智能城市背景下城市空間云技術(shù)應(yīng)用場景研究

摘 要：在中國城市建設(shè)邁入高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期，智能空間日益普及的社會(huì)背景下，該文通過研究智能城市空間云技術(shù)，以實(shí)例解析云技術(shù)在智能生態(tài)、智能交通、智能教育等場景中的應(yīng)用。得到云技術(shù)的革新方向與發(fā)展趨勢(shì)，得出城市空間設(shè)計(jì)將因?yàn)橹悄苘浖绦虻膽?yīng)用得到品質(zhì)的提升，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展，推動(dòng)城市向著更智能的方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：智能城市；云技術(shù)；空間設(shè)計(jì)；智能軟件；應(yīng)用場景

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）23-0018-04

Abstract： Against the backdrop of high-quality development of urban construction in China and the increasing popularity of intelligent spaces， thispaperstudiessmart city's urban spatial cloud technology and analyzes its applications in intelligent ecology， intelligent transportation， intelligent education， and other areas through case studies， so as to get the innovation direction and development trend of cloud technology. It is concluded that urban space design will improve the quality of the application of intelligent software programs， promote the green development of regional economy， and promote the city to move forward in a more intelligent direction.

Keywords： smart city; cloud technology; spatial design; intelligent software; application scenario

智能城市作為城市發(fā)展的新趨勢(shì)逐漸嶄露頭角。城市空間云技術(shù)，作為支撐智能城市建設(shè)的重要組成部分，融合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，為城市數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和共享提供了全新的解決方案。在城市規(guī)劃、交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，城市空間云技術(shù)正展現(xiàn)出巨大的潛力，為構(gòu)建更加智能、綠色、可持續(xù)的城市提供新的思路與技術(shù)支持。本研究的目的在于通過深入剖析城市空間云技術(shù)在智能城市中的具體應(yīng)用場景，揭示其對(duì)城市管理與發(fā)展的積極影響。

1 智能城市與城市空間云技術(shù)概述

智能城市是一種基于先進(jìn)信息技術(shù)的城市發(fā)展模式，旨在通過高度數(shù)字化和智能化的手段，提升城市的治理效能、資源利用效率和居民生活質(zhì)量。利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析，以及智能決策的推動(dòng)。智能城市通過建設(shè)智慧交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安防等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市各領(lǐng)域的智能化管理，為可持續(xù)發(fā)展和提升城市生活質(zhì)量創(chuàng)造條件[1]。

城市空間云技術(shù)是一種綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和地理信息系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)城市空間數(shù)據(jù)的高效管理與應(yīng)用。其基本原理在于將城市中涉及的各類空間信息，如地理位置、建筑結(jié)構(gòu)、交通流動(dòng)等，通過云計(jì)算的強(qiáng)大計(jì)算能力進(jìn)行集中存儲(chǔ)、處理和分析。這種集成的空間信息體系能夠?yàn)槌鞘袥Q策者提供全面、多維度的數(shù)據(jù)支持，有助于深入理解城市運(yùn)行的復(fù)雜性[2]。

2 城市空間云技術(shù)應(yīng)用場景研究

城市空間設(shè)計(jì)的“智能化”設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在綜合應(yīng)用平臺(tái)中的智慧系統(tǒng)集成，即將城市公共空間設(shè)計(jì)中所需的導(dǎo)視系統(tǒng)、求助系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智慧灌溉系統(tǒng)等程序通過智慧開放空間云的統(tǒng)計(jì)和分析，上傳到遠(yuǎn)程應(yīng)用終端，最終實(shí)現(xiàn)城市空間的管理者、使用者都能通過電腦軟件、手機(jī)APP等方式實(shí)現(xiàn)云統(tǒng)計(jì)和云管理[3]，如圖1所示。

2.1 智能生態(tài)系統(tǒng)在城市空間中的應(yīng)用

城市空間的生態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)重要的。城市空間云平臺(tái)具備服務(wù)區(qū)間內(nèi)的生態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，系統(tǒng)利用探測(cè)傳感器，RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)及GIS、GPS、RS系統(tǒng)的聯(lián)合作用對(duì)城市開放空間內(nèi)的綠色植被區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)監(jiān)測(cè)[4]。RFID系統(tǒng)將綠色植被當(dāng)下的植株水含量、土壤水飽和度、土壤微量元素占比和病蟲害情況分析等數(shù)據(jù)輸送至系統(tǒng)終端；配合3S技術(shù)對(duì)溫度、濕度、降雨量的情況整理。輸出區(qū)間內(nèi)植物的生長情況、健康狀態(tài)、氣候影響報(bào)告[5]。城市空間云平臺(tái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以通過探測(cè)系統(tǒng)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行紅外分析，對(duì)空氣中的負(fù)氧離子濃度、空氣中PM2.5含量及空氣中的細(xì)菌量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)[6]。

長春市凈月區(qū)于2020年啟用生態(tài)模型庫EIMs，旨在獲取各類城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及其他典型綜合指標(biāo)核算服務(wù)。截至2023年12月，凈月區(qū)環(huán)境評(píng)估指數(shù)有7.8%的提升。平臺(tái)通過對(duì)空氣質(zhì)量、水體質(zhì)量、植物生長情況的數(shù)據(jù)分析，并通過手機(jī)程序推送給管理人員治理建議，為公共空間的環(huán)保和運(yùn)營提供有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和科技支撐[7]。

2.2 智能安保系統(tǒng)在城市空間中的應(yīng)用

云平臺(tái)通過360°視頻監(jiān)控設(shè)備及高清攝像機(jī)捕捉區(qū)域內(nèi)畫面，對(duì)進(jìn)入城市開放空間的人群實(shí)施遠(yuǎn)程保護(hù)，當(dāng)游憩過程中發(fā)生緊急情況及危險(xiǎn)時(shí)，安全防護(hù)系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)園區(qū)應(yīng)急救援系統(tǒng)，及時(shí)搶救處理，避免或減少危險(xiǎn)的發(fā)生[8]。在智能城市的建設(shè)中，SOS一鍵求助系統(tǒng)是重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。城市開放空間云平臺(tái)的求助系統(tǒng)利用GPS定位技術(shù)、SOS服務(wù)中心與城市空間安全防護(hù)系統(tǒng)共同構(gòu)建[9]。城市開放空間內(nèi)的市民發(fā)生突然傷病或遭到傷害時(shí)，可以通過手機(jī)小程序運(yùn)行SOS一鍵求助，平臺(tái)收到求助信號(hào)后會(huì)將求助者定位，即時(shí)畫面遞交給SOS服務(wù)中心，使求助者迅速獲得幫助[10]。

2.3 智能交通系統(tǒng)在城市空間中的應(yīng)用

實(shí)時(shí)停車APP通過在城市空間周邊設(shè)置智能停車系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)獲取停車位信息，包括空位數(shù)量、位置等，方便用戶快速找到停車位[11]。同時(shí)，智能停車系統(tǒng)APP還支持用戶預(yù)約停車服務(wù)，即通過智能停車系統(tǒng)，可以提前預(yù)約停車服務(wù)，節(jié)省停車時(shí)間，避免在停車場周圍尋找停車位的時(shí)間浪費(fèi)[12]。APP還聯(lián)動(dòng)第三方平臺(tái)，設(shè)置自動(dòng)繳費(fèi)業(yè)務(wù)，智能停車系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繳費(fèi)功能，市民可以通過手機(jī)或支付寶等方式進(jìn)行停車費(fèi)的繳納，提高停車的效率[13]。智能停車系統(tǒng)在城市開放空間的應(yīng)用，可以提高城市的交通效率和市民的出行體驗(yàn)，減少交通擁堵和環(huán)境污染，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

2.4 智能教育系統(tǒng)在城市空間中的應(yīng)用

云計(jì)算可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化和智能化。使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)和流程，提高實(shí)驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性。智能實(shí)驗(yàn)室還可以利用傳感器和機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控和控制。云計(jì)算提供了彈性和可擴(kuò)展的計(jì)算資源，可以滿足虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的高性能計(jì)算需求。虛擬實(shí)景建筑漫游軟件依托云計(jì)算平臺(tái)，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、交互設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，將實(shí)際建筑物的外部和內(nèi)部呈現(xiàn)為高度逼真的虛擬場景，使用戶能夠在計(jì)算機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上自由瀏覽和交互。軟件廣泛應(yīng)用于城市博物館、房地產(chǎn)展示、文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域[14]。虛擬實(shí)景建筑漫游軟件也為高校教育提供了新的教學(xué)手段，可以更靈活地進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)等。沈陽建筑大學(xué)在展覽館中啟用虛擬實(shí)景建筑漫游軟件，輔助外國建筑史課程教學(xué)，為學(xué)生提供一種身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[15]。學(xué)生通過虛擬漫游軟件自由漫游歷史建筑，近距離觀察細(xì)節(jié)，深入了解外國建筑史以及建筑演變背后的文化和歷史脈絡(luò)。通過與在線學(xué)習(xí)平臺(tái)結(jié)合，學(xué)生可以隨時(shí)隨地通過電腦或手機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)，使得教學(xué)更具包容性和靈活性[16]。智能教育系統(tǒng)還可以高效處理數(shù)據(jù)的分析和挖掘，幫助科研人員發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和趨勢(shì)。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以從海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息，加快科學(xué)研究的進(jìn)展。例如，人工智能可以用于基因組學(xué)研究中的基因序列分析，幫助科學(xué)家理解基因功能和疾病機(jī)制。

智能教育軟件應(yīng)用推廣迅速，據(jù)LPthb教育研究統(tǒng)計(jì)，2023年我國智能教育行業(yè)產(chǎn)值為3 419.5億元，其中在線教育規(guī)模972.6億元，數(shù)字化教學(xué)APP規(guī)模704.3億元，如圖2所示。隨著教育數(shù)字化戰(zhàn)略發(fā)展，2024年僅K12教育信息化經(jīng)費(fèi)投入高達(dá)2 000億元；2025年中國在線職業(yè)教育市場規(guī)模將達(dá)到6 497億元[17]。

2.5 智能灌溉系統(tǒng)在城市開放空間中的應(yīng)用

城市開放空間的受眾群體會(huì)在不同時(shí)段進(jìn)入開放空間的休閑區(qū)、景觀欣賞區(qū)等，白天幾乎無間斷的人流量限制了管理人員的植被澆灌時(shí)間。為保證對(duì)市民無打擾、無影響、無時(shí)限的區(qū)間植被灌溉，智慧城市開放空間云平臺(tái)設(shè)置了精準(zhǔn)灌溉程序。該程序?qū)⒏鶕?jù)智慧生態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)園區(qū)溫度、濕度、降雨量、土壤濕度、植物生長數(shù)據(jù)、植物個(gè)體水量需求、精準(zhǔn)澆灌范圍的數(shù)據(jù)報(bào)告，精準(zhǔn)地實(shí)施智慧灌溉。這樣的灌溉方式可以避免灌溉噴水對(duì)空間內(nèi)市民的干擾，給予科學(xué)合理的灌溉水量。成都市浣花溪公園市民廣場用水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：2023年7月使用智慧灌溉系統(tǒng)的用水量，較2020年同期未使用智慧灌溉系統(tǒng)時(shí)期的傳統(tǒng)灌溉用水量節(jié)約180 m3 [18]。

3 案例解析：城市公共空間智能化設(shè)計(jì)

杭州市西湖區(qū)的城市公共空間采用了智慧管理系統(tǒng)，運(yùn)用信息化、數(shù)字化管理軟件對(duì)城市空間給予科學(xué)治理。城市公共空間附屬停車位實(shí)現(xiàn)了杭州市內(nèi)全域開放空間，旅游景點(diǎn)，博物館展覽館等公共空間的智能化集成管理，通過系統(tǒng)平臺(tái)的統(tǒng)一制定，加強(qiáng)管理不合理抬桿、涂改覆蓋車牌捕捉監(jiān)控儀器，停車時(shí)間記錄，系統(tǒng)自動(dòng)扣費(fèi)及車管收入自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能[19]。西湖區(qū)城市智能空間設(shè)計(jì)利用高位視頻為停車區(qū)域及附近路段進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，向?qū)Ш紸PP推送停車位置的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的車位綜合調(diào)度和手機(jī)查詢，解決了停車難的問題。城市空間選用的智慧型城市燈桿同樣給市民生活帶來便利，智慧燈桿以傳統(tǒng)照明燈桿為載體，搭載數(shù)據(jù)采集、通信基站、智能應(yīng)用和信息交互等各類桿件，進(jìn)行多桿合一設(shè)計(jì)[20]。在終端層，可實(shí)現(xiàn)智能照明、微氣象監(jiān)測(cè)、視頻采集、Wi-Fi覆蓋、LED信息顯示、公共廣播和充電樁等功能模塊，成為城市物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)的采集端，從而為智慧城市治理提供城市安防治理、交通治理、便民服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能控制等功能[21]。在智慧燈桿項(xiàng)目建設(shè)中，聚焦智能終端的組網(wǎng)方案，聯(lián)通燈桿搭載的多個(gè)設(shè)備，給出滿足應(yīng)用場景需求的一體化解決方案。在城市公共空間的設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營過程中，加入智能軟件的輔助將提供更安全、更有趣、更具環(huán)保性的公共空間，更是實(shí)現(xiàn)綠色建筑和智能建筑的途徑。

4 城市空間云技術(shù)應(yīng)用場景的技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

城市空間云技術(shù)作為一種新興的信息技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用場景，涉及城市交通、規(guī)劃設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全管理等多個(gè)領(lǐng)域。在這些應(yīng)用場景中，城市空間云技術(shù)不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)。首先，城市交通是城市空間云技術(shù)的重要應(yīng)用場景之一[22]。在交通管理方面，城市空間云技術(shù)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通流量、預(yù)測(cè)擁堵情況、優(yōu)化交通信號(hào)控制等手段，實(shí)現(xiàn)智能交通管理和優(yōu)化。然而，面對(duì)龐大的交通數(shù)據(jù)和復(fù)雜的交通環(huán)境，城市空間云技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，提高數(shù)據(jù)處理和分析的效率，以應(yīng)對(duì)日益增長的交通需求。其次，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)是另一個(gè)重要的應(yīng)用場景。城市空間云技術(shù)可以為城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供精準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)支持，幫助規(guī)劃者制定科學(xué)合理的城市發(fā)展方案。然而，城市規(guī)劃涉及多個(gè)方面，包括地形地貌、用地類型、人口分布等，因此城市空間云技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，提高數(shù)據(jù)采集和分析的精度和全面性。另外，城市環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理也是城市空間云技術(shù)的重要應(yīng)用場景之一。城市空間云技術(shù)可以通過監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、水質(zhì)污染、垃圾處理等環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化治理[23]。然而，城市環(huán)境涉及復(fù)雜的多元因素，城市空間云技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理的精準(zhǔn)度和有效性。城市安全監(jiān)控與應(yīng)急響應(yīng)也是城市空間云技術(shù)的重要應(yīng)用場景之一。城市空間云技術(shù)可以結(jié)合視頻監(jiān)控、傳感器數(shù)據(jù)等信息源，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

5 城市空間云技術(shù)發(fā)展前景

城市空間云技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊。隨著城市化進(jìn)程的加速和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，城市面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和需求，如交通擁堵、環(huán)境污染、安全隱患等。城市空間云技術(shù)作為一種整合城市各類數(shù)據(jù)資源的新型技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市空間的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和管理，為城市智能化建設(shè)和精細(xì)化管理提供了有力支持。通過整合地理信息、人口統(tǒng)計(jì)、交通流量等多種數(shù)據(jù)資源，城市空間云技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能交通管理、智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安全監(jiān)控和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化等功能，有望為城市提供更加智能、便捷、安全、舒適的生活環(huán)境。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，城市空間云技術(shù)將進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域，為城市發(fā)展帶來更多新的機(jī)遇和可能性[24]。

6 結(jié)束語

城市空間應(yīng)用智能云技術(shù)將進(jìn)一步便利市民生活，繁榮城市人文，推動(dòng)城市綠色發(fā)展。城市空間的智能便捷和生態(tài)環(huán)保是城市發(fā)展的趨勢(shì)，未來幾年，城市空間智能化會(huì)在其形式、功能、過程與價(jià)值方面賦予以更多內(nèi)涵。智能城市空間設(shè)計(jì)方法能給當(dāng)下與未來的城市空間設(shè)計(jì)提供理論與實(shí)踐模型，為我國城市特色文化打造、城市與社會(huì)的文化活力提升提供積極有益的借鑒。

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基金項(xiàng)目：吉林省高教科研重點(diǎn)課題（JGJX2023C151）；吉林省高教科研重點(diǎn)課題（JGJX2023C152）

第一作者簡介：徐慧敏（1987-），女，碩士，講師。研究方向?yàn)橹悄艹鞘性O(shè)計(jì)與智慧教學(xué)應(yīng)用。