基于插件式工具与应用框架的基础算子开发与功能扩展

● 申报部门：技术创新中心智能计算部

● 完成时间：2020年12月

2019年，清华同衡立足于当前国土空间规划“一张图”信息化产品开发的需要，同时着眼于企业信息化和进一步深度参与智慧城市建设的需要，设立了内部科研课题。

 1.1 国土空间规划信息化

在国土空间规划编制、监测、评估、预警、管控等环节中用到了涉及空间、人口、交通、海洋、资源等多个方向的大量模型。能否实现模型的高效化构建，在很大程度上决定了国土空间规划“一张图”系统能否如期完成。

1.2 探索符合清华同衡自身特点的企业信息化方法

每个企业都有自身的特点，因此在进行企业信息化时也不能机械的照搬其它企业的信息化模式。

1.3 探索解决智慧城市建设中“最后一公里”问题的方法

目前智慧城市建设基本完成了硬件设施布设、数据采集。但是数据的应用还有很大的拓展空间。需要探索一种方法，能够将清华同衡对城市的深刻理解这个优势转化为一种更深度参与智慧城市建设的能力。

2.1 实现简易、高效的模型构建工作模式

通过开发相关功能，实现不同知识背景的参与人员承担各自擅长的工作，并通过平台将工作成果进行融合，最后形成可以运行的模型。

▲图1 规划师与软件工程师工作协作关系

规划师基于自身对业务的深刻理解，将业务逻辑关系进行梳理，按照一定的规范形成业务逻辑关系图。软件工程师基于业务逻辑关系图进行基础算子的开发，形成具有较强通用性的基础算子库。规划师在基础算子库的基础上完成模型的组装，形成符合业务逻辑的模型。

通过技术手段实现工作的合理分工和成果的融合，通过让参与的每个人都承担各自最擅长的工作来实现模型生成的简易和高效。

2.2 实现多样化、便捷化的模型使用方式

为了能够更好的将模型的价值发挥出来，平台针对不同类型用户的不同使用需求提供了两种模型使用方式。

第一种应用方式是为规划师在规划咨询项目实施过程中提供数据分析工具，降低数据分析的难度，提升工作效率。

第二种应用方式是为软件工程师在信息化系统开发过程中提供模型计算服务，降低信息化系统开发的周期和成本。

▲图2 面向不同用户需求提供多种模型应用方式

为了实现简易、高效的模型构建和多样、便捷的模型使用方式，平台实现了算子注册、模型构建、模型测试、模型管理、模型服务化、计算结果呈现6大功能模块。

通过算子注册、模型构建、模型测试、计算结果呈现实现简易、高效的模型构建。通过模型测试、模型管理、模型服务化、计算结果呈现实现多样、便捷的模型使用方式。

▲图3 软件平台功能

3.1 算子注册

算子注册功能实现了算子功能包的上传，算子名称、功能描述信息添加、编辑，算子输入、输出参数的名称、类型设定等。

3.2 零代码模型构建

该功能模块实现了从基础算子列表中选取所需算子，并通过鼠标拖入模型构建操作区，根据业务逻辑通过鼠标拖拽的方式完成算子之间的关联，形成符合业务逻辑关系的有向无环图，并进行输入参数的重命名和输出参数的设置。以上述无需编码的操作方式完成模型的构建。

▲图4 零代码完成模型构建

3.3 模型测试与服务化

在模型工具页面输入参数、选取数据源即可开始模型的测试和工具化方式使用。平台将实时呈现模型计算的进度信息、异常消息。

在模型工具页面通过“一键式”操作将模型生成模型服务，并返回模型服务的调用地址。

▲图5 模型测试与服务化

3.4 计算结果呈现

平台通过地图、数据表格、趋势图等形式实现对空间和非空间数据的呈现，便于在模式测试时查看计算结果。在完成模型计算后可对计算结果进行预览、下载。同时也支持作为其它模型计算的输入数据进行调用。

▲图6 地图形式呈现模型计算结果

▲图7 数据表形式呈现模型计算结果

▲图8 趋势图形式呈现模型计算结果

4.1 清华同衡国土空间规划“一张图”

为清华同衡国土空间规划“一张图”系统提供了高效的模型构建技术手段，为其提供了涵盖“双评价”、“双评估”、“三区三线”辅助划定、成果数据质检所需的所有模型服务。

4.2 村镇发展模拟系统和智能决策管控平台

通过平台完成了分区道路网密度、临近分析、基于模拟退火的多目标优化、皮尔逊相关系数、耦合协调、空间自相关等模型构建和计算服务。

4.3 基于规划+投资的项目绩效测算研究

在平台原有基础算子的基础上，根据需要对基础算子进行扩展，通过模型构建功能完成了商街、酒店、交通、门票、光电夜游5个旅游业态的投资测算模型构建。

4.4 空间数据治理平台

为空间数据治理平台提供了空间数据格式转换、数据检查、数据子集提取、空间拓扑关系分析等所有涉及空间数据操作的模型计算服务。

课题研究和平台开发所产生的意义不仅仅在于现有算子和模型本身，在未来将在以下5个方面体现出这个课题的意义。

实现高效的工作协作

完成了对项目的高效支撑

促进内部成果的有效沉淀

提升内部成果复用的便捷性

拓展对外服务的技术渠道