空间技术支持下的智慧城市发展研究

2022-07-27刘昕怡

智能建筑与智慧城市 2022年7期

刘昕怡

（福建师范大学地理科学学院）

1 引言

随着社会经济的发展，城市建设日新月异，城市建设的理念从传统的城市建设发展到数字城市建设，再转移到以智慧城市建设为重心。新一代的大数据技术、云平台与云计算与遥感、全球导航卫星系统、地理信息系统等测绘技术相结合，能够实现对目标的智能导航、监测和管理，能够为智慧城市的建成提供有效的技术支撑[1-3]。为此，本文就空间技术在智慧城市建设中的应用进行阐述。

2 空间技术在智慧城市建设中的重要性

空间技术测绘是指对地表自然地理要素或人工设施的形状、大小、空间位置和属性进行测量、收集和测绘。全球导航卫星系统、遥感、地理信息系统、测量机器人、三维激光扫描摄影测量技术等现代空间信息新技术与云计算处理技术、物联网技术相结合，为智慧城市建设提供基础数据和应用支持，使城市建设越来越智能化[4]。

3 空间技术为智慧城市建设提供基础测绘地理信息

基础测绘地理信息主要包括数据、图形、图像等成果和衍生产品。没有测绘地理信息，就不可能建设智慧城市，测绘地理信息是智慧城市建设的基础。一般来说，智慧城市物联网的建设需要大量的城市测绘数据。城市地图数据主要包括地理数据和综合管理数据两类。其中，地理数据主要通过测绘技术实现，可有效保证地理数据的安全性，更好地利用城市地理数据。新的测绘技术基于计算技术和网络实现智能测量，可为智慧城市建设提供更加及时、准确、快速的地理空间信息。随着科学技术的发展，出现了测量机器人、数字水准仪、GNSS 和三维激光扫描仪等高精度、智能化测量仪器。

3.1 测量机器人

测量机器人是一种集自动目标识别、自动瞄准、自动角度测量和测距、自动目标跟踪和自动记录于一体的智能全站仪。随着光电技术、计算机技术等新技术在全站仪中的应用，全站仪逐渐向自动化、智能化方向发展。这些新技术为提高测量精度、降低劳动强度、适应特殊环境、拓展工作领域提供了硬件基础。测量机器人的角度测量精度可达0.5〃，测距精度为0.6mm+1×10-6m，它集成了超高精度全站仪技术、高分辨率数字图像技术和超级镜像站技术，可满足当前测量行业的多样化需求，为智慧城市建设提供更准确可靠的基础空间数据。

3.2 全球导航卫星系统（GNSS）

全球导航卫星系统主要通过卫星的信号传输到地面接收机。接收机能准确掌握测量位置和具体位置信息，从而达到良好的测量效果。全球导航卫星系统同时确定三维坐标，将测绘和定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从后处理扩展到实时定位和导航。全球导航卫星系统是国家安全和经济的基础设施，是现代大国地位和综合国力的重要标志。随着GNSS技术的不断发展和北斗系统的完善，测量水平不断提高，测量更加全面可靠。全球导航卫星系统不受天气因素、地形因素和外部条件的干扰，能高效、准确地完成测量工作。

3.3 三维激光扫描测量技术

三维激光扫描测量技术是继GPS技术之后测绘领域的又一次技术革命。采用激光束高速扫描测量方法，可以快速、非接触地获取被测物体表面各采样点的三维坐标数据。它可以快速、大面积、高分辨率地采集空间点信息，并获取实体点集合。地形测量的发展推动了地形测量向高技术三维图形的发展。三维激光扫描可广泛应用于：①建筑物和构筑物的三维建模；②小型数字地形模型或高程模型；③飞机、轮船、汽车、雕像等独立物体的3D 模型；④自然地貌的三维模型。随着可持续发展战略的实施，数字矿山建设对生态环境保护具有重要意义。

4 新兴的遥感技术为智慧城市发展提供大数据支持

随着现有遥感技术的不断发展，高分辨率卫星的遥感观测、基于无人机平台低空摄影测量、倾斜摄影测量为智慧城市的建成、发展更新、应用提供了重要基础空间地理数据支撑。它不仅可以获取智慧城市建设所需的测量信息，还可以通过高精度的图像采集，为城市地理信息可视化技术创造条件。同时，基于长时间序列下的观测数据能够更准确地判断和评估城市未来的发展方向[5]。

4.1 高分辨率卫星遥感

目前，遥感已在地形图测绘、国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、城市规划建设、交通运输、国防建设等诸多领域得到应用和发展。遥感技术、GNSS 技术和地理信息技术的结合，可以合理规划城市交通线路和农业生产，为智慧城市建设提供数据基础[6]。

4.2 数字航空摄影测量

数字航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测绘和地籍测量的重要手段（见图1）。它可以提供各种形式的地图产品，如数字、图像和线条绘制。随着数字航空摄影测量的应用，摄影测量产品从影像地图转变为4D（DSM、DEM、DOM和DLG），为基础地理信息平台提供了可靠的数据保障。航空影像可以更新和分析城市管理中的国土资源调查和土地利用能力，有助于更快地掌握城市土地资源利用状况。通过航拍图像掌握城市区域相关环境因素的变化，实时了解土地、水和植被是否受到污染，有助于改善城市环境。通过航空摄影测量，可以明确城市不同区域的土地纹理信息和景观植被信息，通过对景观植物的监测，为城市景观工程提供更多信息。航空摄影测量技术的应用可以不断提高城市管理水平，实现城市的智能化发展。

图1 航摄飞机

4.3 低空摄影测量

低空摄影测量搭载的主要是无人机平台（见图2），测绘精度高，便携性好，能够克服复杂地表和一定的恶劣气象条件智能规划航线完成测绘任务。低空摄影测量主要用于灾害应急测绘、小比例尺测绘、三维城市建模和文物考古保护。在智慧城市建设过程中，高分辨率低空图像可以作为城市三维模型的图像源，充分发挥图像数据的多种功能。它在智慧城市管理、智慧旅游、智慧公共安全等方面发挥着重要作用。

图2 航摄无人机

4.4 倾斜摄影测量

倾斜摄影测量技术是一种新型测量技术，它通过不同角度的摄影相机获取多视角的影像，从而获得目标多角度的高空间分辨率的细节纹理信息。结合三维建模等技术，还能生成细节、纹理丰富的城市三维模型。该技术是实景三维的重要支撑。

4.5 激光雷达系统

激光雷达系统的优势在于能够获得高精度的地面三维点云信息，并基于此构建高精度的数字地表模型。利用激光雷达所获取的数据被广泛应用于资源勘探、城市规划、环境监测、防震减灾中，为高精度测绘、土地利用规划等城市应用提供重要支撑，是智慧城市多维度建设的重要保障（见图3）。

图3 搭载LiDAR相机的无人机平台

5 新型的测绘技术打造智慧城市时空信息云平台

智慧城市以空间定位为连接点，利用地理信息系统和虚拟现实技术整合各种数据资源。地理信息系统能够整合和管理空间信息，并且具有一定的分析、显示能力，能够快速高效的分析城市内部的空间布局、产业分布等。依托于计算机高效的计算能力，GIS能够以二维、三维的模式表达空间信息，从而为智慧城市的建设、管理提供分析和展示。因此，智慧城市的内在发展需要GIS 的参与，构建出基于大数据的时空信息云平台。在GIS 平台上，利用云计算对GIS 进行建模、存储和处理，保证数据交流、访问和管理的便捷，为城市管理、轨道交通、民生经济、环保、公共安全和资源管理等方面提供智能决策，使城市运营、管理和服务更高效、更智能、更灵活。