中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊   我國用全球7%的耕地承載著近20%的人口，保障了快速工業(yè)化和城市化發(fā)展進程，取得了舉世矚目的成績，但也導致了我國極其稀缺的土地資源長期面臨高強度、高風險利用、極度缺乏彈性空間等一系列可持續(xù)發(fā)展的問題。過去30多年的發(fā)展，支撐我國國土空間開發(fā)的土地資源、水資源、能礦資源和生態(tài)資源等基礎條件發(fā)生了巨大變化。今后10—20年仍是我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進的重要時期，也是空間結構調(diào)整的重要時期。我國既要滿足人口增加、人民生活改善、經(jīng)濟發(fā)展對國土空間的巨大需求，又要為保障糧食安全而保護耕地，還要保障生態(tài)安全和人民健康。這就需要更加注重高效、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的土地資源，需要更加注重處理集聚和分散、開發(fā)和保護的關系，需要更加注重國土安全，構建高效、協(xié)調(diào)和可持續(xù)的國土空間開發(fā)格局。因此，需要精準化、動態(tài)監(jiān)管每一塊土地資源開發(fā)利用與保護全過程，傳統(tǒng)的土地資源管理模式面臨著挑戰(zhàn)。

同時，我國土地利用活動的多樣性與土地問題的特殊性，也迫切需要通過土地科技創(chuàng)新、尋求更先進的技術手段來實現(xiàn)土地資源的有效管理。在數(shù)字化浪潮的驅(qū)動下，隨著海量存儲、高速網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術的發(fā)展成熟，土地資源的治理勢必進入一個全新發(fā)展階段。在智慧社會發(fā)展戰(zhàn)略引領下，充分利用我國國土信息化建設?30?多年的建設成果，構建以土地資源數(shù)字化、精細化、智能化為基礎的“智慧土地”，為我國土地資源管控邁入全新的智慧化時代提供了機遇。

“智慧土地”內(nèi)涵與發(fā)展機遇

當前，我們正在進入信息化新階段，即以數(shù)據(jù)的深度挖掘和融合應用為主要特征的智能化階段，在人-機-物三元融合的大背景下，以“萬物均需互聯(lián)、一切皆可編程”為目標，數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化呈現(xiàn)融合發(fā)展新態(tài)勢。技術進步催生了人類治理模式和治理體系的變革，“智慧土地”在“智慧地球”“智慧城市”和“智慧社會”建設的指引下應運而生，并被賦予新的時代內(nèi)涵。

從“智慧地球”到“智慧土地”

2008?年?11?月，IBM?公司提出“智慧地球”概念；2009?年?1月，時任美國總統(tǒng)奧巴馬公開肯定了?IBM?公司“智慧地球”思路，并將其上升為國家戰(zhàn)略。2009年?8?月，IBM?公司又發(fā)布了《智慧地球贏在中國》計劃書，正式揭開?IBM“智慧地球”中國戰(zhàn)略的序幕。2009?年?8月，IBM?公司發(fā)布了《智慧城市在中國》報告，自此后“智慧城市”建設進入廣泛推廣普及階段。IBM?公司認為“智慧城市”是運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能響應。

黨的十九大報告提出建設“智慧社會”，要充分運用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術，以網(wǎng)絡化、平臺化、遠程化等信息化方式提高全社會基本公共服務的覆蓋面和均等化水平，構建立體化、全方位、廣覆蓋的社會信息服務體系，推動經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，建設美好社會。

“智慧地球”和“智慧社會”都是人類信息化由數(shù)字化、網(wǎng)絡化向智能化的發(fā)展，從而推動人類社會治理模式和治理能力提升的過程。數(shù)字化奠定基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的獲取和積累；網(wǎng)絡化構造平臺，促進數(shù)據(jù)資源的流通和匯聚；智能化展現(xiàn)能力，通過多源數(shù)據(jù)的融合分析呈現(xiàn)信息應用的類人智能，幫助人類更好認知復雜事物和解決問題。

相應地，我國土地信息化過程也經(jīng)歷了數(shù)字化、網(wǎng)絡化建設發(fā)展階段。1999?年“數(shù)字國土工程”啟動，從數(shù)字地球的戰(zhàn)略高度，系統(tǒng)整合地球表層國土資源的空間基礎信息，建立國土資源數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過?10?年的建設，該工程于?2009?年基本完成國土資源調(diào)查等各類資源的數(shù)字化建庫。2005?年，以此為基礎的“金土工程”啟動，以“一中心三平臺”（以國土資源“一張圖”為基礎的數(shù)據(jù)中心，以及電子政務平臺、綜合監(jiān)管平臺、共享服務平臺）建設為核心內(nèi)容，實現(xiàn)土地、礦產(chǎn)等調(diào)查、評價、規(guī)劃與業(yè)務管理數(shù)據(jù)資源整合與信息化服務。

作為自然資源信息化頂層設計，2019?年新組建的自然資源部在其發(fā)布的《自然資源部信息化建設總體方案》中明確提出：充分運用移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術，建成以自然資源“一張網(wǎng)”“一張圖”“一個平臺”為支撐，面向監(jiān)管決策、政務服務和調(diào)查評價的自然資源信息化體系，全面增強自然資源動態(tài)監(jiān)測與態(tài)勢感知能力、綜合監(jiān)管與科學決策能力、政務“一網(wǎng)通辦”與開放共享能力，提升自然資源管理的一體化、精細化和智能化水平。與此同時，部分城市和部分業(yè)務已開展智慧土地相關建設。例如：北京市開展了從“數(shù)字國土”到“智慧國土”的實踐探索；新一輪國土空間規(guī)劃提出創(chuàng)建“智慧國土”空間規(guī)劃體系，推動著“數(shù)字土地”向“智慧土地”時代的發(fā)展。

“智慧土地”的內(nèi)涵

“智慧土地”是利用新一代信息技術來感知、監(jiān)測、整合、分析土地資源狀態(tài)、演變過程和人類對土地資源開發(fā)、利用和保護過程中形成的各種人地關系，并據(jù)此對土地系統(tǒng)運行狀態(tài)和過程作出迅速、靈活、準確的預警、調(diào)控和決策反應，融合“人本”與“技術”智慧以實現(xiàn)土地資源治理能力提升，構建高效、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的土地資源系統(tǒng)。

建設“智慧土地”是在土地資源管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡化發(fā)展的基礎上，通過智能化推動土地資源治理模式轉(zhuǎn)變和治理能力提升的必然要求。其內(nèi)涵包括?4個維度特征： 要讓土地系統(tǒng)成為真正的生命體，有智慧、會思考；新技術能將土地系統(tǒng)的多維特征、變化與運行過程系統(tǒng)、精確、實時數(shù)字化到虛擬的數(shù)字空間，實現(xiàn)現(xiàn)實土地空間到虛擬數(shù)字空間的保真映射； 在虛擬空間能重建這些生命體，理解其運行機制、模擬其自組織行為； 具備對各種人類活動、自然環(huán)境變化帶來干擾的響應、預警和調(diào)控決策能力。

“智慧土地”面臨的挑戰(zhàn)

在后工業(yè)文明和新一代信息技術快速發(fā)展的時代背景下，“智慧土地”面臨著重大的歷史機遇；同時，也面臨著從傳統(tǒng)的土地資源單要素利用導向的管理，向土地系統(tǒng)生命體的全要素、全方位、多功能認知和治理轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)。

土地資源系統(tǒng)的再認知與新學科范式構建

在后工業(yè)文明時代，我國正在踐行生態(tài)文明建設，土地資源內(nèi)涵屬性被賦予新內(nèi)容，需要重新認識土地系統(tǒng)，以適應“智慧土地”發(fā)展的需求。認知土地系統(tǒng)需把握以下?4?點： 土地資源的系統(tǒng)認知觀。它是人地復合形成的生命體，是在土地資源長期演化形成自然屬性的基礎上，由人類在開發(fā)利用與保護過程中形成的人地關系復合系統(tǒng)。 土地資源的多功能認知觀。過去對土地資源的認知過于強調(diào)人類對土地的直接利用，農(nóng)用地、建設用地、未利用地的三大類劃分方式過于聚焦土地的農(nóng)業(yè)用途與建設用途，容易導致對土地資源生態(tài)內(nèi)涵的忽視。在新的歷史時期，土地資源的多功能屬性被逐漸認知和重視，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)功能、承載功能的基礎上，生態(tài)價值成為了土地資源系統(tǒng)的重要功能屬性。 土地資源的廣義價值觀。土地由以經(jīng)濟為核心的生產(chǎn)要素演變?yōu)槿丝?經(jīng)濟-社會-生態(tài)-文化等多要素耦合，具備資源、資產(chǎn)、資本、生態(tài)、文化等多重屬性，因此需建立廣義的土地綜合價值觀。 土地資源系統(tǒng)的格局與過程耦合認知觀。耦合格局與過程是系統(tǒng)認知土地資源的基礎要點。土地資源的空間格局影響生態(tài)和人類利用過程，生態(tài)和人類利用過程也改變該空間格局，從而產(chǎn)生土地系統(tǒng)中的各種時空效應。

長期以來，土地科學所涉及的科學問題研究和人才培養(yǎng)零散分布在相關學科門類下，缺乏系統(tǒng)性和整裝性。要實現(xiàn)土地科技創(chuàng)新支撐，必須遵循土地科學的客觀規(guī)律。在重新認知土地系統(tǒng)生命體的基礎上，從理論邏輯出發(fā)，將現(xiàn)有土地資源、土地管理、土地經(jīng)濟、土地工程、土地信息技術、土地生態(tài)等領域的理論與方法進行有機整合，形成土地學科獨有的理論體系與知識框架，凝練公認性、系統(tǒng)性和科學性的學科范式，使得土地科學學科與人才培養(yǎng)體系能真正支撐智慧土地建設與發(fā)展。

土地系統(tǒng)的自組織與人類治理的共適

讓土地系統(tǒng)真正成為有智慧、會思考的生命體，必須充分認知和發(fā)揮土地系統(tǒng)的自組織能力。人類文明發(fā)展史伴隨著人類對土地資源系統(tǒng)認知和人地關系不斷演進的過程。從史前文明人類對土地資源的不自覺利用，到農(nóng)業(yè)文明人類對土地資源有意識的開發(fā)利用，再到工業(yè)文明人類對土地資源的高強度的剝奪式開發(fā)和利用，發(fā)展到后工業(yè)文明時代的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明成為人類共同的發(fā)展價值取向，人地關系發(fā)生了根本性變化。

如果說過去人類是以主宰者的身份在利用和改造著土地系統(tǒng)，是通過各種外部的干預手段來改變土地系統(tǒng)以滿足人類發(fā)展需求目的；那么，在生態(tài)文明時代，以“智慧土地”為導向的人類與土地系統(tǒng)的關系將是共生共適的關系，是從人地復合形成的生命體中去謀求人類福祉與土地資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。構建共生共適框架下的“智慧土地”，傳統(tǒng)的土地資源管理需要從人類對土地資源系統(tǒng)施加外部被動式干預的過程，向以充分發(fā)揮土地資源系統(tǒng)自組織功能的自發(fā)主動調(diào)試過程轉(zhuǎn)變。

土地資源管理的行政層級體系與國土空間網(wǎng)絡化格局協(xié)同

隨著我國市場化和經(jīng)濟一體化深入發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、高速交通等新技術快速發(fā)展帶來的“時空壓縮”，傳統(tǒng)城鎮(zhèn)空間體系的等級色彩和行政邊界的分隔效應正不斷淡化，跨界聯(lián)系日益加強，區(qū)域間、城鎮(zhèn)間關系日趨扁平化、網(wǎng)絡化，并直接影響跨界區(qū)域空間體系。

在新的網(wǎng)絡化、區(qū)域協(xié)同發(fā)展背景下，城鎮(zhèn)開發(fā)建設、生態(tài)用地保護正在實現(xiàn)網(wǎng)絡化轉(zhuǎn)型，以行政邊界為單元的優(yōu)勢區(qū)位競爭原則的土地資源配置模式面臨著新挑戰(zhàn)。適合網(wǎng)絡化空間組織的土地資源配置的基礎理論和技術方法亟待發(fā)展，例如：土地資源開發(fā)利用與保護的空間沖突與協(xié)調(diào)發(fā)展機制解析的基礎理論；城鄉(xiāng)網(wǎng)絡、生態(tài)保護網(wǎng)絡、生產(chǎn)要素與人口流動網(wǎng)絡等多網(wǎng)空間融合與鑲嵌結構分析關鍵技術；綜合層級體系垂向傳導與網(wǎng)絡結構橫向交互的多尺度土地資源配置模型方法，構建土地資源網(wǎng)絡化協(xié)同配置體系，為智慧土地建設提供基礎框架。

“智慧土地”建設模式與支撐保障體系

國家在做好“智慧土地”建設頂層設計的基礎上，如何結合各地方土地資源管理的實際及業(yè)務發(fā)展的需要，統(tǒng)籌推進“智慧土地”建設的試點、示范，探索“智慧土地”建設模式，是全面實施“智慧土地”建設的基礎和關鍵。

根據(jù)目前各地方國土資源信息化建設的優(yōu)勢，遵循政府主導、公眾參與的原則，可以采取?2?種途徑分步實施“智慧土地”建設工程： 以土地管理的重點業(yè)務智慧化建設為突破口，開展諸如“智慧土地”調(diào)查（基于“三調(diào)”建成的土地調(diào)查云為基礎平臺）、“智慧監(jiān)管”（如“慧眼守土”工程）、“智慧土地”評價（基于已開展的“智慧國土”資源評價體系）、“智慧國土”空間規(guī)劃（各地正在全面探索構建“智慧國土”空間規(guī)劃體系和實施路徑）。 以土地管理全流程智能化框架體系和基礎平臺建設為主導的實踐探索，如：自然資源部組織搭建的自然資源信息化頂層設計、全國自然資源原國土資源部信息中心組織建設的全國國土資源綜合監(jiān)管平臺，以及北京等自然資源部門組織的城市級智慧土地建設探索。同時，“智慧土地”是對土地資源管理模式的全面變革，需要探索圍繞土地資源管理業(yè)務的模式重構、標準化、信息安全、共享等相關政策、法規(guī)和體制機制建設和改革。

“智慧土地”建設需解決的關鍵技術

要實現(xiàn)土地系統(tǒng)有智慧、會思考，從技術角度需解決?3?個維度的關鍵問題： 土地資源系統(tǒng)的全方位、系統(tǒng)的感知； 土地資源系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的融合； 虛擬空間數(shù)字化重建土地資源系統(tǒng)并進行智能化分析決策。主要關鍵技術包括以下?5?個方面。

土地資源系統(tǒng)智能感知技術

我國已開展的?3?次全國性土地調(diào)查，特別是?2017?年以來開展的第三次全國土地調(diào)查，積累了大量的調(diào)查數(shù)據(jù)和技術手段，形成了全國土地資源調(diào)查、地理國情監(jiān)測、年度變更調(diào)查、土地督察/執(zhí)法等業(yè)務體系，為我國土地資源摸清家底、合理規(guī)劃利用，以及有效監(jiān)管起到了極大的作用。

但面向“智慧土地”建設需求，現(xiàn)有的調(diào)查監(jiān)測技術難以滿足，需要實現(xiàn)?2?個轉(zhuǎn)變： 從內(nèi)容維度上，要實現(xiàn)從土地資源自然屬性維度為主的調(diào)查監(jiān)測向自然、社會經(jīng)濟綜合維度的感知轉(zhuǎn)變，即從對土地資源的監(jiān)測向人-地系統(tǒng)感知轉(zhuǎn)變； 從時空粒度上，空間上要實現(xiàn)從權屬區(qū)圖斑為基本單元向利用地塊為單元的轉(zhuǎn)變，時間上要由年度/季度的調(diào)查監(jiān)測向?qū)崟r化監(jiān)控轉(zhuǎn)變。為此，在技術上，需要綜合運用?5G?技術、人工智能技術，以及對地觀測網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡等觀測手段，構建一體化、立體感知技術體系，解決對地觀測端對端直接對接的虛擬地面站服務技術、全國地塊身份編碼、海量數(shù)據(jù)搜索引擎、PB級數(shù)據(jù)流水線處理、圖斑變化智能提取、實時在線調(diào)查取證等系列關鍵技術，建立地塊信息變化驅(qū)動的主動式即時調(diào)查感知模式。

土地資源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)聚合技術

數(shù)據(jù)化是信息化的基礎，聚合的土地系統(tǒng)數(shù)據(jù)是實現(xiàn)“智慧土地”的重要保障。如何聚合智能感知網(wǎng)絡獲取的多源、多模態(tài)、異質(zhì)的人地系統(tǒng)大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全局協(xié)同，并全方位映射土地系統(tǒng)整體特征，是“智慧土地”的建設前提。當前，亟待研究解決國土空間系統(tǒng)全方位、全要素感知大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生機理、認知方式與表現(xiàn)形式及其形式化表達模型、多元特征歸一化表達方法、聚合與協(xié)同增強，以及大規(guī)模土地大數(shù)據(jù)存儲與分布式管理等關鍵技術（圖?1）。

土地系統(tǒng)生命共同體人地協(xié)同建模技術

土地系統(tǒng)是一個人文與自然過程耦合的人地復合的生命共同體。現(xiàn)有的土地系統(tǒng)建模方法強調(diào)了土地系統(tǒng)的自然和經(jīng)濟屬性，對諸如土地利用決策主體的空間行為特征、土地市場、政策、法規(guī)、聚居人群等人文社會因素的關注嚴重缺乏，難以真實反映土地資源開發(fā)、利用與保護行為干預下的土地系統(tǒng)時空演變的規(guī)律，需要研究土地資源系統(tǒng)的自然與人文過程多尺度、多主體、多目標協(xié)同建模的基礎理論和技術。理解人地復合的生命共同體運行機制是通過技術賦能智慧土地的前提，需揭示人地協(xié)同驅(qū)動的機理（圖?2）。

傳統(tǒng)的以單一圖斑或柵格為計算載體，僅對土地資源利用空間進行劃分和抽象，既難以服務土地資源系統(tǒng)演變過程的表達、分析、計算和調(diào)控決策全過程，也難以實現(xiàn)兼具自然與人文過程信息聚合單元和分析計算單元的任務需求。如何從自然與人文地理過程協(xié)同視角出發(fā)，改變這種現(xiàn)狀？圖?3?提出一種以位置為載體，進行土地系統(tǒng)的自然/人文過程的協(xié)同表達與建模基元，并在此基礎上設計新的計算框架。

土地利用智能空間優(yōu)化技術

智能優(yōu)化技術是“智慧土地”實現(xiàn)智能調(diào)控決策的核心，群智能優(yōu)化技術為“智慧土地”提供了技術支撐。然而，群智能優(yōu)化技術僅提供了優(yōu)化技術框架，難以直接解決顯式的空間優(yōu)化問題，還需要解決空間優(yōu)化問題到群智能計算的空間化映射、空間尋優(yōu)的領域知識化等關鍵問題。圖?4?提供了一種基于五元組的空間優(yōu)化問題形式化描述模型，并將其與群智能優(yōu)化問題映射的概念框架。

土地利用空間優(yōu)化是面向領域問題的復雜空間化決策問題，領域知識對空間優(yōu)化問題的求解至關重要。群智能優(yōu)化計算方法利用隨機的交叉變異/信息素揮發(fā)/速度矢量等來實現(xiàn)解空間的逐步優(yōu)化，是一種隨機尋優(yōu)算法。這種算法缺乏領域知識的約束和指導，容易陷入局部最優(yōu)，導致優(yōu)化結果與實際需求不符。圖?5?提供了一種領域知識指導的智能空間優(yōu)化建?？蚣?，以解決空間優(yōu)化建模由數(shù)據(jù)驅(qū)動建模向領域知識驅(qū)動建模方法的轉(zhuǎn)變。

土地資源網(wǎng)絡化協(xié)同治理技術

我國由工業(yè)文明向生態(tài)文明的范式轉(zhuǎn)換過程中，面臨著低環(huán)境負荷和高品質(zhì)發(fā)展相平衡的挑戰(zhàn)。隨著“智慧社會”建設的加速，對于區(qū)域形態(tài)的影響加劇，交通等多領域的形態(tài)和模式都發(fā)生變化，未來區(qū)域空間形態(tài)主要表現(xiàn)為網(wǎng)絡化和空間緊湊化?！爸腔弁恋亍睍r代的土地資源管理需借鑒多中心網(wǎng)絡化治理理論和方法，推進傳統(tǒng)的行政層級式和分區(qū)管理向多中心網(wǎng)絡化協(xié)同治理模式轉(zhuǎn)變。其核心是在多節(jié)點、扁平化、均衡性的空間結構模式基礎上，通過網(wǎng)絡化設施支撐發(fā)展區(qū)域間多向聯(lián)系、城鄉(xiāng)一體的聯(lián)動關系，搭建人與自然共生多重交互、網(wǎng)絡化協(xié)同治理框架，從而轉(zhuǎn)變土地資源的治理模式，創(chuàng)建“智慧土地”時代的土地資源網(wǎng)絡化協(xié)同治理體系，提升土地資源治理能力。

數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命蓬勃發(fā)展，成為“智慧社會”發(fā)展的根本動力。智能成為企業(yè)、行業(yè)、地區(qū)乃至國家核心競爭力的關鍵構成要素，這是“智慧社會”到來的重要特征。

當前，我國大力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，科技創(chuàng)新在對國土資源事業(yè)的支撐中發(fā)揮著引領作用?！秶临Y源部關于加快推進科技創(chuàng)新的若干意見》指出，到?2050?年，我國在“三深一土”（深地探測、深海探測、深空對地觀測、土地工程技術）領域要進入世界領先行列，為建設世界科技強國作出貢獻。

土地信息化走過了數(shù)字化、網(wǎng)絡化發(fā)展階段，正在步入“智慧土地”時代，“智慧土地”調(diào)查、評價以及“智慧國土”空間規(guī)劃等部分土地資源管理業(yè)務已開始了相關建設實踐探索。在此背景下，本文在梳理我國土地信息化建設歷程和“智慧地球”“智慧城市”到“智慧社會”發(fā)展軌跡的基礎上，總結了“智慧土地”的內(nèi)涵，提出了“智慧土地”建設面臨的挑戰(zhàn)和需要解決的關鍵技術，為推進土地資源治理的智慧化建設提供參考和借鑒。（作者：劉耀林、何建華，武漢大學 資源與環(huán)境科學學院?！吨袊茖W院院刊》供稿 ）

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