地理信息技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用探討

余琪 ，錢樂祥，程炯

YU Qi1 ,2, QIAN Le-xiang1 , CHEN Jiong2

( 1.廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院；2.廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

(1.School of Geographical Science, Guangzhou University; 2.Guangdong Key Laboratory of Agricultural Environment Pollution Integrated Control, Guangdong Institute of Eco-environmental Science and Technology)

1 引言

隨著城市化進(jìn)程以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我國邁進(jìn)了信息化的時(shí)代，從管理到?jīng)Q策，都逐漸走向科學(xué)化、智能化,學(xué)者們提出了建設(shè)智慧城市的觀點(diǎn)?，F(xiàn)階段正在建設(shè)的數(shù)字化城市，為智慧城市打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。而地理信息技術(shù)則是城市數(shù)字化不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，地理信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、分析及可視化。智慧城市將數(shù)字化城市與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推向更深層次的階段，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化城市的資源配置，實(shí)現(xiàn)城市的智能化管理[2]。

2 基本概念

2.1 智慧城市

智慧城市是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等最新信息技術(shù)，以及綜合智能搜索、智能分析等工具和方法，通過各種傳感器，實(shí)現(xiàn)城市信息全面透徹的感知、事物與人的互相關(guān)聯(lián)、以及智能融合的應(yīng)用。智慧城市的建設(shè)理念是通過最先進(jìn)的服務(wù)、管理、應(yīng)用系統(tǒng)，讓人類智慧參與在其中，讓城市的運(yùn)轉(zhuǎn)更加高效、生活更加舒適便捷，社會(huì)更加和諧[3]。地理信息技術(shù)將水文、氣候、交通、環(huán)境等基礎(chǔ)信息與特定時(shí)空下的城市事件緊密關(guān)聯(lián)、實(shí)時(shí)融合，實(shí)現(xiàn)城市人與物的聯(lián)通與管理,以及滿足各種緊急事件快速響應(yīng)的需要。在這種條件下，通過傳感器能夠接入城市信息網(wǎng)絡(luò)，保證來自任何空間位置的信息源，能在任何時(shí)候經(jīng)過人和物關(guān)聯(lián)、融合等處理后發(fā)送并服務(wù)于在任何地點(diǎn)，并且有相應(yīng)權(quán)限的數(shù)據(jù)管理與服務(wù)器更新，以期實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行信息的獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策等，使我們的生活更加便捷，實(shí)現(xiàn)城市的智能化發(fā)展。

2.2 地理信息技術(shù)

地理信息技術(shù)主要包括地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）這三種技術(shù)，也稱作廣義“3S”技術(shù)。GIS、RS、GPS是地理信息技術(shù)核心的三種技術(shù)，但地理信息技術(shù)并不局限于這三種技術(shù)，除此“3S”技術(shù)之外，還包括數(shù)字地球技術(shù)，三維仿真模擬，網(wǎng)絡(luò)GIS等其他地理信息技術(shù)。

3 地理信息技術(shù)及其數(shù)據(jù)特點(diǎn)

3.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)指用來采集、存儲(chǔ)、管理、空間分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GIS主要包括數(shù)據(jù)、硬件、軟件、專業(yè)人員在計(jì)算機(jī)的支持下，GIS可以對(duì)地球表層以及空間中的有關(guān)地理分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)以特定的方式存儲(chǔ)起來，建立地理空間數(shù)據(jù)庫，方便查詢與統(tǒng)計(jì)。其數(shù)據(jù)有分矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)；像存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)線面等描述地理事物的數(shù)據(jù)，就是矢量數(shù)據(jù)，而類似于圖片、遙感圖像這些就是柵格數(shù)據(jù)，有若干像元組成。簡(jiǎn)單來說，GIS是對(duì)地球上存在的一些現(xiàn)象和事件進(jìn)行制圖、描述和分析，地理信息系統(tǒng)技術(shù)把地圖的視覺化效果和對(duì)地理數(shù)據(jù)的空間分析功能與數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起，利用這些功能，就可以對(duì)城市進(jìn)行數(shù)字化，得到建設(shè)智慧城市所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另外GIS有著強(qiáng)大的的空間分析功能,可以從建立的地理空間數(shù)據(jù)庫中，獲取事物的地理位置，分布特征，及其空間演變信息，采用的有圖形算法，區(qū)劃、網(wǎng)絡(luò)分析和空間插值等，這些功能為建設(shè)智慧城市所需的智能分析提供了技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

3.2 遙感

遙感（RS,Remote Sensing），指不與目標(biāo)地物接觸，通過傳感器從遠(yuǎn)處對(duì)地物進(jìn)行探測(cè)，通過物體的電磁波輻射反射，得到地物的光譜信息，經(jīng)過加工處理等，利用圖像處理軟件對(duì)所獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯判讀，獲取研究或應(yīng)用所需的地理信息的一項(xiàng)技術(shù)[4]?，F(xiàn)如今，遙感圖像的分辨率達(dá)到亞米級(jí)，這讓我們可以從遙感圖像上獲取更多所需的信息。遙感技術(shù)具有范圍廣、周期短、綜合性、經(jīng)濟(jì)性等眾多優(yōu)點(diǎn)。遙感技術(shù)可對(duì)地球表層的自然資源進(jìn)行觀測(cè)、監(jiān)測(cè)；如土壤、植被、河流等信息，用于農(nóng)作物的長勢(shì)、收成等預(yù)測(cè)，也可對(duì)發(fā)生災(zāi)害（城市內(nèi)澇）的地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.3 全球定位系統(tǒng)

GPS即全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System），主要分為三大部分：①空間部分，也就是GPS衛(wèi)星。②地面監(jiān)控部分，由主控站、監(jiān)測(cè)站、注入站組成。③用戶部分，即由GPS接收機(jī)組成。全球定位系統(tǒng)可以對(duì)事物精確的定位，獲取精確的經(jīng)緯度坐標(biāo)。GPS有著測(cè)量精度高、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、不限用戶數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)可以全天候的工作，基于以上優(yōu)勢(shì)，全球定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于交通導(dǎo)航、軍事等領(lǐng)域。

4 地理信息技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

4.1 交通規(guī)劃與導(dǎo)航

道路在規(guī)劃和管理中，會(huì)產(chǎn)生大量的信息, 而且在數(shù)據(jù)信息的獲取、存儲(chǔ)，以及統(tǒng)計(jì)和分析等方面都比較困難[5]。通過GIS軟件，對(duì)道路信息進(jìn)行提取，收集需要的交通數(shù)據(jù), 并且通過數(shù)據(jù)建立與之相對(duì)應(yīng)的圖形, 把數(shù)據(jù)和圖表的關(guān)系明了直觀地呈現(xiàn)出來。通過該技術(shù)中的緩沖區(qū)分析法，疊加分析法等分析功能對(duì)數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行修改、決策和總結(jié)等,在規(guī)劃和設(shè)置城市公交車線路以及站點(diǎn)時(shí), 可以通過GIS技術(shù)獲取該區(qū)域的各個(gè)公交車線路和站點(diǎn), 并把線路圖層和站點(diǎn)圖層結(jié)合起來, 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析，得出準(zhǔn)確結(jié)果,還可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行更進(jìn)一步修改與完善, 使數(shù)據(jù)結(jié)果更加精確。在道路交通規(guī)劃中運(yùn)用GIS技術(shù)能夠便捷和快速地獲取精確的數(shù)據(jù)，使得交通規(guī)劃更加合理，更具科學(xué)性。

4.2 災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警

遙感衛(wèi)星能夠快速準(zhǔn)確地獲取地面信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等高新技術(shù)，可以應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)、森林大火等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)能力；利用地理信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于快速對(duì)遙感圖像處理和建立相應(yīng)的評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)突發(fā)性災(zāi)害的有著快速應(yīng)急的能力，使用地理信息技術(shù)能在幾小時(shí)內(nèi)獲得災(zāi)情數(shù)據(jù)，短時(shí)間內(nèi)做出災(zāi)情的快速評(píng)估，以及完成詳實(shí)的評(píng)估。地理信息技術(shù)在發(fā)生災(zāi)情時(shí)的信息獲取、救災(zāi)決策以及災(zāi)害重建中都發(fā)揮了重要作用。

4.3 土地確權(quán)

我國的土地管理在很長一段時(shí)間內(nèi)都處于比較混亂的狀態(tài)，原因在于沒有形成數(shù)字信息化的管理，而地理信息技術(shù)則很好的解決了這一問題。對(duì)于農(nóng)村土地確權(quán)這一問題，采用先進(jìn)的3S技術(shù)相結(jié)合，提高了工效效率，節(jié)省人力物力，并且調(diào)查結(jié)果的精度也有保障。農(nóng)村集體土地確權(quán)工作的主要內(nèi)容是，根據(jù)高清遙感影像解譯出每塊使用土地的邊界，并且可以統(tǒng)計(jì)出每塊土地的面積，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，再將信息進(jìn)行分類，按照國家和地區(qū)政府制定的規(guī)則來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制圖、編輯、整理、建立數(shù)據(jù)庫。通過使用地理信息技術(shù)，可以讓土地確權(quán)工作更加科學(xué)、準(zhǔn)確與高效。地理信息技術(shù)將會(huì)更多的應(yīng)用于土地管理，方便國土部門對(duì)土地的規(guī)劃與管理，對(duì)土地的信息化管理，也是智慧城市需要完善的工作。

4.4 犯罪分布研究

犯罪問題是城市發(fā)展過程中不可忽視的問題。犯罪事件的發(fā)生從時(shí)間和空間的角度來看，具有一定的規(guī)律性。采用地理學(xué)的視角、利用地理信息技術(shù)去研究某個(gè)地區(qū)犯罪的問題，可以揭示區(qū)域犯罪的時(shí)空分布特征，讓犯罪得到及時(shí)的控制，也可以為地區(qū)犯罪的預(yù)防提供參考。

4.5 古建筑保護(hù)

地理信息技術(shù)的三維激光掃描技術(shù)可用于對(duì)古建筑物的保護(hù)。利用三維激光掃描技術(shù)，得到離散的矢量距離點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)云(Points Cloud)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)所包含的信息構(gòu)建高精度的DEM，用點(diǎn)、多邊形、曲線、曲面等形式將立體模型將形體描述出來，對(duì)古建筑物進(jìn)行三維建模[6]。若古建筑遭到破壞，可利用三維模型對(duì)其進(jìn)行重建，對(duì)古建筑起到保護(hù)作用。三維激光掃描技術(shù)具有測(cè)量范圍廣、時(shí)間短、精度高、處理數(shù)據(jù)便捷等優(yōu)點(diǎn)；其點(diǎn)云可用于深層次的模型重建，這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用于古建筑的保護(hù)中。

5 地理信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

地理信息技術(shù)未來需要加強(qiáng)跨學(xué)科的綜合研究，將會(huì)往大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等方面深入發(fā)展。在目前，我國地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)平臺(tái)、空間基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)已初步搭建；數(shù)字城市的建設(shè)，為智慧城市的建設(shè)奠定了重要基礎(chǔ)[2]?；ヂ?lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等眾多高新技術(shù)交叉融合發(fā)展，為地理信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。高分辨率衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、地面測(cè)繪、無人機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善；基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、數(shù)字城市、天地圖等地圖服務(wù)平臺(tái)等提供地理信息服務(wù)，地理信息技術(shù)為智慧城市的建設(shè)提供了重要基礎(chǔ)條件和重要的數(shù)據(jù)資源。

6 結(jié)束語

智慧城市的建設(shè)需要地理信息技術(shù)的支撐，相信在不久的將來，地理信息技術(shù)的功能會(huì)更成熟、更完善；將會(huì)在我國智慧城市的建設(shè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

[1] 李德仁,姚遠(yuǎn),邵振峰. 智慧城市的概念、支撐技術(shù)及應(yīng)用[J]. 工程研究-跨學(xué)科視野中的工程,2012,4(04):313-323.

[2] 翟寶根. 大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧城市的建設(shè)與發(fā)展[J]. 智能建筑與智慧城市,2017(10):96-97.

[3] 王家耀. 大數(shù)據(jù)時(shí)代的智慧城市[J]. 測(cè)繪科學(xué),2014,39(05):3-7.

[4] 李德仁. 高分辨率對(duì)地觀測(cè)技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪地理信息,2013,38(06):1-5.

[5] 李小果. 基于GIS的城市交通規(guī)劃應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué),2004.

[6] 三維GIS及其在智慧城市中的應(yīng)用[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2014,16(02):151-157.