智能城市背景下城市空間云技術應用場景研究

摘 要：在中國城市建設邁入高質量發展時期，智能空間日益普及的社會背景下，該文通過研究智能城市空間云技術，以實例解析云技術在智能生態、智能交通、智能教育等場景中的應用。得到云技術的革新方向與發展趨勢，得出城市空間設計將因為智能軟件程序的應用得到品質的提升，帶動區域經濟綠色發展，推動城市向著更智能的方向邁進。

關鍵詞：智能城市；云技術；空間設計；智能軟件；應用場景

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0018-04

Abstract： Against the backdrop of high-quality development of urban construction in China and the increasing popularity of intelligent spaces， thispaperstudiessmart city's urban spatial cloud technology and analyzes its applications in intelligent ecology， intelligent transportation， intelligent education， and other areas through case studies， so as to get the innovation direction and development trend of cloud technology. It is concluded that urban space design will improve the quality of the application of intelligent software programs， promote the green development of regional economy， and promote the city to move forward in a more intelligent direction.

Keywords： smart city; cloud technology; spatial design; intelligent software; application scenario

智能城市作為城市發展的新趨勢逐漸嶄露頭角。城市空間云技術，作為支撐智能城市建設的重要組成部分，融合了云計算、大數據、地理信息系統等先進技術，為城市數據的存儲、處理和共享提供了全新的解決方案。在城市規劃、交通管理、環境監測等方面，城市空間云技術正展現出巨大的潛力，為構建更加智能、綠色、可持續的城市提供新的思路與技術支持。本研究的目的在于通過深入剖析城市空間云技術在智能城市中的具體應用場景，揭示其對城市管理與發展的積極影響。

1 智能城市與城市空間云技術概述

智能城市是一種基于先進信息技術的城市發展模式，旨在通過高度數字化和智能化的手段，提升城市的治理效能、資源利用效率和居民生活質量。利用物聯網、大數據、人工智能等技術，實現城市基礎設施的互聯互通，數據的實時采集和分析，以及智能決策的推動。智能城市通過建設智慧交通、環境監測、智能安防等系統，實現城市各領域的智能化管理，為可持續發展和提升城市生活質量創造條件[1]。

城市空間云技術是一種綜合運用云計算、大數據分析和地理信息系統的先進技術，旨在實現城市空間數據的高效管理與應用。其基本原理在于將城市中涉及的各類空間信息，如地理位置、建筑結構、交通流動等，通過云計算的強大計算能力進行集中存儲、處理和分析。這種集成的空間信息體系能夠為城市決策者提供全面、多維度的數據支持，有助于深入理解城市運行的復雜性[2]。

2 城市空間云技術應用場景研究

城市空間設計的“智能化”設計主要體現在綜合應用平臺中的智慧系統集成，即將城市公共空間設計中所需的導視系統、求助系統、安防系統、生態監測系統和智慧灌溉系統等程序通過智慧開放空間云的統計和分析，上傳到遠程應用終端，最終實現城市空間的管理者、使用者都能通過電腦軟件、手機APP等方式實現云統計和云管理[3]，如圖1所示。

2.1 智能生態系統在城市空間中的應用

城市空間的生態評價標準是相當重要的。城市空間云平臺具備服務區間內的生態監測和預警功能，系統利用探測傳感器，RFID射頻識別系統及GIS、GPS、RS系統的聯合作用對城市開放空間內的綠色植被區域實施生態監測[4]。RFID系統將綠色植被當下的植株水含量、土壤水飽和度、土壤微量元素占比和病蟲害情況分析等數據輸送至系統終端；配合3S技術對溫度、濕度、降雨量的情況整理。輸出區間內植物的生長情況、健康狀態、氣候影響報告[5]。城市空間云平臺的監測系統還可以通過探測系統對空氣質量進行紅外分析，對空氣中的負氧離子濃度、空氣中PM2.5含量及空氣中的細菌量進行分析和評價[6]。

長春市凈月區于2020年啟用生態模型庫EIMs，旨在獲取各類城市生態系統服務評估及其他典型綜合指標核算服務。截至2023年12月，凈月區環境評估指數有7.8%的提升。平臺通過對空氣質量、水體質量、植物生長情況的數據分析，并通過手機程序推送給管理人員治理建議，為公共空間的環保和運營提供有效的監測數據和科技支撐[7]。

2.2 智能安保系統在城市空間中的應用

云平臺通過360°視頻監控設備及高清攝像機捕捉區域內畫面，對進入城市開放空間的人群實施遠程保護，當游憩過程中發生緊急情況及危險時，安全防護系統就會啟動園區應急救援系統，及時搶救處理，避免或減少危險的發生[8]。在智能城市的建設中，SOS一鍵求助系統是重要的設計內容。城市開放空間云平臺的求助系統利用GPS定位技術、SOS服務中心與城市空間安全防護系統共同構建[9]。城市開放空間內的市民發生突然傷病或遭到傷害時，可以通過手機小程序運行SOS一鍵求助，平臺收到求助信號后會將求助者定位，即時畫面遞交給SOS服務中心，使求助者迅速獲得幫助[10]。

2.3 智能交通系統在城市空間中的應用

實時停車APP通過在城市空間周邊設置智能停車系統，可以實時獲取停車位信息，包括空位數量、位置等，方便用戶快速找到停車位[11]。同時，智能停車系統APP還支持用戶預約停車服務，即通過智能停車系統，可以提前預約停車服務，節省停車時間，避免在停車場周圍尋找停車位的時間浪費[12]。APP還聯動第三方平臺，設置自動繳費業務，智能停車系統可以實現自動繳費功能，市民可以通過手機或支付寶等方式進行停車費的繳納，提高停車的效率[13]。智能停車系統在城市開放空間的應用，可以提高城市的交通效率和市民的出行體驗，減少交通擁堵和環境污染，促進城市可持續發展。

2.4 智能教育系統在城市空間中的應用

云計算可以應用于實驗室自動化和智能化。使用機器學習算法來優化實驗參數和流程，提高實驗效率和準確性。智能實驗室還可以利用傳感器和機器視覺技術，實現實驗設備的自動監控和控制。云計算提供了彈性和可擴展的計算資源，可以滿足虛擬現實應用的高性能計算需求。虛擬實景建筑漫游軟件依托云計算平臺，綜合運用計算機圖形學、虛擬現實技術、交互設計等多個領域的技術，將實際建筑物的外部和內部呈現為高度逼真的虛擬場景，使用戶能夠在計算機或虛擬現實設備上自由瀏覽和交互。軟件廣泛應用于城市博物館、房地產展示、文化遺產保護等領域[14]。虛擬實景建筑漫游軟件也為高校教育提供了新的教學手段，可以更靈活地進行遠程教學、虛擬實驗等。沈陽建筑大學在展覽館中啟用虛擬實景建筑漫游軟件，輔助外國建筑史課程教學，為學生提供一種身臨其境的學習體驗[15]。學生通過虛擬漫游軟件自由漫游歷史建筑，近距離觀察細節，深入了解外國建筑史以及建筑演變背后的文化和歷史脈絡。通過與在線學習平臺結合，學生可以隨時隨地通過電腦或手機進行學習，使得教學更具包容性和靈活性[16]。智能教育系統還可以高效處理數據的分析和挖掘，幫助科研人員發現隱藏的模式和趨勢。通過機器學習算法，可以從海量數據中提取有用的信息，加快科學研究的進展。例如，人工智能可以用于基因組學研究中的基因序列分析，幫助科學家理解基因功能和疾病機制。

智能教育軟件應用推廣迅速，據LPthb教育研究統計，2023年我國智能教育行業產值為3 419.5億元，其中在線教育規模972.6億元，數字化教學APP規模704.3億元，如圖2所示。隨著教育數字化戰略發展，2024年僅K12教育信息化經費投入高達2 000億元；2025年中國在線職業教育市場規模將達到6 497億元[17]。

2.5 智能灌溉系統在城市開放空間中的應用

城市開放空間的受眾群體會在不同時段進入開放空間的休閑區、景觀欣賞區等，白天幾乎無間斷的人流量限制了管理人員的植被澆灌時間。為保證對市民無打擾、無影響、無時限的區間植被灌溉，智慧城市開放空間云平臺設置了精準灌溉程序。該程序將根據智慧生態監測預警系統對園區溫度、濕度、降雨量、土壤濕度、植物生長數據、植物個體水量需求、精準澆灌范圍的數據報告，精準地實施智慧灌溉。這樣的灌溉方式可以避免灌溉噴水對空間內市民的干擾，給予科學合理的灌溉水量。成都市浣花溪公園市民廣場用水量數據統計：2023年7月使用智慧灌溉系統的用水量，較2020年同期未使用智慧灌溉系統時期的傳統灌溉用水量節約180 m3 [18]。

3 案例解析：城市公共空間智能化設計

杭州市西湖區的城市公共空間采用了智慧管理系統，運用信息化、數字化管理軟件對城市空間給予科學治理。城市公共空間附屬停車位實現了杭州市內全域開放空間，旅游景點，博物館展覽館等公共空間的智能化集成管理，通過系統平臺的統一制定，加強管理不合理抬桿、涂改覆蓋車牌捕捉監控儀器，停車時間記錄，系統自動扣費及車管收入自動統計功能[19]。西湖區城市智能空間設計利用高位視頻為停車區域及附近路段進行動態管理，向導航APP推送停車位置的動態數據，實現區域內的車位綜合調度和手機查詢，解決了停車難的問題。城市空間選用的智慧型城市燈桿同樣給市民生活帶來便利，智慧燈桿以傳統照明燈桿為載體，搭載數據采集、通信基站、智能應用和信息交互等各類桿件，進行多桿合一設計[20]。在終端層，可實現智能照明、微氣象監測、視頻采集、Wi-Fi覆蓋、LED信息顯示、公共廣播和充電樁等功能模塊，成為城市物聯傳感網絡的采集端，從而為智慧城市治理提供城市安防治理、交通治理、便民服務、環境監測、智能控制等功能[21]。在智慧燈桿項目建設中，聚焦智能終端的組網方案，聯通燈桿搭載的多個設備，給出滿足應用場景需求的一體化解決方案。在城市公共空間的設計、建造及運營過程中，加入智能軟件的輔助將提供更安全、更有趣、更具環保性的公共空間，更是實現綠色建筑和智能建筑的途徑。

4 城市空間云技術應用場景的技術創新與挑戰

城市空間云技術作為一種新興的信息技術，具有廣泛的應用場景，涉及城市交通、規劃設計、環境監測、安全管理等多個領域。在這些應用場景中，城市空間云技術不斷進行技術創新，以應對各種挑戰。首先，城市交通是城市空間云技術的重要應用場景之一[22]。在交通管理方面，城市空間云技術可以通過實時監測交通流量、預測擁堵情況、優化交通信號控制等手段，實現智能交通管理和優化。然而，面對龐大的交通數據和復雜的交通環境，城市空間云技術需要不斷創新，提高數據處理和分析的效率，以應對日益增長的交通需求。其次，城市規劃設計是另一個重要的應用場景。城市空間云技術可以為城市規劃和設計提供精準的空間數據支持，幫助規劃者制定科學合理的城市發展方案。然而，城市規劃涉及多個方面，包括地形地貌、用地類型、人口分布等，因此城市空間云技術需要不斷創新，提高數據采集和分析的精度和全面性。另外，城市環境監測與治理也是城市空間云技術的重要應用場景之一。城市空間云技術可以通過監測空氣質量、水質污染、垃圾處理等環境數據，實現對城市環境的實時監測和智能化治理[23]。然而，城市環境涉及復雜的多元因素，城市空間云技術需要不斷創新，提高環境監測和治理的精準度和有效性。城市安全監控與應急響應也是城市空間云技術的重要應用場景之一。城市空間云技術可以結合視頻監控、傳感器數據等信息源，實現對城市安全狀態的實時監測和預警。

5 城市空間云技術發展前景

城市空間云技術的發展前景非常廣闊。隨著城市化進程的加速和信息化技術的不斷發展，城市面臨著越來越多的挑戰和需求，如交通擁堵、環境污染、安全隱患等。城市空間云技術作為一種整合城市各類數據資源的新型技術，可以實現對城市空間的實時監測、分析和管理，為城市智能化建設和精細化管理提供了有力支持。通過整合地理信息、人口統計、交通流量等多種數據資源，城市空間云技術可以實現智能交通管理、智慧環境監測、智能安全監控和城市規劃設計優化等功能，有望為城市提供更加智能、便捷、安全、舒適的生活環境。未來，隨著人工智能、大數據分析、物聯網等相關技術的不斷發展和應用，城市空間云技術將進一步拓展應用領域，為城市發展帶來更多新的機遇和可能性[24]。

6 結束語

城市空間應用智能云技術將進一步便利市民生活，繁榮城市人文，推動城市綠色發展。城市空間的智能便捷和生態環保是城市發展的趨勢，未來幾年，城市空間智能化會在其形式、功能、過程與價值方面賦予以更多內涵。智能城市空間設計方法能給當下與未來的城市空間設計提供理論與實踐模型，為我國城市特色文化打造、城市與社會的文化活力提升提供積極有益的借鑒。

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基金項目：吉林省高教科研重點課題（JGJX2023C151）；吉林省高教科研重點課題（JGJX2023C152）

第一作者簡介：徐慧敏（1987-），女，碩士，講師。研究方向為智能城市設計與智慧教學應用。