信息化觀察網(wǎng)

本文對智慧城市進(jìn)行了闡述，分析了其特征，給出了智慧城市的建設(shè)思路，闡述智慧城市建設(shè)中一些新技術(shù)的應(yīng)用。為城市的發(fā)展提供了方法借鑒。

一、數(shù)字城市發(fā)展現(xiàn)狀

智慧城市建設(shè)需要以數(shù)字城市為基礎(chǔ)、而數(shù)字城市必須是徹底數(shù)字化的城市。中國學(xué)者特別是地學(xué)界的專家認(rèn)識到“數(shù)字地球”戰(zhàn)略將是推動我國信息化建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要武器。

這一階段”數(shù)字城市“的建設(shè)過程所取得的成果是將我國城市信息化建設(shè)向前推動了一大步。”數(shù)字城市“建設(shè)的推動力主要來自空間地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

以城市化內(nèi)容的虛擬實現(xiàn)為特征數(shù)字城市建設(shè)的主要內(nèi)容是利用空間地理信息系統(tǒng)將城市建設(shè)、管理、經(jīng)濟(jì)、民生等信息與空間地理位置信息聯(lián)系在一起實現(xiàn)更精準(zhǔn)的服務(wù)。

在這一階段的數(shù)字城市建設(shè)過程中核心支撐是空間地理信息和空間地理信息技術(shù)。由此產(chǎn)生的問題是：這一城市數(shù)字化的進(jìn)程止步于建筑之外城市中巨大的建筑空間沒有數(shù)字化所以這樣的”數(shù)字城市“是不徹底的數(shù)字城市。

二、智慧城市的概念及特征

2008年11月，IBM公司在紐約召開的外國關(guān)系理事會上，首次提出了“智慧的地球”理念。之后“智慧城市”應(yīng)運(yùn)而生，智慧城市是以數(shù)字城市、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為支撐，以“大數(shù)據(jù)時代”的數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)設(shè)施，在城市各個方面實現(xiàn)智能應(yīng)用的高級城市發(fā)展形態(tài)。

智慧城市的實質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。李德仁院士指出，“智慧城市=物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”?！爸腔鄢鞘小弊詮奶岢龈拍钜詠?，就被大家廣泛關(guān)注，到目前為止，主要有以下幾方面的特征：

1)“智慧城市”與物聯(lián)網(wǎng)緊密相連。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，其離不開互聯(lián)網(wǎng)，以物聯(lián)網(wǎng)為核心的，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，它將使得任何物理的實物都可以進(jìn)行信息交換和通訊，實現(xiàn)了物物相連。

2)智能應(yīng)用。智慧城市擁有海量的數(shù)據(jù)，要真正實現(xiàn)“智慧”，城市需要擁有能夠處理分析海量數(shù)據(jù)的能力。目前的“云計算”提供了很好的解決方案。

通過云端的計算，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧城市通過集中整合各類信息，并將處理后的各類信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞出去，實現(xiàn)資源共享，網(wǎng)絡(luò)間的個體之間可以實現(xiàn)信息交互，從而完成信息的增值應(yīng)用。

3)高新技術(shù)的整合。要實現(xiàn)智慧城市，需要整合許多高新技術(shù)，如數(shù)據(jù)采集的時候需要遙感技術(shù)、GPS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)處理的時候需要云計算、GIS技術(shù)等。

三、新技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

(一)建筑信息模型(BIM)技術(shù)

隨著建筑信息模型(BIM)技術(shù)的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，為已建和新建的建筑空間數(shù)字化提供了可行的技術(shù)路線。

建筑空間數(shù)字化的充分必要性，可以從兩個方面分析：

一是當(dāng)土地上的建筑物容積率超過1：1時，意味著建筑面積超過了土地面積。美國曼哈頓地區(qū)的建筑面積就超過了土地面積。如果“數(shù)字城市”中沒有包含巨大的建筑空間的數(shù)字化，這個“數(shù)字城市”是不徹底的;

二是人類生活在兩種狀態(tài)中，一是在房屋里、二是在去另外一個房屋里的路上。在路上由地理信息提供服務(wù)，那么到了房屋內(nèi)怎樣得到更好、更智慧的服務(wù)呢?所以必須實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化。

隨著建筑信息模型技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化提供了技術(shù)途徑。

BIM技術(shù)，為工程設(shè)計建造領(lǐng)域帶來了第二次革命，是從二維圖紙(CAD)到三維設(shè)計和建造(BIM)的革命，也是一次真正的建設(shè)行業(yè)革命，BIM技術(shù)將徹底改變建設(shè)工程設(shè)計、建造和運(yùn)維方式;同時，BIM技術(shù)正在實現(xiàn)城市的徹底數(shù)字化，隨之而來的應(yīng)用與影響極其廣泛、深遠(yuǎn)。

(二)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

(1)智慧政務(wù)

1)通過政務(wù)云、政務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺及完善的政務(wù)信息資源目錄體系，實現(xiàn)跨部門的信息共享與資源整合，建立一體化的政務(wù)資源體系。

2)通過整合政府門戶網(wǎng)站、呼叫中心等相關(guān)政務(wù)服務(wù)資源，實現(xiàn)政府、企業(yè)和公眾隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)、電話、移動終端等多種渠道獲取一致與整合的政務(wù)服務(wù)。

3)通過資源共享及流程整合，完善政務(wù)服務(wù)監(jiān)管渠道，為企業(yè)、社會其它機(jī)構(gòu)和公眾等提供一站式服務(wù)，實現(xiàn)足不出戶就可以隨時隨地辦理相關(guān)業(yè)務(wù)。

4)通過建立完善的信息采集系統(tǒng)，利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘、加工處理等海量數(shù)據(jù)計算手段，以及科學(xué)的智能分析協(xié)同決策系統(tǒng)，實現(xiàn)政府科學(xué)、智能決策等。

(2)智慧物流

1)多元化的數(shù)據(jù)采集、感知技術(shù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧物流，面對的是形式多樣、信息關(guān)系異常復(fù)雜的各類數(shù)據(jù)，多元化的數(shù)據(jù)采集、感知技術(shù)，為智慧物流提供了幾本的技術(shù)支撐。

2)泛在網(wǎng)絡(luò)支撐下可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，泛在網(wǎng)絡(luò)將成為信息通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，在于其它網(wǎng)絡(luò)融合的基礎(chǔ)上，提供給智慧物流可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，為人們準(zhǔn)確的提供各類信息。

3)基于海量信息資源的智慧決策、安全保障及管理技術(shù)。對物聯(lián)網(wǎng)海量感知信息的加工處理，是智慧物流進(jìn)行智慧決策的前提。

(3)智慧交通

1)緊急救援系統(tǒng)。當(dāng)緊急情況發(fā)生時，車主按動車上安裝的緊急按鈕，通過無線通信接通客服中心?？头藛T能夠通過GPS技術(shù)精確定位，將救援送達(dá)車主。在救援過程中，客服人員不僅能一直與車主進(jìn)行在線的交流，而且能夠?qū)崟r調(diào)度救援資源，最小化車主的生命財產(chǎn)損失。

2)智能導(dǎo)航系統(tǒng)。現(xiàn)行試用的路線推薦系統(tǒng)能夠根據(jù)司機(jī)需求和實時交通信息，推薦最短路徑、時間最優(yōu)路徑，甚至為出租車司機(jī)推薦最有可能搭載乘客的路線。

3)動態(tài)顯示車位占用狀態(tài)，實時監(jiān)控整個停車場的使用狀況;快速路徑算法，引導(dǎo)汽車迅速進(jìn)入空閑車位。能夠統(tǒng)計統(tǒng)計停車場的分時段占用率、每天或使用率，輔助知道停車管理安排。

(三)測繪技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

(1)數(shù)字航空數(shù)碼攝影

隨著CCD傳感器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字航空攝影已呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢，航空數(shù)碼相機(jī)面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。航空數(shù)碼相機(jī)主要有兩個發(fā)展方向：一個是基于線陣(LINear-Array)的傳感器方向;另一個是基于面陣(PlaNe-Array)的傳感器方向。

航空數(shù)碼傳感器已成為我國高分辨率影像獲取的主要設(shè)備，同時也是數(shù)字城市建設(shè)中制作大比例尺數(shù)字表面模型(dSM)、數(shù)字高程模型(deM)數(shù)字正射影像(dOM)和數(shù)字線劃圖(dLG)的主要數(shù)據(jù)來源。

此外，中低空高分辨率主被動寬幅與三維探測遙感設(shè)備、寬幅高精度的航空數(shù)碼測量型多光譜相機(jī)、成像光譜儀、LIDAR等載荷發(fā)展也非常迅速，對地獲取高分辨率空間數(shù)據(jù)的能力明顯增強(qiáng)。

(2)高分辨衛(wèi)星遙感

自2000年以來，高空間分辨率的遙感衛(wèi)星成為商業(yè)遙感主流。我國測繪衛(wèi)星即資源三號衛(wèi)星資源三號衛(wèi)星集測繪和資源調(diào)查功能于一體，主要用于生產(chǎn)中國1∶50000基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品，以及1∶25000等更大比例尺地圖的修測和更新，開展國土資源調(diào)查與監(jiān)測，為防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設(shè)、交通和國防建設(shè)等領(lǐng)域提供有效的服務(wù)，同時也為智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(3)LIDAR系統(tǒng)

LIDAR系統(tǒng)是一種新型傳感器設(shè)備。它將激光用于回波測距，直接獲取高精度的數(shù)字表面模型，然后通過數(shù)據(jù)后處理的方式獲得城市建模、植被參數(shù)反演、電力巡線等面向不同行業(yè)的數(shù)據(jù)。

為對地觀測技術(shù)的應(yīng)用提供新型數(shù)據(jù)，同時會為智能城市中的三維重建提供重要數(shù)據(jù)。

(4)低空攝影測量系統(tǒng)

低空無人機(jī)是當(dāng)代低空空間技術(shù)應(yīng)用的主要載體之一，可以通過地面遙控實現(xiàn)大傾角(40°-60°)攝影，能夠按布設(shè)航線獲取各建筑物各側(cè)面和頂部影像，遙感影像中心位置的空間分辨率可以達(dá)到0.1M甚至更高。

因此，可利用所拍攝的高分辨率低空影像作為城市三維模型的影像源，從而充分發(fā)揮影像數(shù)據(jù)的多重作用。低空多角度高分辨率遙感影像是城市景觀中三維對象各種紋理信息最可靠的來源。建筑物是城市三維景觀的主體，在現(xiàn)有二維數(shù)據(jù)的輔助下，能夠方便、準(zhǔn)確地獲取建筑物的高度及幾何構(gòu)成信息;其三維模型可以通過低空遙感影像三維重建并映射紋理獲得。

在三維可視化中，建筑物屋頂和墻面分為可見面和不可見面。首先判斷屋頂和墻面的“可見性”，然后根據(jù)多航帶影像進(jìn)行最佳紋理的映射，結(jié)合消隱分析、紋理糾正等技術(shù)措施，生成與真實建筑物一致的三維模型，保證其最佳可視效果。

(5)傾斜攝影技術(shù)

它是近幾年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，集成了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)和數(shù)字地面采集技術(shù)，克服傳統(tǒng)航攝技術(shù)只能從垂直角度拍攝的局限性，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從1個垂直角度和4個傾斜角度采集影像，構(gòu)建地面三維模型。

這樣彌補(bǔ)了正射影像的不足，更加真實地反映地物的實際情況，提高我國數(shù)字城市建設(shè)中建筑物側(cè)面紋理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取效率。

結(jié)語

智慧城市建設(shè)是一個始終會伴隨著技術(shù)的發(fā)展不斷有新的智慧需要融入城市發(fā)展的漫長階段。因此，智慧城市建設(shè)需要建立在徹底數(shù)字化城市基礎(chǔ)上的發(fā)展建設(shè)方式、這是智慧城市建設(shè)發(fā)展規(guī)律的客觀要求。