智慧城市對于時空信息的需求

1、新型智慧城市的特征

目前，我國的城市信息化建設(shè)絕大部分還停留在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化階段，而一旦數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展成熟，積累了大量數(shù)據(jù)，勢必就會產(chǎn)生進(jìn)一步的信息化需求，這就是智能化。簡單地說，智慧城市就是讓城市更聰明，本質(zhì)上是讓作為城市主體的人更聰明。通過互聯(lián)網(wǎng)把無處不在的被植入城市物體的智能化傳感器連接起來形成的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對物理城市的全面感知，利用云計算等技術(shù)對感知信息進(jìn)行智能處理和分析，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上“數(shù)字城市”與物聯(lián)網(wǎng)的融合，并發(fā)出指令，對包括政務(wù)、民生、環(huán)境、公共安全、城市服務(wù)、工商活動等在內(nèi)的各種需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持。其新型智慧城市的特征如下：

(1)透徹感知

無處不在的智能傳感器，對物理城市實(shí)現(xiàn)全面、綜合的感知和對城市運(yùn)行的核心系統(tǒng)實(shí)時感測，實(shí)時智能地獲取物理城市的各種信息。

(2)全面互聯(lián)

通過物聯(lián)網(wǎng)將無所不在的智能傳感器連接起來，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的智能傳輸和存儲。

(3)深度整合

當(dāng)前智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息資源整合、設(shè)備資源整合、業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合，打造完善、高效的數(shù)據(jù)流，并以此促進(jìn)業(yè)務(wù)流程改造和轉(zhuǎn)型，提升綜合服務(wù)和決策能力。

(4)資源共享

當(dāng)前智慧城市建設(shè)的重要突破點(diǎn)。以信息資源為核心，從技術(shù)層面和管理體制方面著手推進(jìn)智慧城市信息共享，打破信息孤島，建立科學(xué)合理的管理制度和標(biāo)準(zhǔn)體系。

(5)協(xié)同運(yùn)作

建設(shè)成為面向?qū)ο蟮姆?wù)聚合。

(6)智能服務(wù)

在城市智慧信息設(shè)施基礎(chǔ)上，利用云計算服務(wù)模式，充分利用和調(diào)動現(xiàn)有一切信息資源，通過構(gòu)架一個新型的服務(wù)模式或一種新的能提供服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理、數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)，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(wù)。

(7)激勵創(chuàng)新

鼓勵政府、企業(yè)和個人在智慧信息基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行科技和業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用，尋求新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，為城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供源源不斷的動力。

2、新型智慧城市對于時空信息的需求

新型智慧城市對時空信息的需求，主要體現(xiàn)在智慧城市時空信息云平臺建設(shè)。其中：

1)共享。指地理時空數(shù)據(jù)為城市各部門(行業(yè))共享(城市“一張圖”)，即各部門(行業(yè))在統(tǒng)一的地理時空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建設(shè)各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

2)交換。各部門(行業(yè))能交換的信息都應(yīng)以統(tǒng)一地理時空數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，相互交換，避免出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。

3)聚合。指各部門(行業(yè))除不能公開的信息都應(yīng)聚合在統(tǒng)一的地理時空數(shù)據(jù)上，以建立城市綜合決策系統(tǒng)。

4)傳感網(wǎng)接入。指時空信息云平臺應(yīng)是一個開放共享平臺，包括具有空間位置特征的地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)(如大氣、地面溫度、水質(zhì)監(jiān)測、土壤監(jiān)測等)和地下管線智能感知設(shè)備等，都應(yīng)能接入時空信息云平臺。

5)時空大數(shù)據(jù)體系。指傳感網(wǎng)接入數(shù)據(jù)、地理時空數(shù)據(jù)與各部門(行業(yè))融合的數(shù)據(jù)所建成的時空大數(shù)據(jù)集，并對其進(jìn)行一致性處理，形成時空大數(shù)據(jù)體系。

6)時空大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與挖掘。指對時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行時間序列和空間趨勢的統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)知識，為空間決策支持系統(tǒng)提供知識服務(wù)。

圖表：時空信息的需求

資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

3、時空大數(shù)據(jù)在智慧城市中的運(yùn)用

(1)智能交通

智能交通系統(tǒng)(ITS)擁有實(shí)時的交通和天氣信息，所有車輛都能夠預(yù)先知道并避開交通堵塞，減少二氧化碳的排放，沿最快捷的路線到達(dá)目的地，能隨時找到最近的停車位，甚至在大部分時間車輛可以自動駕駛，而乘客可以在旅途中欣賞在線電視節(jié)目。這需要信息技術(shù)、交通大數(shù)據(jù)、先進(jìn)交通管理給予支持。依托城市交通信息中心，實(shí)現(xiàn)城市公共汽車系統(tǒng)、出租車系統(tǒng)與軌道交通系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、電子通信系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、電子地圖系統(tǒng)綜合集成的一體化交通信息管理。

目前智能交通已經(jīng)取得以下應(yīng)用實(shí)例：

1)利用智能交通信息技術(shù)支撐，交通大數(shù)據(jù)支撐，先進(jìn)交通管理支持等，實(shí)現(xiàn)道路的“零堵塞”、“零傷亡”和“極限通行能力”。2)利用車輛軌跡和交通監(jiān)控數(shù)據(jù)，為政府改善交通狀況，為乘客提供交通信息，為駕駛員提高行車效益提供幫助。3)根據(jù)用戶歷史數(shù)據(jù)，為司機(jī)和乘客設(shè)計一種雙向最優(yōu)出租車招車/候車服務(wù)模型。4)基于出租車GNSS軌跡數(shù)據(jù)，并結(jié)合天氣及個人駕駛習(xí)慣、技能和對道路的熟悉程度等，設(shè)計針對個人的最優(yōu)導(dǎo)航算法，可平均為每30min的行車路線節(jié)約5min時間。5)利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和用戶車輛慣性傳感器數(shù)據(jù)，匯集司機(jī)急剎、急轉(zhuǎn)等駕駛行為數(shù)據(jù)，預(yù)測司機(jī)的移動行為，為司機(jī)提供主動安全預(yù)警服務(wù)。

(2)智能電網(wǎng)

以先進(jìn)的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互為手段，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全為目標(biāo)的先進(jìn)的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)，其核心是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動化和智能化。信息技術(shù)支持：通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對電網(wǎng)和用戶的信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和采集，并可將已嵌入智能傳感器的各供電、輸電和用電設(shè)備連成一體，從而實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的物理實(shí)體入網(wǎng)，通過智能化、網(wǎng)絡(luò)化的管理實(shí)現(xiàn)能源替代以及對電能的最優(yōu)配置和利用。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)支持：通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，連接遍布電網(wǎng)六大要素的傳感器，每秒從發(fā)電系統(tǒng)讀取60次同步相量測量值記錄所有電流數(shù)據(jù)和智能電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，智能電表每隔15分鐘到1個小時從每個家庭或企業(yè)自動采集數(shù)據(jù)，甚至跨區(qū)域電網(wǎng)收集數(shù)據(jù)。電網(wǎng)基礎(chǔ)地理空間大數(shù)據(jù)，如電網(wǎng)布局的空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系數(shù)據(jù)、全部傳感器位置數(shù)據(jù)、輸電線路巡線位置軌跡數(shù)據(jù)、停電或事故斷電等電網(wǎng)安全數(shù)據(jù)。先進(jìn)電網(wǎng)管理支持：集發(fā)電監(jiān)控中心、調(diào)度中心、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)等于一體的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)。

目前智能電網(wǎng)已經(jīng)取得以下應(yīng)用實(shí)例：

1)智能電表數(shù)據(jù)的應(yīng)用：更好地掌控電網(wǎng)中用戶的需求層次;監(jiān)控各種電器詳細(xì)的電力消耗情況;可按時間或需求量的變化定價;根據(jù)用電模式對用戶進(jìn)行分類;避開高峰時段用電;識別用電需求來自哪個地方或用戶。2)智能電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)行：基于智能電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)覆蓋范圍布局的空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系的優(yōu)化設(shè)計;基于電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)上所有傳感器的精確空間定位;基于電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)(集發(fā)電系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等于一體)的高效運(yùn)行。

(3)智能物流

采用GNSS、PDA、多功能手持終端、RFID、無線網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，集生產(chǎn)中心、倉儲中心、商務(wù)中心、配送中心、監(jiān)控中心等于一體的精細(xì)化、智能化、協(xié)同化物流信息系統(tǒng)。信息技術(shù)支持：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)、多種感知設(shè)備(溫、濕、壓等多功能手持終端、RFID等)、無線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)。物流大數(shù)據(jù)支持：覆蓋物流網(wǎng)范圍的地理空間大數(shù)據(jù)、物流系統(tǒng)五元素空間位置數(shù)據(jù)、物流網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)交通數(shù)據(jù)、油氣管道線路位置數(shù)據(jù)及其上感知設(shè)備的位置數(shù)據(jù)、智能物流過程的大數(shù)據(jù)、食品物流過程數(shù)據(jù)(溫、濕、壓、車況、人況)、油罐或化學(xué)品等易燃易爆物流過程實(shí)時動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)、物流車等的位置軌跡數(shù)據(jù)、物流車時間數(shù)據(jù)、車速數(shù)據(jù)。先進(jìn)物流管理支持：集生產(chǎn)中心、倉儲中心、商務(wù)中心、配送中心、監(jiān)控中心于一體的智能物流信息系統(tǒng)中心。

目前智能物流已經(jīng)取得以下應(yīng)用實(shí)例：

1)對物流車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和指揮調(diào)度：根據(jù)顯示在電子地圖上的GNSS記錄的物流車輛位置軌跡數(shù)據(jù)，分析和掌控物流車輛(隊)行駛狀況;根據(jù)顯示在電子地圖上的相應(yīng)感知設(shè)備記錄的車上物資的溫度、濕度、壓力等監(jiān)控數(shù)據(jù)，分析和掌控物流物資的安全狀況。對油氣管道物流狀況的監(jiān)控：根據(jù)管道安全巡線員利用PDA和GNSS進(jìn)行巡線的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并發(fā)出應(yīng)對指令;根據(jù)管道上各類感知設(shè)備記錄的溫、濕、壓、損數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并采取相應(yīng)措施。3)物流安全事故預(yù)防和事故處理：監(jiān)控中心根據(jù)物流大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，發(fā)現(xiàn)可能隱患，并提出預(yù)防措施;對已發(fā)事故，利用監(jiān)控中心的物流信息系統(tǒng)平臺研究處理方案，調(diào)集和組織力量趕赴事發(fā)現(xiàn)場搶救。

(4)智慧醫(yī)療

智慧醫(yī)療是為了實(shí)現(xiàn)各級醫(yī)院之間人才資源、醫(yī)療信息資源和醫(yī)療文獻(xiàn)資源共享。信息技術(shù)支持：人的身體和生理微型感知技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù);醫(yī)學(xué)影像分析處理和三維仿真技術(shù);計算機(jī)電子醫(yī)療檔案技術(shù);醫(yī)療衛(wèi)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。醫(yī)療大數(shù)據(jù)支持：城市醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)(行政機(jī)構(gòu)、各類各級醫(yī)院、衛(wèi)生院所、保健、藥品商店、急救中心等)的空間分布數(shù)據(jù);地方病、流行病、急性傳染病數(shù)據(jù);各類各級醫(yī)院特色(專業(yè))、人才、床位、醫(yī)療檔案(病歷)、大型專業(yè)和特殊設(shè)備、醫(yī)療文獻(xiàn)等數(shù)據(jù);個人保健數(shù)據(jù)。

目前智能醫(yī)療已經(jīng)取得以下應(yīng)用實(shí)例：

1)流感傳播預(yù)測：美國Rochester大學(xué)的AdemSadliek等人，利用全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析紐約63萬多微博用戶的440萬條微博數(shù)據(jù)，繪制身體不適用戶位置“熱點(diǎn)”地圖，顯示流感在紐約的傳播情況，指出最早可在個人出現(xiàn)流感癥狀之前8天做出預(yù)測，準(zhǔn)確率達(dá)90%。2)個人保?。和ㄟ^安裝在人身的各類傳感器，對人的健康指數(shù)(體溫、血壓、心電圖、血氧等)進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)時傳遞至醫(yī)療保健中心，如有異常，保健中心會通過手機(jī)，提醒你去醫(yī)院檢查身體。3)遠(yuǎn)程醫(yī)療：通過國家衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò)，利用醫(yī)療資源共享及檢查結(jié)果互認(rèn)數(shù)據(jù)以及急重病人異地送診過程中的實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)，在線會診分析、治療和途中急救等。

(5)智慧城市社會管理

信息技術(shù)支持：傳感網(wǎng)監(jiān)測技術(shù);平安城市監(jiān)控攝像頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測、車流監(jiān)測;GPS/BD導(dǎo)航技術(shù);搜索引擎技術(shù);地理信息系統(tǒng)技術(shù)。城市社會化大數(shù)據(jù)支持：城市基礎(chǔ)地理空間信息交換共享平臺(一張圖)大數(shù)據(jù);位置軌跡數(shù)據(jù);平安城市攝像頭監(jiān)控數(shù)據(jù);空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù);搜索引擎數(shù)據(jù);流動人口注冊數(shù)據(jù)。

目前智慧城市社會管理已經(jīng)在平安城市中得到應(yīng)用。利用部署在大街小巷的監(jiān)控攝像頭數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像敏感性智能分析，并與110、119、112等交互，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報警系統(tǒng)之間的聯(lián)動，從而構(gòu)造和諧安全的城市生活環(huán)境。例如：1)從城市人群流動數(shù)據(jù)中，揭示區(qū)域功能和區(qū)域人流的關(guān)系，對城市區(qū)域的社會學(xué)功能進(jìn)行分類和優(yōu)化。2)利用地理監(jiān)測站有限的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合交通流道路結(jié)構(gòu)、興趣點(diǎn)分布、氣象條件和人群流動規(guī)律等大數(shù)據(jù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立數(shù)據(jù)與空氣質(zhì)量的映射關(guān)系，從而推斷出整個城市細(xì)粒度的空氣質(zhì)量。3)通過對各類企業(yè)(特別是房地產(chǎn))的銷售狀況的監(jiān)管和分析，發(fā)現(xiàn)不交或交增值稅的問題，征收或罰款，確保國家和地方財政收入。

總結(jié)

1)大數(shù)據(jù)是信息時代發(fā)展的必然趨勢，已經(jīng)滲透到社會工作、學(xué)習(xí)、生活的方方面面，我們這個時代已乎就此打上了大數(shù)據(jù)的烙印，必將帶來思維變革、商業(yè)變革和管理變革，我們必須認(rèn)識大數(shù)據(jù)、適應(yīng)大數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)。

2)時空大數(shù)據(jù)是時空數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)的融合，強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)的空間化(空間定位)。一切大數(shù)據(jù)都是人類活動的產(chǎn)物，而人類的一切活動都是在一定的時間和空間進(jìn)行的，所以大數(shù)據(jù)都具有時間和空間特征，從這個角度看，大數(shù)據(jù)本質(zhì)上就是時空大數(shù)據(jù)。時空大數(shù)據(jù)是一個更為科學(xué)的術(shù)語。(北斗)導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)則是時空大數(shù)據(jù)的一種最基本的組成部分。

3)時空大數(shù)據(jù)時代的到來，使我們面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。時空大數(shù)據(jù)帶來了科學(xué)范式的變化，可能是解決當(dāng)前面臨挑戰(zhàn)的具有本質(zhì)性的理論、方法與技術(shù);時空大數(shù)據(jù)有可能實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)→信息→知識→決策支持”到“數(shù)據(jù)→知識→決策支持”的轉(zhuǎn)變;時空大數(shù)據(jù)推動時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的變化，可能形成以時空大數(shù)據(jù)科學(xué)為核心的理論體系、以人類自然智能與計算機(jī)人工智能深度融合為核心的技術(shù)體系和以軟件產(chǎn)品、軟硬件集成產(chǎn)品和數(shù)據(jù)產(chǎn)品為核心的產(chǎn)品體系。

4)時空大數(shù)據(jù)無論在軍事領(lǐng)域還是民生領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，并將帶來革命性的影響。其中民生領(lǐng)域的智慧城市是大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的必然。應(yīng)用的拓展將帶來新的科學(xué)問題，需要新的關(guān)鍵技術(shù)。