面向智慧城市的 GIS 框架

面向智慧城市的需求

智慧城市是开放的复杂巨系统，具有复杂的数据和业务，但智慧城市是若干个信息系统的集成而非集合，是体系化的信息系统生态，各个系统基于共同的设施和数据资源，具有大量的共性化操作。GIS 主要围绕数字化、可视化、智能化和开放式开发框架 4 个方面进行发展，面向智慧城市对 GIS 的发展上提出了更高的要求。

1、数字化

数字化是智慧城市的基础[20-21]，在从数字城市到智慧城市的发展历程中，诸多学者在数据感知获取、数据平台建设、数据与信息服务等方面进行研究[22-24]。智慧城市是体系化的信息系统生态，其各个系统基于共同的设施和数据资源，具有大量的共性化操作。当前的 GIS 大多是面向具体业务进行开发实施，难以保证对城市空间的同一刻画。因此，面向智慧城市的 GIS 要实现传感互联与数据集成融合，需要有统一的数据标准和规范及统一的数据平台，其关键问题在于数据标准和规范如何统一，数据平台如何构建。

2、可视化

可视化是辅助人类发现数据隐含规律和传递复杂信息的有效途径[25]，也是智慧城市提供各种智慧服务的重要环节。在从二维可视化到三维可视化再到数字孪生的发展历程中，研究主要围绕不同类型的数据在不同尺度下和面向不同业务需求的可视化[26-30]。城市管理逐渐趋向精细化，需要满足对不同尺度城市实体的管理。此外，智慧城市的服务对象不仅仅是专业人员，还包括普通大众，需要降低大众的使用门槛。因此，面向智慧城市的 GIS 需要实现跨尺度的全空间高逼真三维可视化，其关键问题在于如何实现宏观大场景与局部精细模型的高逼真无缝可视化。

3、智能化

智能化是智慧城市的核心价值所在，人工智能（artificial intelligence，AI）的进步为智慧城市的发展带来了新机遇和新挑战[31]。智慧城市的核心在于通过信息空间发现问题、分析问题和提出解决问题的方案，使城市运营的效率更高，成本更低。空间分析和仿真模拟是 GIS 的核心，近年来，GIS 与 AI 的结合进一步提升了 GIS 在这两方面的能力[32-33]。但是，仅具备空间分析和仿真模拟的能力是不足以支撑智慧城市的高效实时运转，还需要在此基础上实现对现实空间的自动化决策控制。因此面向智慧城市的 GIS 需要具备可计算分析、可仿真模拟、可决策控制的智能化，其关键问题在于如何实现城市现实空间和信息空间的双向同步。

4、开放式

基于统一数据平台的开放式开发框架是智慧城市应用开发的高级模式。智慧城市是体系化的信息系统生态，不仅仅是当前已有城市管理业务的集成，还包括多种未知的应用需求。当前已有的城市管理业务中，存在不同业务对同一数据的共性化操作，但不同业务系统的数据尚未实现统一维护，不同系统开发中存在大量重复性工作。此外，在未来的多种未知需求中，同一数据的共性化操作将更加频繁，需避免出现更多的重复性工作。因此，面向智慧城市的 GIS 需要实现基于统一数据平台的开放式二次开发框架。