空间信息技术与智慧城市

多位乘客与车主能否达成交易，关键是实现共赢。如何判定是 否共赢，确定共赢以后又如何选定行车路线、如何分配每位乘客的 车费，需要构建相应的计算机模型解决这一问题。构建这一模型在 数学上属于“多目标动态规划”问题。因为：在汽车共乘解决方案 中乘车起点、终点以及乘客都是动态的，“乘客与车主的经济效益 最佳”这一目标又是多个，而决定行车路线以及分配车费方案是一 种规划决策。
③以相邻两辆车到达车站间隔时间 8min（分钟）计算，在正常 情况下每隔 5min 就应向前进方向各车站发出本车所在坐标位置信 息的讯号，每个车站站牌内的计算机 GIS 系统可以根据此信息预测 最近向本站行驶车辆的到达时间，如果途中遇到事故或拥堵，还可 以增发事故信息。 （3）工作主要程序步骤： ①云计算负责智能公共汽车人性化服务的子系统启动各所属公 共汽车以及线路各车站站牌相关软硬件设备。 ②本线路公交车获取 GPS 设备获取的实时定位信息数据，交付 车内计算机的 GIS 系统中，GIS 系统搜索本车沿线路所在两个车站 之间的路段，向行驶方向各车站发出本车位置信息；又根据两个时 间 GPS 设备获取的位置信息，判断汽车的行驶速度。 ③线路各车站站牌的计算机根据线路上各车发来的实时位置与 行驶速度信息，运行相应程序、计算最近距离的汽车与本站的线路 距离，根据汽车的行驶速度预测到达时间。
“共乘”这种多目标动态规划问题在数学上没有固定解（确切 解），因为问题的变量太多、不确定性过大，即乘客人数不定、乘 车起止地点不定；而约束条件（约束方程）又太少。研究解决这一 问题的策略是，根据具体情况将问题具体化：（1）乘客人数确定 为 3人，这是一般出租车的人数；（2）将出发点或终点确定为一个 ，即 3个出发点、1个终点；或1个出发点、3个终点。事实上，这 两种情况在数学上可视为一种情况，设想用汽车“正开”与“倒开 ”就可以将两种情况概括。为方便叙述，以下就用1个出发点、3个 终点的情况进行分析。
④根据计算信息数据，在站牌屏幕上显示相应信息。
类似上面两个案例的智慧城市案例很多，例如公厕查询、停车 场导引、旅游区旅游导览、多目标公交换乘导引、旅游餐饮旅店一 条龙咨询、购物及乘车咨询、突发事件或事故处理咨询、车队管理， 如此等等有益于提高生产效率以及便民、民生的实用型系统。 这些系统不大，多数开发不难，现在已经具备数据、软硬件 设备等外部条件，但是根本的问题是开发者的技术理念问题，要求 开发者善于从生产、生活中挖掘问题。事实上，提出一个有价值的 问题，哪怕具有小一点的价值，要比解决、实现都要难。
空间信息技术与智慧城市
严泰来 中国农业大学 信息与电气工程学院 Email：yantailai44@163.cm 电话（010）62732119（宅）
报告内容
一、空间信息技术以及相关技术发展情况
二、智慧城市技术内涵
三、智慧城市的几个案例 四、智慧城市的基础技术——经纬度与XY坐标 的批量快速转慧城市的几个案例
1、智慧共乘。
交通是城市的命脉。随着城市人口的增加，人们生活水平的提 高，交通拥堵、汽车污染等一系列问题成为世界各国的一种“城市 病”。应对这一问题人们研究出多种方法，各有一定效果，但是都 无法根治这一“城市病”顽症。在诸多治理“城市病”的方法中， “智慧（汽车）共乘”是一种有效的方法。 所谓“智慧共乘”是指在自愿、共赢的原则下，私家车辆或出 租车多人共乘（搭乘），以提高车辆运输及道路使用效率，缓解交 通拥堵、减少城市污染。智慧共乘通过汽车共乘信息系统自动实现 车主与乘客的组织工作。由于该系统是将乘客和车主进行介绍与搭 配，因此这种系统又称作共乘“媒合”系统。
——智慧城市需要有多种基础设施，因而有相当的社会经济能 力完成这些基础设施的建设； ——智慧城市旨在提高社会资源的利用效益、提高全民的生活 质量，其工作对象不是少数人，而是数以百万计的社会公民，这些 人既是智慧城市的服务对象，又是参与者，社会公民的文化素质， 特别是信息意识决定着智慧城市的发展进程； ——智慧城市涉及到现代社会的方方面面，是一个长期的发展 过程，智慧城市的内涵还在不断的扩大和发展，为城市发展、农村 发展开拓了一个发展方向；
智慧共乘信息系统的运行可以是如下方式： （1）系统通过 GPS 系统获知出租车以及愿意搭载乘客的车主实 时位置信息； （2）系统接到多位乘客通过手机发来的要求共乘的寻呼，报告 乘车目的地，同时系统通过 GPS 系统获知各位乘客各自所在的地 点； （3）系统启动相应模型（模型见后介绍），查询符合共乘条件 的车辆以及乘客； （4）系统通过通讯系统分别通知相应车主及乘客，报告车费， 征询意见； （5）接到车主及所有乘客同意共乘反馈意见后，此次共乘组织 宣告成功，分别用手机通知车主及乘客准备出发（包括乘客各自的 上车地点及下车地点）； （6）否则宣告此次共乘组织失败，分别用手机通知车主及乘客 继续等待。 当然智慧共乘还可以有其他运行方式。
（3）技术分析： ①车站站牌必须接收道路中心线同一侧公共汽车的位置信息数据， 而且必须是朝向车站行驶并最靠近车站的汽车发来的信息，为此， 道路两侧车站分别用奇偶数标码以示区分是必要的； ②以公交车平均 40km/h 时速计算，为准确测量行车速度，需 要车上的 DGPS 间隔 5s（秒）连续发两次跟踪车辆的位置信息数 据，以确定车辆行驶状态、判断是否遭遇拥堵；
结语
现在 GPS 可以支持每台游动站 1秒 采集一个定位数据。用于车辆 的定位设备款式多样，价格从 500元 到 5000元 之间。 我国北斗卫星定位技术已经实现部分地区，东经 70—140度、 北纬5—55度 地区覆盖定位，整体技术水平与美国的 GPS 还有差 距，但是可以支持短信息通讯，具有一定特色。 3、地理信息系统技术。 目前，地理信息系统正酝酿一个变革，即实现全网格化，逐渐 取代矢量数据。但是这种网格不是传统意义的网格，是正六边形网 格，严格意义上每个网格都处于不同平面，类似蜂窝状，可以无重 叠、无遗漏地覆盖全球。由此带来很多技术优势，无需分带，当然 在数学上还有一些理论问题需要解决。 4、蓝牙、Zig-Bee 等短距离数字通讯技术。 这类技术使用通用无线电频道、通讯距离一般在 1km 或 4km 以内，有较强的抗干扰能力，可同时与 6万 多个个设备保持无线通 讯。
的一种城市信息化技术体系。从社会发展的视角，智慧城市通过各 种社交网络（Social Networking Services——SNS）等信息通讯工 具和方法的应用，实现用户创新、开放创新、协同创新，强调通过 价值创造，以人为本，实现经济、社会、环境的全面可持续发展。 智慧城市的实质在于通过信息与信息技术实现市民与城市管理 者、市民与市民之间全面的沟通，以求社会生产效率以及市民生活 质量全面的提高，将社会管理与各类资源的利用效益提高到极致， 达到人与人之间以及人与自然之间全面和谐，城市可持续发展、全 面合理发展的目标。智慧城市的工作对象是全民，全民既是智慧城 市的工作者，又是智慧城市效益的享用者，社会的各种资源得到充 分、合理的利用。 对于智慧城市可以有以下认识： ——智慧城市是社会信息化发展到一定程度的产物，是数字地 球发展的必然结果，需要有各种现代信息技术，包括3S技术、数字 通讯技术、传感器技术的支持；
7、数据库管理技术 关系型数据库管理系统（RDMS）是传统、成熟的数据库管理 系统，但是该系统有一定的缺陷。目前关系型数据库有了较大的发 展，构建了No-SQL数据库管理系统，这一系统保留了传统关系型 数据库系统的所有优点，并突破了原系统要求数据遵守第一范式 （first normal form）的限制，不要求每一记录（横行）的字节数 为定长，允许在一个记录中嵌套更复杂的数据结构，在关系型表格 的一个空格中允许存放多维的数据，这就为带有时间维空间数据或 其他多维数据存储及管理带来了方便。
——智慧城市只是一个社会发展的理念，并没有固定的模式， 发展需要创新，需要摸索一条适合本地区、现阶段的社会经济、人 文实际情况的发展道路，从去年下半年才兴起的淘宝网形式的电子 商务是智慧城市的一个发展模式，这一发展经验值得学习汲取；
——智慧城市已经在潜移默化地、持续地改变着我们的工作与
生活，包括生产与经营模式、学习方式、生活方式等等。
对3位共乘乘客的交费，可以做如下设定，即按照每人单独乘车 的距离占3位乘客分别单独乘总和距离的比例分摊出租车费用。 讨论：
——在选定路线时，使用地理信息系统路网分析的功能，确定 最短路径。这里可以使用穷举法，对于A、B、C三个目的地，比较 按照 A-B-C、A-C-B、B-A-C、B-C-A、 C-A-B、C-B-A， 6种行车 路线，选其最短距离的路线作为行车路线。
5、遥感图像处理技术 现在，1米几何分辨率的遥感影像可以在1周时间内覆盖地球一遍， 12.5万景影像可以在影像数据库的统一管理下提供人们查询、分析。 构建“数字地球”的目标已经实现。 遥感图像处理技术的研究热点： 时间序列遥感影像数据挖掘研究，可将十年以上的中分辨率系列 影像放在一起研究，发现研究区域的生态异常信息，包括灾害（森 林与草场火灾、病虫害、水灾、地质灾害等）的发生及其对生态环 境的影响，生态环境的发展变化趋势等。 影像的场景分类，不同于土地覆盖分类，对于公园、飞机场、铁 路交通枢纽、高尔夫球场等复杂场景进行识别、分类。 影像中的离散、稀疏、移动目标进行识别分类，如行进的车辆、 飞机跑道上的细小异物等。 使用多光谱激光雷达（LIDAR）遥感数据进行影像分类识别、三 维重建，生成高精度三维影像数据。 全极化雷达遥感影像分类识别，特别是用于军事目标的识别。 毒品作物（罂粟、大麻）非法种植的侦测识别。
——以上算法原则上可以推广到多于3位乘客的情况中。
——如果不是乘客，而是输送货物，显然这种算法也适用。这 种程序对于当前流行的特快专递、淘宝网送货，很有使用价值。
2、智能公共汽车人性化服务系统。 （1）需求分析：需要系统提供某一公交线路上的各车站显示下一
辆车到站时间信息。 （2）场景以技术装备分析： ①公交线路上有多辆本线路运行的公共汽车和多个车站，相邻 车站在线路上的距离一般不超过 2 km；汽车分布不一定均匀，即， 有可能相邻两车站之间有多辆车，也可能没有车；而且在同一线路 上行驶两个方向的多辆汽车。 ②对于某个车站 Si，在公交线路上与车站 Si同一侧的公共汽车 都是一个行驶方向，但可能有两个行进状态：一个是远离车站 Si 的 状态，即已经经过了车站 Si；另一个是朝向车站 Si 的状态，即朝向 车站Si行驶，在这个方向上距离车站Si最近车的信息即为车站Si站 牌需要显示的相关信息。 ③公共汽车上需要配备 DGPS（差分式全球定位系统游动站） 设备，实时提供该车位置信息数据；公交车中还需要配备计算机终 端设备，设备内装有 GIS 软件以及公交运营地区数字地图，该地图 有各车站的位置数据，GIS 担负路网分析的任务。