地理信息技术在智慧城市中的应用探讨

2018-05-05余琪钱乐祥程炯

智能建筑与智慧城市 2018年4期

余琪，钱乐祥，程炯

YU Qi1 ,2, QIAN Le-xiang1 , CHEN Jiong2

( 1.广州大学地理科学学院；2.广东省生态环境技术研究所广东省农业环境综合治理重点实验室)

(1.School of Geographical Science, Guangzhou University; 2.Guangdong Key Laboratory of Agricultural Environment Pollution Integrated Control, Guangdong Institute of Eco-environmental Science and Technology)

1 引言

随着城市化进程以及科学技术的进一步发展，我国迈进了信息化的时代，从管理到决策，都逐渐走向科学化、智能化,学者们提出了建设智慧城市的观点。现阶段正在建设的数字化城市，为智慧城市打下坚实的基础[1]。而地理信息技术则是城市数字化不可或缺的一项技术，地理信息技术可以实现对地理空间数据的采集、存储、管理、分析及可视化。智慧城市将数字化城市与信息网络技术推向更深层次的阶段，充分发挥两者优势，优化城市的资源配置，实现城市的智能化管理[2]。

2 基本概念

2.1 智慧城市

智慧城市是利用物联网、云计算等最新信息技术，以及综合智能搜索、智能分析等工具和方法，通过各种传感器，实现城市信息全面透彻的感知、事物与人的互相关联、以及智能融合的应用。智慧城市的建设理念是通过最先进的服务、管理、应用系统，让人类智慧参与在其中，让城市的运转更加高效、生活更加舒适便捷，社会更加和谐[3]。地理信息技术将水文、气候、交通、环境等基础信息与特定时空下的城市事件紧密关联、实时融合，实现城市人与物的联通与管理,以及满足各种紧急事件快速响应的需要。在这种条件下，通过传感器能够接入城市信息网络，保证来自任何空间位置的信息源，能在任何时候经过人和物关联、融合等处理后发送并服务于在任何地点，并且有相应权限的数据管理与服务器更新，以期实现人与人、人与物、物与物之间按需进行信息的获取、传递、存储、认知、决策等，使我们的生活更加便捷，实现城市的智能化发展。

2.2 地理信息技术

地理信息技术主要包括地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）这三种技术，也称作广义“3S”技术。GIS、RS、GPS是地理信息技术核心的三种技术，但地理信息技术并不局限于这三种技术，除此“3S”技术之外，还包括数字地球技术，三维仿真模拟，网络GIS等其他地理信息技术。

3 地理信息技术及其数据特点

3.1 地理信息系统

地理信息系统(GIS，Geographic Information System)指用来采集、存储、管理、空间分析和显示地理空间数据的计算机系统。GIS主要包括数据、硬件、软件、专业人员在计算机的支持下，GIS可以对地球表层以及空间中的有关地理分布的数据进行采集，并将采集的数据以特定的方式存储起来，建立地理空间数据库，方便查询与统计。其数据有分矢量数据和栅格数据；像存储在地理数据库的点线面等描述地理事物的数据，就是矢量数据，而类似于图片、遥感图像这些就是栅格数据，有若干像元组成。简单来说，GIS是对地球上存在的一些现象和事件进行制图、描述和分析，地理信息系统技术把地图的视觉化效果和对地理数据的空间分析功能与数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起，利用这些功能，就可以对城市进行数字化，得到建设智慧城市所需的基础数据。另外GIS有着强大的的空间分析功能,可以从建立的地理空间数据库中，获取事物的地理位置，分布特征，及其空间演变信息，采用的有图形算法，区划、网络分析和空间插值等，这些功能为建设智慧城市所需的智能分析提供了技术支撑和科学依据。

3.2 遥感

遥感（RS,Remote Sensing），指不与目标地物接触，通过传感器从远处对地物进行探测，通过物体的电磁波辐射反射，得到地物的光谱信息，经过加工处理等，利用图像处理软件对所获取的遥感数据进行解译判读，获取研究或应用所需的地理信息的一项技术[4]。现如今，遥感图像的分辨率达到亚米级，这让我们可以从遥感图像上获取更多所需的信息。遥感技术具有范围广、周期短、综合性、经济性等众多优点。遥感技术可对地球表层的自然资源进行观测、监测；如土壤、植被、河流等信息，用于农作物的长势、收成等预测，也可对发生灾害（城市内涝）的地区进行风险评估。

3.3 全球定位系统

GPS即全球定位系统（Global Positioning System），主要分为三大部分：①空间部分，也就是GPS卫星。②地面监控部分，由主控站、监测站、注入站组成。③用户部分，即由GPS接收机组成。全球定位系统可以对事物精确的定位，获取精确的经纬度坐标。GPS有着测量精度高、速度快、抗干扰能力强、不限用户数量的优点，系统可以全天候的工作，基于以上优势，全球定位技术广泛应用于交通导航、军事等领域。

4 地理信息技术在智慧城市中的应用

4.1 交通规划与导航

道路在规划和管理中，会产生大量的信息, 而且在数据信息的获取、存储，以及统计和分析等方面都比较困难[5]。通过GIS软件，对道路信息进行提取，收集需要的交通数据, 并且通过数据建立与之相对应的图形, 把数据和图表的关系明了直观地呈现出来。通过该技术中的缓冲区分析法，叠加分析法等分析功能对数据和图表进行修改、决策和总结等,在规划和设置城市公交车线路以及站点时, 可以通过GIS技术获取该区域的各个公交车线路和站点, 并把线路图层和站点图层结合起来, 运用统计分析，得出准确结果,还可以对结果进行更进一步修改与完善, 使数据结果更加精确。在道路交通规划中运用GIS技术能够便捷和快速地获取精确的数据，使得交通规划更加合理，更具科学性。

4.2 灾害监测及预警

遥感卫星能够快速准确地获取地面信息，结合地理信息系统和全球定位系统等高新技术，可以应用于台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林大火等灾害的监测能力；利用地理信息技术的优势在于快速对遥感图像处理和建立相应的评估系统，对突发性灾害的有着快速应急的能力，使用地理信息技术能在几小时内获得灾情数据，短时间内做出灾情的快速评估，以及完成详实的评估。地理信息技术在发生灾情时的信息获取、救灾决策以及灾害重建中都发挥了重要作用。

4.3 土地确权

我国的土地管理在很长一段时间内都处于比较混乱的状态，原因在于没有形成数字信息化的管理，而地理信息技术则很好的解决了这一问题。对于农村土地确权这一问题，采用先进的3S技术相结合，提高了工效效率，节省人力物力，并且调查结果的精度也有保障。农村集体土地确权工作的主要内容是，根据高清遥感影像解译出每块使用土地的边界，并且可以统计出每块土地的面积，再根据现场调查的数据进行校正，再将信息进行分类，按照国家和地区政府制定的规则来进行标准制图、编辑、整理、建立数据库。通过使用地理信息技术，可以让土地确权工作更加科学、准确与高效。地理信息技术将会更多的应用于土地管理，方便国土部门对土地的规划与管理，对土地的信息化管理，也是智慧城市需要完善的工作。

4.4 犯罪分布研究

犯罪问题是城市发展过程中不可忽视的问题。犯罪事件的发生从时间和空间的角度来看，具有一定的规律性。采用地理学的视角、利用地理信息技术去研究某个地区犯罪的问题，可以揭示区域犯罪的时空分布特征，让犯罪得到及时的控制，也可以为地区犯罪的预防提供参考。

4.5 古建筑保护

地理信息技术的三维激光扫描技术可用于对古建筑物的保护。利用三维激光扫描技术，得到离散的矢量距离点构成的点云(Points Cloud)数据，经过数据配准，利用点云数据所包含的信息构建高精度的DEM，用点、多边形、曲线、曲面等形式将立体模型将形体描述出来，对古建筑物进行三维建模[6]。若古建筑遭到破坏，可利用三维模型对其进行重建，对古建筑起到保护作用。三维激光扫描技术具有测量范围广、时间短、精度高、处理数据便捷等优点；其点云可用于深层次的模型重建，这一技术被广泛应用于古建筑的保护中。

5 地理信息技术发展趋势

地理信息技术未来需要加强跨学科的综合研究，将会往大数据、互联网、云计算等方面深入发展。在目前，我国地理信息产业发展的技术平台、空间基础设施平台、数据平台已初步搭建；数字城市的建设，为智慧城市的建设奠定了重要基础[2]。互联网、物联网、云计算、大数据等众多高新技术交叉融合发展，为地理信息技术和产业的发展提供了强大的动力。高分辨率卫星、北斗导航系统、地面测绘、无人机等基础设施的不断完善；基础地理信息数据库、数字城市、天地图等地图服务平台等提供地理信息服务，地理信息技术为智慧城市的建设提供了重要基础条件和重要的数据资源。