GIS在数字城市建设中的应用及数字城市发展展望

许南鸿

（广西壮族自治区地理信息测绘院 广西柳州 545006）

数字城市它是指以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、工程测量技术、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现的技术。GIS，即地理信息系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理空间信息，用于管理和决策过程的计算机技术系统。

近年来，数字城市地理空间框架作为重要的信息化基础设施，得到党和国家领导人高度重视。数字城市地理空间框架分为国家、省、城市三级，数字城市地理空间框架建设是数字省区、数字中国地理空间框架建设的重要组成部分。测绘生产单位作为项目的技术支持单位，主要负责项目的市场调研，数据采集和运维管理工作。数字城市在政府层面来说，和实时数据的使用、可视化3D技术，人工智能，自动化以及其他的可以改善人们生活的技术有着密切的联系。这些技术被用来管理社会公共事务、处理经济社会发展重大问题、提高人民生活质量。伴随着政府信息的公开和共享，各部门和各领域的用户可以方便地查询到土地利用现状、城市规划、城市交通、治安状况、水资源、矿产资源和房地产等诸多信息。目前，地理信息技术在政府和国家层面的使用已经日趋成熟。因为实施数字城市建设需要大量的数据和技术的支撑，项目的实施单位需要有一整套科学的工作流程以便使整个项目得以顺利实施并且达到预期目标。

位置信息与人们的生活和工作密切相关。位置信息在政府的行政决策中起着重要的作用。从长期计划到短期决策，从公众安全到社会需求，智能设备、物联网和云计算充斥着各种和人类、自然、车辆和基础设施相关的位置数据。这些用以满足政府各种需求的复杂数据通过GIS汇集起来以便能够提供早期预警，分析和行动所需要的信息。数字城市在地理信息应用领域获得广泛应用。这其中地理空间数据是建设一个城市地理信息系统的基础而GIS技术则是其技术支撑。现阶段的数字城市地理信息系统的技术包括三大关键技术：

（1）高性能云GIS并行计算框架。

不同于传统的GIS平台依靠单一计算机进行计算的计算模式。

采用高性能云GIS并行计算框架，依靠并行计算的优势，可以把大的任务拆分成若干个子任务，分散到不同的计算节点进行并行化处理，从而大大提高空间数据查询、分析与挖掘的性能，提供高性能的GIS计算服务，实现无需切片缓存即可快速浏览、动态渲染、查询统计、快速分析、实时更新。

（2）面向服务架构技术。

为了确保数字城市地理空间框架建设项目的可持续发展，需要采用先进技术以确保技术架构和技术体系长期不落后，通过先进的技术延长生命周期。根据公用性和基础性的特点，系统软件架构将必须采用面向服务的软件架构（Service Oriented Architecture），SOA是一种组件模型，它通过应用程序功能单元（称为服务）之间定义完善的接口和契约，来联系应用程序中的不同服务。

（3）服务聚合技术。

平台体系架构中的GIS服务提供者能够聚合不同来源的GIS服务。

提高系统的业务敏捷性，当应用系统业务发生变化或有新的需求时，通过平台多源服务聚合集成已有的GIS服务和数据服务，延续其价值，快速搭建应用系统。

运维服务系统管理员通过配置聚合服务装配出聚合后的GIS服务，并将该服务通过运维服务系统发布。用户通过访问聚合之后的GIS服务获取GIS功能而无需关心内部处理过程。运维服务系统内部会根据装配过程中的聚合配置文件记录的信息，创建与服务节点类型对应类型的GIS服务提供者，GIS服务提供者从各类服务来源获取到GIS功能并返回给聚合后的GIS服务。

整个服务聚合过程对于用户来讲是透明的，通过GIS服务提供者实现了对多源服务的封装和统一，使服务在体系架构层次上实现了对多源异构服务的无缝集成与聚合。

数字城市地理信息系统包含多种数据和解决方案，并且面向社会和政府部门开放。预计数字城市地理信息系统实施后将在以下四个方面发挥重要的作用：

（1）城市规划。

数字城市地理信息系统必须能够平衡经济社会发展和环境承载能力之间的矛盾。在系统实施的过程中，关注焦点不应只局限于传统的市政部门而应该更多的考虑当地居民的需要，建设一个有活力并且包容的社区。通过对项目计划的模拟，使之更能适应人们对美好生活的需要，并且计算出其环境承载力和对经济增长的影响。GIS可以为城市的经济发展和投资构建一个长期的规划，最终使城市得到一个繁荣的充满活力的未来。该系统应该能够给外来投资者和游客提供一个了解当地风土人情和经济发展状况的平台。例如一个开发商想在该市投资一个房地产开发项目。他可以通过该系统找到适合的发展地段，并且让人看到这片土地的潜力。依靠该系统的政务公开发布功能社会公众也可以获得关于该项目的有价值的信息。

《城市测量规范》规定需向城市规划主管部门提交日照分析报告的建设项目，应进行日照测量。过去的2D地图强调土地的位置、权属、面积、地类、和土地等级等一些相关信息。利用数字城市地理信息系统的3D可视化功能，不仅能看到更加直观的地物信息。更进一步的还可以对规划建筑物的日照情况、通视情况以及对周围建筑物的影响程度做一个全面的分析，如图1所示。

图1 某县城中心的3D效果

（2）提高效益。

GIS不只是能提高政府运转效能，还可以提高土地流动性以及虚拟现实技术在公众网络的使用等等。GIS提供了大量的技术用于提高整个社会的效益。GIS可以收集实时数据并将其反馈回系统，在系统内进行分析以后通过各种仪器仪表显示出来，采用这样的方法就可以提高资源的利用效率，节约政府开支。通过合理的配置资源以改善工作流程，并且使服务更贴近人们的需要。一个基于GIS技术的数字城市系统收集实时数据，进行实时分析，进而产生对决策有用的信息。直接在现场收集来的数据以及围绕数据的使用，以便能够采取迅速的行动将会使工作过程变得更有效率，同时杜绝工作中的拖延行为和潜在风险的发生。计算机程序处理节省时间，节约资源，并且可以提高对紧急事件的应对能力。通过互联网，公众可以以一种容易理解、广泛接受和便利的方式和政府部门分享信息。每年的岁末年终以及大型活动举办期间，政府各部门都要协同工作以确保公众的安全和活动的正常开展。数字城市技术可以提供紧急事件的位置和其他相关信息，并使其在图形终端和移动设备上显示出来。例如，消防部门可以通过数字城市系统得到关于人流、火灾隐患点和突发火灾的实时数据。实时专题地图也能够使数据在各部门之间得到共享，从而改善政府部门协同应对突发事件的能力。

（3）数据驱动发展。

现如今，数字经济已成为经济发展的趋势。随着数字经济的发展，将会产生大量的数据用于分析、组合和通讯，使用GIS可以缩短数据处理的时间。使用数字城市地理信息系统，从移动设备和通过网络连接的传感器获得的实时数据通过人工智能工具进行分析，并且通过可视化工具与决策者进行分享。数字城市地理信息系统可以提供当前和过去一些年的人口普查，市场区划，消费者消费数据，市场潜力，商业区位，主要购物中心，交通状况，犯罪指数等数据。通过GIS系统处理来自不同数据源拥有不同格式的数据，并以极高的效率进行分析，以便加快决策速度，提高政府效能。这其中一个重要的实例便是使用实时数据以改善交通。

不同于传统的用历史数据布置的交通信号，数字城市地理信息系统可以通过实时改变交通模式来改善城镇内的交通状况。数字城市地理信息系统可以通过改变交通信号管理机动车和行人的流量。该系统可以把人工智能和引起交通拥堵的各种因素综合考虑。实时的道路通行状况，交通事故，车辆和行人数据将通过交通管理部门提供到数据终端。

（4）提高城市宜居性。

数字城市地理信息系统用技术改善市民们的生活。通过使用该系统，可以让市民对政府的满意度更高。因为通过使用事件地图，GIS能够更有效的与市民交流并且提高他们的参与度。政府能够对人口及其活动数据进行分析以便制定相应的政策来满足人们需求。通过数字城市市民们与政府对城市能够对城市的面貌有共同的认知，共同去适应城市发展的需要和迎接各种挑战，最终共享城市美好的未来。

结束语

数字城市技术现在仍然在不断发展过程中。GIS技术是建立数字城市的基础。通过GIS我们可以获得决策所需要的信息。数字城市不仅仅是一个网站或一个程序。它是建立在成功的经验和失败教训上的一个循环往复的过程，其目标是建立一个更安全，高效，包容的智能社区，而要想使数字城市变得更智能还需要有更多的技术支撑，并还将有一段很长的路要走。