地理信息系统在智慧城市建设中的应用

孔令成

[阜新市生态环境建设投资(集团)有限公司，辽宁 阜新 123000]

0 引言

随着我国智慧城市建设进程的发展，智慧城市建设相关的科研和实践也取得了较大的突破。其中，地理信息系统在智慧城市建设过程中的应用得到了广泛的认可和应用，同时也使得智慧城市建设水平不断提升[1]。

国内外学者在智慧城市建设相关的研究中也逐渐关注到地理信息系统等技术的应用和实践。国外相关专家学者较多地从地理信息系统的技术层面开展了研究，在地理信息系统的数据传输、数据存储以及数据的计算等方面进行了创新的分析；国内专家学者则更多地从地理信息系统的应用层面开展了研究，从地理信息系统与大数据技术的结合、不同领域的应用等方面进行了分析和探讨。

通过对国内外相关研究的梳理和总结，地理信息系统在智慧城市建设领域中的应用缺乏较为系统和更具针对性的研究。本文对地理信息系统在我国智慧城市建设中应用存在的问题进行了客观全面的分析，结合存在问题提出了具有针对性的解决方案，对于丰富地理信息系统在智慧城市建设方面的研究、提升智慧城市建设的水平有着重要的意义，也是地理信息系统技术应用研究的重要创新点。

1 相关概念

1.1 地理信息系统

地理信息系统（GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是基于地理、空间等相关理论，全面应用遥感技术、数字技术、互联网技术、大数据技术等相关技术，对所需地理信息进行观测和采集，并对观测和采集的数据进行整理和分析，从而服务于公共事业建设、气象、国防、资源管理等领域，对于国家经济社会发展、科技创新、国防建设和民生等领域都有着重要的作用。

1.2 智慧城市

智慧城市是在互联网技术和信息技术的发展和普及的基础上形成的一种新型的城市建设和管理模式，智慧城市全面应用和集成物联网技术、大数据技术以及云技术等新兴科学技术，建设科学、便捷、高效的城市运行和管理系统，并通过该系统的运行提高资源利用率、提升城市管理水平，更好地服务于经济社会发展和民生领域。

1.3 地理数据与地理信息

地理数据是指通过观察、测量等手段获得的地球表面空间的自然、人文以及社会等方面的数据，是描述和表示自然条件、资源分布、地理位置等的文字、数字等要素。

地理信息是指与地球表面空间相关的分布特征、自然规律、相互联系等信息。

需要说明的是，地理信息并不等同于地理数据，二者之间既有联系又有区别。地理数据是对地理情况定性、定量的客观描述，而地理信息则是在对地理数据的进行收集、整理和分析的基础上总结出的规律性、联系性，地理信息是地理数据所能反映出的特征。地理数据是对地理信息直接的记录和描述，地理信息则是对地理数据进行处理的结果。

2 地理信息系统应用于智慧城市建设的作用

目前，智慧城市的建设已经广泛地应用了地理信息系统，地理信息系统的应用也在一定程度上提升了智慧城市建设的水平，但是在实际的应用过程中，并没有较为系统和全面地将地理信息系统与智慧城市的建设相结合。本文结合地理信息系统的功能以及智慧城市建设的需求，全面梳理了在智慧城市建设中地理信息系统的重要作用。主要包括三个方面。

2.1 数据的采集及存储

地理信息系统在实际应用过程中可以利用遥感卫星等手段和方法，对包括地理位置、自然环境、社会环境、资源分布等地球表面的地理信息进行采集和存储[2]，在对这些数据进行采集和存储的基础上，地理信息系统可以根据需求对这些数据进行整理、分类、统计和分析，形成相应的分析报告、图、表等，总结出分布情况、相互联系、变化规律等信息，形成所需要的地理信息。在智慧城市的建设过程中，基于地理信息系统采集的地理数据以及分析得出的地理信息，智慧城市的规划和设计可以获得更加科学和全面的地理信息、数据支撑和依据，使智慧城市的建设更加科学，符合自然规律，提高智慧城市建设的科学性和可行性，真正提升城市管理能力和水平[3]。

2.2 数据的查询和分析

从功能上说，地理信息系统是一个综合性的管理信息系统，而管理信息系统的一个重要功能就是数据的查询。在地理信息系统对地理信息进行采集和录入后，系统将所有数据变为数字化数据，通过系统的查询功能，可以实现对所需要数据的快速查询[4]。由于地理信息与其他信息相比具有一定的特殊性，地理数据涉及范围广、时间跨度大、信息量大，同时，地理信息中很大一部分是三维信息，所以地理信息查询和交互的难度较大，而基于三维地理信息系统，可以轻松实现地理信息的查询。此外，地理信息系统的分析功能可以根据用户需求将地理数据和地理信息进行分类、统计、计算等，可以轻松、准确地获取用户需要的地理信息。在智慧城市建设中，需要某一类地理信息或者需要对某一类地理信息进行分析时，完全可以通过地理信息系统来实现，不仅可以提高智慧城市建设的效率，还可以提升地理信息的准确性，为智慧城市建设的决策、设计提供更加科学、可行的依据。

2.3 生成可视化影像

地理信息系统可以利用遥感卫星和其他测量手段获取数据以及人工输入的数据，运用数字技术生成区域地图、地形图，特别是利用三维地理信息系统可以依据相关数据生成三维的地图[5]，这些生成的地图不仅具有可视化的特点，同时可以实现图上测量等功能，能够清晰、准确、定量地展现城市中的地形、地貌、区域位置、水文情况、建筑设施等。在智慧城市建设过程中，通过地理信息系统生成的可视化影像，用户可以有针对性地查阅、测量、分析所需要的地理信息，不仅可以大大提升地理信息分析的效率，还能够及时发现城市管理和社会服务中存在的问题，从而全面提升智慧城市建设的水平。

3 地理信息系统应用于智慧城市建设中存在的问题

随着科学技术的不断发展，城市建设水平的不断提升，智慧城市的建设也有了新的要求和目标，城市建设者们认识到了地理信息系统在城市建设中的重要作用和意义，但是在实际的智慧城市建设过程中，随着智慧城市建设要求的提高、标准的提升，地理信息系统的应用也面临着一定的问题，需要加以解决，从而更好地服务于智慧城市建设。

3.1 地理数据、地理信息相对滞后

地理信息系统在智慧城市建设过程中的一个重要作用就是为智慧城市建设提供准确的地理数据和地理信息，城市建设者要依据这些地理数据和地理信息制定相应的智慧城市建设规划以及城市管理方案[6]，所以，地理信息系统数据的准确性和精确度对于智慧城市的建设有着非常重要的意义和巨大的影响。但是，在我国城市建设和发展过程中，特别是近年来，我国的区域发展、产业结构调整、基础设施建设、城市建设等时刻都在发生着变化，而地理数据的采集和录入是一个规模浩大的工程，往往跟不上城市变化的速度，导致了地理信息系统中地理数据的滞后，无法为智慧城市建设等提供实时、准确的地理数据和地理信息[7]。

3.2 定位精确度有待提高

地理信息系统中的一个重要功能是定位系统，利用该定位系统，在智慧城市的规划设计和建设过程中，可以对城市中的区域、建筑、山水林田湖草等进行定位，从而有针对性地、科学地进行智慧城市的规划和设计，完成城市的管理，特别是在发生自然灾害、交通事故、生产事故等情况时，地理信息系统的定位功能可以为交通管理、抢险救援等提供全面的支持。但是，地理信息系统的定位系统的准确性一直是关注的重点和亟待解决的问题，虽然在科学技术发展的过程中，地理信息系统的定位水平逐渐提升，特别是我国北斗定位系统的研发和应用，在一定程度上大大提高了定位的准确性，但是地理信息系统的定位系统仍有较大的提升空间，距离城市建设的需求还有差距。要通过提升科研水平和创新定位技术来不断提升定位系统的精确度。

3.3 空间分析能力亟待提升

地理信息系统可以基于遥感测量和数据录入生产三维立体图像，也就是辅助空间分析功能，基于这一功能可以实现对某一建筑的三维数据采集，并经过处理分析生成该建筑的三维立体影像，使用户可以在电脑前实现对目标建筑的观察、测量和分析，对于智慧城市建设有着重要的作用。但是目前的地理信息系统只能实现对单个目标或者小范围区域的三维图像的绘制，无法实现大区域甚至是整个城市的三维图像的生产，智慧城市的规划和设计还需要通过大量的实地测量和数据分析来完成，无法完全通过地理信息系统来实现。所以，要通过卫星遥感技术、定位技术、信息技术等新技术的应用和提升，来不断提升和拓展地理信息系统的空间分析能力，从而更好地服务于智慧城市的规划、建设和管理[8]。

4 地理信息系统在智慧城市建设中应用能力提升策略

通过对地理信息系统、智慧城市等相关概念的阐述，分析了地理信息系统在智慧城市建设中的重要作用，指出了地理信息系统应用于智慧城市建设中存在的主要问题，针对以上问题，要通过不断加强科研能力、开展科技创新，不断提升地理信息系统的科技含量和应用能力，更好地服务于智慧城市建设。

4.1 提升数据采集和处理能力

地理信息系统中的地理数据和地理信息是智慧城市建设的重要基础，但是由于城市建设速度加快等原因，地理信息系统中的地理数据往往存在一定的滞后现象，必须不断加强地理信息系统的数据采集和处理能力。一是要不断提高地理数据采集的能力，通过更新数据采集设备、创新数据采集技术、提高工作人员技术水平，不断提升地理数据采集的能力和效率，从而及时对地理信息系统中的地理数据进行更新，满足用户的需求；二是要实现地理数据的实时分享，要在地理信息系统中利用互联网技术、信息技术、云技术等新兴技术，实现地理数据的自动采集和实时更新、实时分享，提高地理数据采集的实效性和准确性；三是要提升地理数据的分析和处理能力，要充分利用大数据技术和云计算技术等，加强对地理数据的处理和分析，形成更加科学、更加客观的地理信息，为用户提供多维度、多层次的地理信息服务。

4.2 建设地理信息三维模型

通过地理信息系统建立的三维立体模型，相比于平面地图，可以更加直观、清晰地反映出城市地理信息，并可以完成在电脑端的测量与分析，实际应用价值非常高，特别是对于智慧城市的建设，可以极大提升智慧城市的规划和建设效率以及后期的管理能力。但是就目前的地理信息系统而言，还无法实现整个城市或大范围区域的地理信息三维模型的建设，地理信息系统要重点加强和突破三维立体模型的建设能力。一是创新地理数据的采集技术，提高地理数据采集的精度，为三维立体模型的建设奠定数据基础。二是加大科研力量，创新和发展三维立体成像技术，提升三维立体模型的建设能力和水平，使三维立体模型的建设速度和方法得到大幅提升，从而使三维立体模型的覆盖区域不断加大，为智慧城市的建设提供更强的支持。三是提高数据处理和存储能力，由于三维立体模型的数据量庞大，特别是大范围的三维立体模型，需要强大数据处理能力和存储空间，所以要不断发展和提升数字技术和信息技术，为三维立体模型的建设打造良好的基础。

4.3 建设和完善地理信息数据库

地理信息系统应用是建立在其庞大的地理数据基础上，其服务于智慧城市建设的核心是地理数据，而地理数据因其特殊性具有数据量庞大的特点，所以，要提升地理信息系统的应用水平和服务能力，要不断建设和完善地理信息系统的数据库。在服务智慧城市建设方面，一是要建设强大的城市地理数据库，城市地理数据库不仅可以应用于智慧城市建设，在基础设施建设、城市规划、城市管理等方面都有着非常重要的作用，地理信息系统要重视服务功能的呈现，把城市地理数据库作为重要课题进行研究，把城市的区域位置、建筑设施、水文地理以及地下管网等数据进行全面系统的测绘和采集，以备用户的查询和使用；二是要重视城市地理数据的更新和完善，随着我国经济社会的不断发展和进步，我国城市建设水平和发展速度也在不断提升，城市的面貌日新月异，所以地理信息系统要重视城市地理数据的更新和完善，要通过多种观测和采集手段特别是利用大数据技术和互联网技术等实现地理信息系统的更新和完善。三是要建立地理信息系统的纠错机制，一个区域的地理信息无时无刻不在发生变化，仅仅依靠系统的采集和录入是无法做到地理数据的及时和准确更新，所以要充分利用强大的互联网和多媒体技术，建立系统的纠错机制，及时发现地理信息的变化，并作出修改和完善。

5 结论

本文以地理信息系统在智慧城市建设中的应用为研究对象，首先，对地理信息系统、智慧城市等相关的概念进行了介绍；其次，分析了地理信息系统在智慧城市建设中的重要作用；然后，结合我国地理信息系统的发展情况和应用情况，指出了地理信息系统应用于智慧城市建设中存在的地理数据、地理信息相对滞后、定位精确度有待提高等问题；最后，针对存在的问题提出了提升数据采集和处理能力、建设地理信息三维模型和建设、完善地理信息数据库等对策。为进一步提升我国智慧城市规划、建设和管理水平提供了参考依据。