空間技術(shù)支持下智慧城市發(fā)展淺析
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【摘要】在智慧城市建設(shè)中，空間技術(shù)扮演著重要角色。通過分析空間技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的重要性，提出空間技術(shù)是為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)測繪地理信息，為智慧城市的發(fā)展提供大數(shù)據(jù)的支持，新型測繪技術(shù)打造了智慧城市時空信息云平臺。
【關(guān)鍵詞】空間技術(shù)；智慧城市；可持續(xù)發(fā)展
1引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，城市建設(shè)的理念從傳統(tǒng)的城市建設(shè)發(fā)展到數(shù)字城市建設(shè)，再轉(zhuǎn)移到以智慧城市建設(shè)為重心。新一代的大數(shù)據(jù)技術(shù)、云平臺與云計算與遙感、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等測繪技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)的智能導(dǎo)航、監(jiān)測和管理，能夠為智慧城市的建成提供有效的技術(shù)支撐[1-3]。為此，本文就空間技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。
2空間技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的重要性
空間技術(shù)測繪是指對地表自然地理要素或人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置和屬性進(jìn)行測量、收集和測繪。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、遙感、地理信息系統(tǒng)、測量機(jī)器人、三維激光掃描攝影測量技術(shù)等現(xiàn)代空間信息新技術(shù)與云計算處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用支持，使城市建設(shè)越來越智能化[4]。
3空間技術(shù)為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)測繪地理信息
基礎(chǔ)測繪地理信息主要包括數(shù)據(jù)、圖形、圖像等成果和衍生產(chǎn)品。沒有測繪地理信息，就不可能建設(shè)智慧城市，測繪地理信息是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)。一般來說，智慧城市物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要大量的城市測繪數(shù)據(jù)。城市地圖數(shù)據(jù)主要包括地理數(shù)據(jù)和綜合管理數(shù)據(jù)兩類。其中，地理數(shù)據(jù)主要通過測繪技術(shù)實現(xiàn)，可有效保證地理數(shù)據(jù)的安全性，更好地利用城市地理數(shù)據(jù)。新的測繪技術(shù)基于計算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能測量，可為智慧城市建設(shè)提供更加及時、準(zhǔn)確、快速的地理空間信息。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了測量機(jī)器人、數(shù)字水準(zhǔn)儀、GNSS和三維激光掃描儀等高精度、智能化測量儀器。
3.1測量機(jī)器人
測量機(jī)器人是一種集自動目標(biāo)識別、自動瞄準(zhǔn)、自動角度測量和測距、自動目標(biāo)跟蹤和自動記錄于一體的智能全站儀。隨著光電技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)在全站儀中的應(yīng)用，全站儀逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展。這些新技術(shù)為提高測量精度、降低勞動強(qiáng)度、適應(yīng)特殊環(huán)境、拓展工作領(lǐng)域提供了硬件基礎(chǔ)。測量機(jī)器人的角度測量精度可達(dá)0.5〃，測距精度為0.6mm+1×10-6m，它集成了超高精度全站儀技術(shù)、高分辨率數(shù)字圖像技術(shù)和超級鏡像站技術(shù)，可滿足當(dāng)前測量行業(yè)的多樣化需求，為智慧城市建設(shè)提供更準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。
3.2全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)主要通過衛(wèi)星的信號傳輸?shù)降孛娼邮諜C(jī)。接收機(jī)能準(zhǔn)確掌握測量位置和具體位置信息，從而達(dá)到良好的測量效果。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)同時確定三維坐標(biāo)，將測繪和定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動態(tài)，從后處理擴(kuò)展到實時定位和導(dǎo)航。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是國家安全和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，是現(xiàn)代大國地位和綜合國力的重要標(biāo)志。隨著GNSS技術(shù)的不斷發(fā)展和北斗系統(tǒng)的完善，測量水平不斷提高，測量更加全面可靠。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)不受天氣因素、地形因素和外部條件的干擾，能高效、準(zhǔn)確地完成測量工作。
3.3三維激光掃描測量技術(shù)
三維激光掃描測量技術(shù)是繼GPS技術(shù)之后測繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命。采用激光束高速掃描測量方法，可以快速、非接觸地獲取被測物體表面各采樣點的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。它可以快速、大面積、高分辨率地采集空間點信息，并獲取實體點集合。地形測量的發(fā)展推動了地形測量向高技術(shù)三維圖形的發(fā)展。三維激光掃描可廣泛應(yīng)用于：①建筑物和構(gòu)筑物的三維建模；②小型數(shù)字地形模型或高程模型；③飛機(jī)、輪船、汽車、雕像等獨立物體的3D模型；④自然地貌的三維模型。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，數(shù)字礦山建設(shè)對生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
4新興的遙感技術(shù)為智慧城市發(fā)展提供大數(shù)據(jù)支持
隨著現(xiàn)有遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率衛(wèi)星的遙感觀測、基于無人機(jī)平臺低空攝影測量、傾斜攝影測量為智慧城市的建成、發(fā)展更新、應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)空間地理數(shù)據(jù)支撐。它不僅可以獲取智慧城市建設(shè)所需的測量信息，還可以通過高精度的圖像采集，為城市地理信息可視化技術(shù)創(chuàng)造條件。同時，基于長時間序列下的觀測數(shù)據(jù)能夠更準(zhǔn)確地判斷和評估城市未來的發(fā)展方向[5]。
4.1高分辨率衛(wèi)星遙感
目前，遙感已在地形圖測繪、國土資源調(diào)查與監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃建設(shè)、交通運輸、國防建設(shè)等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。遙感技術(shù)、GNSS技術(shù)和地理信息技術(shù)的結(jié)合，可以合理規(guī)劃城市交通線路和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。
4.2數(shù)字航空攝影測量
數(shù)字航空攝影測量是大面積、大比例尺地形測繪和地籍測量的重要手段（見圖1）。它可以提供各種形式的地圖產(chǎn)品，如數(shù)字、圖像和線條繪制。隨著數(shù)字航空攝影測量的應(yīng)用，攝影測量產(chǎn)品從影像地圖轉(zhuǎn)變?yōu)?D（DSM、DEM、DOM和DLG），為基礎(chǔ)地理信息平臺提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。航空影像可以更新和分析城市管理中的國土資源調(diào)查和土地利用能力，有助于更快地掌握城市土地資源利用狀況。通過航拍圖像掌握城市區(qū)域相關(guān)環(huán)境因素的變化，實時了解土地、水和植被是否受到污染，有助于改善城市環(huán)境。通過航空攝影測量，可以明確城市不同區(qū)域的土地紋理信息和景觀植被信息，通過對景觀植物的監(jiān)測，為城市景觀工程提供更多信息。航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用可以不斷提高城市管理水平，實現(xiàn)城市的智能化發(fā)展。
4.3低空攝影測量
低空攝影測量搭載的主要是無人機(jī)平臺（見圖2），測繪精度高，便攜性好，能夠克服復(fù)雜地表和一定的惡劣氣象條件智能規(guī)劃航線完成測繪任務(wù)。低空攝影測量主要用于災(zāi)害應(yīng)急測繪、小比例尺測繪、三維城市建模和文物考古保護(hù)。在智慧城市建設(shè)過程中，高分辨率低空圖像可以作為城市三維模型的圖像源，充分發(fā)揮圖像數(shù)據(jù)的多種功能。它在智慧城市管理、智慧旅游、智慧公共安全等方面發(fā)揮著重要作用。
4.4傾斜攝影測量
傾斜攝影測量技術(shù)是一種新型測量技術(shù)，它通過不同角度的攝影相機(jī)獲取多視角的影像，從而獲得目標(biāo)多角度的高空間分辨率的細(xì)節(jié)紋理信息。結(jié)合三維建模等技術(shù)，還能生成細(xì)節(jié)、紋理豐富的城市三維模型。該技術(shù)是實景三維的重要支撐。
4.5激光雷達(dá)系統(tǒng)
激光雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠獲得高精度的地面三維點云信息，并基于此構(gòu)建高精度的數(shù)字地表模型。利用激光雷達(dá)所獲取的數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于資源勘探、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、防震減災(zāi)中，為高精度測繪、土地利用規(guī)劃等城市應(yīng)用提供重要支撐，是智慧城市多維度建設(shè)的重要保障（見圖3）。
5新型的測繪技術(shù)打造智慧城市時空
信息云平臺智慧城市以空間定位為連接點，利用地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)整合各種數(shù)據(jù)資源。地理信息系統(tǒng)能夠整合和管理空間信息，并且具有一定的分析、顯示能力，能夠快速高效的分析城市內(nèi)部的空間布局、產(chǎn)業(yè)分布等。依托于計算機(jī)高效的計算能力，GIS能夠以二維、三維的模式表達(dá)空間信息，從而為智慧城市的建設(shè)、管理提供分析和展示。因此，智慧城市的內(nèi)在發(fā)展需要GIS的參與，構(gòu)建出基于大數(shù)據(jù)的時空信息云平臺。在GIS平臺上，利用云計算對GIS進(jìn)行建模、存儲和處理，保證數(shù)據(jù)交流、訪問和管理的便捷，為城市管理、軌道交通、民生經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、公共安全和資源管理等方面提供智能決策，使城市運營、管理和服務(wù)更高效、更智能、更靈活。
6結(jié)語
智慧城市的建設(shè)需要大量的數(shù)據(jù)支持其智能功能，這些數(shù)據(jù)可以通過測繪技術(shù)獲取。因此，我們必須重視空間技術(shù)的發(fā)展，要緊密結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和實際生產(chǎn)的需要，通過改進(jìn)和創(chuàng)新空間技術(shù)，形成先進(jìn)可靠的新型技術(shù)手段，為智能城市的建設(shè)打下良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者:劉昕怡 單位:福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院