面向智慧城市的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用研究
——以智慧南京時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)為例

文/姜丹萍 趙偉偉

隨著城市的快速發(fā)展和智能化進(jìn)程的不斷加速，智慧城市建設(shè)已是大勢(shì)所趨。時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施作為智慧城市的重要組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)城市信息的高效傳遞與共享，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。本文以智慧南京時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)為例，探索時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施在水務(wù)、生態(tài)、城管等智慧城市場(chǎng)景中的應(yīng)用與發(fā)展，旨在為智慧城市發(fā)展和時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供一定參考和借鑒。

當(dāng)前，智慧城市建設(shè)已成為熱點(diǎn)話題。時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施是智慧城市不可或缺的、基礎(chǔ)性的信息資源，也是其他信息交換共享與協(xié)同應(yīng)用的載體。[1]然而，目前國(guó)內(nèi)智慧城市建設(shè)還存在諸多問(wèn)題，如信息孤島、數(shù)據(jù)共享不暢等，阻礙了智慧城市的建設(shè)發(fā)展。為了解決上述問(wèn)題，相關(guān)部門需要在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面進(jìn)行創(chuàng)新和完善。本文主要研究面向智慧城市的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，并以智慧南京時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)為例，從時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施概述、時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)、時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用案例展開(kāi)研究，旨在為智慧城市的管理和服務(wù)提供有力支撐。

一、智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施概述

（一）智慧城市的概念

智慧城市是以人為本、融合發(fā)展的新型城市形態(tài)，是信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革的深度融合。它能全面洞察城市運(yùn)行的規(guī)律和特征，整合城市各領(lǐng)域的信息資源，將城市的系統(tǒng)和服務(wù)打通、集成，以提升資源利用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，改善市民生活質(zhì)量。[2]智慧城市的建設(shè)需要相關(guān)部門深入理解其本質(zhì)，通過(guò)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、推進(jìn)信息化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)城市管理和服務(wù)的自動(dòng)化、精細(xì)化及智能化，進(jìn)而創(chuàng)造出更好的城市生態(tài)環(huán)境和居住條件。智慧城市的建設(shè)還需政府、市場(chǎng)和社會(huì)等多方力量合作，共同推進(jìn)智慧城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市管理與服務(wù)的現(xiàn)代化和智能化。

（二）時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的概念與分類

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施是指支撐城市時(shí)間和空間特征的基礎(chǔ)地理信息、涉及公共管理與公共服務(wù)的專題信息，如地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)等。時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)和保障。根據(jù)時(shí)空維度的不同，時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施可分為兩種：一是空間基礎(chǔ)設(shè)施，其主要為城市居民提供生活保障，在城市管理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面起著重要的促進(jìn)作用；二是時(shí)間基礎(chǔ)設(shè)施，其對(duì)信息傳遞和處理具有較大作用。這些設(shè)施共同構(gòu)成了城市大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，具有獲取、存儲(chǔ)、處理、分析和利用信息的功能，為實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展、提高城市管理效率提供了技術(shù)手段和支持?？傊?，時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，在服務(wù)城市居民、促進(jìn)城市管理和發(fā)展方面具有不可替代的作用。智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善與廣泛應(yīng)用，能夠極大地提升城市管理與服務(wù)的功能協(xié)同和數(shù)字協(xié)同水平。[3]

（三）智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用現(xiàn)狀

智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施在不同城市的應(yīng)用程度和應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同。在城市交通方面，互聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)的有效結(jié)合，在城市交通路況的監(jiān)控和管理工作中起到了積極的作用。在城市管理方面，城市污染治理、交通管理的滿意度可視化等都是智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的典型代表。2021 年6 月，南京獲批自然資源部智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)城市。南京市以構(gòu)建實(shí)景三維南京為目標(biāo)，重點(diǎn)通過(guò)地理實(shí)體數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，積極推動(dòng)基礎(chǔ)測(cè)繪轉(zhuǎn)型升級(jí)，拓展公安、水務(wù)、生態(tài)環(huán)境綜合整治、城管大數(shù)據(jù)等多個(gè)領(lǐng)域典型示范應(yīng)用，進(jìn)一步提升時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施向政府和社會(huì)公眾的服務(wù)能力，切實(shí)發(fā)揮試點(diǎn)示范作用，讓時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施融入各行各業(yè)的生產(chǎn)服務(wù)運(yùn)行流程中。

二、時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)

（一）時(shí)空大數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

時(shí)空大數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)智慧城市時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，也是時(shí)空大數(shù)據(jù)處理和分析的前提和基礎(chǔ)。在時(shí)空大數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)的發(fā)展中，遠(yuǎn)程感知技術(shù)、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為時(shí)空大數(shù)據(jù)采集提供了更加細(xì)致和深入的內(nèi)容，使得時(shí)空大數(shù)據(jù)的采集已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的手工調(diào)查和測(cè)量，還能通過(guò)各種傳感器、衛(wèi)星遙感等技術(shù)來(lái)獲取智能化數(shù)據(jù)。時(shí)空大數(shù)據(jù)處理是將海量、混亂的時(shí)空大數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、存儲(chǔ)、分析、挖掘以及建模，從而揭示時(shí)空大數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律和特征。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理不同，時(shí)空大數(shù)據(jù)的處理需要考慮時(shí)空的相關(guān)性，并要實(shí)現(xiàn)粒度更細(xì)、更加深入的數(shù)據(jù)處理操作，以滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

（二）時(shí)空大數(shù)據(jù)可視化與交互技術(shù)

在智慧城市的建設(shè)中，如何挖掘和表達(dá)時(shí)空大數(shù)據(jù)的信息，是智慧化水平高低的重要標(biāo)志。時(shí)空大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是以圖表、圖形的方式將復(fù)雜的時(shí)空大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解、分析并具有提取價(jià)值的視覺(jué)形式。數(shù)據(jù)的可視化手段可支持?jǐn)?shù)據(jù)快速分析、可視化探索和決策支持等功能。時(shí)空大數(shù)據(jù)交互技術(shù)是指用戶與計(jì)算機(jī)在時(shí)空大數(shù)據(jù)處理過(guò)程中進(jìn)行的一系列交互動(dòng)作。它主要通過(guò)人機(jī)交互的方式，利用大數(shù)據(jù)支持決策，并提高決策的精度、高效性和及時(shí)性。在智慧城市建設(shè)中，時(shí)空大數(shù)據(jù)交互技術(shù)可為政府、企業(yè)以及公眾用戶提供新的決策模式，全面推進(jìn)智慧城市建設(shè)。時(shí)空大數(shù)據(jù)的可視化和交互技術(shù)旨在通過(guò)數(shù)據(jù)的可視化手段、人機(jī)交互、探索查詢和決策支持等形式，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的挖掘和應(yīng)用，幫助用戶更好地理解和使用時(shí)空大數(shù)據(jù)。

（三）時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)

時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)是智慧城市建設(shè)中的重要一環(huán)。該技術(shù)需要借助并行計(jì)算算法提高計(jì)算效率，滿足大范圍、多口徑的統(tǒng)計(jì)計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘需求[4]，以獲取數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的關(guān)系和規(guī)律，為城市管理者提供決策支持。時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)包括時(shí)空大數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘算法以及時(shí)空大數(shù)據(jù)可視化等內(nèi)容。其中，時(shí)空大數(shù)據(jù)預(yù)處理是保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵，其主要針對(duì)時(shí)空大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和復(fù)雜性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去噪、插值、融合等。城市管理部門可利用時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)預(yù)測(cè)城市交通擁堵情況，提醒市民避開(kāi)交通高峰期，優(yōu)化城市交通規(guī)劃；同時(shí)，可以將該技術(shù)應(yīng)用于預(yù)測(cè)城市安全狀況，以提前發(fā)現(xiàn)隱患，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

三、時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用案例

為了推動(dòng)時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施在各領(lǐng)域的應(yīng)用，并持續(xù)支撐應(yīng)用對(duì)接，本文以智慧南京時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)為例，開(kāi)展時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用案例分析。

（一）智慧水務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用

時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠?yàn)橹腔鬯畡?wù)提供地理底圖服務(wù)和二次開(kāi)發(fā)能力，助力水務(wù)調(diào)度管理、供排水管理、河湖管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和水務(wù)智能運(yùn)行中心的開(kāi)發(fā)，幫助水務(wù)局構(gòu)建集河湖、防汛排澇、供水、排水等方面靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)于一體的“水務(wù)一張圖”。南京市水務(wù)局利用平臺(tái)豐富的基礎(chǔ)地理信息資源和水系地理實(shí)體，完成了河流河道藍(lán)線規(guī)劃、河長(zhǎng)制管理、水務(wù)設(shè)施排查等水務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的校核、修訂，實(shí)現(xiàn)了水務(wù)地理信息資源的共建共享。

（二）智慧生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用能夠深入推進(jìn)智慧生態(tài)環(huán)境工作，為實(shí)現(xiàn)固廢污染物、水環(huán)境、噪聲污染等的可視化管理和智能化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)上圖服務(wù)。南京市生態(tài)環(huán)境局利用時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)將南京市主城區(qū)聲環(huán)境數(shù)據(jù)與空間地理數(shù)據(jù)相結(jié)合，完成了聲環(huán)境功能區(qū)的發(fā)布與應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了基于空間地理的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)可視化管理應(yīng)用功能，打造了更加人性化、便民化的智慧環(huán)保平臺(tái)。

（三）城管大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用

南京市城市管理局依托時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)，輔助各類數(shù)字城管系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)利用時(shí)間、空間等地圖API（應(yīng)用程序接口），在地圖上實(shí)現(xiàn)市、區(qū)、街道三級(jí)數(shù)據(jù)全覆蓋，為城管隊(duì)員外業(yè)核查、事件上報(bào)、派單定位提供權(quán)威的地理底板及準(zhǔn)確的空間定位，實(shí)現(xiàn)事件從發(fā)現(xiàn)、委派到處理的全流程操作。時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)還能在全市網(wǎng)格化巡查執(zhí)法機(jī)制基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)執(zhí)法人員位置信息統(tǒng)攬、事件信息記錄、音視頻會(huì)商，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部勤務(wù)活動(dòng)的全流程管理，進(jìn)而為城市治理協(xié)同高效、公共服務(wù)智能便捷、城市環(huán)境動(dòng)態(tài)感知提供有效支撐。

四、結(jié)語(yǔ)

時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛應(yīng)用能夠推動(dòng)智慧城市的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市管理與服務(wù)的現(xiàn)代化和智能化。目前，時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施研究中還存在一些問(wèn)題，如數(shù)據(jù)共享和隱私保護(hù)等方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，在未來(lái)的研究中，相關(guān)研究人員應(yīng)注重解決這些問(wèn)題，同時(shí)加強(qiáng)多學(xué)科合作，探討更具前瞻性的研究方向，通過(guò)提高時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的智能化水平，進(jìn)一步促進(jìn)智慧城市的發(fā)展。