一体化、二维联动、三维联动空间数据采集与融合
时空大数据感知、地理监测、高精度实物测绘等方法产生的城市空间三维数据信息，需要更加自动化的测绘设备采集和数据处理，以保证城市体检的准确性和高时效性评估。对不同来源的数据进行分类和组织，从相对单一的空间数据升级到整合多源、异构、多时态的空间数据。耦合BIM，精准模拟和表达空间数据属性信息，深度挖掘数据中蕴含的城市发展运营。陈述表征信息，明确数据采集和融合方法，实现城市地理实体对象全生命周期信息的提取和表达。
2.多源三维空间数据信息挖掘研究
利用机器学习、深度学习算法和SLAM（实时定位与建图）算法对城市地理空间大数据进行自动识别、数据挖掘和三维重建，快速提取地物特征，发现隐藏在大数据中的城市信息并进行还原位置物理模型与各地理实体的社会经济属性相结合并丰富，形成全息、高清、高精度的结构化实体和覆盖地上地下、室内室外、二维的城市数字空间以及三维整合。
图3-2 室内外多视角数据融合
图3-3 多层建筑三维信息呈现
（二）建立垂直于下、水平于边缘的城市体检考核体系，发展立体支撑模型
围绕“创新、协调、绿色、开放、共享”五个发展理念，聚焦城市自然背景、运行标志、人文空间资源、人口、生态、经济、交通、社会服务、舆论等因素，体检评价指标体系构建合理。结合BIM和GIS技术，可以对城市上下、室内外多粒度物体建立统一的表达要求，建立代表城市运行宏观尺度和微观要素标志的指标体系。
1、纵向到下、横向到边缘的城市指标体系研究
以城市体检人文与城市空间科目为基础，以“生态宜居、城市特色、交通便捷、生活舒适、多元包容、安全韧性、城市活力、社会满意度”八个主题为基础，结合项目衔接各级部门绩效考核指标，参考社会公众关注的热点问题，建立了集城市功能要素、形态要素、时间要素、人文元素和其他元素。同时构建“城市-区-街道-社区”四级体检层级，在城市宏观结构和微观建筑规划建设、承载能力评估、城市规划建设等方面进行探索。治理实施，建立体现密度的三级体检指标和参考阈值，重点关注可达性、多样性、满意度、效率等属性，确定各级指标的组合关系和相互影响，构建科学的体检指标体系。不同维度和要素指标的评价模型城市体检是反映城市运行活力水平、结构和效率的标志。 、质量等方面的表现。
图3-4 构建全领域覆盖、多维度、闭环的治理指标体系
2. 结合体检评价指标的三维模型构建
基于BIM和3DGIS的空间分析、人工智能、深度学习、关联模式挖掘、多指标、多维度分析、异常模式发现等技术，开展城市空间要素评价、城市运行标志评价、人文尺度评价等时空三维模型构建三维城市信息智能评估与决策模型库，支撑城市从规划编制、审批（报批）到建设全过程的智能决策评估实施、体检评价和运行管理，提高城市治理质量和效率。强化经营管理决策的科学性。
（三）建立基于CIM的城市体检考核信息平台，研究城市精细化智能化管理的实施路径
基于科学定义的城市体检评估模型，对城市运行过程中的二维、三维多源体征数据进行全面采集、分析和展示。利用物联网传感信息动态集成技术和CIM颗粒信息传输技术，建立多方维护的CIM城市体检评估信息平台，实现城市要素实时预警预测和可视化展示，支持城市要素协同城市运营过程中的各个业务部门。管理。构建城市运行状态模拟和时间序列分析的体检评估未来推演和趋势融合预警模型，直观展示城市体检评估结果，同时管理决策者进行人机交互处理以辅助智能化决策和项目管理，形成以城市为中心的从体检到城市治理的精细化、智能化全流程解决方案。
1、基于CIM的多层次、多角度的城市体检信息平台建设
以“监测预警、智能决策、规划实施”为主要目标，支持多源数据、多系统、多层次管理，重点设计城市体检信息垂直传输路径从底部到水平到边缘，针对城市、地区和街道。 、社区四级区分和各职能部门横向联系，面向精细化城市管理和决策，建立基于CIM的城市运行全要素监测预警、全方位智能决策平台城市管理、城市体检全流程评价治理。通过市、区、街道、社区四级数据展示、体检评估、问题分析、项目建议模块集成，智能生成体检报告和决策方案。基于“行动可调度、计划可监控、项目可查询”的思路，整合行动计划安排和效果预览模拟模块，实现有效的项目管理，支撑城市体检治理的实施行动计划。
2.城市体检考核流程及机制研究
在二维、三维多源数据采集处理的基础上，结合体检指标体系，形成“监测、体检、预警、诊断、监测”的城市体征全周期治理闭环。治疗、审查和重新监测”得以实现。在监测环节，研究如何高效利用多源数据在CIM平台上对城市要素进行实时监测；在体检环节，研究多形式、多要素、多维度指标与评价方法的耦合及其在城市信息模型中的实现；在预警环节的研究中，以体检结果为表征，量化预警级别阈值，建立差异化的预警级别，以及预警表达和可视化形式，为后期治疗方法的选择提供参考;在诊断环节，研究城市体检定性结果，对“城市病”精准把脉，科学预测病源，形成专题、系统的城市体检诊断结果报告；在治理过程中，以项目实施为路径，结合CIM对城市宏观生物和微观要素的综合表征优势，模拟不同场景情景，同时对“城市病”严重项目进行监测和治理”并实施治疗计划；审核过程中，将以效果评价为手段，对体检水平进行多维度、时间序列的横向和纵向比较，建立长效考核机制和效果跟踪。
3、城市运行时空趋势分析及城市治理辅助决策研究
基于全感知的城市信息模型，以综合体检系统分析为基础，结合物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能等技术手段，对城市的历史和现状数据进行分析获取城市未来发展的短板，并利用多源数据进行时空推演和模拟预测。同时，我们定期跟踪当前项目实施进展，不断更新体检数据，定期进行体检复查，为根除“城市病”提供长期有效的监测和反馈机制。
四、创新点及特点
《研究》围绕城市体检“数字底图、指标体系、评价平台”，主要进行了以下探索和创新：
(1) 构建综合数字底图
利用时空大数据感知、AI遥感特征提取、高精度三维物化等技术，开发了统计数据、人群活动数据、遥感数据等多源数据融合方法，与CIM平台结合，采集多源城市体检数据。通过清理、融合、存储和管理，构建地下、地上、二维、三维的城市三维感知图，实现城市体检考核从二维到二维的转变。立体和三维一体化。
（二）构建层次化指标体系
从科学系统性、动静结合、以人为本、可操作性、易操作性原则出发，围绕生态宜居、健康舒适、安全韧性、交通便利、风格独特、整洁有序等八个主题，多元包容、创新活力，构建了市-区（县）-街道-社区的分级城市体检评价指标体系。基于新信息技术的多维度信息挖掘，针对城市体检不同维度、要素指标，建立了三维指标计算模型。
（三）开发城市体检考核平台
攻克城市体检三维可视化技术，基于CIM平台对城市体检评估结果和方案决策进行高仿真、动态交互的高维可视化和精细化多尺度模拟。结合地理空间数据和3S分析技术，开发了基于CIM高仿真城市体检信息系统的系统，推动城市治理模式更新，实现数据共享、全民共创、整体联动。
5、市场推广前景及成果应用分析
面向城市体检全要素监测预警、全方位智能决策、全流程治理实施三大应用目标，基于CIM构建指标分析模型，构建城市体检评估信息平台。为进一步推动城市体检技术方法在智慧城市规划、建设和管理中的应用，对于转变城市发展方式、完善城市治理体系、提高城市治理能力、满足城市发展高质量要求具有重要意义。城市发展。
（一）统筹部门资源，推动多源城市体检数据统一管理和顺畅共享
研究城市体检评价数据采集、处理和共享方式，构建多源数据采集和共享系统，制定数据采集方式和统一口径，与多部门政务管理子系统对接，有利于为群众提供真实的数据采集、处理和共享。对城市运行迹象进行定时监测、定期评估、动态监测。维护为满足城市科学管理、高效治理高质量发展需求提供数据支撑。
（二）改进体检方式，提高城市体检考核全流程解决方案的科学性、系统性
研究基于CIM的城市体检评价智能系统，耦合多源大数据和多要素CIM，利用云计算、大数据、人工智能等手段，结合统计学和系统方法，构建科学的专业化、综合化的体系。指标分析模型。对城市山、水、林、田、湖、草等自然本底以及物流、人流、建筑环境运行状况进行实时监测预警，有助于提高城市体检考核的智能化和可信度实现城市精准管理，完善城市治理体系，提高城市治理能力现代化水平。
（3）优化治理方案，模拟城市慢性病多场景解决方案，跟踪项目实施进度
研究多要素、综合性的城市体检结果可视化及智能辅助管理系统，通过CIM协同展示体检实时监测和综合分析结果，评估城市自然本底和运行状况，跟踪进展和情况实施体检修复工程，定期开展体检复查和重新监测，有利于促进“城市病”有效治理，加强决策建议反馈，为城市规划和治理提供动态调整和科学指导，也有利于部门定期考核，有针对性城市重点工程解决方案。
六、实施结果
研究成果于2022年12月完成，被评审专家一致认可为具有创新意义和改革成效的研究项目。
（一）城市体检信息平台
该项目先后开展了长沙等地城市体检信息平台建设，合同金额1000万+元，直接经济价值8000万+元。
长沙市城市体征监测信息平台（一期、二期）建设项目，融合遥感影像、社会开放大数据、统计数据等多源数据，对长沙市进行城市体征监测，可有效结合静态统计数据和动态新兴数据的优势，为高效精准诊断城市病提供有力的数据支撑。构建分析算法和模型，按照通用性原则将研究模型和研发算法固化为显示模块，利用可视化手段展示空间标志、交通标志、安全标志主题下的综合信息，实现高效便捷的工作。同时针对城市资源环境、安全韧性、设施覆盖、创新活力等方面构建指标体系，并建立横向和纵向比较，建立评价标准，可以更全面地识别城市发展的短板并针对“城市病”。 “治理。
（二）基于CIM平台的城市体检专项应用
在南京、济南高新区十余个城市信息模型（CIM）基础平台建设中，开发了城市体检考核专项应用，合同金额6000万+。
该项目基于CIM平台上的城市体检考核专项应用模块，利用城市体检四级指标体系和大数据算法模型结果，构建城市体检考核全要素的“一张图”。依托CIM平台，实现城市体检评估结果和辅助决策的可视化，为城市发展建设的关键环节和参与者提供更准确、更高效、更生动的数据结果和项目改造参考，从宏观和微观要素对城市进行分析。为整体运行和微循环管理提供精准表达和辅助决策，提高城市运行状态实时监测和评估的效率。