地理空間信息技術在智慧城市中的應用

安 彥

（甘肅省慶陽市建筑安裝工程有限責任公司，甘肅 慶陽 745000）

以往為了適應政府部門、社會大眾對城市規(guī)劃管理需求的科學化、精細化和追求更高效權威的地理信息與公共服務的需求，數(shù)字城市規(guī)劃脫穎而出。但在當今網絡與云計算技術的迅速發(fā)展之下，民眾的需求已遠不止于此，怎樣得到更多更好的信息，并充分利用這些資源為社會大眾服務，變成了擺在人們面前的新課題。城市交通由數(shù)字化走向高度智能，解決了這個問題，符合中國經濟高速發(fā)展的規(guī)律。因此加強對城市地理空間信息的深入研究，可以為發(fā)展智能城市交通打下堅實的基礎。

1 智慧城市地理空間信息基礎設施的概述

智能城市地理空間信息基礎設施，不但可以為智能城市建設提供更高效的地理空間位置參考，同時還可以實現(xiàn)城市可視化，其重點包括完善空間位置參考體系架構，建立涵蓋全域的空間大地測量、高程基準、引力體系、空間深度基礎和時間體系架構，通過分析應用地理資源空間資料，還可以提高在物流、城管、電網、醫(yī)院等領域應用的智能支撐程度，例如：借助先進的空間監(jiān)測方法，并運用智能傳感器網絡來全面收集大量清晰的、精確的空間地理資源信息，則可以建立大量生動的空間大數(shù)據分析。通過優(yōu)化地理資源決策分析，拓展了以往的傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)輔助于分析決策、虛擬展示、傳播咨詢等領域的諸多應用方面。與此同時，新智能城市地理空間信息基礎設施的構建也需要加速實施，特別是云計算中心與基礎設施信息的共享互惠，只有通過不斷加強對信息技術基礎設施資源的整合、運用、共享能力，優(yōu)化地理資源平臺的頂層設計，研發(fā)能涵蓋多層次空間數(shù)據資源和新型地域語義的技術框架，建設標準規(guī)范的基礎數(shù)據信息等技術手段，才能為新智能城市空間信息技術云平臺構建提供最有力的科技保障。

2 地理空間信息技術在智慧城市中的應用

2.1 一站式公共服務平臺的構建

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)創(chuàng)立通過空間數(shù)據庫系統(tǒng)和信息資源交換平臺來管理，數(shù)據信息是構建在現(xiàn)有的公共空間數(shù)據信息和任務要求上。是在數(shù)據信息的重復和交換上才資源共享的。而在我國，政府各個部門間由于各種攬政使得公眾空間設計應用領域與信息化存在著很大的障礙，很難實現(xiàn)“一幅圖”。而將地理空間信息技術運用于智能城市建設中，并將地域數(shù)據信息公共服務網絡平臺看作一個整體，實現(xiàn)一條龍業(yè)務，類似編程的“CS”模式?？梢允埂癝”定制業(yè)務，“C”則能夠直接向網絡平臺提交滿足需求的業(yè)務信息，則可以更高效地促進智能城市規(guī)劃的迅速發(fā)展。同時，在開放的地域信息系統(tǒng)咨詢服務及指導管理方面，有關技術人員提出一種總體解決方案，并根據這種特殊服務需求，制定了相應的空間篩選與管理遵守標準等，這樣就徹底解決了中國傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)咨詢服務在各個部門中的使用與城市信息化建設中不足的問題[1]。

2.2 豐富語義信息的深度挖掘

豐富語義信息內容的深入發(fā)掘，是指運用空間結構大數(shù)據處理分布式整合管理和協(xié)同運算的機制，深度發(fā)掘并整合地域語義知識中的信息內容，并對空間結構建模信息庫加以分析再管理。經過對各類數(shù)據信息內容的深入發(fā)掘，在構建智能城市體系的整個過程中，及時發(fā)現(xiàn)基于空間位置的多維空間交叉聯(lián)系，以及變化中的內在規(guī)律性。

2.3 時空信息云平臺的建設

智能城市空間數(shù)據信息云平臺的建立，需要把已收集到的空間信息數(shù)據庫匯聚在一個網絡平臺，并建立統(tǒng)一的空間位置地理學數(shù)據信息模型框架，輔之時序和空間方面的大數(shù)據分析，以增強城市未來空間模型、預警、歷史發(fā)展等能力。空間信息管理云平臺主要是以空中定位方式為依據，對政府各部門大數(shù)據資源加以全面收集運用，達到由被動管理信息內容轉化為主動管理信息，并形成統(tǒng)一、清晰、多級別的空間定位服務信息數(shù)據庫，以便在充分“體現(xiàn)方位信息搭載的發(fā)動機”這一核心作用的時候，力求建立定位的完整化和信息技術服務基礎設施格局的廣泛化，以達到方位地理信息模型和全方位運用的能力[2]。智慧城市行業(yè)綜合解決方案總體框架如圖1所示。

圖1 智慧城市行業(yè)綜合解決方案總體框架

未來智能城市對時空信息云平臺的建立有著不容忽視的作用，利用對云平臺數(shù)據信息的解析，警方能夠根據道路交通和刑事案件發(fā)生地之間的相互關聯(lián)，有效改善治安。交通局能夠在道路交通運輸違法事件和交通事故的統(tǒng)計數(shù)據中找到規(guī)律性，完善道路設計，從而增強未來城市道路交通建設的綜合實力。電信運營商也能夠利用對移動手機數(shù)據信息的發(fā)掘（當然這些不是面向個別只是著眼于群體行為）并據此進行分析：即時動態(tài)的流動人口的起源和分布狀況、道路和實時交通客流統(tǒng)計及交通擁堵狀況。

3 地理空間信息技術在應用中的優(yōu)勢分析

3.1 地理空間信息資料的集合

測繪地理資料領域涵蓋了空、天、地的各個領域，并完成了空、天、地一體化的發(fā)展趨勢，這就導致了對地面探測的數(shù)據量逐年增多。而其所涉及到的應用領域又非常的多樣，涉及經濟、人文、社會、水利建設等諸多領域。所以，其數(shù)量不僅巨大，而且類型很多，資料來源也非常廣，在各種信息技術的相互融合下進展速度也較快[3]。而對于這樣豐富多彩的信息，用常規(guī)的軟件根本無法實現(xiàn)對各種數(shù)據的全部提取再進行信息的管理與處理。

3.2 公共服務的網絡平臺

地理空間信息技術中心是一種一站式的服務平臺，原始的地理信息系統(tǒng)中在構建空間數(shù)據庫系統(tǒng)及其信息交換平臺時，都必須按照地理信息系統(tǒng)本身的空間數(shù)據及在地理信息系統(tǒng)中的任務要求來加以構建，而在面向業(yè)務架構時，則包括了業(yè)務的提供商、業(yè)務的代理者和業(yè)務的請求者三方面。其中業(yè)務的提供商是業(yè)務的開發(fā)行動，業(yè)務的代理者則是搜索行動，而業(yè)務的請求者則是綁定行動。

3.3 智慧發(fā)展

通過系統(tǒng)的查詢，可以得出數(shù)據查詢結論，這就讓智能城市的空間信息服務平臺更加智能[4]?？臻g關系推理在面向自然語言之后還涉及了關聯(lián)的表述、空間關聯(lián)的自然語言表述，以及語句的轉化等。當空間對象并不包括在地域語義的框架內時，就需要對各種地域特性的類型加以考慮，避免導致語義結構發(fā)生偏差。在描述空間信息結構時，并不僅受地域本體類型的影響，而且還受語言環(huán)境的影響。在對數(shù)據服務進行語言表述時，就必須建立一定的信息元數(shù)據，并從地理空間信息服務中進行自動提取。同時，通過對語言系統(tǒng)中與語義結構的概念相似度加以比較，可以確定匹配的重合程度。自然語言必須與人類對地理知識特點的理解相互統(tǒng)一，如此就可以使地理空間信息服務更符合合作與資源共享的需要。

4 地理空間信息科學的機遇與挑戰(zhàn)

數(shù)字城市地理空間框架構建工作已經獲得了階段性成效，城市地理信息公共服務平臺將采用分布式存儲、多節(jié)點協(xié)作、全方位服務，面向各類政府政務機關、城市地理專業(yè)應用機構以及企事業(yè)單位普通公民的城市基礎地理數(shù)據資源共享與平臺服務保障，在城市規(guī)劃、重大工程建設、政府科學管理服務以及社會經濟信息化發(fā)展等方面都起到了極大作用.面對新趨勢和新問題，根據當前國內智慧城市建設狀況，利用地理空間技術科學應對新的發(fā)展機會與挑戰(zhàn)[5]。

4.1 時空信息地理建模與空間化

數(shù)字都市在地理空間框架構建階段，主要以分布式、全方位的地理信息資源服務模式，以互聯(lián)網在線方法進行數(shù)字化、互聯(lián)網、協(xié)同化公共服務，智能城市即是在已形成的數(shù)碼都市地理空間架構基礎上，通過融入云計算和物聯(lián)網信息技術，匯集和融入物聯(lián)網的各類傳感器數(shù)據信息資源，形成互聯(lián)網虛擬數(shù)據共享基礎建設、數(shù)據分析、應用軟件和網絡平臺，為使用者創(chuàng)造鮮活、虛擬、靈性的智能公共服務產品，即為數(shù)碼都市通過結合物聯(lián)網技術與云計算進行的地理空間交互模型，創(chuàng)造真正鮮活的地理資訊公共服務，智慧城市空間時空數(shù)據信息云網絡平臺，以直觀表現(xiàn)的全面覆蓋精確地理資源和多歷元地理資源為基準，接入物聯(lián)感知設備的實時信息，面對泛在使用環(huán)境條件按需求供給空間結構地理信息、各種功能的應用軟件和設計界面等業(yè)務，是具有時間維度的空間信息系統(tǒng)與真正世界之間的連接表現(xiàn)，并可以借助物聯(lián)網絡反作用于真實世界，構建智慧城市空間設計數(shù)據信息云網絡平臺，需要通過空間結構地理信息數(shù)據庫系統(tǒng)集成網絡平臺，全面集成并廣泛關聯(lián)所有業(yè)務數(shù)據和泛在傳感器的感知信號，由集中管理空間信息內容過渡為空間化的集中管理所有信息內容，形成室內外一體精確、高時空分辨率、全方位的語義位置空間信息數(shù)據庫，更關鍵的是建立泛在網絡接入、數(shù)據信息裝載與信息服務的標準協(xié)議，以發(fā)揮“時空信息的支撐引擎”核心能力的作用，逐步完成二三維合一的城市空間框架模式，與室內外無縫導航與位置服務基礎設施，同時進行更廣泛的空間信息地理建模和空間化。智慧光明時空云平臺如圖2所示。

圖2 智慧光明時空云平臺

4.2 時空大數(shù)據一體化高性能智能處理

智慧城市利用大物聯(lián)網多感應器，完成了“人與人、人與物、物與物”的功能相通，同時利用智能傳感網完成了動態(tài)監(jiān)測數(shù)據的即時接入，并與主動推送服務無縫銜接，并根據海量空間大數(shù)據分析形成數(shù)據分析與應用間的自主推送和反饋等服務機制，提升了多感應器數(shù)據分析的修改關聯(lián)、融合等在線管理能力。這樣一來，企業(yè)就需通過云計算環(huán)境進行大數(shù)據一體化的高性能管理，以開放性操作方式適應各種背景、多類別、各時間的信息需求，真正做到了聚焦業(yè)務和按需業(yè)務，進行了快速精準地信息并行和效用計量，達到在城市中運營管理服務（如衣食住行、緊急反饋等）的最佳核心價值，如果時變空變的即時接入數(shù)據信息只要存出來再處理其價格也將大幅降低。

4.3 豐富語義信息的深度挖掘

“一庫，一平臺，多示范應用”模式的大數(shù)字城市空間地理信息公共服務平臺已成形，可整合視頻、街景、感應氣象等傳感裝置以及信息技術資源優(yōu)勢，但僅僅是將其定位或標記于地圖上，并另辟窗口獨立展示或接入，信息內容的有效獲取手段仍然欠缺，也無法將城市空間信息資源優(yōu)勢有機地集成，更未能在城市空間數(shù)據分析與重大科學決策過程中利用相關專題信息內容，還存有對海量寶貴數(shù)據信息的資源語義。信息技術中缺乏可以深入發(fā)掘的話題，即所說的對大量語義信息的深入發(fā)掘，即在利用時空大數(shù)據分布式整合管理和協(xié)同運算的新機制，將深入發(fā)掘并大量的集成有關地域語義領域的信息，進一步發(fā)展空間結構分析模型數(shù)據庫并在此基礎上實現(xiàn)信息處理過程再造的智慧城市建設過程，經過全面發(fā)掘各類空間結構專項業(yè)務信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)基于空間結構定位的多維空間相互關聯(lián)關系以及未來發(fā)展變化規(guī)律，使地理空間信息系統(tǒng)由傳統(tǒng)的展示呈現(xiàn)與理論建模轉化為融入服務信息分析工具、科學決策支持與企業(yè)辦公助手，從而最大限度地實現(xiàn)了已有地域空間信息的價值，并全面發(fā)掘地域空間結構語義信息的巨大潛能，高效處理跨越空間結構的復雜城市問題以及服務民生方面的重大問題。

5 結束語

綜上所述，地理空間信息技術已經變成了智慧城市建設的重要信息技術基礎設施。在城市由數(shù)字化到高度智慧的過程中，很多信息資源都將即時連接，同時利用最先進的計算機云技術還可以進行大數(shù)據引擎管理和按需要服務等。在數(shù)字化城市中，地理空間信息技術也已證實了它還擁有著資源整合的優(yōu)勢，而這種優(yōu)點也給智慧都市的建設帶來了基本保障。將地理空間信息技術所收集的各類數(shù)據和智慧城市服務充分結合后，將極大地顛覆傳統(tǒng)的城市規(guī)劃管理模式。以往人們?yōu)榱嗽诖蟪鞘欣锷嫦氯?，會考慮怎樣去適應這片冷冰冰的鋼鐵森林，但在智能城市的服務下，人們生活中的一切都仿佛有了溫度，人們生活在都市的各個角落都可以體驗到她的溫情。智能城市的理念與科技，是未來實現(xiàn)服務型城市化的關鍵所在。