面向智慧城市的时空基础设施应用研究——以智慧南京时空大数据平台为例

文/姜丹萍 赵伟伟

随着城市的快速发展和智能化进程的不断加速，智慧城市建设已是大势所趋。时空基础设施作为智慧城市的重要组成部分，能够实现城市信息的高效传递与共享，促进城市的可持续发展。本文以智慧南京时空大数据平台为例，探索时空基础设施在水务、生态、城管等智慧城市场景中的应用与发展，旨在为智慧城市发展和时空基础设施建设提供一定参考和借鉴。

当前，智慧城市建设已成为热点话题。时空基础设施是智慧城市不可或缺的、基础性的信息资源，也是其他信息交换共享与协同应用的载体。[1]然而，目前国内智慧城市建设还存在诸多问题，如信息孤岛、数据共享不畅等，阻碍了智慧城市的建设发展。为了解决上述问题，相关部门需要在基础设施建设方面进行创新和完善。本文主要研究面向智慧城市的时空基础设施的应用，并以智慧南京时空大数据平台为例，从时空基础设施概述、时空基础设施关键技术、时空基础设施应用案例展开研究，旨在为智慧城市的管理和服务提供有力支撑。

一、智慧城市时空基础设施概述

（一）智慧城市的概念

智慧城市是以人为本、融合发展的新型城市形态，是信息技术革命和产业变革的深度融合。它能全面洞察城市运行的规律和特征，整合城市各领域的信息资源，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源利用的效率，优化城市管理和服务，改善市民生活质量。[2]智慧城市的建设需要相关部门深入理解其本质，通过加强基础设施的建设、推进信息化进程，实现城市管理和服务的自动化、精细化及智能化，进而创造出更好的城市生态环境和居住条件。智慧城市的建设还需政府、市场和社会等多方力量合作，共同推进智慧城市建设，实现城市管理与服务的现代化和智能化。

（二）时空基础设施的概念与分类

时空基础设施是指支撑城市时间和空间特征的基础地理信息、涉及公共管理与公共服务的专题信息，如地理信息系统、卫星导航系统、遥感系统等。时空基础设施的发展是智慧城市建设的基础和保障。根据时空维度的不同，时空基础设施可分为两种：一是空间基础设施，其主要为城市居民提供生活保障，在城市管理和经济发展方面起着重要的促进作用；二是时间基础设施，其对信息传递和处理具有较大作用。这些设施共同构成了城市大数据的基础，具有获取、存储、处理、分析和利用信息的功能，为实现城市可持续发展、提高城市管理效率提供了技术手段和支持。总之，时空基础设施是智慧城市建设的重要组成部分，在服务城市居民、促进城市管理和发展方面具有不可替代的作用。智慧城市时空基础设施的不断完善与广泛应用，能够极大地提升城市管理与服务的功能协同和数字协同水平。[3]

（三）智慧城市时空基础设施的应用现状

智慧城市时空基础设施在不同城市的应用程度和应用领域不尽相同。在城市交通方面，互联网与传感器技术的有效结合，在城市交通路况的监控和管理工作中起到了积极的作用。在城市管理方面，城市污染治理、交通管理的满意度可视化等都是智慧城市时空基础设施应用的典型代表。2021 年6 月，南京获批自然资源部智慧城市时空大数据平台建设试点城市。南京市以构建实景三维南京为目标，重点通过地理实体数据生产和数据库建设，积极推动基础测绘转型升级，拓展公安、水务、生态环境综合整治、城管大数据等多个领域典型示范应用，进一步提升时空基础设施向政府和社会公众的服务能力，切实发挥试点示范作用，让时空基础设施融入各行各业的生产服务运行流程中。

二、时空基础设施关键技术

（一）时空大数据采集与处理技术

时空大数据采集是实现智慧城市时空基础设施应用的重要环节，也是时空大数据处理和分析的前提和基础。在时空大数据采集和处理技术的发展中，远程感知技术、移动物联网技术以及云计算技术等先进技术为时空大数据采集提供了更加细致和深入的内容，使得时空大数据的采集已经不仅仅局限于传统的手工调查和测量，还能通过各种传感器、卫星遥感等技术来获取智能化数据。时空大数据处理是将海量、混乱的时空大数据进行分类、存储、分析、挖掘以及建模，从而揭示时空大数据背后隐藏的规律和特征。与传统的数据处理不同，时空大数据的处理需要考虑时空的相关性，并要实现粒度更细、更加深入的数据处理操作，以满足实际应用场景的需求。

（二）时空大数据可视化与交互技术

在智慧城市的建设中，如何挖掘和表达时空大数据的信息，是智慧化水平高低的重要标志。时空大数据可视化技术是以图表、图形的方式将复杂的时空大数据转化为易于理解、分析并具有提取价值的视觉形式。数据的可视化手段可支持数据快速分析、可视化探索和决策支持等功能。时空大数据交互技术是指用户与计算机在时空大数据处理过程中进行的一系列交互动作。它主要通过人机交互的方式，利用大数据支持决策，并提高决策的精度、高效性和及时性。在智慧城市建设中，时空大数据交互技术可为政府、企业以及公众用户提供新的决策模式，全面推进智慧城市建设。时空大数据的可视化和交互技术旨在通过数据的可视化手段、人机交互、探索查询和决策支持等形式，实现大数据的挖掘和应用，帮助用户更好地理解和使用时空大数据。

（三）时空大数据挖掘与分析技术

时空大数据挖掘与分析技术是智慧城市建设中的重要一环。该技术需要借助并行计算算法提高计算效率，满足大范围、多口径的统计计算和数据挖掘需求[4]，以获取数据中蕴含的关系和规律，为城市管理者提供决策支持。时空大数据挖掘与分析技术包括时空大数据预处理、时空大数据挖掘算法以及时空大数据可视化等内容。其中，时空大数据预处理是保证数据质量的关键，其主要针对时空大数据的特点和复杂性对数据进行清洗、去噪、插值、融合等。城市管理部门可利用时空大数据挖掘与分析技术预测城市交通拥堵情况，提醒市民避开交通高峰期，优化城市交通规划；同时，可以将该技术应用于预测城市安全状况，以提前发现隐患，预防安全事故的发生。

三、时空基础设施应用案例

为了推动时空基础设施在各领域的应用，并持续支撑应用对接，本文以智慧南京时空大数据平台为例，开展时空基础设施应用案例分析。

（一）智慧水务领域的应用

时空大数据平台能够为智慧水务提供地理底图服务和二次开发能力，助力水务调度管理、供排水管理、河湖管理等业务系统和水务智能运行中心的开发，帮助水务局构建集河湖、防汛排涝、供水、排水等方面静态数据和动态数据于一体的“水务一张图”。南京市水务局利用平台丰富的基础地理信息资源和水系地理实体，完成了河流河道蓝线规划、河长制管理、水务设施排查等水务业务数据的校核、修订，实现了水务地理信息资源的共建共享。

（二）智慧生态环境领域的应用

时空大数据平台的应用能够深入推进智慧生态环境工作，为实现固废污染物、水环境、噪声污染等的可视化管理和智能化应用提供数据上图服务。南京市生态环境局利用时空大数据平台将南京市主城区声环境数据与空间地理数据相结合，完成了声环境功能区的发布与应用，开发了基于空间地理的生态环境数据可视化管理应用功能，打造了更加人性化、便民化的智慧环保平台。

（三）城管大数据领域的应用

南京市城市管理局依托时空大数据平台，辅助各类数字城管系统应用开发。时空大数据平台利用时间、空间等地图API（应用程序接口），在地图上实现市、区、街道三级数据全覆盖，为城管队员外业核查、事件上报、派单定位提供权威的地理底板及准确的空间定位，实现事件从发现、委派到处理的全流程操作。时空大数据平台还能在全市网格化巡查执法机制基础上，通过对执法人员位置信息统揽、事件信息记录、音视频会商，实现对外部勤务活动的全流程管理，进而为城市治理协同高效、公共服务智能便捷、城市环境动态感知提供有效支撑。

四、结语

时空基础设施的广泛应用能够推动智慧城市的可持续发展，实现城市管理与服务的现代化和智能化。目前，时空基础设施研究中还存在一些问题，如数据共享和隐私保护等方面有待进一步加强。因此，在未来的研究中，相关研究人员应注重解决这些问题，同时加强多学科合作，探讨更具前瞻性的研究方向，通过提高时空基础设施的智能化水平，进一步促进智慧城市的发展。