地理信息為載體的城市設計論文

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1基于地理信息的地理設計

用地理思維的角度去觀察城市，我們可以了解城市是怎么樣的、為什么是這樣?；诘乩硇畔⒌闹庇^表達，可以揭示城市經濟和社會現象的空間關系以及空間結構，城市中的人與環境的內在相互關系、相互影響等。用地理信息去研究城市可以跨過早期的簡單因果關系直接進入現代廣泛流行的相互作用關系論中。城市中的各種因素包括人、社會主體和經濟主體，單個因素活動可能是沒有規則的，如果用地理的角度去研究就會顯現出明顯的空間規律。地理信息作為一種空間表達、空間呈現和空間關系的描述信息，為人類進行空間思維提供了交互語言。借助于地理信息清楚了解城市各種運作的規律，有助于我們對城市進行統籌，在城市的規劃建設、運維管理、應急救災等方面可以做到更好。地理設計是一種將地理科學和GIS方法融入到設計過程中的系統方法學。相對于傳統的城市設計，地理設計更強調了依托地理環境背景，對城市建設進行方案設計。在設計的過程中有一系列的功能、方法、工具和模型根據原有的空間及屬性信息結合當前輸入的設計方案進行動態分析評估，并把評估結果用地理的方式直觀表達出來，快速地為設計者提供反饋互動，讓設計者及時了解設計方案在各個方面引起的影響，進而進行設計方案的迭代修改，直到生成總體效果良好的設計方案。在這個過程中還可以包含信息共享及協同工作機制，讓更多的人和部門同時參與到設計階段中，確保方案的優良特性。地理設計的系統方法及實現工具在日益完善中，隨著時間的推移將越來越多地在智慧城市建設中起到重要作用。智慧城市有多個特征，其中一個主要特征是可持續性。城市運行維護管理的優劣也很大程度地決定了城市的智慧化程度。城市運行維護管理的主要內容包含城市公共設施管理、城市資源與生態環境管理、城市經濟管理及城市社會管理等方面。在城市運行維護管理中，與空間位置相關的內容都可以利用地理信息技術來進行分析處理。利用地理信息技術收集城市運行維護管理信息，分析評估城市管理效果，根據分析評估的結果調適原有的管理體制、方式和方法，努力提高管理的效率、優化管理效果，取得更好的社會效益及經濟效益。讓城市的運行進入一種良性的可持續的狀態中，真正實現智慧城市的建設目標。

2時空地理信息的獲取與利用

智慧城市是依托信息科技和智能技術來實現城市運行管理的及時感知、互聯傳遞、利用和分析，從而創新城市運行、管理、服務機制，提升城市科學管理和決策的“智慧”。智慧城市的主要特征包括全面感知、互聯互通和融合計算等。無論是在過去、現在還是未來，任何人、事、物、組織都必須依附于空間環境內，而對不同時態下的人、事、物、組織的空間存在位置的描述亦是地理信息的一種，這是一種廣泛存在的地理信息，是描述任何事物的位置元數據。從空間維度來看，可以將所有完整的事物主體描述信息看成是地理信息和屬性信息的結合，考慮與測繪地理信息進行區分，不妨把地理信息分類為基礎地理信息和泛在地理信息，而政務專題信息、衛生專題信息等社會要素則是泛在地理信息的一個個子集?？梢钥吹?，跳出傳統狹隘的基礎地理信息思維，整合利用基礎地理信息和泛在地理信息，才可以把社會人文的所有對象結合空間思維來思考和決策，這是充分利用地理信息提供城市“智慧”的前提。時間和空間，是自然宇宙的兩個維度，也是城市運行管理服務的兩大通用規則。時空信息的結合，為融合利用城市海量信息指出一條清晰的路徑。城市可以空間為橫軸、時間為縱軸，鉆取城市信息，建設一個智慧城市運行監測平臺，只要盡可能多地接入城市感知信息（比如溫濕度與空氣監測信息、水文水質監測信息、各種定位信息、城市攝像頭、公交刷卡信息、POS刷卡信息、通信基站連網數據、交通卡口信息、ETC不停車收費記錄等等，將感知的概念再延伸一些，還有遙感遙測信息、企業和個人去公共服務窗口辦業務記錄、個人住賓館酒店的記錄、乘車和乘飛機時的身份記錄等等），實現城市信息的大集成，就可以展示城市現在、再現城市的過去、模擬城市未來。想象一下，坐在智慧城市的運行中心，在以大幅地圖為背景的屏幕上，可以看到實時的城市各局部的氣象環境、溫濕度、PM2．5等，可以回顧城市的歷史氣象，還可以模擬將來氣象；可以看到實時的城市人流、車流動態，可以回顧歷史人流、車流，還可以模擬未來4小時、8小時、12小時內的人流車流；可以查看任何一個人或車的運動行進軌跡，還可以揭示其在空間上的時間規律；可以看到水文水質情況，可以回顧和預測水位信息，還可以及時提醒污染變化情況；可以看到實時的城市警情，可以回顧歷史警情，還可以預測未來的警情波動的時間區間和空間區間；可以看到最新的遙測信息，可以獲得地面滑坡、違建的智能提醒，還可以生成應急警告或清違指令；等等。從城市信息化的角度來看，以往主要著力于時間維的信息分析和利用，在智慧城市框架下，在時間維的基礎上結合空間維，時空信息的融合利用，給了城市運籌帷幄的底氣和智慧。城市要獲得和提升智慧，需要持續提升兩個方面的能力，一是充分獲得信息的能力，沒有高度信息化的城市沒資格談智慧，所以智慧城市建設的主要任務之一是延伸信息感知觸角、集成城市信息；二是充分利用信息的能力，如果城市匯聚一個龐大的綜合數據庫，而不加以呈現、分析和利用，那么信息的價值度必然很低，城市也談不上智慧。時空思維是實現城市智能與智慧的主要手段，由于時間一直是城市信息的主要元數據，因此要提升城市智慧，主要面臨的重大挑戰是如何提高城市的空間思維能力：1）如何把從各種途徑采集、感知、分布和匯聚的海量信息進行空間化，將其轉化為泛在地理信息，從而能實現對海量信息的空間呈現和抽取，為城市管理者和服務對象提供空間思維輔助。2）如何賦予計算機系統一些空間業務規則，從而實現城市的空間智能。從地理信息共享服務的角度來看，需要實現城市地理信息（包括基礎和泛在地理信息）的隨需共享，以支撐各行業部門及各種協同應用需求。

3智慧城市的時空信息框架設計

智慧城市的空間基礎框架需要滿足各種情況下的時空信息展示呈現要求，因此需要最大程度地整合城市的各種尺度、各種樣式、各種來源、各種時相的基礎地理信息，具體來說除了基礎的矢量數據、影像數據、實景影像、2．5維等數據外，城市的基本地物，如地下空間、管網、地上城市部件、建筑、橋梁、城市宗地、城市規劃定案等都應納入為基礎地理空間信息的服務范疇?；A空間數據的共享整合，優先采用數據交換方式實現數據集中，并整理好各地物實體的空間關系，比如社區和宗地的關系、宗地和建筑的關系、建筑和地下空間及管網的關系等，從而形成較完整的城市空間實體數據庫，為城市提供全方位的、高性能的基礎地理信息服務。一些正在規劃、正在設計、正在建設的空間實體，可以通過地理服務方式，到基礎地理信息服務平臺。為滿足智慧城市的時空分析需求，需要將大量的人、事、物、組織等社會人文信息進行精確空間化，生產城市的泛在地理信息。傳統的基于標準門樓牌數據的匹配服務，能滿足標準地址的精確匹配問題，不能滿足非標數據的空間化需求，也不能解決地址描述信息的非標問題。為此，需要從以下5個方面進行智慧城市的時空框架設計：

1）建立位置資源庫，構建豐富的地理標識庫。

在標準地址門樓牌庫的基礎上，混合各種地址編碼技術，采集和抽取大量的城市地理部件或人文地理標識，建立位置資源庫，并不斷地補充完善；大量的城市感知設備都是重要的電子標識資源，要納入位置資源庫統一規范管理。

2）提供強大和精確的位置尋址服務，支撐快速空間化的重要基礎地理服務。

3）與產生城市管理信息的關鍵業務系統結合。

泛在位置信息在業務中進行確認是最為準確的，與各關鍵系統的地址登記模塊進行結合，給結合系統提供選擇性輸入位置描述或空間坐標，能減少非標地址的產生，減少批量空間化的壓力，甚至能獲得一些位置資源標識。

4）建立動態感知信息接入平臺。

大量的前端感知信息要進行空間呈現，需要解決動態信息接入、空間化及基于空間規則的預處理、分發和基于空間地圖的動態展示等所有問題，需要一個統一的信息接入平臺負責處理。

5）提供泛在化的地理信息服務。

智慧城市的地理信息服務要滿足隨時、隨地和隨需的要求，由于數據分布、保密等客觀原因，大量的泛在地理信息還是分布于不同單位，但整體上要按SOA架構，實現分布式的地理信息服務和融合共享服務，滿足智慧城市對地理信息的流程化協同共享的需求。

4應用案例研究———以智慧紐約為例

紐約市作為美國最大的城市與商港，也是世界經濟中心之一，其集中、高效、密集、多樣性及無盡的創造可能性為建設智慧城市提供了先天優勢，智慧紐約設計內容關注于城市環境的5個層面：土地、空氣、水、能源以及交通運輸，期望2030年為全紐約人建設一個更加便利、美麗、健康和平等的城市。目前美國智慧城市設計所遵循的是“紐約市（2007－2030）城市總體規劃”（PlaNYC），主要涵蓋十大模塊目標。通過紐約智慧城市設計案例可以認識到，智慧設計區別于傳統設計，主要體現在所關注方向不僅僅局限于城市的建設和經濟的發展，更需結合智慧城市的發展目標將關注面擴展到市民生活息息相關的各項內容中去。而地理信息技術以其直觀的空間呈現、對空間關系的計算處理能力，為人的空間思維提供了重要輔助手段，從而提升個人或組織的智慧。在以地理信息為載體的智慧紐約的設計建設中，人們通過城市部件的位置，可以找到維護保養單位；通過危急事故區域，可以找到最近的應急資源和隊伍；通過環境污染的演進路線，可以找到污染源；通過傳染病分布分析，可以找到可疑傳染病源；通過個人的位置，可以找到最近的酒店、商店和朋友等，這些都是基于地理信息獲得和提升智慧的具體表現。通過地理信息為載體的資源統籌、分析數據、構建模型，能夠提供良好的城市建設與管理的政策和方法。

5結束語

人們最普遍關注的一些問題：在哪里？到哪里去？怎么去？那里有什么？這些都可以借助地理信息技術去解決。城市中的人、物、事都與地理空間位置相關，都可以承載在地理空間之中。用地理思維和地理科學，能有效發現這些因素的內在規律，從而進行科學的設計和引導，讓其朝著良好的方向發展，讓整個城市更加和諧、高效并可持續，讓人們的工作生活更加美好。智慧城市的建設是一個復雜漫長的過程，而基于地理信息科學的設計方法能有效地為智慧城市建設加速。

作者：王長海周曉琴陳碧宇單位：南寧市勘察測繪地理信息院武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室