中國網/中國發展門戶網訊   我國用全球7%的耕地承載著近20%的人口，保障了快速工業化和城市化發展進程，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發展的問題。過去30多年的發展，支撐我國國土空間開發的土地資源、水資源、能礦資源和生態資源等基礎條件發生了巨大變化。今后10—20年仍是我國工業化、城鎮化快速推進的重要時期，也是空間結構調整的重要時期。我國既要滿足人口增加、人民生活改善、經濟發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，還要保障生態安全和人民健康。這就需要更加注重高效、協調、可持續的土地資源，需要更加注重處理集聚和分散、開發和保護的關系，需要更加注重國土安全，構建高效、協調和可持續的國土空間開發格局。因此，需要精準化、動態監管每一塊土地資源開發利用與保護全過程，傳統的土地資源管理模式面臨著挑戰。

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新、尋求更先進的技術手段來實現土地資源的有效管理。在數字化浪潮的驅動下，隨著海量存儲、高速網絡、物聯網、大數據、云計算、人工智能等技術的發展成熟，土地資源的治理勢必進入一個全新發展階段。在智慧社會發展戰略引領下，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”內涵與發展機遇

當前，我們正在進入信息化新階段，即以數據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、一切皆可編程”為目標，數字化、網絡化和智能化呈現融合發展新態勢。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略。2009年?8?月，IBM?公司又發布了《智慧地球贏在中國》計劃書，正式揭開?IBM“智慧地球”中國戰略的序幕。2009?年?8月，IBM?公司發布了《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的各項關鍵信息，從而對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內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”，要充分運用物聯網、互聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術，以網絡化、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，推動經濟社會高質量發展，建設美好社會。

“智慧地球”和“智慧社會”都是人類信息化由數字化、網絡化向智能化的發展，從而推動人類社會治理模式和治理能力提升的過程。數字化奠定基礎，實現數據資源的獲取和積累；網絡化構造平臺，促進數據資源的流通和匯聚；智能化展現能力，通過多源數據的融合分析呈現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歷了數字化、網絡化建設發展階段。1999?年“數字國土工程”啟動，從數字地球的戰略高度，系統整合地球表層國土資源的空間基礎信息，建立國土資源數據庫。經過?10?年的建設，該工程于?2009?年基本完成國土資源調查等各類資源的數字化建庫。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”為基礎的數據中心，以及電子政務平臺、綜合監管平臺、共享服務平臺）建設為核心內容，實現土地、礦產等調查、評價、規劃與業務管理數據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：充分運用移動互聯網、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術，建成以自然資源“一張網”“一張圖”“一個平臺”為支撐，面向監管決策、政務服務和調查評價的自然資源信息化體系，全面增強自然資源動態監測與態勢感知能力、綜合監管與科學決策能力、政務“一網通辦”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，部分城市和部分業務已開展智慧土地相關建設。例如：北京市開展了從“數字國土”到“智慧國土”的實踐探索；新一輪國土空間規劃提出創建“智慧國土”空間規劃體系，推動著“數字土地”向“智慧土地”時代的發展。

“智慧土地”的內涵

“智慧土地”是利用新一代信息技術來感知、監測、整合、分析土地資源狀態、演變過程和人類對土地資源開發、利用和保護過程中形成的各種人地關系，并據此對土地系統運行狀態和過程作出迅速、靈活、準確的預警、調控和決策反應，融合“人本”與“技術”智慧以實現土地資源治理能力提升，構建高效、協調、可持續的土地資源系統。

建設“智慧土地”是在土地資源管理的數字化、網絡化發展的基礎上，通過智能化推動土地資源治理模式轉變和治理能力提升的必然要求。其內涵包括?4個維度特征： 要讓土地系統成為真正的生命體，有智慧、會思考；新技術能將土地系統的多維特征、變化與運行過程系統、精確、實時數字化到虛擬的數字空間，實現現實土地空間到虛擬數字空間的保真映射； 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、自然環境變化帶來干擾的響應、預警和調控決策能力。

“智慧土地”面臨的挑戰

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

土地資源系統的再認知與新學科范式構建

在后工業文明時代，我國正在踐行生態文明建設，土地資源內涵屬性被賦予新內容，需要重新認識土地系統，以適應“智慧土地”發展的需求。認知土地系統需把握以下?4?點： 土地資源的系統認知觀。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，由人類在開發利用與保護過程中形成的人地關系復合系統。 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人類對土地的直接利用，農用地、建設用地、未利用地的三大類劃分方式過于聚焦土地的農業用途與建設用途，容易導致對土地資源生態內涵的忽視。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，在傳統的生產功能、承載功能的基礎上，生態價值成為了土地資源系統的重要功能屬性。 土地資源的廣義價值觀。土地由以經濟為核心的生產要素演變為人口-經濟-社會-生態-文化等多要素耦合，具備資源、資產、資本、生態、文化等多重屬性，因此需建立廣義的土地綜合價值觀。 土地資源系統的格局與過程耦合認知觀。耦合格局與過程是系統認知土地資源的基礎要點。土地資源的空間格局影響生態和人類利用過程，生態和人類利用過程也改變該空間格局，從而產生土地系統中的各種時空效應。

長期以來，土地科學所涉及的科學問題研究和人才培養零散分布在相關學科門類下，缺乏系統性和整裝性。要實現土地科技創新支撐，必須遵循土地科學的客觀規律。在重新認知土地系統生命體的基礎上，從理論邏輯出發，將現有土地資源、土地管理、土地經濟、土地工程、土地信息技術、土地生態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、系統性和科學性的學科范式，使得土地科學學科與人才培養體系能真正支撐智慧土地建設與發展。

土地系統的自組織與人類治理的共適

讓土地系統真正成為有智慧、會思考的生命體，必須充分認知和發揮土地系統的自組織能力。人類文明發展史伴隨著人類對土地資源系統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，到農業文明人類對土地資源有意識的開發利用，再到工業文明人類對土地資源的高強度的剝奪式開發和利用，發展到后工業文明時代的可持續發展和生態文明成為人類共同的發展價值取向，人地關系發生了根本性變化。

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，是通過各種外部的干預手段來改變土地系統以滿足人類發展需求目的；那么，在生態文明時代，以“智慧土地”為導向的人類與土地系統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可持續發展。構建共生共適框架下的“智慧土地”，傳統的土地資源管理需要從人類對土地資源系統施加外部被動式干預的過程，向以充分發揮土地資源系統自組織功能的自發主動調試過程轉變。

土地資源管理的行政層級體系與國土空間網絡化格局協同

隨著我國市場化和經濟一體化深入發展，互聯網、高速交通等新技術快速發展帶來的“時空壓縮”，傳統城鎮空間體系的等級色彩和行政邊界的分隔效應正不斷淡化，跨界聯系日益加強，區域間、城鎮間關系日趨扁平化、網絡化，并直接影響跨界區域空間體系。

在新的網絡化、區域協同發展背景下，城鎮開發建設、生態用地保護正在實現網絡化轉型，以行政邊界為單元的優勢區位競爭原則的土地資源配置模式面臨著新挑戰。適合網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展，例如：土地資源開發利用與保護的空間沖突與協調發展機制解析的基礎理論；城鄉網絡、生態保護網絡、生產要素與人口流動網絡等多網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，構建土地資源網絡化協同配置體系，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務發展的需要，統籌推進“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。

根據目前各地方國土資源信息化建設的優勢，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務智慧化建設為突破口，開展諸如“智慧土地”調查（基于“三調”建成的土地調查云為基礎平臺）、“智慧監管”（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”空間規劃（各地正在全面探索構建“智慧國土”空間規劃體系和實施路徑）。 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務的模式重構、標準化、信息安全、共享等相關政策、法規和體制機制建設和改革。

“智慧土地”建設需解決的關鍵技術

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

土地資源系統智能感知技術

我國已開展的?3?次全國性土地調查，特別是?2017?年以來開展的第三次全國土地調查，積累了大量的調查數據和技術手段，形成了全國土地資源調查、地理國情監測、年度變更調查、土地督察/執法等業務體系，為我國土地資源摸清家底、合理規劃利用，以及有效監管起到了極大的作用。

但面向“智慧土地”建設需求，現有的調查監測技術難以滿足，需要實現?2?個轉變： 從內容維度上，要實現從土地資源自然屬性維度為主的調查監測向自然、社會經濟綜合維度的感知轉變，即從對土地資源的監測向人-地系統感知轉變； 從時空粒度上，空間上要實現從權屬區圖斑為基本單元向利用地塊為單元的轉變，時間上要由年度/季度的調查監測向實時化監控轉變。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、物聯網、社交網絡等觀測手段，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、海量數據搜索引擎、PB級數據流水線處理、圖斑變化智能提取、實時在線調查取證等系列關鍵技術，建立地塊信息變化驅動的主動式即時調查感知模式。

土地資源系統大數據聚合技術

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

土地系統生命共同體人地協同建模技術

土地系統是一個人文與自然過程耦合的人地復合的生命共同體。現有的土地系統建模方法強調了土地系統的自然和經濟屬性，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、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、利用與保護行為干預下的土地系統時空演變的規律，需要研究土地資源系統的自然與人文過程多尺度、多主體、多目標協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，需揭示人地協同驅動的機理（圖?2）。

傳統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演變過程的表達、分析、計算和調控決策全過程，也難以實現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同視角出發，改變這種現狀？圖?3?提出一種以位置為載體，進行土地系統的自然/人文過程的協同表達與建模基元，并在此基礎上設計新的計算框架。

土地利用智能空間優化技術

智能優化技術是“智慧土地”實現智能調控決策的核心，群智能優化技術為“智慧土地”提供了技術支撐。然而，群智能優化技術僅提供了優化技術框架，難以直接解決顯式的空間優化問題，還需要解決空間優化問題到群智能計算的空間化映射、空間尋優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化問題形式化描述模型，并將其與群智能優化問題映射的概念框架。

土地利用空間優化是面向領域問題的復雜空間化決策問題，領域知識對空間優化問題的求解至關重要。群智能優化計算方法利用隨機的交叉變異/信息素揮發/速度矢量等來實現解空間的逐步優化，是一種隨機尋優算法。這種算法缺乏領域知識的約束和指導，容易陷入局部最優，導致優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化建?？蚣埽越鉀Q空間優化建模由數據驅動建模向領域知識驅動建模方法的轉變。

土地資源網絡化協同治理技術

我國由工業文明向生態文明的范式轉換過程中，面臨著低環境負荷和高品質發展相平衡的挑戰。隨著“智慧社會”建設的加速，對于區域形態的影響加劇，交通等多領域的形態和模式都發生變化，未來區域空間形態主要表現為網絡化和空間緊湊化?！爸腔弁恋亍睍r代的土地資源管理需借鑒多中心網絡化治理理論和方法，推進傳統的行政層級式和分區管理向多中心網絡化協同治理模式轉變。其核心是在多節點、扁平化、均衡性的空間結構模式基礎上，通過網絡化設施支撐發展區域間多向聯系、城鄉一體的聯動關系，搭建人與自然共生多重交互、網絡化協同治理框架，從而轉變土地資源的治理模式，創建“智慧土地”時代的土地資源網絡化協同治理體系，提升土地資源治理能力。

數字化、網絡化、智能化的新一輪科技革命與產業革命蓬勃發展，成為“智慧社會”發展的根本動力。智能成為企業、行業、地區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，我國大力實施創新驅動發展戰略，科技創新在對國土資源事業的支撐中發揮著引領作用?！秶临Y源部關于加快推進科技創新的若干意見》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字化、網絡化發展階段，正在步入“智慧土地”時代，“智慧土地”調查、評價以及“智慧國土”空間規劃等部分土地資源管理業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”發展軌跡的基礎上，總結了“智慧土地”的內涵，提出了“智慧土地”建設面臨的挑戰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 資源與環境科學學院?！吨袊茖W院院刊》供稿 ）

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