地理信息系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用

曲海濤

摘要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，促進了我國科技水平的提升。在不斷加快建設(shè)智慧城市的進程中，各種創(chuàng)新技術(shù)層出不窮，而地理信息系統(tǒng)則為智慧城市的發(fā)展提供了不可或缺的數(shù)據(jù)支持，成為研究和發(fā)展智慧城市的重要環(huán)節(jié)。地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用，可以有效促進城市信息化的建設(shè)。本文就地理信息系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng);智慧城市;發(fā)展;應(yīng)用

引言

現(xiàn)階段，地理信息系統(tǒng)在城市信息化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。智慧城市是以數(shù)字化為基礎(chǔ)的城市，要想實現(xiàn)數(shù)字化就需要用到地理信息系統(tǒng)這一現(xiàn)代化技術(shù)。利用地理信息系統(tǒng)，我們可以更好地分析與處理空間信息，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的可視化利用與體系化分析，使得數(shù)據(jù)的管理與分析過程更為方便，數(shù)字化操作逐漸趨于智能化。

1.概述

1.1地理信息系統(tǒng)概述

（1）地理信息系統(tǒng)由來。地理信息系統(tǒng)是一種通過獲取、檢索以及分析和顯示數(shù)據(jù)的方式來建立的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其在運行方式上有遙感與非遙感兩種不同的數(shù)據(jù)信息手段，通過對確定的空間位置進行信息的采集，然后對空間實體進行處理，從而實現(xiàn)實體信息的數(shù)據(jù)化，為實現(xiàn)計算機實體數(shù)據(jù)處理提供便利與條件。其最早是加拿大人于1962年提出，并在近些年才傳入我國的，由于地理信息技術(shù)可以通過衛(wèi)星遙感定位系統(tǒng)來實現(xiàn)實體的數(shù)據(jù)化，從而極大的降低了人工的信息采集難度以及勞動強度，提升了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，所以也為我國的城市現(xiàn)代化建設(shè)提供了必要的數(shù)據(jù)保障。（2）地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容。從地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容上來看，其主要涵蓋了地理信息數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)的存儲與管理以及數(shù)據(jù)的處理分析和顯示輸出等多個部分。其中，地理信息系統(tǒng)在我國的現(xiàn)代化建設(shè)的應(yīng)用過程中，其最為突出的研究核心就是地理信息的采集，這部分也是受限于我國幅員遼闊以及經(jīng)濟發(fā)展不均衡等限制條件的影響，成為首要制約我國地理信息系統(tǒng)建設(shè)的因素之一。

1.2智慧城市的概念

智慧城市是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式[2] 。其主要目的就是使公共服務(wù)便捷化、城市管理精細化、生活環(huán)境宜居化、基礎(chǔ)設(shè)施智能化、網(wǎng)絡(luò)安全長效化。智慧城市的概念起源于由IBM公司在2008年提出“智慧的地球”這一愿景。從最開始的簡單將智慧城市等同于數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)的融合[3] ，到現(xiàn)在不單單從技術(shù)層面定義智慧城市，而是向人文、社會、環(huán)境以及技術(shù)之間的聯(lián)動和可持續(xù)發(fā)展，通過將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務(wù)資源信息通過互聯(lián)網(wǎng)有機連接起來，做出智能化安排，更好地服務(wù)于市民學(xué)習(xí)、生活、工作、娛樂、出行、教育、醫(yī)療等方面的需求，以及改善政府對公共服務(wù)的管理、環(huán)境等。相較過去，更加突出了人在城市中的幸福指數(shù)。

2.地理信息系統(tǒng)具體的發(fā)展?fàn)顩r

（1）收集信息?，F(xiàn)在的地理信息系統(tǒng)，是把一些基礎(chǔ)性的外界信息，放在計算機中對其進行分析處理，然后加載一些計算機可以識別的基礎(chǔ)性信息，就存入了計算機數(shù)據(jù)庫中，方便人們?nèi)蘸笫褂?。結(jié)合不同的信息來源，將收集到的信息大致分為兩種：一種是空間信息、一種是屬性信息。所謂的空間信息，指的是用圖形表達、展示數(shù)據(jù)，用掃描或是鍵盤輸入的方式，將空間信息錄入計算機;所謂的屬性信息，指的是具體描述某一實體，然后鍵盤錄入計算機?，F(xiàn)在，地理信息系統(tǒng)在不斷發(fā)展，遙感技術(shù)、GPS技術(shù)正在積極地與該系統(tǒng)相互融合，讓信息更豐富，更好地推動地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。（2）儲存、整合信息。地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，可分為兩大類：柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)，要想儲存數(shù)據(jù)，直接將這些數(shù)據(jù)記錄在電腦儲存器上就OK，然而，怎樣可以確保數(shù)據(jù)存儲的邏輯更明確，方便日后在使用的時候，可以以最快的速度，檢索到自己最想要的數(shù)據(jù)，這是最關(guān)鍵的?，F(xiàn)在分層技術(shù)是地理信息系統(tǒng)廣泛使用的存儲技術(shù)，指的是把地圖分成很多層，再疊加這些分層，這樣就可以形成完整的地圖，在操作時，結(jié)合圖層的特點進行就可以了，確保系統(tǒng)正確反應(yīng)以更好地滿足用戶的信息需求。地理信息系統(tǒng)在不斷地發(fā)展壯大，對于信息儲存、整合、監(jiān)管等方面的需求也在不斷提升，這一問題已是該系統(tǒng)發(fā)展必須要解決的問題，在地理信息系統(tǒng)中，有很多文字、圖片（圖形）、聲像等方面的信息，信息量非常大，妥善管理、科學(xué)存儲這些信息顯得尤為重要。當(dāng)今社會，信息技術(shù)發(fā)展很快，多媒體被廣泛使用在每個領(lǐng)域，在存儲信息時，使用的是光盤技術(shù)，該項技術(shù)的飛速發(fā)展，為地理信息系統(tǒng)儲存信息提供了可靠平臺。在信息監(jiān)管方面，在分類時，主要參考數(shù)據(jù)的獲取方式來進行屬性數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)的監(jiān)管，圖形數(shù)據(jù)的四種形式是點、線、面以及混合。在這其中，混合是一種復(fù)雜模式。在地圖上，各地理實體之間的相互關(guān)系，要用各種信息之間的關(guān)系科學(xué)反映出來。（3）處理、分析信息。在處理信息時，要嚴格檢查所輸入的信息，發(fā)現(xiàn)不正確，及時糾正，特別是在輸入圖形信息、屬性信息的時候，需要驗證此二者之間的關(guān)系，在驗證時，要及時糾正空間信息存在的問題，就圖形信息而言，要修改程序，確保地理信息系統(tǒng)可以獲取想要的信息，例如：為方便日后使用要光滑處理壓縮信息。（4）輸出信息。我們可以使用地理信息系統(tǒng)，整理文字、聲像、圖形等信息，方便用戶識別。借助輸出設(shè)備顯示、輸出信息，確保用戶更加便捷地使用信息。常見的顯示輸出設(shè)備有電腦顯示器、打印機等等。為了確保數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無誤，首先要整理信息數(shù)據(jù)、對其進行細心檢查，科學(xué)排版，確保信息輸出的高質(zhì)量和高效率。

3.地理信息系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用

政府、公眾和企業(yè)構(gòu)成了城市的三大主體，三者間幾乎時時刻刻都會通過信息的交流產(chǎn)生互動，而地理信息系統(tǒng)很大程度上承載了這種互動所需的數(shù)據(jù)采集、上傳、儲存、分析的功能。地理信息系統(tǒng)以計算機為載體，顯示和描述了與地理信息相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對物體和地點的空間定位和信息疊加，主要由二維基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、三維地理信息系統(tǒng)、影像數(shù)據(jù)和場景數(shù)據(jù)構(gòu)成。目前應(yīng)用最為廣泛的三維地理信息系統(tǒng)主要由應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層構(gòu)成。

3.1地理信息體系結(jié)構(gòu)分析

（1）數(shù)據(jù)層。該體系結(jié)構(gòu)主要起到數(shù)據(jù)庫的作用，由于智慧城市建設(shè)中存在過于龐大的數(shù)字化信息，所以數(shù)據(jù)層的重要性不言而喻，它可以容納豐富的地理場景信息，為后續(xù)的智慧城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)。通常情況下下，為了達到對地理信息系統(tǒng)模型的優(yōu)化目的，需要對提高地理場景信息的加載程度，這就需要對模型進行處理，以確保后續(xù)地理信息平臺的構(gòu)建;（2）業(yè)務(wù)邏輯層。業(yè)務(wù)邏輯層中包括了系統(tǒng)中所有的業(yè)務(wù)功能，主要由三維瀏覽、三維測量、三維分析、定位熱點區(qū)域、查詢屬性以及三維飛行漫游等，通過這些業(yè)務(wù)功能，可以實現(xiàn)對三維場景的瀏覽。（3）應(yīng)用層。該體系結(jié)構(gòu)作為用戶操作的入口，可以實現(xiàn)對各項功能模塊的調(diào)用和分析處理，讓工作人員可以更加直觀的掌握城市規(guī)劃設(shè)計的要點，從而便于對內(nèi)容進行創(chuàng)新和優(yōu)化。

3.2地理信息系統(tǒng)在智慧城市中設(shè)計的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）包含了有兩種方式采取地理信息，第一種就是利用我國的航空技術(shù)手段直接對地理空間進行信息采集，另一種則是利用衛(wèi)星系統(tǒng)直接對該地區(qū)定位，并收集該地區(qū)的信息數(shù)據(jù)。雖然二者收集地理信息手段方式不同，但所收集的數(shù)據(jù)信息是準(zhǔn)確的，并具備一定的直觀性。GIS技術(shù)水平的不斷提高，對智慧城市的建設(shè)發(fā)展提供了一定的幫助，因此，我國對GIS進行了深化應(yīng)用，并利用三維CAD模型、三維建筑信息模型以及三維GIS模型的三種集成，使其融合成為了新的技術(shù)。三維GIS的應(yīng)用主要是通過利用數(shù)據(jù)信息，建立地理模型，對城市的自然面貌以及周圍環(huán)境以模擬的形式，將其描述出來，并通過建立模型的方式來對城市地貌加以描繪，從而建立視覺直觀的三維立體模型。通過地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，工作人員能夠有效的對城市建設(shè)進行科學(xué)合理的規(guī)劃。三維GIS具備著二維地理技術(shù)的優(yōu)點，并且根據(jù)二維技術(shù)模式，能夠準(zhǔn)確的對地理信息系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)提供一定的幫助，并優(yōu)化數(shù)據(jù)信息。在智慧城市建設(shè)的過程中，相關(guān)工作人員需要在城市建設(shè)規(guī)劃的過程中，具備一定的專業(yè)知識，并且，相關(guān)設(shè)計技術(shù)人員必須對城市建設(shè)的規(guī)劃，具備發(fā)散性的思維，全面的對城市未來發(fā)展進行考慮?，F(xiàn)階段，地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃中應(yīng)用較為廣泛，而且對城市的建設(shè)能夠提供一定的幫助。智慧城市在建設(shè)的過程中，該系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢能夠充分的在智慧城市建設(shè)中得到應(yīng)用。對于地理信息系統(tǒng)而言，可有效的為設(shè)計人員提供一定的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行合理的調(diào)整，分析研究，確保智慧城市規(guī)劃更加科學(xué)合理。

3.3地理信息系統(tǒng)在智慧城市消防工作中發(fā)揮的作用

GIS在智慧城市中，能夠利用地理位置搜索定位，城市智能消防以及火災(zāi)虛擬救助技術(shù)等，全面的提升了智慧城市的發(fā)展。GIS在智慧城市中，對于消防而言，能夠全面的提高消防技術(shù)。我國在GIS數(shù)據(jù)中的組織管理技術(shù)已經(jīng)較為成熟，并且能夠?qū)⒊鞘薪ㄔO(shè)進行虛擬化，并利用三維空間的數(shù)據(jù)將城市的建筑全方位的進行模擬，利用計算機將建筑物中所包含的內(nèi)容全部的展示出來。當(dāng)城市中發(fā)生火災(zāi)時，相關(guān)人員可通過對GIS的利用，迅速開啟火災(zāi)地點周邊的消防報警系統(tǒng)，高效的調(diào)配附近的消防隊伍與設(shè)備，確保人群的安全疏散。該技術(shù)能夠直觀地將城市中的消防設(shè)施全面的展示在人們的視線中，同時可幫助消防工作人員對火災(zāi)位置的樓層進行全面的勘測，找出火勢最強的位置，按照合理的部署進行消防。最大限度的降低火災(zāi)對人生及財產(chǎn)的危害程度。

3.4為城市居民提供便捷化服務(wù)

以地理信息系統(tǒng)為數(shù)據(jù)支撐的基于位置服務(wù)（LocationBasedService，縮寫為LBS），已成為當(dāng)下我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂米顝V泛的一種服務(wù)，通過個人終端設(shè)備智能手機，基于位置服務(wù)走入了普羅大眾的日常生活。我們目前所使用的導(dǎo)航、外賣訂餐、共享單車等服務(wù)都屬于LBS。智慧城市的信息是可以共享的，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享，必將用到兩種大數(shù)據(jù)：時空大數(shù)據(jù)和實時大數(shù)據(jù)，而這兩種大數(shù)據(jù)都可通過地理信息系統(tǒng)進行采集和儲存，并做實時分享。當(dāng)所有數(shù)據(jù)上傳到云平臺時，就可以根據(jù)個體需求，通過智能手機、智能汽車等個人終端硬件向有需求的個體進行推送服務(wù)。當(dāng)市民需要出行時，可以為其推薦最為快捷的出行方式;當(dāng)市民有騎行需求時，可以為其推送距離最近的共享單車位置并開鎖;當(dāng)市民需要外出用餐時，可根據(jù)用戶需求向其推薦口碑最好或位置最近的美食;當(dāng)市民外出旅行時，可根據(jù)其所在位置，通過手機實時推送該位置文字、語音或視頻版景點介紹，免去在當(dāng)?shù)刈饨鑼?dǎo)游設(shè)備的麻煩，甚至可以為游客和景區(qū)提供該市各個景點的實時游覽人數(shù)，便于游客提前安排出行，也便于景區(qū)做好分流工作。地理信息系統(tǒng)的另一大應(yīng)用場景就是“精細導(dǎo)航”和“汽車的自動駕駛”。目前市場導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶體驗較過去幾年已有較大提升，但在空間位置關(guān)系和室內(nèi)導(dǎo)航上還存在改進空間，而地理信息系統(tǒng)恰恰能解決這一問題。通過三維建?？梢詫ι匠?、立交橋上下層、大型建筑群內(nèi)部實現(xiàn)真實重現(xiàn)，完全避免了過去在二維地圖導(dǎo)航無法體現(xiàn)空間位置關(guān)系的弊端，實現(xiàn)了三維實景導(dǎo)航。無人駕駛汽車可以通過攝像頭和雷達感知路面情況，通過實時定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的配合實現(xiàn)實時導(dǎo)航并規(guī)劃最優(yōu)行駛線路。

3.5地理信息系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用前景

首先，在地理信息系統(tǒng)中包括兩種影像，即航空手段和衛(wèi)星手段收集到的影像，雖然兩種影像獲取方式不同，但是這兩種信息都具有容量豐富、直觀具體和可讀性的特點;其次，地理信息系統(tǒng)主要是通過立體模型對于城市的地形地貌進行的描述，通過對計算機技術(shù)的運用，將城市中真實事物進行抽象的表達和描述，最終呈現(xiàn)出一種直觀立體模型;再次，通過地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對于城市立體規(guī)劃模型進行精細調(diào)整，例如通過增加小的建筑模型等手段，使城市規(guī)劃更加完善;最后，地理信息系統(tǒng)作為對二維地理技術(shù)的發(fā)展延伸，仍然保留了二維地理信息技術(shù)的很多特征，通過對二維地理系統(tǒng)的分析和查詢，地理系統(tǒng)提供了許多必要的數(shù)據(jù)。

4.地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及策略

（1）網(wǎng)絡(luò)化。伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)也實現(xiàn)了快速發(fā)展，在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)時代，人們越來越重視GIS技術(shù)的推廣和使用，萬維網(wǎng)GIS的建立，也是GIS研究的一個非常重要的突破性話題。互聯(lián)網(wǎng)GIS將是非常重要的發(fā)展趨勢，也將是研究工作的重點之一。網(wǎng)絡(luò)GIS，讓網(wǎng)絡(luò)瀏覽、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、在線下載成為現(xiàn)實。當(dāng)前，基于網(wǎng)絡(luò)的GIS技術(shù)，仍處于研發(fā)狀態(tài)，要想最終實現(xiàn)，還需要進一步的檢驗或是測試。這一技術(shù)是為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和GIS技術(shù)的結(jié)合，借助網(wǎng)絡(luò)，GIS技術(shù)能夠廣泛被人們認可和使用。（2）虛擬GIS。所謂的虛擬GIS，是將現(xiàn)代虛擬技術(shù)與GIS相結(jié)合，借助現(xiàn)代技術(shù)（例如3D、4D等）做支撐，集成技術(shù)，這一技術(shù)是一種高級的人際交互技術(shù)，它可以有效模擬在自然環(huán)境中，人的聽、視、行動等行為。GIS虛擬技術(shù)，有三個特征：Immersion沉浸、Interatuon交互、Imagination構(gòu)想。因為在技術(shù)方面還受限，所以，此項技術(shù)要想實現(xiàn)，還有很大的局限性。怎樣把虛擬技術(shù)積極應(yīng)用到GIS系統(tǒng)中，讓二者完美融合，這是急需解決的問題。GIS用戶，可以借助計算機，處理砧三維的個觀世界虛擬環(huán)境，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管和數(shù)據(jù)共享。目前GIS虛擬環(huán)境，主要是城市規(guī)劃方面的，隨著研究的不斷深入，該技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴大。（3）開放式GIS。開放式地理信息系統(tǒng)，又稱之為OpenGIS，指的是在網(wǎng)絡(luò)、通信環(huán)境中，結(jié)合每個行業(yè)的接口不同、標(biāo)準(zhǔn)不同，重新建立地理系統(tǒng)，而后便可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的流動性，數(shù)據(jù)信息可以在系統(tǒng)中穿刺。開放式GIS的實現(xiàn)，可以幫助不同地區(qū)的地理信息系統(tǒng)互相聯(lián)系、互動，同時，在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享最大化。OpenGIS，是組織性、開放性都非常強的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為社會各界提供相應(yīng)的服務(wù)，極大地增加了地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，更好地實現(xiàn)地理信息全球共享，這也是地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢之一。

結(jié)語

智慧城市不是數(shù)字城市、信息化建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)的簡單替代，而是使城市治理社會化、專業(yè)化、智能化和法治化的系統(tǒng)集合。它集中了當(dāng)前城市空間開發(fā)和技術(shù)運用、數(shù)字產(chǎn)業(yè)和社會治理的多個課題，在這個平臺之上，每個人都不再是旁觀者，或簡單的批判者，而是共建共治共享的主體。而地理信息系統(tǒng)以其獨特的技術(shù)特性成為智慧城市規(guī)劃、建設(shè)和發(fā)展中不可或缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫之一。相信將會有越來越多的個人終端設(shè)備成為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸端口，為智慧城市所必需的云平臺數(shù)據(jù)庫貢獻個體的力量。

參考文獻：

[1] 劉明皓.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2015：1-21.

[2] 李德仁，邵振峰，楊小敏.從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實踐[J].地理空間信息.2015，9（6）：1-5.

[3] 張林.地理信息系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市.2017，34（11）：104-105.

（作者單位：正元地理信息集團股份有限公司山東分公司）