發(fā)展背景

截至2016年6月，我國95%的副省級城市、76%的地級城市，總計超過500座城市，均在政府工作報告中明確提出或正在建設(shè)智慧城市，這一數(shù)字占據(jù)全世界智慧城市創(chuàng)建總數(shù)的一半以上，2013年以來國家智慧城市試點名單共分三批合計共290個。

城市景觀

智慧城市是在社會的發(fā)展，城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，城市人口越來越多，城市管理面臨管理范圍不斷擴(kuò)大、管理領(lǐng)域不斷增多、管理內(nèi)容日趨多樣和繁雜等問題的背景下提出來的，為解決城市發(fā)展難題，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)智慧城市已成為當(dāng)今世界城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流。到目前為止，智慧城市目前也沒有一個比較明確的定義。

人們通常會給智慧城市一個非常廣闊的外延，這沒有問題，因為城市確實需要從整體來理解。但僅僅采納任何一項技術(shù)本身，不管多么的優(yōu)秀，都不能解決城市問題——但信息技術(shù)毫無疑問作用將會重大。在這本書里，我取一個更窄的定義，把“智慧城市”定義為一個將信息技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、日常生活用品、甚至我們的身體相結(jié)合來解決社會、經(jīng)濟(jì)、和環(huán)境問題的城市。 ——安東尼·湯森

而三維GIS就在其中發(fā)揮著重要的作用。

關(guān)系

• 地理信息是智慧城市的重要基礎(chǔ)信息
• 地理信息是智慧城市的重要感知信息
• GIS技術(shù)是智慧應(yīng)用的重要支撐
• 基于GIS的空間關(guān)聯(lián)分析提升城市智能

GIS技術(shù)作為城市空間信息表達(dá)和管理的主要工具，在城市規(guī)劃和管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，對城市規(guī)劃建設(shè)管理工作也提出了更高的要求，僅僅基于二維GIS技術(shù)的城市規(guī)劃與分析，現(xiàn)已無法滿足城市規(guī)劃與監(jiān)督管理中多維動態(tài)空間分析的需求，必須借助三維GIS技術(shù)，展現(xiàn)城市的景觀風(fēng)貌，以提高城市空間環(huán)境品質(zhì)，提升城市規(guī)劃建設(shè)管理水平，減少決策失誤和盲目性。

利用三維GIS對整個城市的三維立體空間進(jìn)行統(tǒng)一描述，并充分準(zhǔn)確地集成表達(dá)地下的地質(zhì)、管線、構(gòu)筑物，地上的土地、交通、建筑、植被,以及室內(nèi)的設(shè)施、房產(chǎn)、人口等，形成與現(xiàn)實世界一致的三維立體空間框架。

實際街景圖

自動化建模

應(yīng)用

• 城市規(guī)劃

利用三維城市規(guī)劃系統(tǒng)，可以在仿真的城市場景中實時互動地評估與分析規(guī)劃方案，為規(guī)劃管理者提供更加直觀與科學(xué)的依據(jù)，這是平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達(dá)到的效果。

虛擬城市

除了單體建筑物的規(guī)劃，我們還可以從整體考慮城市的發(fā)展方向。

智能城市科學(xué)規(guī)劃平臺系統(tǒng)

1號區(qū)域標(biāo)識17個領(lǐng)域指數(shù)加一個綜合宜居指數(shù)。每個領(lǐng)域的指數(shù)都由該領(lǐng)域的幾個基礎(chǔ)指標(biāo)經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘算法綜合計算得出。綜合宜居指數(shù)由17個領(lǐng)域的指標(biāo)綜合計算得到，標(biāo)識該區(qū)域的人民生活宜居情況。
2號區(qū)域標(biāo)識城市特征，如水滴形的工業(yè)城市，陀螺形的旅游城市，圓形的綜合城市等，城市特征更接近于哪個形狀，標(biāo)識城市當(dāng)前處于什么類型的城市，且與該類型的典型城市的差別，以及發(fā)展方向。
3號區(qū)域標(biāo)識城市指數(shù)分布情況，與17+1個指標(biāo)聯(lián)動，展示各指標(biāo)的分布情況。
4號區(qū)域羅列出整個評估體系的100個指標(biāo)，用顏色區(qū)分不同指標(biāo)的分類情況，鼠標(biāo)經(jīng)過會展示該指標(biāo)名稱和具體數(shù)值。

• 公共設(shè)施管理

智慧城市就是為了解決各種各樣的城市病而誕生的，所以公共社會管理是智慧城市中很重要一環(huán)。

地下管道

公共大型服務(wù)設(shè)施建筑一般分布廣泛，建筑物龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這里以地下管線為例介紹，地下管線歷來是城市的“血管”和“神經(jīng)”，涉及給水、雨水、污水、燃?xì)狻㈦娏Α⒙窡簟⒂芯€電視、工業(yè)等十多種地下管線，形成一張錯綜復(fù)雜的地下管線網(wǎng)絡(luò)，利用三維GIS技術(shù)建立地下綜合管線信息系統(tǒng)可使和城市規(guī)劃建設(shè)部門輕松掌握所管轄范圍內(nèi)各類地下管網(wǎng)的用途、管徑、材質(zhì)、年限、凈距等數(shù)據(jù)信息。

• 應(yīng)急救災(zāi)

應(yīng)急救災(zāi)

應(yīng)急救災(zāi)也是智慧城市建設(shè)中很重要的一環(huán)。

在洪水、臺風(fēng)、地震、火災(zāi)、爆炸、化學(xué)品泄露、交通事故、恐怖襲擊等重大突發(fā)公共事件面前，如何實現(xiàn)全面檢測監(jiān)控，并快速、動態(tài)的全面了解現(xiàn)場裝，如何根據(jù)現(xiàn)場實時情況疏散人群、組織救援、協(xié)調(diào)各方資源提供應(yīng)急保障。一般來說，突發(fā)事件都發(fā)生在一個特定空間環(huán)境內(nèi)，應(yīng)急指揮救援也依賴于這一空間環(huán)境，所以引入空間信息理論和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的三維地理信息系統(tǒng)來解決這一矛盾勢在必行。

• 室內(nèi)服務(wù)

室內(nèi)景觀

現(xiàn)在移動設(shè)備越來越普遍，手機(jī)里的各種APP應(yīng)用讓路癡們總算不至于在城里迷路餓死，但是有一些路癡卻迷路迷到建筑物里面了。公共設(shè)施建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，尤其是商場、醫(yī)院，就算不是路癡的人想一下子搞清楚東南西北也有點困難。

然而現(xiàn)在的室內(nèi)導(dǎo)航圖一般都是二維電子圖，甚至只是示意圖，用起來不是很直觀方便，BIM與Skyline結(jié)合，似乎讓問題得到了解決。Skyline作為一款非常成熟的三維GIS平臺，已經(jīng)支持物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的接入，結(jié)合BIM建筑特點，可以做輕松做到模擬真實情景定位，應(yīng)用方面當(dāng)然也很廣，比如地下停車場內(nèi)尋找車位、醫(yī)院內(nèi)尋找科室、商場內(nèi)尋找品牌店等等。

在大型商業(yè)購物中心，基于位置的營銷正在逐漸興起，這可以幫助顧客從進(jìn)入商場的那一刻開始，通過智能手機(jī)獲取到商場的促銷信息和個性化推薦信息，提升顧客的購物體驗。這也是三維GIS在智慧城市中的一個應(yīng)用。

重難點

• 真三維模型

傳統(tǒng)三維空間數(shù)據(jù)模型大都面向特定的專業(yè)領(lǐng)域，如地質(zhì)模型、礦山模型、地表景觀模型等，這些模型大部分針對單一數(shù)據(jù)類型，不能表示多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，并且缺乏統(tǒng)一的語義表達(dá)、在多尺度表達(dá)的一致性方面較差，需要在線進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，不同系統(tǒng)功能難以并行處理、增加三維繪制狀態(tài)的切換頻率等

基于此開發(fā)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)和軟件的耦合程度很高，重用價值不高。

針對地上下和室內(nèi)外多粒度對 象統(tǒng)一表達(dá)的復(fù)雜性與高效性難題，地上下和室內(nèi) 外一體化表達(dá)的問題，需要建立真三維數(shù)據(jù)模型。

將復(fù)雜的三維地理環(huán)境劃分為3個層次進(jìn)行描述：地形表面層次、地上下立 體空間層次和建筑物三維內(nèi)部空間層次。

（1）地形表面層次是面向完整的2.5D地表空間 管理，在整個區(qū)域地形表面空間層次上確保合理的 空間劃分與區(qū)域識別；

（2）地上下立體層次是基于基本的立體層次描 述的三維空間，主要解決三維空間對象在二維抽象 表示中產(chǎn)生的地上下交疊問題，滿足三維空間層面 的對象精確表達(dá)與分析需求；

（3）建筑物三維內(nèi)部空間層次是基于建筑結(jié)構(gòu) 的語義關(guān)系進(jìn)一步詳細(xì)劃分的內(nèi)部空間層次，使用“位于”和“部分－組成”語義關(guān)系來表達(dá)建筑物的內(nèi)
部邏輯構(gòu)成，從而建立完整的三維內(nèi)部空間表示。

• 精確高效的三維GIS集成建模

GIS

BIM

GIS是應(yīng)用于大空間尺度的，比如道路，燃?xì)猓娏Γㄓ崳┧龋鳥IM是負(fù)責(zé)單體工程信息管理的，如建筑，結(jié)構(gòu)，機(jī)電等。

因此，傳統(tǒng)三維GIS難以提供一個城市完整的空間表達(dá)與管理的解決方案，尤其是宏觀規(guī)劃管理跟微觀精細(xì)化管理之間的矛盾十分突出，需要發(fā)展全要素級地理空間信息系統(tǒng)。

• 管理運維

雖然“智慧城市”的概念在國內(nèi)炒的比較火熱，相關(guān)的項目也有很多，但到目前為止，并沒有看到落地的案例或者突破性的進(jìn)展。

數(shù)字化城市

智慧城市

上述的概念圖只是從技術(shù)上給“智慧城市”的定義，但要真正的實現(xiàn)智慧城市，更多的是管理運維上的思考。

智慧城市之所以一直無法落地，主要原因有：

• 發(fā)展盲目
  很多“智慧城市”的項目，往往只是跟風(fēng)，沒有明確的規(guī)劃和設(shè)計方案

• 有智慧項目，無智慧城市
  智慧城市屬于大集合的概念，許多城市雖然有“智慧城管”，“電子政務(wù)”，“數(shù)字交通”等項目，但難于集成，跨越多個行業(yè)和專業(yè)的解決方案的整合還是一個難題

• 基礎(chǔ)薄弱
  很多區(qū)縣級別的城市罔顧城市發(fā)展的規(guī)律，在基礎(chǔ)設(shè)計沒有建設(shè)好，“數(shù)字城市”還在摸索階段時，就開始盲目跟風(fēng)，上馬相關(guān)項目，“數(shù)字”都沒有達(dá)到，何來的“智慧”

真正成熟的智慧城市目前來看還是一種美好的愿景，而不是短期內(nèi)可以達(dá)到的目標(biāo)。

我們可以在信息搜集、指揮調(diào)度、信息反饋方面先做一些工作，逐步把城市居民的個體智慧能力接進(jìn)去，從而推動智慧城市的發(fā)展。但總體來看，智慧城市建設(shè)的路還非常長。