智慧城市建設(shè)中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用研究

【關(guān)鍵詞】智慧城市；地理信息系統(tǒng)；應(yīng)用研究

引言

隨著信息技術(shù)在城市各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用與智慧城市理念的普及，智慧城市建設(shè)逐漸成為現(xiàn)代城市發(fā)展的目標(biāo)和趨勢。地理信息系統(tǒng)是智慧城市建設(shè)的基石，有利于城市公共服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等不同領(lǐng)域的信息融合與管理。智慧城市建設(shè)中應(yīng)用該系統(tǒng)，可以高效管理城市空間信息，促進(jìn)城市管理效率和服務(wù)水平的提高。

一、智慧城市和地理信息系統(tǒng)相關(guān)理論概述

（一）基本概念

智慧城市建設(shè)需要科學(xué)應(yīng)用信息技術(shù)、通信技術(shù)等新興技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)的智慧化、人性化、綠色化等目標(biāo)，全面提高城市管理和服務(wù)水平，同時(shí)為居民幸福生活保駕護(hù)航。智慧城市建設(shè)的核心是不斷提高城市管理水平，助力城市可持續(xù)發(fā)展。地理信息系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過采集、存儲(chǔ)、分析城市地理信息數(shù)據(jù)，方便人們更好地理解和管理城市。

（二）智慧城市建設(shè)和地理信息系統(tǒng)的關(guān)系

地理信息系統(tǒng)和智慧城市建設(shè)相輔相成、息息相關(guān)。

智慧城市建設(shè)需要依托于地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)是城市智慧化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，可在智慧城市建設(shè)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、管理等功能。智慧城市建設(shè)中的交通、環(huán)境、醫(yī)療、應(yīng)急等各部門管理均需地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用體現(xiàn)在提高城市公共交通設(shè)施的運(yùn)行效率，科學(xué)規(guī)劃城市資源，全面提高城市信息化建設(shè)水平。例如，為解決城市交通擁堵問題，可以在城市交通建設(shè)中引入地理信息系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)監(jiān)測城市交通，采取合理措施緩解措施交通壓力，優(yōu)化城市公共交通系統(tǒng)[1]。

（三）智慧城市建設(shè)與地理信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

目前許多國家都在積極推進(jìn)智慧城市建設(shè)，但在新興技術(shù)應(yīng)用和資金投入上存在較大差異。發(fā)達(dá)國家的智慧城市建設(shè)一直處于領(lǐng)先地位，在智慧城市建設(shè)中新興技術(shù)應(yīng)用廣泛，全面覆蓋城市建設(shè)與管理的各個(gè)領(lǐng)域。智慧城市規(guī)劃通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，提高了城市資源利用率，并合理優(yōu)化了城市發(fā)展規(guī)劃。例如，美國紐約市采用城市模擬軟件對多個(gè)城市規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估了每個(gè)方案對城市交通、環(huán)境的影響。另外，美國一些城市的能源管理基于地理信息系統(tǒng)建立了智能能源監(jiān)測系統(tǒng)，其可以有效控制和管理城市能源消耗，提高了城市資源利用率。

我國政府大力鼓勵(lì)城市數(shù)字化、智慧化發(fā)展，并為智慧城市建設(shè)提供了大量資金支持。我國智慧城市建設(shè)中新興技術(shù)應(yīng)用較多，現(xiàn)階段智慧城市建設(shè)項(xiàng)目多集中在北上廣等大城市，且多應(yīng)用在智能建筑或智慧交通方面。這些一線城市的智能交通建設(shè)內(nèi)容包括智能信號(hào)燈、車流監(jiān)測、智能公交調(diào)度等。地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了城市交通數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集、管理，可為城市交通管理提供可靠的數(shù)據(jù)參考，提高城市交通管理水平，緩解交通堵塞問題。有些城市在智能建筑項(xiàng)目上則應(yīng)用了智能照明、智能監(jiān)控等技術(shù)，全面提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施管理的智慧化水平。當(dāng)前，我國中小城市對智慧城市建設(shè)的資金和技術(shù)投入不足，但智慧城市建設(shè)的理念已經(jīng)開始得到社會(huì)的普遍關(guān)注。

二、地理信息系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）優(yōu)點(diǎn)

地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，有助于城市信息共享、助力城市精細(xì)化管理、提高城市資源利用率等。

第一，促進(jìn)城市信息資源共享。地理信息系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了城市多個(gè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)資源的整合，提高了城市數(shù)據(jù)管理效率，實(shí)現(xiàn)了城市信息資源的共享和可視化，促進(jìn)了城市各部門的溝通和協(xié)作。例如，城市交通部門可以通過地理信息系統(tǒng)高效管理城市交通，合理優(yōu)化公共交通路線，解決城市交通擁堵問題，一定程度上可以減少車輛尾氣排放對城市空氣質(zhì)量的影響，提高城市交通效率。地理信息系統(tǒng)可以準(zhǔn)確監(jiān)測城市環(huán)境質(zhì)量，該系統(tǒng)是環(huán)境管理部門監(jiān)測和管理城市環(huán)境的重要手段，是城市環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

第二，助力城市精細(xì)化管理。地理信息系統(tǒng)是城市精細(xì)化管理的重要技術(shù)支撐，通過該系統(tǒng)分析和管理城市數(shù)據(jù)，可以方便城市管理者深入、細(xì)致地了解城市發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)為城市管理和決策提供可靠數(shù)據(jù)。

第三，提高城市資源利用率。地理信息系統(tǒng)通過科學(xué)規(guī)劃、精細(xì)化管理城市基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)化了智慧城市建設(shè)中的資源配置，有效降低了城市資源消耗，全面提高城市資源利用率[2]。

（二）缺點(diǎn)

地理信息系統(tǒng)雖然在提高城市管理水平和資源利用率等方面應(yīng)用優(yōu)勢明顯，并對智慧城市建設(shè)發(fā)揮了積極促進(jìn)作用，但該系統(tǒng)還存在數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定、應(yīng)用過程局限性較大、難以保障信息安全等缺點(diǎn)。

第一，數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定。地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)源于城市不同部門多個(gè)領(lǐng)域，存在一些數(shù)據(jù)來源不確定、數(shù)據(jù)采集格式不統(tǒng)一、管理流程不規(guī)范等問題，造成數(shù)據(jù)缺失或誤差較大，難以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的穩(wěn)定性和完整性。

第二，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用過程存在一定的局限性。該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和適用性受技術(shù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量影響較大，尤其是在應(yīng)急事件處理中受技術(shù)和數(shù)據(jù)限制明顯，十分影響應(yīng)急響應(yīng)的效果。

第三，難以保障信息安全。城市管理信息中包括很多敏感數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)如果存在安全漏洞或隱患，容易造成數(shù)據(jù)泄露或丟失，將難以保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，影響城市的正常運(yùn)行。

三、智慧城市建設(shè)中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）城市環(huán)境保護(hù)

地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中采集、存儲(chǔ)了大量城市的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并為城市環(huán)保政策的制定和實(shí)施提供了準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)在城市環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中，不僅可以提高城市環(huán)境管理水平，還為居民營造了健康舒適的生活環(huán)境。主要體現(xiàn)在城市空氣質(zhì)量管理和水資源保護(hù)等方面。首先，城市空氣質(zhì)量管理，基于地理信息系統(tǒng)的氣象、環(huán)境、交通等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，建立評(píng)估城市空氣污染情況的模型。此外，該系統(tǒng)為城市環(huán)境管理部門制定環(huán)保政策提供了全面的數(shù)據(jù)參考。水資源保護(hù)，可以利用地理信息系統(tǒng)監(jiān)管城市有限的水資源，通過智能傳感器采集城市水務(wù)監(jiān)測信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治理水污染問題。該系統(tǒng)在合理規(guī)劃城市水資源供給的同時(shí)，高效優(yōu)化城市供水系統(tǒng)，切實(shí)提高城市水資源利用率[3]。

（二）城市公共交通管理

地理信息系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測城市公共交通，預(yù)測早晚高峰交通流量，提高城市公共交通運(yùn)行效率，確保智慧交通的高效便捷。智慧交通利用地理信息系統(tǒng)可科學(xué)規(guī)劃公共交通路線、公共交通智能調(diào)度、保證城市交通安全等。

第一。合理規(guī)劃城市公共交通路線。基于城市人口數(shù)據(jù)、移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)等，根據(jù)城市每個(gè)區(qū)域不同時(shí)間段的人流分布情況，確定城市人口相對集中的區(qū)域，進(jìn)而明確城市公共交通需求熱點(diǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，規(guī)劃公共交通最佳路線，充分滿足人們出行需求。

第二，公共交通智能調(diào)度提高了城市公共交通運(yùn)行效率，極大方便了乘客出行的同時(shí)，推進(jìn)了城市交通智慧化建設(shè)。首先，智能交通利用地理信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，根據(jù)城市路況、公共交通運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)調(diào)度公共交通車輛，助力城市公共交通高效運(yùn)行。其次，通過地理信息系統(tǒng)高效整合城市不同交通方式的數(shù)據(jù)，建立城市智能交通網(wǎng)絡(luò)，可為乘客提供最佳的交通出行方案，促進(jìn)了不同交通模式的連接和轉(zhuǎn)換。此外，該系統(tǒng)通過分析城市人口增長、發(fā)展規(guī)劃、交通管理等數(shù)據(jù)，可以模擬城市交通，預(yù)測城市交通需求和未來發(fā)展趨勢，并為城市交通線路規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)的預(yù)測和規(guī)劃符合城市智慧化建設(shè)要求，有利于交通管理的智能化。

第三，保證城市交通安全。地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的全面性和可靠性，可以有效減少城市交通問題，提高交通運(yùn)行安全。例如，該系統(tǒng)可為交通救援提供快速準(zhǔn)確的信息，以保證城市交通安全。

（三）應(yīng)急響應(yīng)

地理信息系統(tǒng)對緊急事件、安全事件的應(yīng)急響應(yīng)是智慧城市建設(shè)的重要任務(wù)之一。地理信息系統(tǒng)可為居民生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力保障，在自然災(zāi)害預(yù)警、緊急事件場景模擬以及應(yīng)急響應(yīng)協(xié)調(diào)管理等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。第一，準(zhǔn)確評(píng)估災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。該系統(tǒng)根據(jù)城市水位、氣象等各種數(shù)據(jù)，分析災(zāi)害的類型、影響范圍等，科學(xué)評(píng)估自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)作出預(yù)警和應(yīng)對措施，有效減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。第二，緊急事件場景模擬。該系統(tǒng)利用三維可視技術(shù)對緊急事件場景進(jìn)行模擬，為應(yīng)急部門做出響應(yīng)提供依據(jù)。第三，應(yīng)急響應(yīng)協(xié)調(diào)管理。地理信息系統(tǒng)可發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，密切關(guān)注緊急事件、自然災(zāi)害，制定科學(xué)的應(yīng)急響應(yīng)措施，確保應(yīng)急資源的合理配置，保證城市應(yīng)急響應(yīng)措施的順利實(shí)施，提高應(yīng)急部門的工作效率。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)可以優(yōu)化應(yīng)急響應(yīng)資源的調(diào)度，合理規(guī)劃應(yīng)急物資的運(yùn)輸路線，確保城市應(yīng)急響應(yīng)工作質(zhì)量。

（四）城市公共安全

地理信息系統(tǒng)在城市公共安全建設(shè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在打擊非法活動(dòng)和災(zāi)害搜救兩方面。城市公共安全管理部門可以利用該系統(tǒng)高效打擊非法活動(dòng)，因?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)可以利用相關(guān)犯罪數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、土地使用數(shù)據(jù)等信息，綜合分析、模擬犯罪模式。另外，該系統(tǒng)通過分析犯罪現(xiàn)場的指紋、DNA等信息，幫助警方更快地消除安全隱患，保障城市安全。第二，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用在災(zāi)害搜救中，可為救援提供及時(shí)、準(zhǔn)確的位置信息。自然災(zāi)害、緊急事件的人員搜救需要準(zhǔn)確的地形和地貌信息，以確定最佳的搜救路徑和搜救方案?；谠撓到y(tǒng)地形圖和環(huán)境信息，通過定位、導(dǎo)航開展災(zāi)害搜救，并結(jié)合實(shí)際的地理特征不斷調(diào)整搜救行動(dòng)。另外，根據(jù)位置數(shù)據(jù)，利用緊急呼叫中心和各種社交媒體實(shí)時(shí)更新相關(guān)信息，提高位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4]。

（五）城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展

為促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用在城市規(guī)劃、決策和經(jīng)濟(jì)管理等活動(dòng)中，可優(yōu)化城市資源配置，保證智慧城市建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)在智慧城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中的作用主要體現(xiàn)在預(yù)測城市人口增長趨勢、預(yù)測未來市場需求、預(yù)測城市經(jīng)濟(jì)增長趨勢，以及優(yōu)化城市資源配置等。第一，預(yù)測城市人口增長趨勢。通過分析城市人口數(shù)據(jù)和城市人口增長率，可預(yù)測城市未來人口數(shù)量。同時(shí)，根據(jù)城市現(xiàn)有人口分布情況，快速生成人口密度圖、人口分布圖等，明確城市人口集中區(qū)和稀疏區(qū)。根據(jù)這些圖形預(yù)測城市人口增長趨勢，不斷優(yōu)化城市總體規(guī)劃，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，滿足人口集中區(qū)域的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。另外，對人口集中區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，保證社會(huì)資源分配的合理性。第二，預(yù)測城市市場需求。根據(jù)城市市場歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)階段市場經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)測未來市場需求，為企業(yè)營銷和決策提供數(shù)據(jù)參考。第三，預(yù)測城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢。根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜丝跀?shù)據(jù)、流動(dòng)趨勢和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，可預(yù)測未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向和增長潛力，為制定城市經(jīng)濟(jì)政策提供依據(jù)。第四，優(yōu)化城市資源配置。城市資源的優(yōu)化配置對智慧城市建設(shè)發(fā)揮了十分重要的作用。地理信息系統(tǒng)是城市資源管理的有效手段，不僅可以優(yōu)化城市土地規(guī)劃，還為城市資源管理決策提供了數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以為城市土地規(guī)劃提供有力支持，利用該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和處理功能，確定合適的城市土地規(guī)劃方案，避免出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)項(xiàng)目，同時(shí)解決了土地資源浪費(fèi)問題，可以明顯提高城市土地資源利用率。同時(shí)，該系統(tǒng)綜合分析了城市的人口、交通、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，確定城市人口資源需求，制定科學(xué)合理的資源分配方案，保證城市資源配置合理性和公平性[5]。

結(jié)語

地理信息系統(tǒng)作為一種新型應(yīng)用技術(shù)，在智慧城市建設(shè)中具有重要作用和應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)城市信息的共享，還為城市智慧化建設(shè)提供了可靠的技術(shù)支撐。地理信息系統(tǒng)的靈活應(yīng)用可充分利用和挖掘城市地理信息資源的價(jià)值，促進(jìn)城市不同領(lǐng)域、行業(yè)的深入?yún)f(xié)作。城市各個(gè)部門數(shù)據(jù)共享，有助于跨領(lǐng)域解決城市管理問題。隨著智慧城市建設(shè)中地理信息系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，智慧城市逐漸實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨領(lǐng)域的精細(xì)化管理和智能管理，進(jìn)而推動(dòng)城市環(huán)境、交通、安全、經(jīng)濟(jì)等各方面的可持續(xù)發(fā)展，為城市建設(shè)提供有力的保障。