地理信息系统在智慧城市中的应用

曲海涛

摘要：近年来，随着我国国民经济的发展，促进了我国科技水平的提升。在不断加快建设智慧城市的进程中，各种创新技术层出不穷，而地理信息系统则为智慧城市的发展提供了不可或缺的数据支持，成为研究和发展智慧城市的重要环节。地理信息系统在智慧城市建设中的应用，可以有效促进城市信息化的建设。本文就地理信息系统在智慧城市中的应用展开探讨。

关键词：地理信息系统;智慧城市;发展;应用

引言

现阶段，地理信息系统在城市信息化建设中发挥着越来越重要的作用。智慧城市是以数字化为基础的城市，要想实现数字化就需要用到地理信息系统这一现代化技术。利用地理信息系统，我们可以更好地分析与处理空间信息，实现对空间数据的可视化利用与体系化分析，使得数据的管理与分析过程更为方便，数字化操作逐渐趋于智能化。

1.概述

1.1地理信息系统概述

（1）地理信息系统由来。地理信息系统是一种通过获取、检索以及分析和显示数据的方式来建立的数据库管理系统。其在运行方式上有遥感与非遥感两种不同的数据信息手段，通過对确定的空间位置进行信息的采集，然后对空间实体进行处理，从而实现实体信息的数据化，为实现计算机实体数据处理提供便利与条件。其最早是加拿大人于1962年提出，并在近些年才传入我国的，由于地理信息技术可以通过卫星遥感定位系统来实现实体的数据化，从而极大的降低了人工的信息采集难度以及劳动强度，提升了数据的精准度，所以也为我国的城市现代化建设提供了必要的数据保障。（2）地理信息系统的研究内容。从地理信息系统的研究内容上来看，其主要涵盖了地理信息数据的获取、数据的存储与管理以及数据的处理分析和显示输出等多个部分。其中，地理信息系统在我国的现代化建设的应用过程中，其最为突出的研究核心就是地理信息的采集，这部分也是受限于我国幅员辽阔以及经济发展不均衡等限制条件的影响，成为首要制约我国地理信息系统建设的因素之一。

1.2智慧城市的概念

智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式[2] 。其主要目的就是使公共服务便捷化、城市管理精细化、生活环境宜居化、基础设施智能化、网络安全长效化。智慧城市的概念起源于由IBM公司在2008年提出“智慧的地球”这一愿景。从最开始的简单将智慧城市等同于数字城市与物联网的融合[3] ，到现在不单单从技术层面定义智慧城市，而是向人文、社会、环境以及技术之间的联动和可持续发展，通过将城市中的水、电、油、气、交通等公共服务资源信息通过互联网有机连接起来，做出智能化安排，更好地服务于市民学习、生活、工作、娱乐、出行、教育、医疗等方面的需求，以及改善政府对公共服务的管理、环境等。相较过去，更加突出了人在城市中的幸福指数。

2.地理信息系统具体的发展状况

（1）收集信息。现在的地理信息系统，是把一些基础性的外界信息，放在计算机中对其进行分析处理，然后加载一些计算机可以识别的基础性信息，就存入了计算机数据库中，方便人们日后使用。结合不同的信息来源，将收集到的信息大致分为两种：一种是空间信息、一种是属性信息。所谓的空间信息，指的是用图形表达、展示数据，用扫描或是键盘输入的方式，将空间信息录入计算机;所谓的属性信息，指的是具体描述某一实体，然后键盘录入计算机。现在，地理信息系统在不断发展，遥感技术、GPS技术正在积极地与该系统相互融合，让信息更丰富，更好地推动地理信息系统的发展。（2）储存、整合信息。地理信息系统中的数据，可分为两大类：栅格数据、矢量数据，要想储存数据，直接将这些数据记录在电脑储存器上就OK，然而，怎样可以确保数据存储的逻辑更明确，方便日后在使用的时候，可以以最快的速度，检索到自己最想要的数据，这是最关键的。现在分层技术是地理信息系统广泛使用的存储技术，指的是把地图分成很多层，再叠加这些分层，这样就可以形成完整的地图，在操作时，结合图层的特点进行就可以了，确保系统正确反应以更好地满足用户的信息需求。地理信息系统在不断地发展壮大，对于信息储存、整合、监管等方面的需求也在不断提升，这一问题已是该系统发展必须要解决的问题，在地理信息系统中，有很多文字、图片（图形）、声像等方面的信息，信息量非常大，妥善管理、科学存储这些信息显得尤为重要。当今社会，信息技术发展很快，多媒体被广泛使用在每个领域，在存储信息时，使用的是光盘技术，该项技术的飞速发展，为地理信息系统储存信息提供了可靠平台。在信息监管方面，在分类时，主要参考数据的获取方式来进行属性数据、图形数据的监管，图形数据的四种形式是点、线、面以及混合。在这其中，混合是一种复杂模式。在地图上，各地理实体之间的相互关系，要用各种信息之间的关系科学反映出来。（3）处理、分析信息。在处理信息时，要严格检查所输入的信息，发现不正确，及时纠正，特别是在输入图形信息、属性信息的时候，需要验证此二者之间的关系，在验证时，要及时纠正空间信息存在的问题，就图形信息而言，要修改程序，确保地理信息系统可以获取想要的信息，例如：为方便日后使用要光滑处理压缩信息。（4）输出信息。我们可以使用地理信息系统，整理文字、声像、图形等信息，方便用户识别。借助输出设备显示、输出信息，确保用户更加便捷地使用信息。常见的显示输出设备有电脑显示器、打印机等等。为了确保数据信息准确无误，首先要整理信息数据、对其进行细心检查，科学排版，确保信息输出的高质量和高效率。

3.地理信息系统在智慧城市中的应用

政府、公众和企业构成了城市的三大主体，三者间几乎时时刻刻都会通过信息的交流产生互动，而地理信息系统很大程度上承载了这种互动所需的数据采集、上传、储存、分析的功能。地理信息系统以计算机为载体，显示和描述了与地理信息相关的各种数据，实现了对物体和地点的空间定位和信息叠加，主要由二维基础地理数据、三维地理信息系统、影像数据和场景数据构成。目前应用最为广泛的三维地理信息系统主要由应用层、业务逻辑层和数据层构成。

3.1地理信息体系结构分析

（1）数据层。该体系结构主要起到数据库的作用，由于智慧城市建设中存在过于庞大的数字化信息，所以数据层的重要性不言而喻，它可以容纳丰富的地理场景信息，为后续的智慧城市建设奠定基础。通常情况下下，为了达到对地理信息系统模型的优化目的，需要对提高地理场景信息的加载程度，这就需要对模型进行处理，以确保后续地理信息平台的构建;（2）业务逻辑层。业务逻辑层中包括了系统中所有的业务功能，主要由三维浏览、三维测量、三维分析、定位热点区域、查询属性以及三维飞行漫游等，通过这些业务功能，可以实现对三维场景的浏览。（3）应用层。该体系结构作为用户操作的入口，可以实现对各项功能模块的调用和分析处理，让工作人员可以更加直观的掌握城市规划设计的要点，从而便于对内容进行创新和优化。

3.2地理信息系统在智慧城市中设计的应用

地理信息系统（GIS）包含了有两种方式采取地理信息，第一种就是利用我国的航空技术手段直接对地理空间进行信息采集，另一种则是利用卫星系统直接对该地区定位，并收集該地区的信息数据。虽然二者收集地理信息手段方式不同，但所收集的数据信息是准确的，并具备一定的直观性。GIS技术水平的不断提高，对智慧城市的建设发展提供了一定的帮助，因此，我国对GIS进行了深化应用，并利用三维CAD模型、三维建筑信息模型以及三维GIS模型的三种集成，使其融合成为了新的技术。三维GIS的应用主要是通过利用数据信息，建立地理模型，对城市的自然面貌以及周围环境以模拟的形式，将其描述出来，并通过建立模型的方式来对城市地貌加以描绘，从而建立视觉直观的三维立体模型。通过地理信息系统的应用，工作人员能够有效的对城市建设进行科学合理的规划。三维GIS具备着二维地理技术的优点，并且根据二维技术模式，能够准确的对地理信息系统收集数据提供一定的帮助，并优化数据信息。在智慧城市建设的过程中，相关工作人员需要在城市建设规划的过程中，具备一定的专业知识，并且，相关设计技术人员必须对城市建设的规划，具备发散性的思维，全面的对城市未来发展进行考虑。现阶段，地理信息系统在城市规划中应用较为广泛，而且对城市的建设能够提供一定的帮助。智慧城市在建设的过程中，该系统所具备的优势能够充分的在智慧城市建设中得到应用。对于地理信息系统而言，可有效的为设计人员提供一定的数据，通过对数据进行合理的调整，分析研究，确保智慧城市规划更加科学合理。

3.3地理信息系统在智慧城市消防工作中发挥的作用

GIS在智慧城市中，能够利用地理位置搜索定位，城市智能消防以及火灾虚拟救助技术等，全面的提升了智慧城市的发展。GIS在智慧城市中，对于消防而言，能够全面的提高消防技术。我国在GIS数据中的组织管理技术已经较为成熟，并且能够将城市建设进行虚拟化，并利用三维空间的数据将城市的建筑全方位的进行模拟，利用计算机将建筑物中所包含的内容全部的展示出来。当城市中发生火灾时，相关人员可通过对GIS的利用，迅速开启火灾地点周边的消防报警系统，高效的调配附近的消防队伍与设备，确保人群的安全疏散。该技术能够直观地将城市中的消防设施全面的展示在人们的视线中，同时可帮助消防工作人员对火灾位置的楼层进行全面的勘测，找出火势最强的位置，按照合理的部署进行消防。最大限度的降低火灾对人生及财产的危害程度。

3.4为城市居民提供便捷化服务

以地理信息系统为数据支撑的基于位置服务（LocationBasedService，缩写为LBS），已成为当下我们日常生活中使用最广泛的一种服务，通过个人终端设备智能手机，基于位置服务走入了普罗大众的日常生活。我们目前所使用的导航、外卖订餐、共享单车等服务都属于LBS。智慧城市的信息是可以共享的，要实现数据和信息的共享，必将用到两种大数据：时空大数据和实时大数据，而这两种大数据都可通过地理信息系统进行采集和储存，并做实时分享。当所有数据上传到云平台时，就可以根据个体需求，通过智能手机、智能汽车等个人终端硬件向有需求的个体进行推送服务。当市民需要出行时，可以为其推荐最为快捷的出行方式;当市民有骑行需求时，可以为其推送距离最近的共享单车位置并开锁;当市民需要外出用餐时，可根据用户需求向其推荐口碑最好或位置最近的美食;当市民外出旅行时，可根据其所在位置，通过手机实时推送该位置文字、语音或视频版景点介绍，免去在当地租借导游设备的麻烦，甚至可以为游客和景区提供该市各个景点的实时游览人数，便于游客提前安排出行，也便于景区做好分流工作。地理信息系统的另一大应用场景就是“精细导航”和“汽车的自动驾驶”。目前市场导航系统的用户体验较过去几年已有较大提升，但在空间位置关系和室内导航上还存在改进空间，而地理信息系统恰恰能解决这一问题。通过三维建模可以对山城、立交桥上下层、大型建筑群内部实现真实重现，完全避免了过去在二维地图导航无法体现空间位置关系的弊端，实现了三维实景导航。无人驾驶汽车可以通过摄像头和雷达感知路面情况，通过实时定位系统与地理信息系统的配合实现实时导航并规划最优行驶线路。

3.5地理信息系统在智慧城市建设中的应用前景

首先，在地理信息系统中包括两种影像，即航空手段和卫星手段收集到的影像，虽然两种影像获取方式不同，但是这两种信息都具有容量丰富、直观具体和可读性的特点;其次，地理信息系统主要是通过立体模型对于城市的地形地貌进行的描述，通过对计算机技术的运用，将城市中真实事物进行抽象的表达和描述，最终呈现出一种直观立体模型;再次，通过地理信息系统的应用，可以对于城市立体规划模型进行精细调整，例如通过增加小的建筑模型等手段，使城市规划更加完善;最后，地理信息系统作为对二维地理技术的发展延伸，仍然保留了二维地理信息技术的很多特征，通过对二维地理系统的分析和查询，地理系统提供了许多必要的数据。

4.地理信息系统的发展趋势及策略

（1）网络化。伴随着网络技术的发展，GIS技术也实现了快速发展，在当前的网络时代，人们越来越重视GIS技术的推广和使用，万维网GIS的建立，也是GIS研究的一个非常重要的突破性话题。互联网GIS将是非常重要的发展趋势，也将是研究工作的重点之一。网络GIS，让网络浏览、网络发布、在线下载成为现实。当前，基于网络的GIS技术，仍处于研发状态，要想最终实现，还需要进一步的检验或是测试。这一技术是为了实现网络和GIS技术的结合，借助网络，GIS技术能够广泛被人们认可和使用。（2）虚拟GIS。所谓的虚拟GIS，是将现代虚拟技术与GIS相结合，借助现代技术（例如3D、4D等）做支撑，集成技术，这一技术是一种高级的人际交互技术，它可以有效模拟在自然环境中，人的听、视、行动等行为。GIS虚拟技术，有三个特征：Immersion沉浸、Interatuon交互、Imagination构想。因为在技术方面还受限，所以，此项技术要想实现，还有很大的局限性。怎样把虚拟技术积极应用到GIS系统中，让二者完美融合，这是急需解决的问题。GIS用户，可以借助计算机，处理砧三维的个观世界虚拟环境，实现环境监管和数据共享。目前GIS虚拟环境，主要是城市规划方面的，随着研究的不断深入，该技术的应用范围也在不断扩大。（3）开放式GIS。开放式地理信息系统，又称之为OpenGIS，指的是在网络、通信环境中，结合每个行业的接口不同、标准不同，重新建立地理系统，而后便可实现系统内部数据的流动性，数据信息可以在系统中穿刺。开放式GIS的实现，可以帮助不同地区的地理信息系统互相联系、互动，同时，在数据库中，实现数据共享最大化。OpenGIS，是组织性、开放性都非常强的系统，该系统可以为社会各界提供相应的服务，极大地增加了地理信息系统的应用范围，更好地实现地理信息全球共享，这也是地理信息系统发展趋势之一。

结语

智慧城市不是数字城市、信息化建设和物联网的简单替代，而是使城市治理社会化、专业化、智能化和法治化的系统集合。它集中了当前城市空间开发和技术运用、数字产业和社会治理的多个课题，在这个平台之上，每个人都不再是旁观者，或简单的批判者，而是共建共治共享的主体。而地理信息系统以其独特的技术特性成为智慧城市规划、建设和发展中不可或缺的基础数据库之一。相信将会有越来越多的个人终端设备成为地理信息系统的数据采集和传输端口，为智慧城市所必需的云平台数据库贡献个体的力量。

参考文献：

[1] 劉明皓.地理信息系统导论[M].重庆：重庆大学出版社，2015：1-21.

[2] 李德仁，邵振峰，杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J].地理空间信息.2015，9（6）：1-5.

[3] 张林.地理信息系统在智慧城市中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市.2017，34（11）：104-105.

（作者单位：正元地理信息集团股份有限公司山东分公司）