地理信息技術在智慧城市中的應用探討

余琪 ，錢樂祥，程炯

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

( 1.廣州大學地理科學學院；2.廣東省生態環境技術研究所廣東省農業環境綜合治理重點實驗室)

(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

隨著城市化進程以及科學技術的進一步發展，我國邁進了信息化的時代，從管理到決策，都逐漸走向科學化、智能化,學者們提出了建設智慧城市的觀點。現階段正在建設的數字化城市，為智慧城市打下堅實的基礎[1]。而地理信息技術則是城市數字化不可或缺的一項技術，地理信息技術可以實現對地理空間數據的采集、存儲、管理、分析及可視化。智慧城市將數字化城市與信息網絡技術推向更深層次的階段，充分發揮兩者優勢，優化城市的資源配置，實現城市的智能化管理[2]。

2 基本概念

2.1 智慧城市

智慧城市是利用物聯網、云計算等最新信息技術，以及綜合智能搜索、智能分析等工具和方法，通過各種傳感器，實現城市信息全面透徹的感知、事物與人的互相關聯、以及智能融合的應用。智慧城市的建設理念是通過最先進的服務、管理、應用系統，讓人類智慧參與在其中，讓城市的運轉更加高效、生活更加舒適便捷，社會更加和諧[3]。地理信息技術將水文、氣候、交通、環境等基礎信息與特定時空下的城市事件緊密關聯、實時融合，實現城市人與物的聯通與管理,以及滿足各種緊急事件快速響應的需要。在這種條件下，通過傳感器能夠接入城市信息網絡，保證來自任何空間位置的信息源，能在任何時候經過人和物關聯、融合等處理后發送并服務于在任何地點，并且有相應權限的數據管理與服務器更新，以期實現人與人、人與物、物與物之間按需進行信息的獲取、傳遞、存儲、認知、決策等，使我們的生活更加便捷，實現城市的智能化發展。

2.2 地理信息技術

地理信息技術主要包括地理信息系統（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統（GPS）這三種技術，也稱作廣義“3S”技術。GIS、RS、GPS是地理信息技術核心的三種技術，但地理信息技術并不局限于這三種技術，除此“3S”技術之外，還包括數字地球技術，三維仿真模擬，網絡GIS等其他地理信息技術。

3 地理信息技術及其數據特點

3.1 地理信息系統

地理信息系統(GIS，Geographic Information System)指用來采集、存儲、管理、空間分析和顯示地理空間數據的計算機系統。GIS主要包括數據、硬件、軟件、專業人員在計算機的支持下，GIS可以對地球表層以及空間中的有關地理分布的數據進行采集，并將采集的數據以特定的方式存儲起來，建立地理空間數據庫，方便查詢與統計。其數據有分矢量數據和柵格數據；像存儲在地理數據庫的點線面等描述地理事物的數據，就是矢量數據，而類似于圖片、遙感圖像這些就是柵格數據，有若干像元組成。簡單來說，GIS是對地球上存在的一些現象和事件進行制圖、描述和分析，地理信息系統技術把地圖的視覺化效果和對地理數據的空間分析功能與數據庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起，利用這些功能，就可以對城市進行數字化，得到建設智慧城市所需的基礎數據。另外GIS有著強大的的空間分析功能,可以從建立的地理空間數據庫中，獲取事物的地理位置，分布特征，及其空間演變信息，采用的有圖形算法，區劃、網絡分析和空間插值等，這些功能為建設智慧城市所需的智能分析提供了技術支撐和科學依據。

3.2 遙感

遙感（RS,Remote Sensing），指不與目標地物接觸，通過傳感器從遠處對地物進行探測，通過物體的電磁波輻射反射，得到地物的光譜信息，經過加工處理等，利用圖像處理軟件對所獲取的遙感數據進行解譯判讀，獲取研究或應用所需的地理信息的一項技術[4]。現如今，遙感圖像的分辨率達到亞米級，這讓我們可以從遙感圖像上獲取更多所需的信息。遙感技術具有范圍廣、周期短、綜合性、經濟性等眾多優點。遙感技術可對地球表層的自然資源進行觀測、監測；如土壤、植被、河流等信息，用于農作物的長勢、收成等預測，也可對發生災害（城市內澇）的地區進行風險評估。

3.3 全球定位系統

GPS即全球定位系統（Global Positioning System），主要分為三大部分：①空間部分，也就是GPS衛星。②地面監控部分，由主控站、監測站、注入站組成。③用戶部分，即由GPS接收機組成。全球定位系統可以對事物精確的定位，獲取精確的經緯度坐標。GPS有著測量精度高、速度快、抗干擾能力強、不限用戶數量的優點，系統可以全天候的工作，基于以上優勢，全球定位技術廣泛應用于交通導航、軍事等領域。

4 地理信息技術在智慧城市中的應用

4.1 交通規劃與導航

道路在規劃和管理中，會產生大量的信息, 而且在數據信息的獲取、存儲，以及統計和分析等方面都比較困難[5]。通過GIS軟件，對道路信息進行提取，收集需要的交通數據, 并且通過數據建立與之相對應的圖形, 把數據和圖表的關系明了直觀地呈現出來。通過該技術中的緩沖區分析法，疊加分析法等分析功能對數據和圖表進行修改、決策和總結等,在規劃和設置城市公交車線路以及站點時, 可以通過GIS技術獲取該區域的各個公交車線路和站點, 并把線路圖層和站點圖層結合起來, 運用統計分析，得出準確結果,還可以對結果進行更進一步修改與完善, 使數據結果更加精確。在道路交通規劃中運用GIS技術能夠便捷和快速地獲取精確的數據，使得交通規劃更加合理，更具科學性。

4.2 災害監測及預警

遙感衛星能夠快速準確地獲取地面信息，結合地理信息系統和全球定位系統等高新技術，可以應用于臺風、暴雨、洪澇、旱災、森林大火等災害的監測能力；利用地理信息技術的優勢在于快速對遙感圖像處理和建立相應的評估系統，對突發性災害的有著快速應急的能力，使用地理信息技術能在幾小時內獲得災情數據，短時間內做出災情的快速評估，以及完成詳實的評估。地理信息技術在發生災情時的信息獲取、救災決策以及災害重建中都發揮了重要作用。

4.3 土地確權

我國的土地管理在很長一段時間內都處于比較混亂的狀態，原因在于沒有形成數字信息化的管理，而地理信息技術則很好的解決了這一問題。對于農村土地確權這一問題，采用先進的3S技術相結合，提高了工效效率，節省人力物力，并且調查結果的精度也有保障。農村集體土地確權工作的主要內容是，根據高清遙感影像解譯出每塊使用土地的邊界，并且可以統計出每塊土地的面積，再根據現場調查的數據進行校正，再將信息進行分類，按照國家和地區政府制定的規則來進行標準制圖、編輯、整理、建立數據庫。通過使用地理信息技術，可以讓土地確權工作更加科學、準確與高效。地理信息技術將會更多的應用于土地管理，方便國土部門對土地的規劃與管理，對土地的信息化管理，也是智慧城市需要完善的工作。

4.4 犯罪分布研究

犯罪問題是城市發展過程中不可忽視的問題。犯罪事件的發生從時間和空間的角度來看，具有一定的規律性。采用地理學的視角、利用地理信息技術去研究某個地區犯罪的問題，可以揭示區域犯罪的時空分布特征，讓犯罪得到及時的控制，也可以為地區犯罪的預防提供參考。

4.5 古建筑保護

地理信息技術的三維激光掃描技術可用于對古建筑物的保護。利用三維激光掃描技術，得到離散的矢量距離點構成的點云(Points Cloud)數據，經過數據配準，利用點云數據所包含的信息構建高精度的DEM，用點、多邊形、曲線、曲面等形式將立體模型將形體描述出來，對古建筑物進行三維建模[6]。若古建筑遭到破壞，可利用三維模型對其進行重建，對古建筑起到保護作用。三維激光掃描技術具有測量范圍廣、時間短、精度高、處理數據便捷等優點；其點云可用于深層次的模型重建，這一技術被廣泛應用于古建筑的保護中。

5 地理信息技術發展趨勢

地理信息技術未來需要加強跨學科的綜合研究，將會往大數據、互聯網、云計算等方面深入發展。在目前，我國地理信息產業發展的技術平臺、空間基礎設施平臺、數據平臺已初步搭建；數字城市的建設，為智慧城市的建設奠定了重要基礎[2]。互聯網、物聯網、云計算、大數據等眾多高新技術交叉融合發展，為地理信息技術和產業的發展提供了強大的動力。高分辨率衛星、北斗導航系統、地面測繪、無人機等基礎設施的不斷完善；基礎地理信息數據庫、數字城市、天地圖等地圖服務平臺等提供地理信息服務，地理信息技術為智慧城市的建設提供了重要基礎條件和重要的數據資源。

6 結束語

智慧城市的建設需要地理信息技術的支撐，相信在不久的將來，地理信息技術的功能會更成熟、更完善；將會在我國智慧城市的建設中發揮至關重要的作用。

[1] 李德仁,姚遠,邵振峰. 智慧城市的概念、支撐技術及應用[J]. 工程研究-跨學科視野中的工程,2012,4(04):313-323.

[2] 翟寶根. 大數據時代智慧城市的建設與發展[J]. 智能建筑與智慧城市,2017(10):96-97.

[3] 王家耀. 大數據時代的智慧城市[J]. 測繪科學,2014,39(05):3-7.

[4] 李德仁. 高分辨率對地觀測技術在智慧城市中的應用[J]. 測繪地理信息,2013,38(06):1-5.

[5] 李小果. 基于GIS的城市交通規劃應用研究[D].重慶大學,2004.

[6] 三維GIS及其在智慧城市中的應用[J].地球信息科學學報,2014,16(02):151-157.