研究︱国土空间生态修复监管系统的设计与实现

摘要

国土空间生态修复监管系统，是自然资源应用体系的重要组成部分，其采用信息化手段对国土空间生态修复项目进行全生命周期精细化管理，实现对生态修复项目的科学管理、精细整治，提升国土空间治理体系和治理能力的现代化水平。本文通过分析目前国土空间生态修复现状，并结合国土空间生态修复工作的痛点难点，对构建国土空间生态修复监管系统的主要思路及实践过程进行阐述。系统主要包括“三大体系，七大功能”，为国土生态修复全业务、全过程进行管控，统筹实施生态保护修复和效果评估，开展山水林田湖草综合治理信息化治理提供重要支撑。

本文入选2020年中国城市规划信息化年会论文集。

作者简介：

施陈敬，硕士，现就职于广东国地规划科技股份有限公司，从事研究方向为国土空间生态修复；

张鸿辉，博士后，教授级高级工程师，广东国地规划科技股份有限公司副总裁，从事研究方向为国土整治修复；

吴本佳，广东国地规划科技股份有限公司大数据中心技术总监，从事研究方向为国土空间系统设计；

人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。由于目前国土空间生态修复数据资源的准确性、时效性、系统性等方面尚有差距，数据共享和社会化服务能力尚显不足，信息化建设水平尚待提升，无法适应自然资源管理的新形势、新要求。因此2019年11月自然资源部公布的《自然资源部信息化建设总体方案》中提出开展国土空间生态修复信息化建设，统筹山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理，通过重大工程实施、制度体系建设，塑造绿色生态空间，增强生态服务功能，提升全国国土空间生态保护修复治理能力。本文在充分利用3S、云计算、物联网等信息技术的基础上，构建国土空间生态修复监管系统，该系统是我国自然资源管理的重要组成部分，可以极大提升国土空间生态修复管理效能，满足我国目前生态文明建设的要求，履行“统一行使生态保护修复职责”，成为生态修复管理重要支撑 [1]。

1. 国土空间生态修复概况

1.1 国土空间生态修复的内涵

党的十八大首次将生态文明建设列入到中国特色社会主义建设，并且又将生态文明写进了宪法。由此可见，生态文明建设已成为国家发展战略的重要组成部分，因此基于新时期生态文明建设的需求开展国土空间生态修复工作 [2]。国土空间生态修复是以新时代生态文明理念为指导思想，强调提升国土空间品质，关注国土空间全要素，以空间结构调整优化国土空间功能，以资源高效利用提升国土空间质量，以生态系统修复打造美丽生态国土，以整治修复制度体系建设筑牢美丽国土根基；按照“山水林田湖草生命共同体”理念，对因受到高强度开发建设或自然灾害等影响造成的生态系统破坏、生态产品供给能力损坏的生态区域，按照生态系统的整体性、系统性及其内在规律，统筹考虑自然生态各要素，如山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游，进行“整体保护、系统修复与综合治理”，以增强生态系统循环能力，维护生态平衡[3-6]。国土空间生态修复全生命周期如图1所示。

图1 国土空间生态修复全生命周期图

1.2 国土空间生态修复痛点难点

自然资源“两统一”职责的确立，代表着我国国土空间生态修复工作由局部分散开展阶段向全要素、全覆盖发展阶段转变。同传统土地整治相比，国土空间生态修复工作的修复目标与对象更加多元化、修复路径更加系统化、修复手段更加复杂化；再加上长期以来我国在履行生态修复工作相应职责时，各个生态要素由不同部门机构进行管理，以致于存在管理体制不健全、全社会共同监督机制不完善、生态监测监控网络不统一、生态大数据集成应用未建立等突出问题，本文总结了在开展国土空间生态修复时会存在以下四点痛点与难点。

（1）数据类型多样，整合难度较大

国土空间生态修复项目涉及面较广，包含国土、规划、矿产、农业、环保等诸多领域，项目所需数据类型繁杂且获取难度较大，同时存在数据格式不统一，缺少统一的数据获取与信息监管手段等问题。

（2）现有系统单一，业务支撑不足

目前，部分省市已建设有国土空间基础信息平台、土地整治监管监测系统以及矿务管理系统等信息化平台，但上述平台所支持的项目类型较少，信息系统间彼此孤立，不能联动，未形成统一的常态化管理应用系统，难以支撑国土空间生态修复业务。

（3）业务关联分散，信息监管不足

由于缺乏相应的项目信息管理系统对国土空间生态修复项目进行全流程管理，项目建设的各项审核工作分散在不同部门之间，缺乏协同共享机制，导致各职能部门对项目全流程管理监管执行力度偏弱，难以对项目进行统一管理。

（4）信息化水平弱，管理效率低下

由于关于国土空间生态修复项目的管理尚未实现自动化、信息化管理，各相关职能部门之间、与专家组之间、与社会公众之间缺乏相应的联动机制手段以及有效的信息沟通交流，导致各方意见及资料难以及时反馈，管理效率低下。

综上，亟需构建国土空间生态修复监管系统以解决上述痛点与难点，且拟建设监管系统能够满足以下三个方面的需求。首先系统能够实现对国土生态修复工程进行全生命周期的精细化管理；其次系统可以对国土空间生态修复所需的各类历史数据、监测数据、地理数据、政策沿革与科研成果进行全方面的整合分析，并依托大数据、人工智能等手段，准确识别生态破坏病因，把握生态破坏的风险与成因，实现国土空间生态修复的精准施策；其次对于各地区生态保护治理存在的各类问题、治理进展程度、政策导向、科研技术成果等缺乏有效的信息沟通交流，监管系统能够针对不同地区的生态特点解决信息交流媒介缺失问题，为各地生态修复治理提供辅助决策信息；最后能够实现跨部门、多学科的数据共享与信息互通，提升信息化治理能力，为“数字化”政府的建设增砖添瓦。

2. 国土空间生态修复监管系统的建设实践

2.1 建设思路

根据国土空间生态修复的痛点及难点，充分利用现有信息化基础，结合3S技术、物联网和计算机技术、大数据和人工智能技术，综合山水林田湖草监测的各类数据和生态修复项目业务管理数据，建设包括数据、指标及模型三大体系，提供生态修复“一张图”、潜力分析、规划管理、项目管理、监测预警、统计分析及绩效评估七大功能的国土空间生态修复监管系统，以实现对整治修复项目从规划、立项、规划设计、项目实施与变更、项目竣工验收进行全生命周期精细化管理与监管监控的一体化监管系统，实现让管理者对于掌控生态保护修复治理全过程了然于胸，为统筹实施生态保护修复和效果评估，开展山水林田湖草综合治理提供信息化支撑。系统建设思路如图2所示。

图2 国土空间生态修复监管系统建设思路图

2.2 系统设计

2.2.1 系统架构设计

国土空间生态修复监管系统通过建立土地整治与生态修复“一个库、一本账、一张图”，理清家底、明晰格局；对生态修复项目从立项、规划设计与预算、实施、竣工验收和后期管理进行全生命周期精细化管理、监管监控及信息共享。

系统首先将与国土空间生态修复相关的现状数据、规划数据、项目数据、监测数据等信息在生态修复工作的各环节流通，破除长期存在的信息壁垒和数据孤岛问题，以数据来引导业务前后的衔接过程，利用数据共享的方式来增进业务之间的逻辑关联[7-8]。其次系统将打破国土空间生态修复的部门间隔、空间间隔、公众间隔以及不同层级政府的等级间隔，最大限度地统筹政府单位、事业单位、科研机构和社会公众等治理主体，充分发挥不同治理主体的作用，可实现在推进信息共享同时推动多元主体共同参与国土空间生态修复工作，在按照“山水林田湖草生命共同体”的理念下，通过数据构建全区域、全要素底板数据，为科学有效进行国土空间生态修复工作奠定良好的数据基础。最后系统对国土空间基础信息平台和提供集成和调用接口，实现数据的动态接入。实现项目相关数据的实时共享、动态监测与实时动态监管。通过系统自动获取、保存的动态监测数据，对国土空间生态修复情况进行定期评价以及发展预测，以此在提高部门间、各层级政府间的协同治理效率的同时推动“数字化”型政府的建设[9-10]。国土空间生态修复监管系统框架设计如图3所示。

图3 国土空间生态修复监管系统框架图

（1）基础层由计算资源、存储资源和网络资源等部分组成，为监管系统的正常运行提供基本保障。

（2）数据层是平台系统的基础，整治与修复数据库涉及现状数据、规划数据、管理数据、社会经济数据以及项目数据。根据实际情况和需要，采用集中式的方式实现数据资源的整合和存储。

（3）平台层由国土空间基础信息平台构成，提供数据服务、通用服务、专题应用服务、数据管理、运维管理等，为国土空间规划生态修复监管系统提供基础支撑。

（4）应用层分为B/S端和C/S端两个部分，B/S端主要提供浏览、规划管理、项目管理、动态监测预警、统计分析、综合评价、移动巡查、信息共享等功能模块，C/S端主要提供数据整理、质检、入库等功能模块。

（5）用户层包括政府单位、事业单位、科研机构、和社会公众，根据不同用户需求和信息安全保密要求，开放不同等级的数据和功能以供使用。

2.2.2 数据体系设计

整合与国土空间生态修复相关的现状数据、规划数据和管理数据，形成生态修复“一张图”数据分级分类目录，基于统一的数据库标准，对多源异构数据进行采集汇总，经过数据清洗、处理、质检，按照物理分布、逻辑统一的技术路线，按照统一的自然资源数据目录规范进行存储，构建整治与修复数据库，包括数据采集、数据建库与管理及数据共享三个方面。系统“一张图”数据目录及数据整合思路分别如图4、图5所示。

图4“一张图”数据目录图

图5 数据整合思路图

2.2.3. 指标体系设计

将国土空间生态修复项目的相关指标分为指标规划值、指标监测值和指标填报值三个部分，规划值即为项目设计中的指标要求，监测值则是项目区域内新增此类型地类图斑监测数据、填报值来自于项目验收填报数据，根据上述指标可以对修复项目的质量进行实时监管。指标体系建设思路如图6所示。

图6 指标体系建设思路图

2.2.4 模型体系设计

本文通过可视化模型构建工具按算法计算分析步骤进行建设包括分析模型和指标模型在内的模型体系。通过模型体系，系统可以实现进行数据分析以及指标计算，并快速获取相应的分析结果和指标监测值。模型体系的建设思路如图7所示。

图7 模型体系的建设思路图

2.3 功能实现

2.3.1 生态修复“一张图”功能

生态修复“一张图”功能通过收集、汇总与生态修复相关的现状、规划和项目等数据，从空间位置上展示生态本底、规划布局、项目实施进度和整治修复成效，同时为项目立项提供合规性分析，实现数据资源、项目信息、空间分析、图件输出四个模块功能。生态修复“一张图”功能界面如图8所示。

图8 生态修复“一张图”功能界面图

2.3.2 潜力分析功能

潜力分析功能模块通过采用可视化模型构建工具，结合各种生态修复潜力分析算法，构建相应的模型，提供农用地潜力、建设用地潜力等分析，以达到辅助国土空间生态修复规划编制的效果，其功能界面如图9所示。

图9 潜力分析功能界面图

2.3.3 规划管理功能

规划管理功能模块面向土地整治规划、矿产资源规划、水资源环境规划、生物多样性保护规划等相关生态修复的规划编制项目进行全过程管理及成果管理，建立规划管理应用模块。针对规划成果数据进行管理，如通过建立国土空间生态修复项目标准，对下级规划或同级规划进行快速准确的在线审查工作；并且提供生态修复整治规划与城市规划、村庄规划、耕地保护等相关专项规划或详细规划之间的符合性分析，判断其是否符合相关专项规划或详细规划；以及展示关联项目实施情况，以达到实时掌握规划要求的项目任务与各类指标完成情况。规划管理功能界面如图10所示。

图10 规划管理功能图

2.3.4 项目管理功能

项目管理功能模块根据《全国国土规划纲要（2016—2030年）》《全国土地整治规划（2016-2020年）》《矿山地质环境保护规定》《山水林田湖草生态保护修复工程指南》等相关要求，以当前国土空间生态修复的实际需求为导向，面向土地整治与土壤修复利用工程、矿山环境治理恢复工程、生态系统和生物多样性保护工程以及流域水环境保护及治理工程等生态修复工程项目，研发包含项目总览、年度计划、进度管理等功能模块，以信息化手段实现相关生态修复工程从项目计划、申报、审批、实施、验收的全过程进行信息化管控，提升项目管理及协调能力。项目管理功能界面如图11所示。

图11 项目管理功能界面图

2.3.5 监测预警功能

监测预警功能模块从宏观、中观、微观三个层次对生态修复规划布局、规模、数据与实施情况进行监管，对项目进度进行把控，对生态保护违法事件进行巡查预警。该功能模块基于实时接入的遥感数据、土壤、水质、矿山、气象等监测样点数据、视频监控数据，以重点监测的污染农用地、矿山、水源及林地为核心，建立大气、土壤、水质三维立体的动态监测指标体系，并突出展示生态修复项目前、施工期及竣工验收后的生态环境动态监测指标情况，以动态图表与大屏显示的方式可视化展示实时的监测指标数据，并根据监测指标模型实现预警。同时，针对工程项目监管的需要，实时接入工程项目计划、实施、资金以及绩效评价等各类信息，实现对工程项目的全过程监测预警。监测预警功能界面如图12所示。

图12 监测预警功能界面图

2.3.6 统计分析功能

统计分析功能模块针对农用地整理、建设用地整理、乡村生态修复、招投标统计、分区统计提供区域项目数量、规模、投资及进度等多方面的统计信息，从年份、区域、项目类型等多个维度进行统计分析，便捷快速地从多个维度了解各区域项目总体情况和实施进度等信息。使政府以及各相关职能部门对生态修复项目了然于胸。统计分析功能界面如图13所示。

图13 统计分析功能界面图

2.3.7  绩效评估功能

绩效评估功能模块根据国土空间综合整治与生态修复项目实施前与项目验收后的现实需求，建立可行性分析和整治成效综合分析两大功能应用。分别在项目实施前进行可行性分析，筛选最适宜生态修复的项目点；在项目验收后对监测指标数据进行多方位对比分析，实现整治成效分析、项目绩效考评、实施单位绩效考评。绩效评估功能界面如图14所示。

图14 绩效评估功能界面图

2.4 建设成效

国土空间生态修复监管系统 “数据治理”模式，是结合目前我国改革发展、信息技术发展趋势，总结各地国土空间生态修复经验进行的创新尝试，预期可以达到以下三个方面的效果：

（1）生态本底与修复规划数字化

系统通过汇集与生态修复相关现状数据、规划数据、项目数据和监测数据，形成动态、鲜明的国土空间生态修复“一张图”，从空间位置上展示生态本底、规划布局、项目实施进度和整治修复成效，同时为项目立项提供合规性分析，为国土空间生态修复管理工作提供“全、准、活”的数据支撑，生态整治修复数据支撑预期成效如图15所示。

图15 生态整治修复数据支撑预期成效图

（2）全生命周期精细化

系统提供生态修复“一张图”应用、潜力分析、规划管理、项目管理、统计分析、监测预警和绩效评估等应用，对整治修复项目从规划、立项、规划设计、项目实施与变更、项目竣工验收进行全生命周期精细化管理与监管监控，各项目的管理流程在系统上进行直观的展示，管理者能够全盘掌握生态修复治理全过程，并对项目各管理流程进行实时监督，提高了项目全流程管理的监管执行力。生态整治修复管理预期成效如图16所示。

图16 生态整治修复管理预期成效图

（3）整治修复成效可视化

系统对整治修复项目任务、指标完成情况进行数字化展示，矿山、水域等整治修复成果，采用整治前后图像对比和360全景技术进行立体、直观的展示，更加方便于政府、事业单位及其他单位对整治成效的了解。生态整治修复成果展示预期成效如图17所示。

图17 生态整治修复成果展示预期成效图

3. 结语

国土空间生态修复的传统管理模式已无法适应当前自然资源管理的新形势、新要求，因此为保证国土空间生态修复项目各个环节的高效性及规范性,需要充分利用现代化信息技术对项目进行全程管理, 提升项目工作的效率及治理能力。在现代化信息及大数据技术的基础上，以数据为核心，构建国土空间生态修复监管平台，以此掌握生态本底、明晰生态修复格局项目，对生态修复项目进行全生命周期精细化管理，同时将整治修复成效数字化、可视化展示，实现对生态修复项目的科学管理、精细整治，助力国土空间生态修复体系的现代化建设。

参考文献

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[10]王鹏,袁晓辉,李苗裔.面向城市规划编制的大数据类型及应用方式研究[J].规划师,2014,30(08):25-31.

部门简介：

国地研究院以自然资源管理改革、生态保护修复、土地政策和国土空间规划体制机制为主要研究方向，为政府及自然资源、农业农村、发改部门等提供具有前瞻性和可操作性的政策建议。

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责任编辑：林冬娜、邓小云

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