地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

孔令成

[阜新市生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資(集團(tuán))有限公司，遼寧 阜新 123000]

0 引言

隨著我國智慧城市建設(shè)進(jìn)程的發(fā)展，智慧城市建設(shè)相關(guān)的科研和實(shí)踐也取得了較大的突破。其中，地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)過程中的應(yīng)用得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，同時(shí)也使得智慧城市建設(shè)水平不斷提升[1]。

國內(nèi)外學(xué)者在智慧城市建設(shè)相關(guān)的研究中也逐漸關(guān)注到地理信息系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐。國外相關(guān)專家學(xué)者較多地從地理信息系統(tǒng)的技術(shù)層面開展了研究，在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)的計(jì)算等方面進(jìn)行了創(chuàng)新的分析；國內(nèi)專家學(xué)者則更多地從地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用層面開展了研究，從地理信息系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合、不同領(lǐng)域的應(yīng)用等方面進(jìn)行了分析和探討。

通過對國內(nèi)外相關(guān)研究的梳理和總結(jié)，地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用缺乏較為系統(tǒng)和更具針對性的研究。本文對地理信息系統(tǒng)在我國智慧城市建設(shè)中應(yīng)用存在的問題進(jìn)行了客觀全面的分析，結(jié)合存在問題提出了具有針對性的解決方案，對于豐富地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)方面的研究、提升智慧城市建設(shè)的水平有著重要的意義，也是地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

1 相關(guān)概念

1.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是基于地理、空間等相關(guān)理論，全面應(yīng)用遙感技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，對所需地理信息進(jìn)行觀測和采集，并對觀測和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，從而服務(wù)于公共事業(yè)建設(shè)、氣象、國防、資源管理等領(lǐng)域，對于國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、科技創(chuàng)新、國防建設(shè)和民生等領(lǐng)域都有著重要的作用。

1.2 智慧城市

智慧城市是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和普及的基礎(chǔ)上形成的一種新型的城市建設(shè)和管理模式，智慧城市全面應(yīng)用和集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云技術(shù)等新興科學(xué)技術(shù)，建設(shè)科學(xué)、便捷、高效的城市運(yùn)行和管理系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)的運(yùn)行提高資源利用率、提升城市管理水平，更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和民生領(lǐng)域。

1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息

地理數(shù)據(jù)是指通過觀察、測量等手段獲得的地球表面空間的自然、人文以及社會等方面的數(shù)據(jù)，是描述和表示自然條件、資源分布、地理位置等的文字、數(shù)字等要素。

地理信息是指與地球表面空間相關(guān)的分布特征、自然規(guī)律、相互聯(lián)系等信息。

需要說明的是，地理信息并不等同于地理數(shù)據(jù)，二者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。地理數(shù)據(jù)是對地理情況定性、定量的客觀描述，而地理信息則是在對地理數(shù)據(jù)的進(jìn)行收集、整理和分析的基礎(chǔ)上總結(jié)出的規(guī)律性、聯(lián)系性，地理信息是地理數(shù)據(jù)所能反映出的特征。地理數(shù)據(jù)是對地理信息直接的記錄和描述，地理信息則是對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的結(jié)果。

2 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)的作用

目前，智慧城市的建設(shè)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用也在一定程度上提升了智慧城市建設(shè)的水平，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，并沒有較為系統(tǒng)和全面地將地理信息系統(tǒng)與智慧城市的建設(shè)相結(jié)合。本文結(jié)合地理信息系統(tǒng)的功能以及智慧城市建設(shè)的需求，全面梳理了在智慧城市建設(shè)中地理信息系統(tǒng)的重要作用。主要包括三個(gè)方面。

2.1 數(shù)據(jù)的采集及存儲

地理信息系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以利用遙感衛(wèi)星等手段和方法，對包括地理位置、自然環(huán)境、社會環(huán)境、資源分布等地球表面的地理信息進(jìn)行采集和存儲[2]，在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲的基礎(chǔ)上，地理信息系統(tǒng)可以根據(jù)需求對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類、統(tǒng)計(jì)和分析，形成相應(yīng)的分析報(bào)告、圖、表等，總結(jié)出分布情況、相互聯(lián)系、變化規(guī)律等信息，形成所需要的地理信息。在智慧城市的建設(shè)過程中，基于地理信息系統(tǒng)采集的地理數(shù)據(jù)以及分析得出的地理信息，智慧城市的規(guī)劃和設(shè)計(jì)可以獲得更加科學(xué)和全面的地理信息、數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)，使智慧城市的建設(shè)更加科學(xué)，符合自然規(guī)律，提高智慧城市建設(shè)的科學(xué)性和可行性，真正提升城市管理能力和水平[3]。

2.2 數(shù)據(jù)的查詢和分析

從功能上說，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的管理信息系統(tǒng)，而管理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要功能就是數(shù)據(jù)的查詢。在地理信息系統(tǒng)對地理信息進(jìn)行采集和錄入后，系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)字化數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的查詢功能，可以實(shí)現(xiàn)對所需要數(shù)據(jù)的快速查詢[4]。由于地理信息與其他信息相比具有一定的特殊性，地理數(shù)據(jù)涉及范圍廣、時(shí)間跨度大、信息量大，同時(shí)，地理信息中很大一部分是三維信息，所以地理信息查詢和交互的難度較大，而基于三維地理信息系統(tǒng)，可以輕松實(shí)現(xiàn)地理信息的查詢。此外，地理信息系統(tǒng)的分析功能可以根據(jù)用戶需求將地理數(shù)據(jù)和地理信息進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算等，可以輕松、準(zhǔn)確地獲取用戶需要的地理信息。在智慧城市建設(shè)中，需要某一類地理信息或者需要對某一類地理信息進(jìn)行分析時(shí)，完全可以通過地理信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，不僅可以提高智慧城市建設(shè)的效率，還可以提升地理信息的準(zhǔn)確性，為智慧城市建設(shè)的決策、設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)、可行的依據(jù)。

2.3 生成可視化影像

地理信息系統(tǒng)可以利用遙感衛(wèi)星和其他測量手段獲取數(shù)據(jù)以及人工輸入的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)生成區(qū)域地圖、地形圖，特別是利用三維地理信息系統(tǒng)可以依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)生成三維的地圖[5]，這些生成的地圖不僅具有可視化的特點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)圖上測量等功能，能夠清晰、準(zhǔn)確、定量地展現(xiàn)城市中的地形、地貌、區(qū)域位置、水文情況、建筑設(shè)施等。在智慧城市建設(shè)過程中，通過地理信息系統(tǒng)生成的可視化影像，用戶可以有針對性地查閱、測量、分析所需要的地理信息，不僅可以大大提升地理信息分析的效率，還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)城市管理和社會服務(wù)中存在的問題，從而全面提升智慧城市建設(shè)的水平。

3 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)中存在的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)水平的不斷提升，智慧城市的建設(shè)也有了新的要求和目標(biāo)，城市建設(shè)者們認(rèn)識到了地理信息系統(tǒng)在城市建設(shè)中的重要作用和意義，但是在實(shí)際的智慧城市建設(shè)過程中，隨著智慧城市建設(shè)要求的提高、標(biāo)準(zhǔn)的提升，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用也面臨著一定的問題，需要加以解決，從而更好地服務(wù)于智慧城市建設(shè)。

3.1 地理數(shù)據(jù)、地理信息相對滯后

地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)過程中的一個(gè)重要作用就是為智慧城市建設(shè)提供準(zhǔn)確的地理數(shù)據(jù)和地理信息，城市建設(shè)者要依據(jù)這些地理數(shù)據(jù)和地理信息制定相應(yīng)的智慧城市建設(shè)規(guī)劃以及城市管理方案[6]，所以，地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度對于智慧城市的建設(shè)有著非常重要的意義和巨大的影響。但是，在我國城市建設(shè)和發(fā)展過程中，特別是近年來，我國的區(qū)域發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市建設(shè)等時(shí)刻都在發(fā)生著變化，而地理數(shù)據(jù)的采集和錄入是一個(gè)規(guī)模浩大的工程，往往跟不上城市變化的速度，導(dǎo)致了地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的滯后，無法為智慧城市建設(shè)等提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的地理數(shù)據(jù)和地理信息[7]。

3.2 定位精確度有待提高

地理信息系統(tǒng)中的一個(gè)重要功能是定位系統(tǒng)，利用該定位系統(tǒng)，在智慧城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，可以對城市中的區(qū)域、建筑、山水林田湖草等進(jìn)行定位，從而有針對性地、科學(xué)地進(jìn)行智慧城市的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，完成城市的管理，特別是在發(fā)生自然災(zāi)害、交通事故、生產(chǎn)事故等情況時(shí)，地理信息系統(tǒng)的定位功能可以為交通管理、搶險(xiǎn)救援等提供全面的支持。但是，地理信息系統(tǒng)的定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性一直是關(guān)注的重點(diǎn)和亟待解決的問題，雖然在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中，地理信息系統(tǒng)的定位水平逐漸提升，特別是我國北斗定位系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，在一定程度上大大提高了定位的準(zhǔn)確性，但是地理信息系統(tǒng)的定位系統(tǒng)仍有較大的提升空間，距離城市建設(shè)的需求還有差距。要通過提升科研水平和創(chuàng)新定位技術(shù)來不斷提升定位系統(tǒng)的精確度。

3.3 空間分析能力亟待提升

地理信息系統(tǒng)可以基于遙感測量和數(shù)據(jù)錄入生產(chǎn)三維立體圖像，也就是輔助空間分析功能，基于這一功能可以實(shí)現(xiàn)對某一建筑的三維數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過處理分析生成該建筑的三維立體影像，使用戶可以在電腦前實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)建筑的觀察、測量和分析，對于智慧城市建設(shè)有著重要的作用。但是目前的地理信息系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)對單個(gè)目標(biāo)或者小范圍區(qū)域的三維圖像的繪制，無法實(shí)現(xiàn)大區(qū)域甚至是整個(gè)城市的三維圖像的生產(chǎn)，智慧城市的規(guī)劃和設(shè)計(jì)還需要通過大量的實(shí)地測量和數(shù)據(jù)分析來完成，無法完全通過地理信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。所以，要通過衛(wèi)星遙感技術(shù)、定位技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用和提升，來不斷提升和拓展地理信息系統(tǒng)的空間分析能力，從而更好地服務(wù)于智慧城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理[8]。

4 地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中應(yīng)用能力提升策略

通過對地理信息系統(tǒng)、智慧城市等相關(guān)概念的闡述，分析了地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的重要作用，指出了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)中存在的主要問題，針對以上問題，要通過不斷加強(qiáng)科研能力、開展科技創(chuàng)新，不斷提升地理信息系統(tǒng)的科技含量和應(yīng)用能力，更好地服務(wù)于智慧城市建設(shè)。

4.1 提升數(shù)據(jù)采集和處理能力

地理信息系統(tǒng)中的地理數(shù)據(jù)和地理信息是智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)，但是由于城市建設(shè)速度加快等原因，地理信息系統(tǒng)中的地理數(shù)據(jù)往往存在一定的滯后現(xiàn)象，必須不斷加強(qiáng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理能力。一是要不斷提高地理數(shù)據(jù)采集的能力，通過更新數(shù)據(jù)采集設(shè)備、創(chuàng)新數(shù)據(jù)采集技術(shù)、提高工作人員技術(shù)水平，不斷提升地理數(shù)據(jù)采集的能力和效率，從而及時(shí)對地理信息系統(tǒng)中的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，滿足用戶的需求；二是要實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分享，要在地理信息系統(tǒng)中利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、云技術(shù)等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的自動采集和實(shí)時(shí)更新、實(shí)時(shí)分享，提高地理數(shù)據(jù)采集的實(shí)效性和準(zhǔn)確性；三是要提升地理數(shù)據(jù)的分析和處理能力，要充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等，加強(qiáng)對地理數(shù)據(jù)的處理和分析，形成更加科學(xué)、更加客觀的地理信息，為用戶提供多維度、多層次的地理信息服務(wù)。

4.2 建設(shè)地理信息三維模型

通過地理信息系統(tǒng)建立的三維立體模型，相比于平面地圖，可以更加直觀、清晰地反映出城市地理信息，并可以完成在電腦端的測量與分析，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值非常高，特別是對于智慧城市的建設(shè)，可以極大提升智慧城市的規(guī)劃和建設(shè)效率以及后期的管理能力。但是就目前的地理信息系統(tǒng)而言，還無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市或大范圍區(qū)域的地理信息三維模型的建設(shè)，地理信息系統(tǒng)要重點(diǎn)加強(qiáng)和突破三維立體模型的建設(shè)能力。一是創(chuàng)新地理數(shù)據(jù)的采集技術(shù)，提高地理數(shù)據(jù)采集的精度，為三維立體模型的建設(shè)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。二是加大科研力量，創(chuàng)新和發(fā)展三維立體成像技術(shù)，提升三維立體模型的建設(shè)能力和水平，使三維立體模型的建設(shè)速度和方法得到大幅提升，從而使三維立體模型的覆蓋區(qū)域不斷加大，為智慧城市的建設(shè)提供更強(qiáng)的支持。三是提高數(shù)據(jù)處理和存儲能力，由于三維立體模型的數(shù)據(jù)量龐大，特別是大范圍的三維立體模型，需要強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和存儲空間，所以要不斷發(fā)展和提升數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)，為三維立體模型的建設(shè)打造良好的基礎(chǔ)。

4.3 建設(shè)和完善地理信息數(shù)據(jù)庫

地理信息系統(tǒng)應(yīng)用是建立在其龐大的地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，其服務(wù)于智慧城市建設(shè)的核心是地理數(shù)據(jù)，而地理數(shù)據(jù)因其特殊性具有數(shù)據(jù)量龐大的特點(diǎn)，所以，要提升地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平和服務(wù)能力，要不斷建設(shè)和完善地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。在服務(wù)智慧城市建設(shè)方面，一是要建設(shè)強(qiáng)大的城市地理數(shù)據(jù)庫，城市地理數(shù)據(jù)庫不僅可以應(yīng)用于智慧城市建設(shè)，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市規(guī)劃、城市管理等方面都有著非常重要的作用，地理信息系統(tǒng)要重視服務(wù)功能的呈現(xiàn)，把城市地理數(shù)據(jù)庫作為重要課題進(jìn)行研究，把城市的區(qū)域位置、建筑設(shè)施、水文地理以及地下管網(wǎng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的測繪和采集，以備用戶的查詢和使用；二是要重視城市地理數(shù)據(jù)的更新和完善，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國城市建設(shè)水平和發(fā)展速度也在不斷提升，城市的面貌日新月異，所以地理信息系統(tǒng)要重視城市地理數(shù)據(jù)的更新和完善，要通過多種觀測和采集手段特別是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的更新和完善。三是要建立地理信息系統(tǒng)的糾錯(cuò)機(jī)制，一個(gè)區(qū)域的地理信息無時(shí)無刻不在發(fā)生變化，僅僅依靠系統(tǒng)的采集和錄入是無法做到地理數(shù)據(jù)的及時(shí)和準(zhǔn)確更新，所以要充分利用強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)，建立系統(tǒng)的糾錯(cuò)機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地理信息的變化，并作出修改和完善。

5 結(jié)論

本文以地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用為研究對象，首先，對地理信息系統(tǒng)、智慧城市等相關(guān)的概念進(jìn)行了介紹；其次，分析了地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的重要作用；然后，結(jié)合我國地理信息系統(tǒng)的發(fā)展情況和應(yīng)用情況，指出了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)中存在的地理數(shù)據(jù)、地理信息相對滯后、定位精確度有待提高等問題；最后，針對存在的問題提出了提升數(shù)據(jù)采集和處理能力、建設(shè)地理信息三維模型和建設(shè)、完善地理信息數(shù)據(jù)庫等對策。為進(jìn)一步提升我國智慧城市規(guī)劃、建設(shè)和管理水平提供了參考依據(jù)。