一种基于数字孪生的自然语义与设计语言转换系统

本发明涉及城市设计，具体是一种基于数字孪生的自然语义与设计语言转换系统。

背景技术：

1、在城市更新的背景之下，现阶段的城市建设的重点已从以开发为导向转变为对人居环境的优化提升。公众参与作为一种帮助规划者厘清方案参与者诉求的重要途径，在规划工作中的地位越来越重要，开发有效的有意识网状公共参与手段能够避免信息多次传达和翻译，因此规划工作中的公众参与环节存在显著的意义。有学者建立了结合有意识公共参与及基于开放数据的规划现状分析框架，辅助小城镇规划设计决策。有学者从公众参与的形式、机制、意见采集分析方法、设计的响应和优化以及行政决策和设计成果的编制，为规划设计的公众参与提供了借鉴模式。伴随着数据挖掘与可视化技术的逐步成熟，更多类型的数据可以应用与城市研究，如手机信令数据、浮动车或轨道交通刷卡数据、以及蕴含在互联网中的poi信息点数据、社交网络数据、报刊文章等纯文本数据、以及图片影像数据等。

2、但在目前对公众参与的研究多集中在政治模式角度探讨，研究者往往建立在单一数据要素分析基础上，缺乏多源公众数据整合视角下的技术挖掘与横向分析比较，无法对多元主体的不同需求进行印证和比对，因而难以对空间设计规律做出全局的把握与阐释。

3、因此，城市更新过程中多源数据整合度不足和城市更新设计与实施过程中公众参与度低，不能实现城市更新全过程的众智设计引导是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的自然语义与设计语言转换系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于数字孪生的自然语义与设计语言转换系统，包括公众数据收集模块、语言形态关联模块和语言转换输出模块；

4、所述公众数据收集模块包括线上开放数据整合子模块和线下问卷访谈数据整合子模块；

5、所述语言形态关联模块是基于公众数据收集模块的输出结果，在公众数据收集后运行语言形态关联的转换系统，包括空间要素选取子模块、空间感受评价子模块和空间要素检验子模块；

6、所述语言转换输出模块，其被配置为：基于上述语言形态关联模块，建立自然语义与设计语言转换表，并为各层级使用提供输出结果。

7、所述公众数据收集模块、语言形态关联模块和语言转换输出模块依托数字孪生产生内部交互关联；公众在中国的城市规划体系下包括上级管理机构、城市管理机构、专业规划人员和市民群体；所述上级管理机构包括城市上级政府、上级空间规划制定机构、上级专项规划制定机构；上级管理机构的参与模式是通过上位规划或指导文件的转译；所述城市管理机构包括当地政府、当地空间管理部门、当地产业部门。城市管理机构的参与模式是通过线上平台直接参与；所述市民群体的参与模式包括有意识线上参与和无意识线上参与两种，通过线上公共参与平台进行收集整合。

8、作为本发明进一步的方案：所述线上开放数据整合子模块，高速、大量、动态提取人群语言，用于优化线下问卷访谈设计，减少信息传递中的转译成本和偏差；所述线上开放数据整合子模块通过poi分析、自媒体数据收集和开放矢量空间数据下载进行数据收集；所述线上开放数据整合子模块通过处理文本分析技术和统计分析技术进行数据处理，作为转换体系的部分数据依据。

9、作为本发明再进一步的方案：所述线下问卷访谈数据整合子模块通过统计分析方法进行数据描述性分析、信效度分析和相关性分析，精准筛选获取特定人群信息及其空间评价感受，用于印证空间评价的合理，保证有效数据的采集。

10、作为本发明再进一步的方案：所述语言形态关联模块通过人群对空间的感受与空间的直观形态相关联，利用数据分析技术对结果进行检验，保证结果可靠性。

11、作为本发明再进一步的方案：所述空间要素选取子模块用于分析影响城市中央休憩区活力的各类空间控制要素，通过上述公众数据收集和文献阅读参考分为街道可达性要素、建设强度与形态要素、功能混合要素，可具体细化应用于设计语言的描述。

12、作为本发明再进一步的方案：所述空间感受评价子模块用于直观分析城市活力度，通过上述公众数据收集模块进行语义分析和热力图分析，从空间体验、环境体验、服务设施体验，三个方面反应人群对空间的主观感受，综合了解城市中央休憩区的特征和活力；所述空间要素检验子模块通过卡方检验主成分分析法等统计分析法用于进行空间要素与空间感受评价之间关联分析。

13、作为本发明再进一步的方案：所述语言转换输出模块通过自然语义与空间形态关联、设计语言与空间形态关联建立自然语义与设计语言转换表，实现语言转换。

14、作为本发明再进一步的方案：所述线上公共参与平台的整体使用结构分为三个层级：使用者层级、管理者层级和计算系统层级；

15、所述使用者层级提供人机交互功能；专业规划设计人员、上级管理机构、城市管理机构、市民群体通过使用者层级来输入自己的需求；线上公共参与平台经过公众数据收集模块，对使用者输入的数据进行自然语义提取，进一步提供语言转换输出模块，平台通过将使用者需求转化为设计语言进行城市更新指引；

16、所述管理者层级基于统计计算结果对语言形态关联模块的操作结果进行支持和修正；管理者层级是系统开源修正的主要接口，城市管理机构通过监测数据对空间要素选取子模块进行修改，按照中央休憩区现状进行空间要素调整，并对语言转换输出模块中的自然语言与设计语言转换表扩充完善；

17、所述计算系统层级是模型具体搭建及分析运作的本体，通过使用者层级获取输入待分析数据，通过管理者层级制定修正模型系统层级的自然语言与设计语言转换表；将使用者层级输入的数据需求导入已被管理者层级制定完成的计算系统层级中，通过语言转换输出模块得到具体设计语言结果。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1.更科学的公众参与模式。与传统的调研-访谈-评价的群众参与体系相比，本发明采用的是线上线下相结合的数据采集模式和界面梯度调整设计，保证了调研结果更广泛的覆盖面和更深层次的群众意愿挖掘力度；与传统的自上而下的城市设计相比，本发明将公众需求与有意识的公众参与相结合，强化了规划参与中的“众筹众规，共同治理”，增加成果的可信度和数据的有效比例，提高规划的科学性和执行效率；在城市设计领域，本发明提供了基于城市更新精细化参与设计的空间与人群交互的新模式，更深层次地赋能社会精细治理，更科学地为公众提供参与渠道。

20、2、更精准的城市问题诊断

21、现阶段中央休憩区存在街道人流量低、沉闷无趣、街道无城市特色、建筑外观丰富度低、设计周期长、试错成本高、功能排布乱等问题，同时也存在决策欠缺公众参与、多源数据缺乏转换体系、城市设计缺少反馈的现象。本发明填补多源城市问题数据的整合，通过全周期的公众参与模式，实现更全面的城市问题精准映射，并以此提出中央休憩区活力提升策略，实现城市更新全过程众智设计。

22、3、更高质量的城市更新设计

23、本发明借助数字孪生技术，实现城市中央休憩区的更新，能更好的提升城市公共空间品质，塑造城市形象。本发明通过前期利用用地适应性评价体系，进行更新基地的调研与信息采集，确定相关元素及其权重，根据一定指标选择数据，利用地理信息系统等方式确定土地总体适应性，进行对于更新地块的适应性分析，在定量分析的基础上建立利于优化的结构布局，提升城市空间活力。同时本发明增设公共参与渠道，引入交互设计和虚拟仿真技术，构建“自然语言”与“设计语言”的转换工具，保证更高质量的众智设计的实现。

24、4、更有活力的区域人气营造

25、作品探究影响中央休憩区获利的关键规划和形态要素，旨在激发中央休憩区在塑造城市魅力，提供消费动力等方面的核心作用。基于城市模型方法和贝叶斯网络的方法，提出一种城市中央休憩区“分析-决策-设计”一体化评价方法，从而为城市设计实务工作提供一种辅助工具。在经济角度来说，提升活力有利于产业复苏，为“后疫情”时代城市设计提供新思路，也能带动就业，为更多人提供更大发展平台。

26、5、更合理的环境保护手段

27、与传统的以绿化率、容积率等硬性指标为引导城市设计不同，本发明引入了弹性的低碳评价体系，利用项目中的技术手段实现城市中央休憩区的更新，解决城市现有环境问题，提升城市综合形象与未来发展潜力，实现生产、生活、生态用地协调使用的目标，增加城市规划设计结果的科学性与可落地性，解决城市发展过程中的土地利用的冲突与矛盾，满足人民目前日益增长的美好生活需要。