地理信息为载体的城市设计论文

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1基于地理信息的地理设计

用地理思维的角度去观察城市，我们可以了解城市是怎么样的、为什么是这样。基于地理信息的直观表达，可以揭示城市经济和社会现象的空间关系以及空间结构，城市中的人与环境的内在相互关系、相互影响等。用地理信息去研究城市可以跨过早期的简单因果关系直接进入现代广泛流行的相互作用关系论中。城市中的各种因素包括人、社会主体和经济主体，单个因素活动可能是没有规则的，如果用地理的角度去研究就会显现出明显的空间规律。地理信息作为一种空间表达、空间呈现和空间关系的描述信息，为人类进行空间思维提供了交互语言。借助于地理信息清楚了解城市各种运作的规律，有助于我们对城市进行统筹，在城市的规划建设、运维管理、应急救灾等方面可以做到更好。地理设计是一种将地理科学和GIS方法融入到设计过程中的系统方法学。相对于传统的城市设计，地理设计更强调了依托地理环境背景，对城市建设进行方案设计。在设计的过程中有一系列的功能、方法、工具和模型根据原有的空间及属性信息结合当前输入的设计方案进行动态分析评估，并把评估结果用地理的方式直观表达出来，快速地为设计者提供反馈互动，让设计者及时了解设计方案在各个方面引起的影响，进而进行设计方案的迭代修改，直到生成总体效果良好的设计方案。在这个过程中还可以包含信息共享及协同工作机制，让更多的人和部门同时参与到设计阶段中，确保方案的优良特性。地理设计的系统方法及实现工具在日益完善中，随着时间的推移将越来越多地在智慧城市建设中起到重要作用。智慧城市有多个特征，其中一个主要特征是可持续性。城市运行维护管理的优劣也很大程度地决定了城市的智慧化程度。城市运行维护管理的主要内容包含城市公共设施管理、城市资源与生态环境管理、城市经济管理及城市社会管理等方面。在城市运行维护管理中，与空间位置相关的内容都可以利用地理信息技术来进行分析处理。利用地理信息技术收集城市运行维护管理信息，分析评估城市管理效果，根据分析评估的结果调适原有的管理体制、方式和方法，努力提高管理的效率、优化管理效果，取得更好的社会效益及经济效益。让城市的运行进入一种良性的可持续的状态中，真正实现智慧城市的建设目标。

2时空地理信息的获取与利用

智慧城市是依托信息科技和智能技术来实现城市运行管理的及时感知、互联传递、利用和分析，从而创新城市运行、管理、服务机制，提升城市科学管理和决策的“智慧”。智慧城市的主要特征包括全面感知、互联互通和融合计算等。无论是在过去、现在还是未来，任何人、事、物、组织都必须依附于空间环境内，而对不同时态下的人、事、物、组织的空间存在位置的描述亦是地理信息的一种，这是一种广泛存在的地理信息，是描述任何事物的位置元数据。从空间维度来看，可以将所有完整的事物主体描述信息看成是地理信息和属性信息的结合，考虑与测绘地理信息进行区分，不妨把地理信息分类为基础地理信息和泛在地理信息，而政务专题信息、卫生专题信息等社会要素则是泛在地理信息的一个个子集。可以看到，跳出传统狭隘的基础地理信息思维，整合利用基础地理信息和泛在地理信息，才可以把社会人文的所有对象结合空间思维来思考和决策，这是充分利用地理信息提供城市“智慧”的前提。时间和空间，是自然宇宙的两个维度，也是城市运行管理服务的两大通用规则。时空信息的结合，为融合利用城市海量信息指出一条清晰的路径。城市可以空间为横轴、时间为纵轴，钻取城市信息，建设一个智慧城市运行监测平台，只要尽可能多地接入城市感知信息（比如温湿度与空气监测信息、水文水质监测信息、各种定位信息、城市摄像头、公交刷卡信息、POS刷卡信息、通信基站连网数据、交通卡口信息、ETC不停车收费记录等等，将感知的概念再延伸一些，还有遥感遥测信息、企业和个人去公共服务窗口办业务记录、个人住宾馆酒店的记录、乘车和乘飞机时的身份记录等等），实现城市信息的大集成，就可以展示城市现在、再现城市的过去、模拟城市未来。想象一下，坐在智慧城市的运行中心，在以大幅地图为背景的屏幕上，可以看到实时的城市各局部的气象环境、温湿度、PM2．5等，可以回顾城市的历史气象，还可以模拟将来气象；可以看到实时的城市人流、车流动态，可以回顾历史人流、车流，还可以模拟未来4小时、8小时、12小时内的人流车流；可以查看任何一个人或车的运动行进轨迹，还可以揭示其在空间上的时间规律；可以看到水文水质情况，可以回顾和预测水位信息，还可以及时提醒污染变化情况；可以看到实时的城市警情，可以回顾历史警情，还可以预测未来的警情波动的时间区间和空间区间；可以看到最新的遥测信息，可以获得地面滑坡、违建的智能提醒，还可以生成应急警告或清违指令；等等。从城市信息化的角度来看，以往主要着力于时间维的信息分析和利用，在智慧城市框架下，在时间维的基础上结合空间维，时空信息的融合利用，给了城市运筹帷幄的底气和智慧。城市要获得和提升智慧，需要持续提升两个方面的能力，一是充分获得信息的能力，没有高度信息化的城市没资格谈智慧，所以智慧城市建设的主要任务之一是延伸信息感知触角、集成城市信息；二是充分利用信息的能力，如果城市汇聚一个庞大的综合数据库，而不加以呈现、分析和利用，那么信息的价值度必然很低，城市也谈不上智慧。时空思维是实现城市智能与智慧的主要手段，由于时间一直是城市信息的主要元数据，因此要提升城市智慧，主要面临的重大挑战是如何提高城市的空间思维能力：1）如何把从各种途径采集、感知、分布和汇聚的海量信息进行空间化，将其转化为泛在地理信息，从而能实现对海量信息的空间呈现和抽取，为城市管理者和服务对象提供空间思维辅助。2）如何赋予计算机系统一些空间业务规则，从而实现城市的空间智能。从地理信息共享服务的角度来看，需要实现城市地理信息（包括基础和泛在地理信息）的随需共享，以支撑各行业部门及各种协同应用需求。

3智慧城市的时空信息框架设计

智慧城市的空间基础框架需要满足各种情况下的时空信息展示呈现要求，因此需要最大程度地整合城市的各种尺度、各种样式、各种来源、各种时相的基础地理信息，具体来说除了基础的矢量数据、影像数据、实景影像、2．5维等数据外，城市的基本地物，如地下空间、管网、地上城市部件、建筑、桥梁、城市宗地、城市规划定案等都应纳入为基础地理空间信息的服务范畴。基础空间数据的共享整合，优先采用数据交换方式实现数据集中，并整理好各地物实体的空间关系，比如社区和宗地的关系、宗地和建筑的关系、建筑和地下空间及管网的关系等，从而形成较完整的城市空间实体数据库，为城市提供全方位的、高性能的基础地理信息服务。一些正在规划、正在设计、正在建设的空间实体，可以通过地理服务方式，到基础地理信息服务平台。为满足智慧城市的时空分析需求，需要将大量的人、事、物、组织等社会人文信息进行精确空间化，生产城市的泛在地理信息。传统的基于标准门楼牌数据的匹配服务，能满足标准地址的精确匹配问题，不能满足非标数据的空间化需求，也不能解决地址描述信息的非标问题。为此，需要从以下5个方面进行智慧城市的时空框架设计：

1）建立位置资源库，构建丰富的地理标识库。

在标准地址门楼牌库的基础上，混合各种地址编码技术，采集和抽取大量的城市地理部件或人文地理标识，建立位置资源库，并不断地补充完善；大量的城市感知设备都是重要的电子标识资源，要纳入位置资源库统一规范管理。

2）提供强大和精确的位置寻址服务，支撑快速空间化的重要基础地理服务。

3）与产生城市管理信息的关键业务系统结合。

泛在位置信息在业务中进行确认是最为准确的，与各关键系统的地址登记模块进行结合，给结合系统提供选择性输入位置描述或空间坐标，能减少非标地址的产生，减少批量空间化的压力，甚至能获得一些位置资源标识。

4）建立动态感知信息接入平台。

大量的前端感知信息要进行空间呈现，需要解决动态信息接入、空间化及基于空间规则的预处理、分发和基于空间地图的动态展示等所有问题，需要一个统一的信息接入平台负责处理。

5）提供泛在化的地理信息服务。

智慧城市的地理信息服务要满足随时、随地和随需的要求，由于数据分布、保密等客观原因，大量的泛在地理信息还是分布于不同单位，但整体上要按SOA架构，实现分布式的地理信息服务和融合共享服务，满足智慧城市对地理信息的流程化协同共享的需求。

4应用案例研究———以智慧纽约为例

纽约市作为美国最大的城市与商港，也是世界经济中心之一，其集中、高效、密集、多样性及无尽的创造可能性为建设智慧城市提供了先天优势，智慧纽约设计内容关注于城市环境的5个层面：土地、空气、水、能源以及交通运输，期望2030年为全纽约人建设一个更加便利、美丽、健康和平等的城市。目前美国智慧城市设计所遵循的是“纽约市（2007－2030）城市总体规划”（PlaNYC），主要涵盖十大模块目标。通过纽约智慧城市设计案例可以认识到，智慧设计区别于传统设计，主要体现在所关注方向不仅仅局限于城市的建设和经济的发展，更需结合智慧城市的发展目标将关注面扩展到市民生活息息相关的各项内容中去。而地理信息技术以其直观的空间呈现、对空间关系的计算处理能力，为人的空间思维提供了重要辅助手段，从而提升个人或组织的智慧。在以地理信息为载体的智慧纽约的设计建设中，人们通过城市部件的位置，可以找到维护保养单位；通过危急事故区域，可以找到最近的应急资源和队伍；通过环境污染的演进路线，可以找到污染源；通过传染病分布分析，可以找到可疑传染病源；通过个人的位置，可以找到最近的酒店、商店和朋友等，这些都是基于地理信息获得和提升智慧的具体表现。通过地理信息为载体的资源统筹、分析数据、构建模型，能够提供良好的城市建设与管理的政策和方法。

5结束语

人们最普遍关注的一些问题：在哪里？到哪里去？怎么去？那里有什么？这些都可以借助地理信息技术去解决。城市中的人、物、事都与地理空间位置相关，都可以承载在地理空间之中。用地理思维和地理科学，能有效发现这些因素的内在规律，从而进行科学的设计和引导，让其朝着良好的方向发展，让整个城市更加和谐、高效并可持续，让人们的工作生活更加美好。智慧城市的建设是一个复杂漫长的过程，而基于地理信息科学的设计方法能有效地为智慧城市建设加速。

作者：王长海周晓琴陈碧宇单位：南宁市勘察测绘地理信息院武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室