地理信息系統在智慧城市中的應用

曲海濤

摘要：近年來，隨著我國國民經濟的發展，促進了我國科技水平的提升。在不斷加快建設智慧城市的進程中，各種創新技術層出不窮，而地理信息系統則為智慧城市的發展提供了不可或缺的數據支持，成為研究和發展智慧城市的重要環節。地理信息系統在智慧城市建設中的應用，可以有效促進城市信息化的建設。本文就地理信息系統在智慧城市中的應用展開探討。

關鍵詞：地理信息系統;智慧城市;發展;應用

引言

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

1.概述

1.1地理信息系統概述

（1）地理信息系統由來。地理信息系統是一種通過獲取、檢索以及分析和顯示數據的方式來建立的數據庫管理系統。其在運行方式上有遙感與非遙感兩種不同的數據信息手段，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，從而實現實體信息的數據化，為實現計算機實體數據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，由于地理信息技術可以通過衛星遙感定位系統來實現實體的數據化，從而極大的降低了人工的信息采集難度以及勞動強度，提升了數據的精準度，所以也為我國的城市現代化建設提供了必要的數據保障。（2）地理信息系統的研究內容。從地理信息系統的研究內容上來看，其主要涵蓋了地理信息數據的獲取、數據的存儲與管理以及數據的處理分析和顯示輸出等多個部分。其中，地理信息系統在我國的現代化建設的應用過程中，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濟發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建設的因素之一。

1.2智慧城市的概念

智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術，促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式[2] 。其主要目的就是使公共服務便捷化、城市管理精細化、生活環境宜居化、基礎設施智能化、網絡安全長效化。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字城市與物聯網的融合[3] ，到現在不單單從技術層面定義智慧城市，而是向人文、社會、環境以及技術之間的聯動和可持續發展，通過將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務資源信息通過互聯網有機連接起來，做出智能化安排，更好地服務于市民學習、生活、工作、娛樂、出行、教育、醫療等方面的需求，以及改善政府對公共服務的管理、環境等。相較過去，更加突出了人在城市中的幸福指數。

2.地理信息系統具體的發展狀況

（1）收集信息。現在的地理信息系統，是把一些基礎性的外界信息，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性信息，就存入了計算機數據庫中，方便人們日后使用。結合不同的信息來源，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、展示數據，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。現在，地理信息系統在不斷發展，遙感技術、GPS技術正在積極地與該系統相互融合，讓信息更豐富，更好地推動地理信息系統的發展。（2）儲存、整合信息。地理信息系統中的數據，可分為兩大類：柵格數據、矢量數據，要想儲存數據，直接將這些數據記錄在電腦儲存器上就OK，然而，怎樣可以確保數據存儲的邏輯更明確，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據，這是最關鍵的。現在分層技術是地理信息系統廣泛使用的存儲技術，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，結合圖層的特點進行就可以了，確保系統正確反應以更好地滿足用戶的信息需求。地理信息系統在不斷地發展壯大，對于信息儲存、整合、監管等方面的需求也在不斷提升，這一問題已是該系統發展必須要解決的問題，在地理信息系統中，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、科學存儲這些信息顯得尤為重要。當今社會，信息技術發展很快，多媒體被廣泛使用在每個領域，在存儲信息時，使用的是光盤技術，該項技術的飛速發展，為地理信息系統儲存信息提供了可靠平臺。在信息監管方面，在分類時，主要參考數據的獲取方式來進行屬性數據、圖形數據的監管，圖形數據的四種形式是點、線、面以及混合。在這其中，混合是一種復雜模式。在地圖上，各地理實體之間的相互關系，要用各種信息之間的關系科學反映出來。（3）處理、分析信息。在處理信息時，要嚴格檢查所輸入的信息，發現不正確，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，整理文字、聲像、圖形等信息，方便用戶識別。借助輸出設備顯示、輸出信息，確保用戶更加便捷地使用信息。常見的顯示輸出設備有電腦顯示器、打印機等等。為了確保數據信息準確無誤，首先要整理信息數據、對其進行細心檢查，科學排版，確保信息輸出的高質量和高效率。

3.地理信息系統在智慧城市中的應用

政府、公眾和企業構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生互動，而地理信息系統很大程度上承載了這種互動所需的數據采集、上傳、儲存、分析的功能。地理信息系統以計算機為載體，顯示和描述了與地理信息相關的各種數據，實現了對物體和地點的空間定位和信息疊加，主要由二維基礎地理數據、三維地理信息系統、影像數據和場景數據構成。目前應用最為廣泛的三維地理信息系統主要由應用層、業務邏輯層和數據層構成。

3.1地理信息體系結構分析

（1）數據層。該體系結構主要起到數據庫的作用，由于智慧城市建設中存在過于龐大的數字化信息，所以數據層的重要性不言而喻，它可以容納豐富的地理場景信息，為后續的智慧城市建設奠定基礎。通常情況下下，為了達到對地理信息系統模型的優化目的，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，以確保后續地理信息平臺的構建;（2）業務邏輯層。業務邏輯層中包括了系統中所有的業務功能，主要由三維瀏覽、三維測量、三維分析、定位熱點區域、查詢屬性以及三維飛行漫游等，通過這些業務功能，可以實現對三維場景的瀏覽。（3）應用層。該體系結構作為用戶操作的入口，可以實現對各項功能模塊的調用和分析處理，讓工作人員可以更加直觀的掌握城市規劃設計的要點，從而便于對內容進行創新和優化。

3.2地理信息系統在智慧城市中設計的應用

地理信息系統（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手段直接對地理空間進行信息采集，另一種則是利用衛星系統直接對該地區定位，并收集該地區的信息數據。雖然二者收集地理信息手段方式不同，但所收集的數據信息是準確的，并具備一定的直觀性。GIS技術水平的不斷提高，對智慧城市的建設發展提供了一定的幫助，因此，我國對GIS進行了深化應用，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。三維GIS的應用主要是通過利用數據信息，建立地理模型，對城市的自然面貌以及周圍環境以模擬的形式，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。通過地理信息系統的應用，工作人員能夠有效的對城市建設進行科學合理的規劃。三維GIS具備著二維地理技術的優點，并且根據二維技術模式，能夠準確的對地理信息系統收集數據提供一定的幫助，并優化數據信息。在智慧城市建設的過程中，相關工作人員需要在城市建設規劃的過程中，具備一定的專業知識，并且，相關設計技術人員必須對城市建設的規劃，具備發散性的思維，全面的對城市未來發展進行考慮。現階段，地理信息系統在城市規劃中應用較為廣泛，而且對城市的建設能夠提供一定的幫助。智慧城市在建設的過程中，該系統所具備的優勢能夠充分的在智慧城市建設中得到應用。對于地理信息系統而言，可有效的為設計人員提供一定的數據，通過對數據進行合理的調整，分析研究，確保智慧城市規劃更加科學合理。

3.3地理信息系統在智慧城市消防工作中發揮的作用

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虛擬救助技術等，全面的提升了智慧城市的發展。GIS在智慧城市中，對于消防而言，能夠全面的提高消防技術。我國在GIS數據中的組織管理技術已經較為成熟，并且能夠將城市建設進行虛擬化，并利用三維空間的數據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容全部的展示出來。當城市中發生火災時，相關人員可通過對GIS的利用，迅速開啟火災地點周邊的消防報警系統，高效的調配附近的消防隊伍與設備，確保人群的安全疏散。該技術能夠直觀地將城市中的消防設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對人生及財產的危害程度。

3.4為城市居民提供便捷化服務

以地理信息系統為數據支撐的基于位置服務（LocationBasedService，縮寫為LBS），已成為當下我們日常生活中使用最廣泛的一種服務，通過個人終端設備智能手機，基于位置服務走入了普羅大眾的日常生活。我們目前所使用的導航、外賣訂餐、共享單車等服務都屬于LBS。智慧城市的信息是可以共享的，要實現數據和信息的共享，必將用到兩種大數據：時空大數據和實時大數據，而這兩種大數據都可通過地理信息系統進行采集和儲存，并做實時分享。當所有數據上傳到云平臺時，就可以根據個體需求，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。當市民需要出行時，可以為其推薦最為快捷的出行方式;當市民有騎行需求時，可以為其推送距離最近的共享單車位置并開鎖;當市民需要外出用餐時，可根據用戶需求向其推薦口碑最好或位置最近的美食;當市民外出旅行時，可根據其所在位置，通過手機實時推送該位置文字、語音或視頻版景點介紹，免去在當地租借導游設備的麻煩，甚至可以為游客和景區提供該市各個景點的實時游覽人數，便于游客提前安排出行，也便于景區做好分流工作。地理信息系統的另一大應用場景就是“精細導航”和“汽車的自動駕駛”。目前市場導航系統的用戶體驗較過去幾年已有較大提升，但在空間位置關系和室內導航上還存在改進空間，而地理信息系統恰恰能解決這一問題。通過三維建模可以對山城、立交橋上下層、大型建筑群內部實現真實重現，完全避免了過去在二維地圖導航無法體現空間位置關系的弊端，實現了三維實景導航。無人駕駛汽車可以通過攝像頭和雷達感知路面情況，通過實時定位系統與地理信息系統的配合實現實時導航并規劃最優行駛線路。

3.5地理信息系統在智慧城市建設中的應用前景

首先，在地理信息系統中包括兩種影像，即航空手段和衛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，最終呈現出一種直觀立體模型;再次，通過地理信息系統的應用，可以對于城市立體規劃模型進行精細調整，例如通過增加小的建筑模型等手段，使城市規劃更加完善;最后，地理信息系統作為對二維地理技術的發展延伸，仍然保留了二維地理信息技術的很多特征，通過對二維地理系統的分析和查詢，地理系統提供了許多必要的數據。

4.地理信息系統的發展趨勢及策略

（1）網絡化。伴隨著網絡技術的發展，GIS技術也實現了快速發展，在當前的網絡時代，人們越來越重視GIS技術的推廣和使用，萬維網GIS的建立，也是GIS研究的一個非常重要的突破性話題。互聯網GIS將是非常重要的發展趨勢，也將是研究工作的重點之一。網絡GIS，讓網絡瀏覽、網絡發布、在線下載成為現實。當前，基于網絡的GIS技術，仍處于研發狀態，要想最終實現，還需要進一步的檢驗或是測試。這一技術是為了實現網絡和GIS技術的結合，借助網絡，GIS技術能夠廣泛被人們認可和使用。（2）虛擬GIS。所謂的虛擬GIS，是將現代虛擬技術與GIS相結合，借助現代技術（例如3D、4D等）做支撐，集成技術，這一技術是一種高級的人際交互技術，它可以有效模擬在自然環境中，人的聽、視、行動等行為。GIS虛擬技術，有三個特征：Immersion沉浸、Interatuon交互、Imagination構想。因為在技術方面還受限，所以，此項技術要想實現，還有很大的局限性。怎樣把虛擬技術積極應用到GIS系統中，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境，實現環境監管和數據共享。目前GIS虛擬環境，主要是城市規劃方面的，隨著研究的不斷深入，該技術的應用范圍也在不斷擴大。（3）開放式GIS。開放式地理信息系統，又稱之為OpenGIS，指的是在網絡、通信環境中，結合每個行業的接口不同、標準不同，重新建立地理系統，而后便可實現系統內部數據的流動性，數據信息可以在系統中穿刺。開放式GIS的實現，可以幫助不同地區的地理信息系統互相聯系、互動，同時，在數據庫中，實現數據共享最大化。OpenGIS，是組織性、開放性都非常強的系統，該系統可以為社會各界提供相應的服務，極大地增加了地理信息系統的應用范圍，更好地實現地理信息全球共享，這也是地理信息系統發展趨勢之一。

結語

智慧城市不是數字城市、信息化建設和物聯網的簡單替代，而是使城市治理社會化、專業化、智能化和法治化的系統集合。它集中了當前城市空間開發和技術運用、數字產業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。而地理信息系統以其獨特的技術特性成為智慧城市規劃、建設和發展中不可或缺的基礎數據庫之一。相信將會有越來越多的個人終端設備成為地理信息系統的數據采集和傳輸端口，為智慧城市所必需的云平臺數據庫貢獻個體的力量。

參考文獻：

[1] 劉明皓.地理信息系統導論[M].重慶：重慶大學出版社，2015：1-21.

[2] 李德仁，邵振峰，楊小敏.從數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.地理信息系統在智慧城市中的應用研究[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）