地理信息科學在智慧城市建設中的作用

　　2018-01-20 08:00操作系統/物聯網/大數據

　　你還在等什麼？

　　

　　針對智慧城市建設的需求和任務，提出了智慧城市建設的內涵、總體框架、核心技術、關鍵技術和應用領域，探討了地理信息科學的形成與研究內容.基於地理位置與時間是信息的基本屬性以及可視化是人類獲取知識的主要途徑2個基本事實，從理論支撐、多學科融合、位置感知、環境變化感知、基於時空多源數據整合、時空過程分析、可視化表達和軟體平台支撐8個方面闡述了地理信息科學在智慧城市建設中的地位和作用。

　　城鎮化是將農村人口轉化為城鎮人口的一個過程，是解決資源、環境、龐大的人口物質需求與我國可持續發展的多種矛盾以及實現現代化的必由之路。經過幾十年的不懈努力，中國城鎮化取得了巨大的成就，但也隨之帶來了交通擁擠、居民居住條件較差、環境雜訊污染嚴重、水資源短缺、犯罪率居高不下、天然氣普及率和硬化道路比重低以及污水污物處理設施缺乏等一系列城市問題。城市是一個整體，由於城市管理的複雜性和人管理能力的有限性，目前我國不得不將城市分割管理，形成了以分工為基礎、以各司其職和層級節製為特徵的行政管理體制。隨著城市規模的不斷擴大，這種體制出現了行政業務間、政府各部門間、各地方政府間、垂直部門與地方政府間以及各行政層級間的分割，形成了碎片化的分割管理模式.在網路化、信息化快速發展的今天，這種管理模式的缺陷更加突出，既妨礙了政府整體效能的實現，加大了部門間協調的成本，又阻礙了服務政府的建設，並給公眾辦事帶來極大的不便。智慧城市建設就是通過信息技術在新型城鎮化的規劃和建設、管理和運行、生產和生活等各方面全方位的嵌入、滲透和應用，提升城鎮化發展水平，推動產業轉型升級和政府行政效能大幅提升，它在城鎮化推進的過程中扮演著越來越重要的角色。

　　當前我國智慧城市建設還處於初級階段，各行各業圍繞智慧城市規劃與建設開展了智慧城市的本質內涵、框架體系及規範標準的研究[1-3]，政府也出台了多項政策措施，布置了各類智慧城市建設試點，開展了多種基礎設施建設，探索了眾多智慧應用體系，制定了相關實施保障體系，為智慧城市規劃與建設奠定了重要基礎、取得了初步成效。但人們對智慧城市的本質內涵定義尚不清晰，結構也不明確，且缺乏統一的標準規範，最重要是理論研究還不完善。本文從智慧城市建設目標和任務出發，分析研究智慧城市的總體框架、核心技術體系、關鍵技術和應用領域，依據地理信息科學的理論、技術、系統和工程方法，探討地理信息科學與智慧城市建設間的關係，旨在研究地理信息科學在智慧城市建設中發揮的作用。

　　1、智慧城市的內涵

　　1.1智慧城市的概念

　　數字城市建設中面臨著實時性獲取、信息共享、業務協同和智能決策4 大問題，無法滿足城市各種綜合應急資源服務、統一指揮和聯合行動以及為市民提供相應緊急救援服務的迫切需求。物聯網、雲計算和智能決策新技術的應用為解決數字城市面臨的上述問題提供了機遇，為實現城市全面透徹的感知、泛在的互聯、智能的融合以及分析決策應用提供了保證.智慧城市就是數字城市的智能化，是數字城市功能的延伸、拓展和升華， 通過物聯網把數字城市與物理城市無縫連接起來，利用雲計算和網格計算技術對實時感知數據進行快速協同處理，並提供智能化服務，提升人們對城市的感知能力、邏輯思維能力、自學習與自適應能力和行為決策能力。

　　智慧城市的核心包括： ①感知化、互聯化、協同化和智能化，包括通過物聯網實現物理城市全面、綜合的感知和對城市運行核心繫統的實時感測，實時智能地獲取物理城市的各種信息; ②通過網際網路實現感知數據的智能傳輸和存儲，將多源異構數據整合為一致性數據，實現全城域數據關聯，構建智慧的數據基礎設施。③基於雲計算這種新的服務模式，充分利用和調動現有一切信息資源，通過構架一個新型的服務模式或一種新的能提供服務的系統結構，解決多源異構海量數據的處理問題; ④利用大數據技術對實時感知數據進行快速和協同處理，對海量感知數據進行并行處理，實現數據挖掘與知識發現，為人們提供各種不同層次、不同要求的低成本、高效率的智能化服務，進行科學決策和預測分析，從而構建智慧城市。

　　1.2智慧城市的核心技術體系

　　智慧城市核心技術體系可以通過五縱五橫的立體框架來描述。五縱指貫穿智慧城市建設各個層面的5 個支撐體系，包括核心技術體系、智慧標準規範體系、安全保障體系、政策法規體系和運營管理體系。五橫指核心技術體系劃分為基礎設施層、信息資源層、應用支撐層、應用層和決策層5 個層面。

　　1.2.1核心技術體系

　　信息基礎設施層包括感知、通信網路和海量存儲計算等基礎設施，其在智慧城市中的主要功能是識別物體和採集信息，用以解決人類世界和物理世界的數據獲取問題。信息基礎設施採用感測器技術、條形碼技術、智能終端(智能手機、平板電腦、智能電視和智能卡等)、RFID 技術、影像採集、衛星遙感、無人飛機攝影、三維激光雷達和衛星定位技術等實現對城市範圍內人、事件、基礎設施、環境和建築等各方面元素的實時動態識別和信息採集。把感測器與通訊網路相連接，形成物物相連的物聯網，實現城市的全面感知。

　　信息資源層包括基礎資料庫、專業資料庫和資料庫更新管理系統3 個部分。基礎資料庫包括自然資源和地理空間基礎資料庫、人口基礎資料庫、法人單位基礎資料庫、宏觀經濟基礎資料庫和地名地址資料庫五大基礎資料庫， 其中地理空間基礎資料庫是實現信息空間定位、空間分析的基礎，它以地理空間基礎資料庫為依託，以地名地址資料庫為紐帶，將五大基礎資料庫連接成一個有機的整體，為全面表達自然、社會和人類活動提供基礎依據。專題資料庫是基於五大資料庫建立的涉及土地、規劃、房產和交通等各行業的專題資料庫，主要用於城市各部門的管理和決策，並為社會提供行業數據服務。

　　應用支撐層採用邏輯集中、物理分散的方式建立信息資源目錄，利用數據共享交換平台和統一的數據標準實現各部門和各行業業務數據的互聯互通，使各類基礎資料庫和專業資料庫形成一個有機整體。

　　應用層是面向政府、企業和公眾的信息服務層，各個業務部門根據自身的業務需求，利用應用支撐層提供的各種信息資源，建立自己的業務系統，包括電子政務、電子商務與現代物流、企業和社區管理等，它們是互相聯繫的完整的城市信息系統體系，直接服務於政府、企業和公眾。

　　決策層是由城市各種基礎和專業的資料庫、各種決策模型組成的模型庫以及求解某一(或某些)領域問題所用知識組成的知識庫，通過調用各種信息資源和分析工具，為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的依據，幫助決策者提高決策質量和水平。

　　1.2.2標準體系

　　在智慧城市標準體系的建設中，還要通過各類技術標準、數據標準、介面標準、技術規程和作業流程的貫徹執行，實現各類應用系統的整合、集約和共享。 智慧城市標準體系的制定要充分吸收國際上相關標準規範，基於現有國家、行業和地方的標準規範，結合智慧城市建設所需，形成完善、實用、可行的智慧城市建設標準體系框架。

　　1.2.3安全體系

　　智慧城市所承載的信息資源涉及大量個人、企業和政府機密信息，利用信息安全設備、技術、法規和政策等措施保障信息網路、系統、內容被合法用戶安全使用，並禁止非法用戶、攻擊者和黑客使用、偷盜、破壞這些資源。 因此，智慧城市建設要求建立一種能夠適應開放、共享、協作信息環境的新型信息安全體系，解決智慧城市在開放式、協同化、移動化環境中的信息安全保障難題。

　　1.2.4政策法規體系

　　智慧城市能否順利推進的關鍵是體制機制是否合理。在智慧城市的實現過程中，完全依託行政管理、領導命令和倫理道德的約束作用解決問題顯然力不從心，而政策法規，尤其是法律的保障作用則起到決定性作用。

　　1.2.5運維和運營

　　智慧城市的運維是指採用相關的方法、手段、技術、制度、流程和文檔等對已經建立好的智慧城市的運行環境(如硬軟體環境和網路環境等)、業務系統和運維人員進行綜合管理。

　　1.3智慧城市的關鍵技術

　　1.3.1基於物聯網的信息

　　實時感知互聯技術

　　無處不在的智能感測器可以對物理城市實現全面、綜合的感知，並對城市運行核心繫統進行實時感測，從而智能地獲取物理城市的各種信息。一方面，物聯網可以將無所不在的智能感測器連接起來; 另一方面，利用網際網路可以實現感知數據的智能傳輸和存儲。因此，基於城市智慧信息基礎設施(網路/網格、數據)、物聯網與網際網路的完全連接和融合可以將多源異構數據整合為一致性數據，使城市的各要素、單元和系統及其參與者和諧高效地運行， 達到城市運行的最佳狀態。

　　1.3.2基於雲計算的多源數據關聯

　　和業務協同

　　雲計算解決了搭建信息資源關聯交流平台和信息孤島的問題。數據集成、業務協同和門戶集成等各類關聯集成一直是城市信息化面臨的難題，利用信息資源規劃理論和方法，從技術、業務管理和資源配置等視角對城市所有信息資源進行全面梳理，對城市信息的採集、處理、傳輸、管理、分發服務和應用進行全面規劃，制定相應的數據和技術標準，並依據數據標準，修改、補全已有的數據，或通過數據轉換將原有資料庫資源遷移到新資料庫中去，在統一的時空參考系統下，基於城市地理空間數據集和城市基礎數據集，依次構建規劃、土地管理、房產、環境、水務、生態、旅遊、公安、交通、消防、人防、地震、氣象和地下管網等專題數據，使城市空間數據、基礎數據和各種專題數據實現空間和時間上的統一，並基於地址實現有機關聯，成為一個整體。 利用雲計算這種新的服務模式，充分調動現有一切信息資源，構架一個新型的服務模式或一種新的能提供服務的系統結構，對海量感知數據進行并行處理、數據挖掘與知識發現，為人們提供各種不同層次，不同要求的低成本、高效率的智能化服務。

　　1.3.3基於大數據的數據挖掘

　　與智能分析技術

　　大數據的本質是要用大數據的思維去發掘大數據的潛在價值，最重要的是學會駕馭大數據。智慧城市的建設必然產生大數據，而大數據的應用又反過來推進智慧城市的建設。運用并行處理技術對海量感知數據進行處理，對統計數據進行實時動態的可視化分析，依據數據、信息、知識、智能的一體化知識轉換原理，為人們提供各種不同層次、不同要求的決策知識.智能分析研究內容主要包括：①多尺度、多層次下不同粒度的空間知識分類和表達; ②定性研究空間知識，進而研究不同場景、不同門類空間知識的推理機理; ③揭示地理空間知識推理的規律，探索地理空間知識分析、推理和數據挖掘的理論和方法，為智慧城市的空間知識表達、分析和推演奠定理論基礎。

　　1.4智慧城市的應用

　　1.4.1集約化，科學化城鄉建設規劃

　　通過強化城市建設跨部門的數據整合和業務協同，針對城市規劃、土地收儲、用地出讓補償、建設工程、設施維護和房產管理等重點領域，利用先進、可靠、實用的信息技術和創新管理理念，推動城市工程項目規劃、審批、建設和監管的全過程管理體系的創新和平台建設，實現城市規劃、建設和管理全過程的科學決策與土地集約使用。

　　1.4.2網格化，精細化城市運行管理

　　以提高城市運行管理水平為目標，強化資源整合、信息共享和業務協同，加快推進智慧交通、智慧城管、智慧社管、公共安全與應急、市場秩序監管以及綜合市情等重點工程建設，構建城市動態感知體系、安全運行體系和應急管理體系， 實現城市管理網格化、精細化和智能化。

　　1.4.3均等化，便捷化社會公共服務

　　以提高基本公共服務水平為目標，加快推進政務服務、智慧民生、智慧社區、智慧旅遊及社會服務等重點工程建設，積極推進政務公開、網上辦事和網路問政等服務型政府建設，著力發展社保、醫療、教育和民政等均等化、便捷化社會公共服務體系，進一步提升城市宜居、宜業、宜商、宜游的綜合承載能力和人民幸福指數。

　　1.4.4綠色循環低碳的生態文明建設

　　以人與自然、人與人、人與社會的和諧共生、良性循環、全面發展、持續繁榮為基本宗旨，以改善生態環境質量、維護生態環境安全為目標，堅持生態環境保護與生態環境建設並舉，加快推進智慧生態、智慧水務、智慧園林和智慧環保等重點工程建設，整合農業、林業、園林、環保和城建等部門資源，大力推進生態建設與環境保護專題公共資料庫建設，開展生態建設與環保規劃、節能減排綜合監測、水資源綜合管理和生態承載能力監測，進一步強化水資源、森林植被資源、大氣環境和土地資源的保護力度，構建高端、高效、低碳、綠色的智能化城市生態資源環境保護體系， 切實提高人民生活環境質量。

　　

　　2、地理信息科學的形成與研究目標

　　地理信息可以表徵地理現象的數量、質量、分佈特徵、內在聯繫和運動規律，空間和時間是地理信息的基本特徵，也是一切信息的基本屬性.可視化是人類獲取地理信息的主要途徑，地圖是表達地理信息的主要語言。地理信息科學是關於地理信息的本質特徵和運動規律的一門學科，是近40 年來新興的一門集地理學、計算機、遙感技術和測繪學於一體的邊緣學科。

　　2.1地理信息科學的形成與發展

　　地理信息科學的形成與發展經歷了計算機輔助地圖製圖、地理信息系統、地理信息服務和地理信息科學不同的發展路徑。

　　2.1.1以地圖製圖為目的的

　　數字地圖製圖

　　20 世紀50 年代，人們把計算機引入地圖製圖產生了計算機輔助地圖製圖技術; 1964 年英國牛津大學設計了自動製圖系統; 1970 年代中科院地理研究所研製專題製圖自動化系統[4]，1970 年代末原解放軍測繪學院實現了地形圖自動化繪製[5]; 1990 年代地質大學研製出地圖編輯出版系統MapCAD，實現了地圖製圖與地圖制印一體化(編印一體化)，通過激光照排系統把計算機編繪的地圖成果輸出成高精度分色膠片，直接製版印刷，實現了全數字化生產。早期地圖數字化的主要驅動力是地圖製圖，地圖數據由某一特定比例尺的地圖經數字化產生，以相應的圖式和規範為標準，依然保留著地圖的各項特徵。地圖數據強調可視化，忽略了實體的空間關係。

　　2.1.2以應用分析為目的的

　　地理信息系統

　　幾乎與計算機製圖同時，人們開始利用計算機收集、存儲和處理各種與地理空間分佈有關的屬性數據，並希望通過計算機對數據進行分析以直接為管理和決策服務。1956 年， 奧地利測繪部門利用計算機建立了地籍資料庫， 隨後其逐步發展成為土地信息系統(land information system， LIS)用於地籍管理。1963 年加拿大測量學家Tomlinson 提出了地理信息系統術語，並建立了加拿大地理信息系統(Canada geographic information system， CGIS)用於自然資源的管理和規劃。Esri在1981年發布了ARC/INFO 商業軟體，並在2001年推出Arc GIS 8.1，具有對地理數據的創建、管理、綜合和分析能力。2000年，我國超圖公司推出了SuperMap軟體. 這些GIS 軟體為單機和分散式網路用戶提供地理數據的處理和發布服務。 研究地理信息系統的主要目的是解決各種地理問題。將地圖數據與其他專題地理信息相結合，由此產生了反映自然和社會現象分佈、組合、聯繫及其時空發展和變化的地理數據。利用計算機地理數據科學，地理數據可以真實地描述、表達和模擬現實世界中的地理實體、現象及其相互關係與分佈特徵。地理數據是一類具有時間維、空間維和眾多屬性維的多維特徵數據，其空間維決定了空間數據具有方向、距離、層次和地理位置等空間屬性; 屬性維則表示空間數據所代表的空間對象客觀存在的性質和屬性特徵; 時間維則描繪了空間對象隨著時間的遷移行為及其狀態變化。

　　2.1.3以多技術集成構建地理信息服務

　　地理信息服務可以實時回答「在哪裡」和「周圍是什麼」2 個與人類生活勞動息息相關的基本問題[6]，是為了吸引更多潛在用戶和提高地理信息數據與系統的利用率所建立的一種面向服務的商業模式。用戶可以通過網際網路按需獲取和使用地理數據和計算服務，如地圖服務和空間數據格式轉換等，讓任何人在任何時間和任何地點獲取任何空間信息，即所謂的4A(any body、any time、any where、any thing)。 地理信息服務是將實時空間定位技術(慣性導航定位、無線電定位導航、GPS、北斗和移動通訊定位和室內定位)、網路地理信息系統、移動無線通訊技術(無線電專網、蜂窩移動通訊和衛星通訊)、計算機網路通信技術和資料庫技術等現代高新技術有機地集成在一起， 實現了地理信息收集、處理、管理、傳輸和分析應用的網路化，並在網路環境下為地理信息用戶提供實時、高精度和區域乃至全球的多尺度地理信息，對移動目標實現實時、動態跟蹤和導航定位服務的系統。

　　地圖數據和地理數據共同支撐了地理信息服務。

　　地圖數據和地理數據是地理空間信息2 種不同的表示方法，地圖數據強調數據可視化，採用圖形表現屬性的方式，忽略了實體的空間關係; 而地理數據主要通過屬性數據描述地理實體的數量和質量特徵。地圖數據和地理數據所具有的共同特徵是地理空間坐標，統稱為地理空間數據。地理空間數據代表了現實世界地理實體和現象在信息世界的映射，與其他數據相比，地理空間數據具有特殊的數學基礎、非結構化的數據結構以及動態變化的時間特徵，可以為人們提供多尺度地圖和各種應用分析。

　　2.1.4以多學科融合形成地理信息學科

　　隨著地理信息系統應用的不斷深入，人們開始關注地理信息表達(如地理空間理解、地圖結構表達和空間語言理解)的合理性、地理建模分析(如地理對象建模、空間尺度分析和空間決策過程)的科學性以及地理信息系統技術(如人機交互界面、地理數據共享和地理信息系統互操作) 的智能性。為了解決地球表層的地理現象和社會發展以及外層空間的環境及其動態變化過程在計算機中的表示，一系列理論成果被創造和發展出來。在其發展過程中，以測繪為基礎， 以資料庫為儲存和檢索的地理數據，以計算機編程為平台逐步完善了地理信息的獲取、處理、存儲、管理、提取、可視化和分析等技術體系，使地理信息學科不僅包含了現代測繪科學的所有內容且研究範圍較之現代測繪學更加廣泛。此外，在吸收信息科學精華的同時，地理信息學科與計算機技術結合，形成了網路、嵌入式和組件式等多種地理信息系統，同時推動了計算機信息科學與技術的發展。面對艱巨而複雜的地理信息系統工程建設任務，應用工程化的方法，地理信息學科實現了系統的最優設計、項目建設的最優控制運行和最優管理以及人、財、物資源的合理投入、配置和組織等，逐步完善形成了需求分析、系統設計、實施管理、質量評估和標準體系等地理信息工程技術體系。地理信息學科以應用為目的，以技術為引導，是在社會各行各業服務中逐步從地理學、測繪學和信息學中發展形成的一門邊緣交叉學科，其內容涵蓋了基礎理論、技術體系、軟體系統、工程質量標準和應用等領域[7]。

　　2.2地理信息科學的研究目標

　　地理信息科學是一門從信息流的角度研究地球表層人地關係系統的地理學科，以揭示地理信息發生、採集、傳輸、表達和應用的機理為研究目的，通過研製開發各種地理信息技術系統，為人地系統的認知、研究和調控提供科學依據和手段，從而促進人地系統的持續發展[8]。地理信息科學的核心是利用信息技術重構地理過程，探討發現地理現象的運動規律，實現地理學由定性研究到定量研究，從定性描述到定位、定量分析，從靜態到動態，從單要素到綜合，從局部到整體的轉化，為地理學利用最新科學技術解決重大地理環境難題開闢了一條嶄新的道路。地理信息科學研究的基本內容是地理信息採集、分析、存儲、顯示、管理、傳播和應用，即研究地理信息流的產生、傳輸和轉化規律。

　　作為一個空間的信息系統，地理信息系統以地理空間數據為基礎，以地理空間數據模型為靈魂，利用獨特的空間思維和空間分析方法揭示事物和現象的空間分佈特徵、相互聯繫和動態變化規律。目前，地理空間數據模型只能表達簡單的、顯式的地理信息，對隱含的、複雜的地理信息表達仍具有局限性，特別是多源地理空間位置關聯及動態時空過程還需要地理空間數據分析、關聯推理分析和大數據挖掘等技術方法作為補充。

　　面對地理世界(從微觀到宏觀)中各類複雜的時空動態變化地理實體現象，利用地理信息系統進行抽象和建模、數據描述表達、存儲、處理、管理、顯示、分析和應用，從而實現地理信息間的各種相關性關係關聯，挖掘各種隱態信息，揭示隱藏的地理知識，求解各種地理問題，為智慧城市建設提供理論和技術支撐。

　　

　　3、地理信息科學在智慧城市建設中的地位和作用

　　地理信息科學在智慧城市建設中的作用研究基於2個事實：一是人類生活在地球上一切活動都在一定的時空(時間和空間)中進行，信息都是人類活動(社會、生產和生活等)的產物，信息的時空屬性是一切信息關聯的紐帶; 二是可視化是人類獲取與表達信息的主要途徑，大數據所承載的信息，往往通過可視化的手段，才能被人直觀地理解。地理空間數據可視化把地理空間數據轉換成為便於人們理解的圖形或圖像，從而動態地、形象地、多視角地、全方位地、多層面地描述地理事物與現象，這不僅可以反映地理現象空間分佈、相互聯繫和動態過程信息， 也彌補了人類自然語言對地理現象描述的不足，提高了人們對地理空間的認知能力。地理信息科學在智慧城市建設中的地位和作用主要表現在以下幾個方面。

　　3.1地理科學是智慧城市的

　　理論支撐之一

　　城市是一種包含複雜物質要素、社會關係和活動內容的客體，以它為研究對象形成了城市地理學、城市經濟學、城市社會學和城市規劃學等許多學科。現代地理學是一門研究地理環境及其與人類活動間相互關係的綜合性、交叉性學科。它以分佈、形態、類型、關係、結構、聯繫、過程和機制等概念構築理論體系，注重地理事物的空間格局與地理現象的發生、發展及變化規律，以人地系統的優化為目標， 即人口、資源、環境與社會經濟協調發展. 城市地理學著重從空間觀點研究個別城市或區域城鎮體系的功能結構、層次結構和地域結構。地理信息科學從信息流的角度研究地球表層自然要素與人文要素的相互作用及其時空變化規律，通過對地表各圈間信息的形成和變化機制及傳輸規律進行研究，揭示地理信息的發生和形成及其相互作用機理。為了控制和調節城市系統的物質流、能量流和人流等社會化指標，使之轉移到期望的狀態和方式，實現動態平衡和持續發展，人們開始考慮對其組成要素的空間狀態、相互依存關係、變化過程、相互作用規律、反饋原理和調製機理等進行數字模擬和動態分析，發現和建立反映事物的數學模式，利用和發展數學工具對其進行分析和推理，獲得對城市事物運動機理的認知，從而達到預測和控制事物運動的目的， 解決城市發展人口、住宅、就業、交通、治安、環境和經濟產業等問題。

　　3.2地理信息科學是多學科的

　　融合和綜合

　　地理信息系統描述和管理的對象是地理。現代地理學研究涉及自然科學和人文科學，在自然和人文間架起一座橋樑。自然地理學的研究對象是自然地理環境，涉及水文、氣候、植被(生物)、土壤、地貌、凍土和冰川等領域。人文地理是一門探討各種社會、政治、經濟和文化現象的地理分佈、擴散和變化，以及人類社會活動的地域結構的形成和發展規律的學科，包括社會文化地理學、政治地理學和經濟地理學等。地理信息科學的應用涉及城市、區域、土地、災害、資源、環境、交通、水利(水務)、農業、產業、人口、文化、衛生、治安、住房、城管、基礎設施和規劃管理等領域的政府部門、企業規劃、物流和大眾出行服務。地理空間數據涵蓋了所有的數據類型。地理空間數據是描述地球表面一定範圍(地理圈和地理空間)內地理事物的(地理實體)位置、形態、數量、質量、分佈特徵、相互關係和變化規律的數據，是地理空間物體的數字描述和離散表達。作為數據的一類，地理空間數據不僅具有空間特徵、屬性特徵和時間特徵3 個基本特徵，還具備抽樣性、時序性、詳細性、概括性、專題性、選擇性、多態性、不確定性、可靠性與完備性等特點，這些特點構成了地理空間數據與其他數據的差別。地理信息系統開發應用了所有計算機技術，包括高效海量數據存儲技術、複雜的數據模型和結構、虛擬可視化技術、嵌入式和組件式、高速網路傳輸技術、并行計算處理以及圖形圖像輸入輸出技術。地理空間數據具有海量、空間、異構和多時態等特點。地理信息學科吸收信息科學的精華，與計算機技術結合，形成了網路、嵌入式和組件式等各種各樣的地理信息系統，同時也推動了計算機信息科學與技術的發展。

　　3.3位置是智慧城市數據

　　整合與關聯的基石

　　基於雲計算的數據整合、關聯分析和數據挖掘處理是智慧城市的靈魂。美國地理學家Waldo Tobler 認為任何事物都相關，只是相近的事物關聯更緊密，即地理學第一定律。位置作為人、事和物間相互關聯的信息基本屬性之一，在實踐過程中，政府、軍事和企業等不同部門為了滿足自身需求，從不同應用、不同專業、不同角度對地理物體和現象的信息進行描述和記錄，但實現區域內自然和人文地理要素的整體全息表達十分艱難。智慧城市建設覆蓋所有政府公共部門，其核心目標是建立全市域信息模型，構建城市核心繫統的運行全圖。城市數據的深度整合指針對分割和碎片化數據，以部分服從整體的系統論為核心理念，以業務協同和資源共享為特徵，以目標、機構、資源、業務、服務及其提供途徑等要素的整合為內容，以網路信息技術為支撐，實現數據跨部門協作。

　　3.4位置感知是智慧城市的物質基礎

　　獲取物體位置信息的技術叫做位置信息感知技術。基於位置的服務叫做移動定位服務。位置服務是通過電信移動運營商的GSM 網、CDMA 網、3G/4G、GPS、北斗定位系統和室內定位等獲取移動數字終端設備的位置信息，在地理信息系統平台的支持下，為用戶提供的一種增值服務。位置服務具有確定某人的位置和為某人提供適合的服務兩大功能。 基於物聯網技術的信息感知是智慧城市建設的物質基礎。位置感知和物聯網技術相結合可以為智慧城市基礎設施提供更加智能的技術手段，有助於逐步構建城市智慧服務體系，從而進一步為城市民眾提供有針對性的新服務和新模式。

　　3.5天空地遙感是感知城市環境

　　變化的主要手段

　　天空地遙感感知在智慧城市中的主要功能是識別物體和採集信息，用於解決人類世界和物理世界的數據獲取問題。採用感測器技術、條形碼技術、智能終端(智能手機、平板電腦、智能電視和智能卡等)、RFID技術、影像採集、衛星遙感、無人飛機攝影以及車載/機載三維激光雷達等實現對城市範圍內人、事件、基礎設施、環境和建築等方面元素的實時動態識別和信息採集。將感測器與通訊網路相連接，形成物物相連的物聯網，實現信息數據的全面透徹感知和特徵提取，為智慧城市環境變化監測和業務應用提供更多有價值的數據信息。

　　3.6可視化是智慧城市知識獲取的

　　主要途徑

　　大數據可視化是數據挖掘與分析研究的熱點，視覺信息感知可以輔助大數據分析。地理空間數據可視化運用計算機圖形圖像處理技術，將複雜的地理科學現象、自然景觀和人類社會經濟活動等抽象概念圖形化，以幫助人們理解地理現象、發現地理學規律和傳播地理知識，提升人類地理空間認知能力。可視化是人類感知世界主要途徑。人類日常生活中接受的信息80%來自視覺，而圖形圖像是人類最容易接受的視覺信息。信息可視化技術使人們可以通過觀看可視化的圖形、圖像獲取信息的內涵和潛在結構，大大降低了人的認知負擔。

　　3.7時空分析與過程模擬推演為決策

　　提供依據

　　時空分析與過程模擬推演是地理學研究的基本方法。把城市體系作為一個動態的複雜系統，用定性定量相結合的方法對其進行分解和簡化，確定大系統和子系統所要實現的目標和制約條件，探討系統的最優結構和功能。系統分析通常運用數學模型反映城市系統的特徵、結構和發展過程，運用地理信息技術把時空分佈的地理現象、社會發展、空間環境及動態變化進行多解析度、多尺度、多時空和多種類的三維描述，從而實現對城市生態環境的監控、模擬、推演、時空分析和評價，進而進行科學預測和輔佐決策，提高政府決策的科學性和效率。3.8 地理信息系統是智慧城市的核心軟體支撐。

　　在智慧城市建設中，運用地理信息系統手段對城市進行多尺度、多時空和多種類的數據描述，以物聯網為基礎實現城市信息動態、實時、連續、全覆蓋的獲取，應用數學方法，結合智能科學的相關理論和技術，構建城市建設和發展空間的決策模型，認識和解決城市發展過程中相關非結構化問題，深入研究城市系統的結構特徵，預測變化趨向，實現對城市建設和發展的監控、模擬、推演、時空分析和評價，提高城市建設決策的科學性和效率。地理信息系統使智慧城市不僅擁有全方位的信息採集能力，還具備更強有力的信息處理、分析、共享和協同等能力。在越來越多的智慧城市實踐中，空間信息和以此為基礎建立的空間信息共享、協同平台，以及由此衍生的空間信息服務生態體系已成為智慧城市建設的核心支撐之一。

　　4、結論

　　智慧城市是一個複雜、巨大的系統工程，該工程包括智慧信息基礎設施系統、智慧服務公共支撐系統和智慧服務應用系統等。這些系統中又各自由若干分系統組成，各個分系統還可以由若干個子系統構成.對於這種由系統、分系統和子系統等多層次構成的智慧城市複雜系統，必須以系統科學和系統工程的方法論為指導，將各個系統、分系統和子系統綜合集成為一個整體，無論是縱向還是橫向都要遵循系統集成方法論，利用辯證思維處理好結構與功能的關係。地理信息是智慧城市整體框架中一個重要的、不可缺少的基本信息，它以獨有的時空特徵為政府機構、各行各業和市民提供基於位置的信息服務，並以位置和時間為基準集成、融合、關聯、整合全市域所有信息資源，為數據挖掘、知識推理和知識發現提供信息支撐; 可視化為智慧城市各種信息表達提供重要手段，全面應用於國民經濟的各個部門，滲透到百姓生活的方方面面，深刻影響著每個人獲取信息的能力和方式; 以地理學理論為依據、以地理空間數據為基礎、以多源地理信息關聯、動態時空過程分析為方法，挖掘各種隱態信息、揭示隱藏的地理知識和求解各種地理問題，為城市建設決策提供科學依據。同時， 綜合性的城市問題和爆發增長的城市信息對地理信息科學提出了更高要求，也促進了地理信息科學的不斷發展。