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這些“黑科技”加速智慧城市褪去“概念”外衣！
發(fā)布時間：2017-03-31 分類：趨勢研究
智慧城市作為未來成為規(guī)劃的主旋律，規(guī)模宏大，前景廣闊，從提出到實施一直受到中央到地方各級政府的高度重視，包括深圳、無錫、南京等許多城市把建設智慧城市作為未來發(fā)展重點。然而，智慧城市的發(fā)展在中國已經不再是一個概念，而是進入了實質性的建設和推進階段。那么在智慧城市“概念”外衣加速褪去的過程中，有哪些技術幫了大忙？
智慧城市“概念”外衣加速褪去 這些技術是“功臣”
首先來了解下什么是智慧城市。
智慧城市的實質是利用先進的信息技術，實現(xiàn)城市智慧式管理和運行，進而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。李德仁院士指出，“智慧城市=物聯(lián)網+互聯(lián)網”?！爸腔鄢鞘小弊詮奶岢龈拍钜詠恚捅淮蠹覐V泛關注，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)網緊密相連。物聯(lián)網就是“物物相連的互聯(lián)網”，其離不開互聯(lián)網，以物聯(lián)網為核心的，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡，它將使得任何物理的實物都可以進行信息交換和通訊，實現(xiàn)了物物相連。
2)智能應用。智慧城市擁有海量的數(shù)據(jù)，要真正實現(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“云計算”提供了很好的解決方案。
通過云端的計算，結合互聯(lián)網技術，智慧城市通過集中整合各類信息，并將處理后的各類信息通過網絡傳遞出去，實現(xiàn)資源共享，網絡間的個體之間可以實現(xiàn)信息交互，從而完成信息的增值應用。
3)高新技術的整合。要實現(xiàn)智慧城市，需要整合許多高新技術，如數(shù)據(jù)采集的時候需要遙感技術、GPS技術、物聯(lián)網技術等，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候需要網絡技術，數(shù)據(jù)處理的時候需要云計算、GIS技術等。
建筑信息模型(BIM)技術
隨著建筑信息模型(BIM)技術的出現(xiàn)和推廣應用，為已建和新建的建筑空間數(shù)字化提供了可行的技術路線。
建筑空間數(shù)字化的充分必要性，可以從兩個方面分析：
一是當土地上的建筑物容積率超過1：1時，意味著建筑面積超過了土地面積。美國曼哈頓地區(qū)的建筑面積就超過了土地面積。如果“數(shù)字城市”中沒有包含巨大的建筑空間的數(shù)字化，這個“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、二是在去另外一個房屋里的路上。在路上由地理信息提供服務，那么到了房屋內怎樣得到更好、更智慧的服務呢？所以必須實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化。
隨著建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術的出現(xiàn)和發(fā)展，為我們實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化提供了技術途徑。
BIM技術，為工程設計建造領域帶來了第二次革命，是從二維圖紙(CAD)到三維設計和建造(BIM)的革命，也是一次真正的建設行業(yè)革命，BIM技術將徹底改變建設工程設計、建造和運維方式；同時，BIM技術正在實現(xiàn)城市的徹底數(shù)字化，隨之而來的應用與影響極其廣泛、深遠。
物聯(lián)網技術在智慧城市建設中的應用
(1)智慧政務
1)通過政務云、政務數(shù)據(jù)交換平臺及完善的政務信息資源目錄體系，實現(xiàn)跨部門的信息共享與資源整合，建立一體化的政務資源體系。
2)通過整合政府門戶網站、呼叫中心等相關政務服務資源，實現(xiàn)政府、企業(yè)和公眾隨時隨地通過互聯(lián)網、電話、移動終端等多種渠道獲取一致與整合的政務服務。
3)通過資源共享及流程整合，完善政務服務監(jiān)管渠道，為企業(yè)、社會其它機構和公眾等提供一站式服務，實現(xiàn)足不出戶就可以隨時隨地辦理相關業(yè)務。
4)通過建立完善的信息采集系統(tǒng)，利用強大的數(shù)據(jù)挖掘、加工處理等海量數(shù)據(jù)計算手段，以及科學的智能分析協(xié)同決策系統(tǒng)，實現(xiàn)政府科學、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?；谖锫?lián)網的智慧物流，面對的是形式多樣、信息關系異常復雜的各類數(shù)據(jù)，多元化的數(shù)據(jù)采集、感知技術，為智慧物流提供了幾本的技術支撐。
2)泛在網絡支撐下可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，泛在網絡將成為信息通訊網絡的基礎設施，在于其它網絡融合的基礎上，提供給智慧物流可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術，為人們準確的提供各類信息。
3)基于海量信息資源的智慧決策、安全保障及管理技術。對物聯(lián)網海量感知信息的加工處理，是智慧物流進行智慧決策的前提。
(3)智慧交通
1)緊急救援系統(tǒng)。當緊急情況發(fā)生時，車主按動車上安裝的緊急按鈕，通過無線通信接通客服中心?？头藛T能夠通過GPS技術精確定位，將救援送達車主。在救援過程中，客服人員不僅能一直與車主進行在線的交流，而且能夠實時調度救援資源，最小化車主的生命財產損失。
2)智能導航系統(tǒng)。現(xiàn)行試用的路線推薦系統(tǒng)能夠根據(jù)司機需求和實時交通信息，推薦最短路徑、時間最優(yōu)路徑，甚至為出租車司機推薦最有可能搭載乘客的路線。
3)動態(tài)顯示車位占用狀態(tài)，實時監(jiān)控整個停車場的使用狀況；快速路徑算法，引導汽車迅速進入空閑車位。能夠統(tǒng)計統(tǒng)計停車場的分時段占用率、每天或使用率，輔助知道停車管理安排。
測繪技術在智慧城市建設中的應用
(1)數(shù)字航空數(shù)碼攝影
隨著CCD傳感器技術的發(fā)展，數(shù)字航空攝影已呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢，航空數(shù)碼相機面臨著前所未有的發(fā)展機遇。航空數(shù)碼相機主要有兩個發(fā)展方向：一個是基于線陣(LINear Array)的傳感器方向，代表產品有AdS40；另一個是基于面陣(PlaNe Array)的傳感器方向，代表產品有dMc、ucd等。
我國也逐步研發(fā)了具有自主知識產權的航空數(shù)碼相機TOPdc、Swdc等，并進行了多次科研試驗。這些航空數(shù)碼傳感器已成為我國高分辨率影像獲取的主要設備，同時也是數(shù)字城市建設中制作大比例尺數(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)來源。
此外，中低空高分辨率主被動寬幅與三維探測遙感設備、寬幅高精度的航空數(shù)碼測量型多光譜相機、成像光譜儀、LIDAR等載荷發(fā)展也非常迅速，對地獲取高分辨率空間數(shù)據(jù)的能力明顯增強。
(2)高分辨衛(wèi)星遙感
自2000年以來，高空間分辨率的遙感衛(wèi)星成為商業(yè)遙感主流。2009年，美國宣布放開1M分辨率SAr商業(yè)衛(wèi)星限制，廣泛應用的有SPOT5、IKONOS、QuIcKBIrd和OrBVIew等。
我國測繪衛(wèi)星即資源三號衛(wèi)星資源三號衛(wèi)星集測繪和資源調查功能于一體，主要用于生產中國1∶50000基礎地理信息產品，以及1∶25000等更大比例尺地圖的修測和更新，開展國土資源調查與監(jiān)測，為防災減災、農林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設、交通和國防建設等領域提供有效的服務，同時也為智慧城市建設提供數(shù)據(jù)基礎。
(3)LIDAR系統(tǒng)
LIDAR系統(tǒng)是一種新型傳感器設備。它將激光用于回波測距，直接獲取高精度的數(shù)字表面模型，然后通過數(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，它具備了同時獲得多光譜CCD影像的能力，為后續(xù)應用提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。LI-DAR系統(tǒng)是集GPS技術、IMU技術、激光測距技術和高分辨率CCD相機于一體的當代對地觀測領域的一門新興技術。
它不但會為對地觀測技術的應用提供新型數(shù)據(jù)，同時會為智能城市中的三維重建提供重要數(shù)據(jù)。
(4)低空攝影測量系統(tǒng)
低空無人機是當代低空空間技術應用的主要載體之一，可以通過地面遙控實現(xiàn)大傾角(40°-60°)攝影，能夠按布設航線獲取各建筑物各側面和頂部影像，遙感影像中心位置的空間分辨率可以達到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象各種紋理信息最可靠的來源。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、準確地獲取建筑物的高度及幾何構成信息；其三維模型可以通過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面和不可見面。首先判斷屋頂和墻面的“可見性”，然后根據(jù)多航帶影像進行最佳紋理的映射，結合消隱分析、紋理糾正等技術措施，生成與真實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
它是近幾年發(fā)展起來的一項高新技術，集成了傳統(tǒng)航空攝影技術和數(shù)字地面采集技術，克服傳統(tǒng)航攝技術只能從垂直角度拍攝的局限性，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從1個垂直角度和4個傾斜角度采集影像，構建地面三維模型。
這樣彌補了正射影像的不足，更加真實地反映地物的實際情況，提高我國數(shù)字城市建設中建筑物側面紋理的基礎數(shù)據(jù)獲取效率。
結語
智慧城市建設是一個始終會伴隨著技術的發(fā)展不斷，有新的智慧需要融入城市發(fā)展的漫長階段。因此，智慧城市建設需要建立在徹底數(shù)字化城市基礎上的發(fā)展建設方式，這是智慧城市建設發(fā)展規(guī)律的客觀要求。
智慧城市“概念”外衣加速褪去 這些技術是“功臣”
首先來了解下什么是智慧城市。
智慧城市的實質是利用先進的信息技術，實現(xiàn)城市智慧式管理和運行，進而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。李德仁院士指出，“智慧城市=物聯(lián)網+互聯(lián)網”?！爸腔鄢鞘小弊詮奶岢龈拍钜詠恚捅淮蠹覐V泛關注，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)網緊密相連。物聯(lián)網就是“物物相連的互聯(lián)網”，其離不開互聯(lián)網，以物聯(lián)網為核心的，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡，它將使得任何物理的實物都可以進行信息交換和通訊，實現(xiàn)了物物相連。
2)智能應用。智慧城市擁有海量的數(shù)據(jù)，要真正實現(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“云計算”提供了很好的解決方案。
通過云端的計算，結合互聯(lián)網技術，智慧城市通過集中整合各類信息，并將處理后的各類信息通過網絡傳遞出去，實現(xiàn)資源共享，網絡間的個體之間可以實現(xiàn)信息交互，從而完成信息的增值應用。
3)高新技術的整合。要實現(xiàn)智慧城市，需要整合許多高新技術，如數(shù)據(jù)采集的時候需要遙感技術、GPS技術、物聯(lián)網技術等，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候需要網絡技術，數(shù)據(jù)處理的時候需要云計算、GIS技術等。
建筑信息模型(BIM)技術
隨著建筑信息模型(BIM)技術的出現(xiàn)和推廣應用，為已建和新建的建筑空間數(shù)字化提供了可行的技術路線。
建筑空間數(shù)字化的充分必要性，可以從兩個方面分析：
一是當土地上的建筑物容積率超過1：1時，意味著建筑面積超過了土地面積。美國曼哈頓地區(qū)的建筑面積就超過了土地面積。如果“數(shù)字城市”中沒有包含巨大的建筑空間的數(shù)字化，這個“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、二是在去另外一個房屋里的路上。在路上由地理信息提供服務，那么到了房屋內怎樣得到更好、更智慧的服務呢？所以必須實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化。
隨著建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術的出現(xiàn)和發(fā)展，為我們實現(xiàn)建筑空間的數(shù)字化提供了技術途徑。
BIM技術，為工程設計建造領域帶來了第二次革命，是從二維圖紙(CAD)到三維設計和建造(BIM)的革命，也是一次真正的建設行業(yè)革命，BIM技術將徹底改變建設工程設計、建造和運維方式；同時，BIM技術正在實現(xiàn)城市的徹底數(shù)字化，隨之而來的應用與影響極其廣泛、深遠。
物聯(lián)網技術在智慧城市建設中的應用
(1)智慧政務
1)通過政務云、政務數(shù)據(jù)交換平臺及完善的政務信息資源目錄體系，實現(xiàn)跨部門的信息共享與資源整合，建立一體化的政務資源體系。
2)通過整合政府門戶網站、呼叫中心等相關政務服務資源，實現(xiàn)政府、企業(yè)和公眾隨時隨地通過互聯(lián)網、電話、移動終端等多種渠道獲取一致與整合的政務服務。
3)通過資源共享及流程整合，完善政務服務監(jiān)管渠道，為企業(yè)、社會其它機構和公眾等提供一站式服務，實現(xiàn)足不出戶就可以隨時隨地辦理相關業(yè)務。
4)通過建立完善的信息采集系統(tǒng)，利用強大的數(shù)據(jù)挖掘、加工處理等海量數(shù)據(jù)計算手段，以及科學的智能分析協(xié)同決策系統(tǒng)，實現(xiàn)政府科學、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?；谖锫?lián)網的智慧物流，面對的是形式多樣、信息關系異常復雜的各類數(shù)據(jù)，多元化的數(shù)據(jù)采集、感知技術，為智慧物流提供了幾本的技術支撐。
2)泛在網絡支撐下可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，泛在網絡將成為信息通訊網絡的基礎設施，在于其它網絡融合的基礎上，提供給智慧物流可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術，為人們準確的提供各類信息。
3)基于海量信息資源的智慧決策、安全保障及管理技術。對物聯(lián)網海量感知信息的加工處理，是智慧物流進行智慧決策的前提。
(3)智慧交通
1)緊急救援系統(tǒng)。當緊急情況發(fā)生時，車主按動車上安裝的緊急按鈕，通過無線通信接通客服中心?？头藛T能夠通過GPS技術精確定位，將救援送達車主。在救援過程中，客服人員不僅能一直與車主進行在線的交流，而且能夠實時調度救援資源，最小化車主的生命財產損失。
2)智能導航系統(tǒng)。現(xiàn)行試用的路線推薦系統(tǒng)能夠根據(jù)司機需求和實時交通信息，推薦最短路徑、時間最優(yōu)路徑，甚至為出租車司機推薦最有可能搭載乘客的路線。
3)動態(tài)顯示車位占用狀態(tài)，實時監(jiān)控整個停車場的使用狀況；快速路徑算法，引導汽車迅速進入空閑車位。能夠統(tǒng)計統(tǒng)計停車場的分時段占用率、每天或使用率，輔助知道停車管理安排。
測繪技術在智慧城市建設中的應用
(1)數(shù)字航空數(shù)碼攝影
隨著CCD傳感器技術的發(fā)展，數(shù)字航空攝影已呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢，航空數(shù)碼相機面臨著前所未有的發(fā)展機遇。航空數(shù)碼相機主要有兩個發(fā)展方向：一個是基于線陣(LINear Array)的傳感器方向，代表產品有AdS40；另一個是基于面陣(PlaNe Array)的傳感器方向，代表產品有dMc、ucd等。
我國也逐步研發(fā)了具有自主知識產權的航空數(shù)碼相機TOPdc、Swdc等，并進行了多次科研試驗。這些航空數(shù)碼傳感器已成為我國高分辨率影像獲取的主要設備，同時也是數(shù)字城市建設中制作大比例尺數(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)來源。
此外，中低空高分辨率主被動寬幅與三維探測遙感設備、寬幅高精度的航空數(shù)碼測量型多光譜相機、成像光譜儀、LIDAR等載荷發(fā)展也非常迅速，對地獲取高分辨率空間數(shù)據(jù)的能力明顯增強。
(2)高分辨衛(wèi)星遙感
自2000年以來，高空間分辨率的遙感衛(wèi)星成為商業(yè)遙感主流。2009年，美國宣布放開1M分辨率SAr商業(yè)衛(wèi)星限制，廣泛應用的有SPOT5、IKONOS、QuIcKBIrd和OrBVIew等。
我國測繪衛(wèi)星即資源三號衛(wèi)星資源三號衛(wèi)星集測繪和資源調查功能于一體，主要用于生產中國1∶50000基礎地理信息產品，以及1∶25000等更大比例尺地圖的修測和更新，開展國土資源調查與監(jiān)測，為防災減災、農林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設、交通和國防建設等領域提供有效的服務，同時也為智慧城市建設提供數(shù)據(jù)基礎。
(3)LIDAR系統(tǒng)
LIDAR系統(tǒng)是一種新型傳感器設備。它將激光用于回波測距，直接獲取高精度的數(shù)字表面模型，然后通過數(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，它具備了同時獲得多光譜CCD影像的能力，為后續(xù)應用提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。LI-DAR系統(tǒng)是集GPS技術、IMU技術、激光測距技術和高分辨率CCD相機于一體的當代對地觀測領域的一門新興技術。
它不但會為對地觀測技術的應用提供新型數(shù)據(jù)，同時會為智能城市中的三維重建提供重要數(shù)據(jù)。
(4)低空攝影測量系統(tǒng)
低空無人機是當代低空空間技術應用的主要載體之一，可以通過地面遙控實現(xiàn)大傾角(40°-60°)攝影，能夠按布設航線獲取各建筑物各側面和頂部影像，遙感影像中心位置的空間分辨率可以達到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象各種紋理信息最可靠的來源。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、準確地獲取建筑物的高度及幾何構成信息；其三維模型可以通過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面和不可見面。首先判斷屋頂和墻面的“可見性”，然后根據(jù)多航帶影像進行最佳紋理的映射，結合消隱分析、紋理糾正等技術措施，生成與真實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
它是近幾年發(fā)展起來的一項高新技術，集成了傳統(tǒng)航空攝影技術和數(shù)字地面采集技術，克服傳統(tǒng)航攝技術只能從垂直角度拍攝的局限性，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從1個垂直角度和4個傾斜角度采集影像，構建地面三維模型。
這樣彌補了正射影像的不足，更加真實地反映地物的實際情況，提高我國數(shù)字城市建設中建筑物側面紋理的基礎數(shù)據(jù)獲取效率。
結語
智慧城市建設是一個始終會伴隨著技術的發(fā)展不斷，有新的智慧需要融入城市發(fā)展的漫長階段。因此，智慧城市建設需要建立在徹底數(shù)字化城市基礎上的發(fā)展建設方式，這是智慧城市建設發(fā)展規(guī)律的客觀要求。
