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BIM与GIS结合打造智慧城市

2018-12-1 16:11| 查看: 410| 评论: 0|来自: 3S新闻周刊

  人们所构筑的网络世界完全没有边际,但讽刺的是我们的现实世界却越来越拥挤……为了满足居民和城市发展的需求,城市正在急速扩张,同时城市的信息系统也越来越复杂、精细,城市发展历经城镇-城市-数字城市-智慧城市的过程。智能城市将是一个成熟技术的融合,还包含精准的城市三维建模,发达的城市传感网络,实时的城市人流监控。

精准的城市三维建模
  随着技术的发展,我们看到位置信息精度飞速地提高。20世纪90年代的GPS定位技术无疑翻开了一个新篇章,另外2000年SA政策(人为降低全球定位系统信号有效性的技术政策)的取消也使得民用GPS精度极大提升。GPS通过同具有深刻认知和分析功能的GIS系统结合产生了一系列的新技术和新产品,例如现今精度高达几米的汽车导航等产品。
  但是在GPS精度提高并普及后,我们在室内定位方面的进程却几近停滞不前。鉴于其巨大的商业“钱”景和应急救援等需要,专家和厂商花了大量的时间和工作来寻找价廉、好用的解决方案来攻克这一难题。相信商场环境中的室内定位技术将会推动位置服务的新浪潮。也许以后在室内定位方面将是以装置为中心的位置服务,即装置通过接近用户身处环境的相对位置,将会激活相应的位置服务程序。
  但是室内定位系统除了要解决定位的方式,还要解决底图的问题。室内建模方面一直没有特别的解决方案,雷达精准但是昂贵,从二维设计图生成三维模型还需要注意精度的问题。现在出现的BIM依稀是给出了一个完美的底图解决方案,但是众所周知的在测量-土木-地理空间的互通性一直存在问题,例如:BIM和3D建模的互通性问题。对此,OGC开发的基于3D建模的CityGML编码标准看起来是个不错的解决方案。它使得BIM和GIS能有机会融合在一起,实现室内定位。

  另外,CityGML不仅能够支持个别建筑的模型,还能支持整个站点、区、市和国家的整体建模。在城市建模方面,城市测绘部门利用机载雷达、倾斜摄影等手段提供城市建模所需要的数据。再通过利用诸如CityGML等标准,实现地理设计和BIM相结合将为智慧城市的建设带来新的思路和方法。
  不过,对比国外的BIM应用,我国的BIM应用则是刚起步,只有一些大型的地标型建筑采用了BIM。因此如果要应用BIM和GIS结合来作为一种定位手段,我们还有很长很长的路要走。
  发达的城市传感网络
  智能城市通过更广泛的感知环境和公民活动可以提供更好的服务。城市规模的传感网是感知城市以及反馈服务的关键部分。大规模传感可以由信息管理者通过科学化部署的覆盖全市的传感器来实现。其中,桑坦德市致力于成为整个欧洲智慧城市的“原型”,其SmartSantander项目共计安装了12000个传感器以实现“智慧的城市生活体系”这一目标。
  同样也可以通过人或车辆携带的移动设备来实现信息采集。近年来,通过移动网络手机信令数据的信息采集技术越来越被各个城市信息部门所重视和应用。作为一种用于信息采集的数据源,不管人们自动或是被动参与,他们的移动设备都很好地为城市传感器平台服务着。参与式的传感收集是当人类有意识地参与收集活动中,而还有一部分的传感收集是人们身处环境中不知不觉完成的。欧洲的CITY-SENSE项目致力于开发“公民观察站”来鼓励公民参与到社区和社会制定决策的过程中来参与环境治理等工作。
  有了精确的采集手段,通过GIS平台存储、实时显示,以及分析数据,再通过短信、彩信等方式及时通知公众。
  智能的应用程序需要量测城市中的资源流动。当然在任一情况下,传感网络都需要开放的标准来实现不同系统间灵活的和点对点的交互以实现信息的采集、分析和发布过程。作为智慧城市建设竞赛的领跑者之一,韩国正在推动一个特殊的建筑标准:通过普适计算和绿色技术一体化的服务管理平台对建筑进行管理。为了降低建筑的运营成本(是建筑生命周期中最大的成本),未来的建筑将包括一个大型阵列传感装置和数据加工设备。
  实时的城市人流监控  因为生活在智慧城市中,人们随身携带的移动设备将能直观描述这些公民的群体行为。由AT&T实验室的研究揭示了城市的规划者如何通过基站记录的移动电话的数据来更好地了解城市动态。可见手机是一个易用、有效的数据采集和发布终端。在数据采集方面,手机信令采集技术以手机与人绑定作为设计的依据,该技术具有覆盖范围广、受天气影响小、全天侯采集、不受光线影响、不受房屋等遮盖物体的影响、可获得大量样本空间等特点。完全可以克服现有城市中人流监控技术的不足和缺陷。
  我国部分一线城市已经有区域的人流实时监控预警系统,例如北京市在目前投入使用的西单商业街人流实时监控预警系统和北京市地铁客流监管系统分别是基于智能图像监控识别技术和RFID射频识别技术实现的人流的实时采集和监管,这两种技术存在着很多的优点以及一些问题。

  以北京为例,根据公布的全国人口普查结果,截止到2011年末北京市常住人口就达到2018.6万人。北京移动分公司服务的移动用户数在2500万,其中2000万是北京市本地用户,500万是漫游用户,形成了一个足够大的采样样本空间。并且北京移动分公司的基站已经覆盖北京全部的区县,每天产生的手机信令信息量在15亿条左右,基于这些海量的手机用户信令进行分析,完全可以准确地、全面地、实时地对城市中的人流情况进行感知,对城市中的人流进行精细化的监控,也可以丰富人员疏导的方式,达到比较好的管理效果。
  但是,我国目前城市中的人流监控管理还只是针对一个区域、一个场馆或一个交通枢纽来进行的,这种自我负责片区的管理工作就形成了一个个的信息孤岛,无法有效整合这些资源为整体城市服务,也就无法从整个城市的角度进行综合的人流监管和控制。

  为了解决这些信息孤岛,人们将目光投向了GIS,这一可以实时在线存储、显示、分析、发布信息的平台。
  GIS在此方案中的角色:
  1.数据存储、分析:以行政区域作为统计分析的粒度,统计全市范围内在各个行政区域的实时人流量,并通过GIS软件或平台进行进行浏览、分析等等。
  2.数据展示:在电子地图上标识出指定的交通小区、城市大区、热点区域、行政区域等各种类型区域的准确范围;根据实际统计分析的结果,利用不同颜色形象、直观地进行展示;在电子地图上点击具体划分好的各种区域,立即弹出此区域的详细统计分析结果等数据;方便地拖拽移动、放大缩小等功能的电子地图。通过GIS方式,将城市的人流现象、范围、强度等进行直观、量化地展现。
  3.辅助应用:有了采集数据的分析手段,结合GIS电子地图平台和公共广告屏实时显示人流信息,通过短信、彩信系统实现人流信息的多渠道发布,在紧急事件发生时及时通知公众和有关的管理人员。
  当然,无论哪种监控方式都有一个共同的挑战:对人们无孔不入的监视将涉及到数据的所有权和隐私问题。普适感知和移动计算具有巨大的社会价值,但这些功能必须以不侵犯人们的合法权利为基础和目的进行开发。为了保护公民的隐私权利,相应的政策和技术标准是必要的。
  随着政府和企业对智慧城市的愿景越来越强烈,更多技术手段和应用被引入,城市也要越来越智慧、具有活性。技术间的融合和兼容将是智慧城市建设者需要优先考虑的,通过广泛参与和标准组织的合作可以促进智慧城市的平衡发展,以便更好地服务社会和人民。

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