一、项目背景和构思近年来，北京市不断探索城市体检工作组织方式，创新体检方法和技术手段。为进一步增强城市体检的客观性、时效性和综合性，2021年度北京城市体检工作探索将大数据体检作为城市体检的重要组成部分，组织开展了大数据城市体检工作。大数据体检聚焦重点问题、重点领域，结合科技创新、商圈活力、职住通勤、公共服务、区域协同六个专项领域开展了体检评估。工作突出时效性，持续推动市民满意度调查，强化民生视角，回应民生诉求，突出呈现了各维度、各领域的年度、甚至月度变化。主要从体系建构、创新实践、科研成果、未来展望四个层面介绍大数据赋能城市体检的体系建构和具体实践。工作围绕“规划编制、方案审查、规划实施、体检评估、监督反馈”的国土空间规划工作路径，结合大数据“现状感知、分析认知、机制研判、决策验证”的赋能逻辑构建整体框架，将其应用到面向“三级三类”的北京市国土空间规划工作体系中，重点围绕科技创新、商圈活力、职住通勤、公共服务、人口流动等多领域、多场景开展了创新实践。二、项目内容和特点1、首次开展了针对北京规划监督评估体系的大数据城市体检，探索了多源数据融合验证方法，建构了大数据城市运行监测框架，拓展了城市体检的研究理论和创新方向。一是构建大数据运行监测机制，提升体检工作颗粒度、精准性。整体推动体检工作精准化：数据规模方面，由GB级增长至10TB级，数量增长近1万倍；更新频率方面，由年度更新提升为月度更新及以上，部分满足日度、分钟级更新，时效性提升10-300倍；空间精度方面，由街道级（七普337个乡镇、街道单元）提升至100米精度（全市约160万个统计单元），空间精度提升4700倍。二是探索了大数据融合校正方法，确立体检数据可信度、科学性。验证了手机信令、LBS、IC卡等多源数据在城市级、区级、街道级等不同尺度的差异，研发多源数据融合校正方法，纠正数据采集带来的年龄、性别、职业等人群特征的有偏性，得到基于普查数据与社会大数据融合校正的体检基础数据，受到相关技术部门认可，保障了大数据城市体检工作的可信度、科学性。三是融合大数据时空行为理论，保持体检内容新鲜度、动态性。融合应用了时空间行为理论：分析主体从静态要素转为流动网络，聚焦职住、人口流动、人口搬迁、物流配送等动态网络变化，分析视角从年度转为实时，将科创人员画像、商业活力聚集度、核酸采样圈覆盖率等热点内容纳入工作。大数据体检数据体系2、研发了大数据分布式集群运算支持城市体检的关键技术，自主建立了大数据赋能城市体检的数据运算能力、技术支撑能力和量化分析能力。一是研发了一套体检大数据集成更新方法，建立10TB级年度大数据更新机制。项目共融合包括职住、通勤、客流、出行、迁徙、人口流动、交通等各类社会大数据121项，搭建了大数据持续更新机制，年度更新数据量9773G（9.5T）。二是建设一个大数据集群运算平台，构建十亿级体检大数据并发运算能力。项目实践了基于“Hadoop + Hive”的大数据分布式集群运算能力，建立起10TB级年度体检大数据更新机制，构建起十亿级体检大数据并发运算能力。三是应用56项大数据计量模型算法，形成易量化、可回溯的数据分析流程。应用包含复杂网络分析、机器学习、语义分割等创新性领域支持的56项计量模型算法，形成了分析方法精准化、过程轻量化、结果可回溯的大数据计量分析流程。大数据体检关键技术流程3、实践支持23项首都规划重点工作及2篇专报，得到市委主要领导认可，成果在北京市各级各类城市体检中得到广泛应用，创新实践了大数据赋能的城市体检应用体系。一是支撑首都规划建设重点工作23项、相关专报2篇。项目支持院内重点工作23项，包括《北京城市总体规划实施体检报告（2022年度）》《北京市商业消费空间布局专项规划（2022年-2035年）》等。支持相关专报2篇，包括《关于国土空间近期规划2025年中心城区城乡建设用地规模研究情况的报告》《聚焦网络空间联系、关联人群特征及新旧业态对比的农产品批发市场大数据分析》。二是支持市级、区级和第三方体检11项，实践了大数据赋能城市体检的应用体系。大数据城市体检支持包括北京城市总体规划、首都功能核心区控制性详细规划、北京城市副中心控制性详细规划实施体检在内的11项城市体检工作，实践了大数据赋能城市体检的应用体系。三是围绕“数据集成、指标监测、领域洞察”三层次建立大数据城市运行监测框架。工作构建了“数据集成、指标监测、领域洞察”三个层次的城市运行监测框架，着重围绕科技创新、商圈活力、职住通勤、公共服务、区域协同五个专项展开，提高城市体检对空间治理问题的动态识别能力和小切口分析水平，为市级决策提供了参考。 面向北京市“三级三类”国土空间规划体系的大数据体检应用体系三、规划应用和实施成效实践应用层面，首次开展了针对首都规划监督评估体系的大数据城市体检，获得市委主要领导认可，同步支撑首都规划重点工作23项、城市体检相关工作11项、相关专报2篇。技术集成层面，形成大数据集群运算平台1个、相关专利2项、大数据体检系列智能算法56项。包括大数据驱动的城市动态感知与监测评估SaaS 平台1个，《一种基于视频解译技术的城市公共空间行为场所识别方法》《一种大规模街道色彩提取和协调性评价的方法》等2个在审专利，包括复杂网络分析、社团检测、密度聚类、语义分割、XGBOOST等56项智能算法。科研创新层面，产出学术论文6篇，包括《基于时空大数据的多尺度职住平衡研究——以北京市为例》《网络关联视角的物流专项规划及实施效果评估》《基于时空大数据的海淀区职住平衡现状研究》等。
规划决策支持系统是基于城乡规划学、区域规划学、经济地理学、生态环境学等学科知识与计算机科学紧密结合，为提高城乡规划编制与管理的科学性而建立的重要科学技术门类，是当前国内外城乡规划科学重点研究方向。本项目是北京市城市规划设计研究院的规划决策支持科研团队，在持续10年的研究和应用规划决策支持系统技术，开展城市量化研究的系统性总结。项目遵循“理论研究-模型设计-知识提炼-数据积累-系统研发-应用实践-对外服务”的整体脉络，思路清晰，逻辑严密，资料翔实，内容完整，成果丰硕。项目基于长期城市量化研究探索与实践积累，密切跟踪国际前沿学术研究与技术发展，从宏观、中观、微观三个层面统筹构建了较为完整的国土空间规划决策支持框架体系，从理论、软件、数据、算法、模型、指标六个维度来定义该框架体系具体内容，共涉及400余个原理方法、100余个支撑软件、500余个决策模型、1000余个决策指标；项目深入研究了国土空间规划（含原城乡规划）决策支持体系中各环节数学模型算法，并将模型设计与国土空间规划业务实践有机地结合起来，贴合国土空间规划编制与管理的实际业务需求。规划决策支持框架体系框架图项目基于开放的模型系统架构，自主研发了国土空间规划决策支持平台作为决策思想、决策过程、决策成果的载体，实现了决策模型的动态扩展和优化调整、决策指标的生动刻画和灵活配置。同时建设了兼顾城市空间物理特征与人口时空行为特征的国土空间规划数据库，开拓了LBS大数据作为模型运行的数据源，极大提升了城市研究的深度和精度，为多源新数据在规划决策支持中的应用提出切实的技术路径。项目经过十年的积累与打磨，形成了丰硕的研究成果，已为北京市及其他省市规划编制及管理单位承担的与城市发展、城市建设、城市安全、民生保障息息相关的重大项目中，实现了科技成果的有效转换，在节省开支、增加收益、节约人力、缩短工期，提高效率等方面效益显著。基于项目成果发表科研论文百余篇、学术宣讲百余次、接待来访百余次，持续举办6届“城垣杯•规划决策支持模型设计大赛”，吸引了来自国内外700余个顶尖团队参赛，并出版获奖作品集，有效推动行业和学界对规划决策支持系统的广泛关注和深入研究，体现了项目研究团队及项目研究成果在规划决策支持领域的引领作用。“城垣杯”规划决策支持模型设计大赛
我国的城市化在经历高速发展后，开始步入转型与重构，以北京为代表的特大城市也从“摊大饼”式的空间扩张转为有机更新和减量发展。与此同时，空间信息技术的发展提高了人们对城市复杂系统的时空认知能力，基于对城市运行规律的理解和把握，探索解决城市发展不同时期、不同空间要素所带来的生态和社会问题，通过科学、有效的方法对城市进行管控和设计，从而合理规划未来城市的发展。遥感影像用于城市科学研究是重要应用之一，也是城市规划管理中用于监测、分析城市化过程及其对生态环境效应的主要信息源。国内外对城市遥感的研究目前主要体现在对城市构成、土地利用/覆盖等空间结构的定性描述，对城市要素如植被、不透水层等开展的专题分析，对城市扩张、城市要素演化实施变化检测等。现有研究基本构建了相对完整的城市遥感研究框架，但大多停留在学术理论层面，鲜有在政府决策和规划管理中的应用实践，对城市化发展及转型过程中从增量扩张、有机更新、减量腾退及底线管控、生态格局保护等不同演化阶段、不同政策导向的决策支持针对性不强，无法有效满足城市精细化管理的需求。为此，本项目基于规划实施的视角，综合城市治理的需求，遵循特大城市发展的客观规律，建立了国土空间优化布局及人地耦合模拟的技术体系。在时空模拟中兼顾城市扩张向以存量、减量规划的转变及驱动力分析，并基于PIE遥感云平台研发了城市时空数据处理与仿真决策应用系统，为国土空间规划编制及监测实施等重大需求提供了技术支撑。 项目研究内容。主要创新技术：1.研发了长时序逐年城市土地利用特征遥感动态制图的关键技术，形成基于多源多尺度时序数据的城市空间要素动态制图技术体系。2.提出了城市建设用地扩张、更新、减量与绿色空间演替等定量化分析方法，厘清并量化多类国土空间时空演化的规律及特征。3.提出了未来城市空间变化的多场景演化模型和系统，研发了城市智能时空建模技术，解决长时序动态变化信息在土地利用空间模拟中的耦合难题。 项目关键技术及成果先后在自然资源部和大中小城市多层级国土空间规划、城市治理、基础测绘等方面得到业务化应用。取得授权发明专利2项、软件著作权14项，发表学术论文18篇，其中ESI高被引用论文3篇。经院士专家科技评价，认为成果整体达到国内领先水平，在长时序城市土地利用特征提取方面达到国际先进水平。本项目获2022年度中国地理信息科技进步奖一等奖。
城市公共设施是改善民生、保障社会公平与稳定发展的重要基础，其科学的配置与选址直接影响着城市空间效率与居民生活质量。规划支持模型是城乡规划公共设施优化布置与选址分析必不可少的技术手段和主要发展方向。项目立足于规划行业信息技术应用的全新视角，首次建立面向城乡规划公共设施优化布置及选址模型框架体系，并将公共设施定量研究的理论、技术、方法与空间数据资源紧密结合，从而实现了与城乡规划业务工作的紧密关联。项目系统地提出了城乡规划公共设施现状评估、优化配置、规划选址全流程的数学模型算法，创新性建立了基于人的时空行为及主观选择偏好的公共设施评估与选址模型算法，制定科学合理的技术路线加以实现，并通过丰富的规划应用案例进行实践验证。基于时空行为的设施评估选址模型框架在研究中综合利用了政务数据、开放数据、大数据等各方数据资源，高效融合并发挥各自优势，全面建设兼顾城乡规划公共设施供需主体利益及行为模式特征的空间数据库，并制定数据标准，保障后续更新维护有章可依，夯实了数据基础。城乡规划公共设施优化布置及选址模型系统由本项目自主研发，对于公共设施相关规划业务具有较强的针对性和普适性。系统操作流程设计合理，运行稳定，具有良好的动态扩展性，为推动规划决策支持在行业内的广泛应用提供了示范，有利于业务拓展和市场推广。项目建设与应用同步开展，与公共设施布置及选址的业务需求紧密结合，为各类公共服务设施相关的规划编制工作提供切实的技术支撑。本项目获2019年华夏建设科学技术奖二等奖。
为推进国土空间规划体系的建立与监督实施，积极运用地理信息技术推动在特大城市国土空间规划编制与实施中的科技创新与成果转化，实现国土空间规划“能用、管用、好用”，北京市城市规划设计研究院牵头，通过自主科研立项方式，结合北京市国土空间规划及实施过程中发现的历史问题、遇到的技术瓶颈、面临的未来需求等开展了为期三年的科技攻关，按照“数据标准化-知识模型化-场景平台化”的技术路线，围绕“编、审、批、督、评估”业务的全流程、全环节，针对特大城市国土空间规划与实施的应用需求和数据融合难题，建立了“一图七库”数据标准规范，形成了国土空间规划与实施业务知识和模型方法体系，构建了北京市“1+4”典型国土空间规划实施协同平台，提升了地理信息科学技术创新应用的广度和深度，有效支撑了北京市规划空间规划编制与实施。项目通过了由中国地理信息产业协会组织的科技成果评价会，专家一致认为，该成果创新性、实用性强，具有重要推广意义，总体达到国内领先水平。项目取得4项创新点：1.提出了一套特大城市多层级国土空间规划数据融合技术方法，形成了规划数据标准规范体系，支撑了国土空间规划全生命周期的科学管控。特大城市多层级数据融合技术方法和标准规范体系2.建立了“智策大数据库”，实现了多尺度多层级多精度规划成果上下位传导、全域空间的地类统一与有效拼合，解决了大数据与传统人、地、房规划数据融合与验证难题。大数据对多尺度规划用地数据的融合验证技术3.建立了基于大数据的规划实施动态感知和智能分析系列模型，为规划编制、项目审查、城市体检、规划评估等工作提供了技术支撑。基于大数据的规划实施动态感知系列模型 规划决策智能分析系列模型4.构建了国土空间规划与实施“1+4”智慧协同平台，实现了多层级跨部门一张图数据在线应用与服务，为北京市统一的大数据平台建设奠定了基础。国土空间规划实施子平台项目成果已广泛应用于首都规划建设委员会办公室、北京市规划和自然资源委员会等部门的相关工作，在《全委空间数据资源整合——规划一张图数据整合》《首都功能核心区控制性详细规划》实施和副中心规划建设综合信息管理等200余项工作中发挥了重要作用。本项目获2021年度中国地理信息科技进步奖一等奖。