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(guó)學(xué)者特別是地學(xué)界的專家認(rèn)識(shí)到“數(shù)字地球”戰(zhàn)略將是推動(dòng)我國(guó)信息化建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要武器。

從這之后，在我國(guó)與“數(shù)字地球”相關(guān)相似的概念層出不窮，“數(shù)字中國(guó)”、“數(shù)字省”、“數(shù)字城市”、“數(shù)字化行業(yè)”、“數(shù)字化社區(qū)”等名詞充斥報(bào)端和雜志，成了最熱門(mén)的話題之一。許多省、市把它作為經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要戰(zhàn)略來(lái)抓。

回過(guò)頭來(lái)看這一階段”數(shù)字城市“的建設(shè)過(guò)程所取得的成果是將我國(guó)城市信息化建設(shè)向前推動(dòng)了一大步。”數(shù)字城市“建設(shè)的推動(dòng)力主要來(lái)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(shí)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(shí)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(guò)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(wèn)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(méi)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(kāi)的外國(guó)關(guān)系理事會(huì)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為支撐，以“大數(shù)據(jù)時(shí)代”的數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)設(shè)施，在城市各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用的高級(jí)城市發(fā)展形態(tài)。

智慧城市的實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)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)”。“智慧城市”自從提出概念以來(lái)，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(kāi)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(shí)物都可以進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)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(shí)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(jì)算”提供了很好的解決方案。

通過(guò)云端的計(jì)算，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧城市通過(guò)集中整合各類信息，并將處理后的各類信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去，實(shí)現(xiàn)資源共享，網(wǎng)絡(luò)間的個(gè)體之間可以實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)候需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)處理的時(shí)候需要云計(jì)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(gè)方面分析：

一是當(dāng)土地上的建筑物容積率超過(guò)1：1時(shí)，意味著建筑面積超過(guò)了土地面積。美國(guó)曼哈頓地區(qū)的建筑面積就超過(guò)了土地面積。如果“數(shù)字城市”中沒(méi)有包含巨大的建筑空間的數(shù)字化，這個(gè)“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(gè)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(shí)現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化。

隨著建筑信息模型（BuildingInformationModeling，簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為我們實(shí)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(jì)建造領(lǐng)域帶來(lái)了第二次革命，是從二維圖紙（CAD）到三維設(shè)計(jì)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(jì)、建造和運(yùn)維方式；同時(shí)，BIM技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)城市的徹底數(shù)字化，隨之而來(lái)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(guò)政務(wù)云、政務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)及完善的政務(wù)信息資源目錄體系，實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)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(guò)整合政府門(mén)戶網(wǎng)站、呼叫中心等相關(guān)政務(wù)服務(wù)資源，實(shí)現(xiàn)政府、企業(yè)和公眾隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、電話、移動(dòng)終端等多種渠道獲取一致與整合的政務(wù)服務(wù)。

3）通過(guò)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(huì)其它機(jī)構(gòu)和公眾等提供一站式服務(wù)，實(shí)現(xiàn)足不出戶就可以隨時(shí)隨地辦理相關(guān)業(yè)務(wù)。

4）通過(guò)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(jì)算手段，以及科學(xué)的智能分析協(xié)同決策系統(tǒng)，實(shí)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)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧物流，面對(duì)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(duì)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(shí)，車主按動(dòng)車上安裝的緊急按鈕，通過(guò)無(wú)線通信接通客服中心。客服人員能夠通過(guò)GPS技術(shù)精確定位，將救援送達(dá)車主。在救援過(guò)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(shí)調(diào)度救援資源，最小化車主的生命財(cái)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(shí)時(shí)交通信息，推薦最短路徑、時(shí)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(dòng)態(tài)顯示車位占用狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)停車場(chǎng)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(jì)統(tǒng)計(jì)停車場(chǎng)的分時(shí)段占用率、每天或使用率，輔助知道停車管理安排。

（三）測(cè)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(shì)，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(gè)發(fā)展方向：一個(gè)是基于線陣（LINeａr　Ａrray）的傳感器方向，代表產(chǎn)品有AdS40；另一個(gè)是基于面陣（PlaNe　Array）的傳感器方向，代表產(chǎn)品有dMc、ucd等。

我國(guó)也逐步研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航空數(shù)碼相機(jī)TOPdc、Swdc等，并進(jìn)行了多次科研試驗(yàn)。這些航空數(shù)碼傳感器已成為我國(guó)高分辨率影像獲取的主要設(shè)備，同時(shí)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(lái)源。

此外，中低空高分辨率主被動(dòng)寬幅與三維探測(cè)遙感設(shè)備、寬幅高精度的航空數(shù)碼測(cè)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(duì)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(lái)，高空間分辨率的遙感衛(wèi)星成為商業(yè)遙感主流。2009年，美國(guó)宣布放開(kāi)1M分辨率SAr商業(yè)衛(wèi)星限制，廣泛應(yīng)用的有SPOT5、IKONOS、QuIcKBIrd和OrBVIew等。

我國(guó)測(cè)繪衛(wèi)星即資源三號(hào)衛(wèi)星資源三號(hào)衛(wèi)星集測(cè)繪和資源調(diào)查功能于一體，主要用于生產(chǎn)中國(guó)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(cè)和更新，開(kāi)展國(guó)土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)，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(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域提供有效的服務(wù)，同時(shí)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(cè)距，直接獲取高精度的數(shù)字表面模型，然后通過(guò)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)。

因此，它具備了同時(shí)獲得多光譜CCD影像的能力，為后續(xù)應(yīng)用提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。LI－DAR系統(tǒng)是集GPS技術(shù)、IMU技術(shù)、激光測(cè)距技術(shù)和高分辨率CCD相機(jī)于一體的當(dāng)代對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù)。

它不但會(huì)為對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供新型數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)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(cè)量系統(tǒng)

低空無(wú)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(guò)地面遙控實(shí)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(duì)象各種紋理信息最可靠的來(lái)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(guò)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(jiàn)面和不可見(jiàn)面。首先判斷屋頂和墻面的“可見(jiàn)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(shí)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(lái)的一項(xiàng)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(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從1個(gè)垂直角度和４個(gè)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(shí)地反映地物的實(shí)際情況，提高我國(guó)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(yǔ)

智慧城市建設(shè)是一個(gè)始終會(huì)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(zhǎng)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。

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