智慧城市的總體發(fā)展趨勢(shì)分析

責(zé)任編輯:cres

2019-12-13 15:47:38

摘自:通信世界網(wǎng)

由于城市道路擁堵、馬路拉鏈、霧霾、城市內(nèi)澇等問(wèn)題,人們對(duì)改善城市環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。

隨著城市化進(jìn)程加快,城市人口的密集度越來(lái)越大,城市空間資源利用呈現(xiàn)向三層空間發(fā)展的總體趨勢(shì),城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的信息化也將成必然趨勢(shì)。如何更好地利用、管理城市地下空間?
 
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和市政管理機(jī)構(gòu)也在探討,例如有行業(yè)專(zhuān)家以“武漢城市地下交通發(fā)展趨勢(shì)”為基礎(chǔ)提出改變當(dāng)前交通結(jié)構(gòu)和交通方式,大力發(fā)展地下交通設(shè)施;依據(jù)“物聯(lián)網(wǎng)和BIM技術(shù)在地下綜合管廊建設(shè)運(yùn)維中的應(yīng)用研究”,提出從設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)3個(gè)階段全面利用物聯(lián)網(wǎng)和BIM工具;有專(zhuān)家在《北斗+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下管線(xiàn)管理中的應(yīng)用》一文中提出,利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展地下燃?xì)夤芫€(xiàn)的安全監(jiān)管。從以上案例中不難看出當(dāng)前行業(yè)內(nèi)對(duì)于地下空間的利用大多局限于具體的行業(yè),如交通、燃?xì)?、供水、綜合管廊建設(shè)等,但對(duì)于城市空間如何整體規(guī)劃當(dāng)前還沒(méi)有具體成果。
 
城市空間三層發(fā)展的總體趨勢(shì)
 
由于城市道路擁堵、馬路拉鏈、霧霾、城市內(nèi)澇等問(wèn)題,人們對(duì)改善城市環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。但目前城市問(wèn)題的根源在于城市發(fā)展模式、基礎(chǔ)設(shè)施等一定程度上違背了人與自然和諧發(fā)展的規(guī)律。城市空間發(fā)展趨勢(shì)是向三層空間拓展的,包括地下空間、地面空間和城市上空空間。
 
未來(lái)城市發(fā)展的趨勢(shì)是基礎(chǔ)設(shè)施盡量向地下空間發(fā)展,包括交通、電力、通信、燃?xì)?、自?lái)水、蓄水排水等;城市建筑、花園植被、市民活動(dòng)空間、滲透型道路,建筑活動(dòng)工業(yè)化、城市工廠(chǎng)搬遷至郊區(qū)(未來(lái)工廠(chǎng)將大規(guī)模采用機(jī)器人作業(yè))可優(yōu)化地面自然空間;城市風(fēng)道、無(wú)人機(jī)交通航線(xiàn)、無(wú)人飛行車(chē)交通航線(xiàn)將優(yōu)化城市上層空間。
 
三層空間城市基礎(chǔ)設(shè)施比重應(yīng)在5:4:1,而當(dāng)前該比重為3:7:0。但隨著綜合管廊技術(shù)、海綿城市技術(shù)、無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展,城市地下交通的比重會(huì)越來(lái)越高,城市的地下基礎(chǔ)設(shè)施占比也將越來(lái)越大。
 
開(kāi)發(fā)智慧城市地下空間與基礎(chǔ)設(shè)施刻不容緩
 
我國(guó)大部分老城區(qū)已經(jīng)暴露出交通擁堵、城市基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力下降、人居環(huán)境惡化等城市通病,地下空間的開(kāi)發(fā)能夠有效緩解老城的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題;隨著城市化進(jìn)程的加快,未來(lái)5~10年,城市將負(fù)擔(dān)70%的人口,城市地面空間開(kāi)發(fā)余量已非常有限,60%以上城市的老城區(qū)在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),大大降低了城市居民的舒適度。未來(lái),地下空間規(guī)劃體系與管理機(jī)制將逐步走向完善。
 
與此同時(shí),當(dāng)前電力、通信、燃?xì)?、給排水等城市地下管線(xiàn)管理方分屬不同政府部門(mén)或企業(yè),形成了信息孤島,使得地下空間越來(lái)越擁擠,地下管線(xiàn)被挖斷、施工受阻撓等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。據(jù)估算,我國(guó)城市每年因施工造成的地下管線(xiàn)事故直接經(jīng)濟(jì)損失約50億元,間接經(jīng)濟(jì)損失約400億元。亟需通過(guò)實(shí)行統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理,徹底改變管道自建、各自管理的零亂局面。而統(tǒng)一規(guī)劃的前提是建立地下空間的管網(wǎng)信息模型,通過(guò)數(shù)字化模型實(shí)時(shí)展示各類(lèi)管線(xiàn)的功能、位置、深度、間距等。
 
在當(dāng)前大交通理念下,城市地下交通與城際高鐵、地鐵形成了大交通趨勢(shì),城市以地下隧道方式建設(shè)了越來(lái)越多的快速路,快速路是未來(lái)城市全面走入地下的雛形。同時(shí)城市地鐵在規(guī)劃時(shí)也需要在城市樓宇地下層、車(chē)庫(kù)之間進(jìn)行接駁和參照,避免地鐵震動(dòng)擾民和對(duì)建筑地基的損害,這需要建立城市地平面以下的空間模型,沒(méi)有這個(gè)空間模型就無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。
 
內(nèi)澇也是我國(guó)的城市的一大棘手問(wèn)題。每年夏季我國(guó)一線(xiàn)城市都會(huì)發(fā)生內(nèi)澇,且隨著人口密度增長(zhǎng)和城市擴(kuò)展,內(nèi)澇問(wèn)題愈加嚴(yán)重。而以英國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)歷來(lái)看,建設(shè)地下宮殿式的蓄水、排水系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。面向海綿城市的地下給水、排水系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)需要有完整的城市地下空間模型。因此城市公共管線(xiàn)設(shè)施、地下交通設(shè)施、海綿城市設(shè)施均需要統(tǒng)一的城市地下空間模型才能進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計(jì)、同步實(shí)施。
 
如何開(kāi)發(fā)智慧城市地下空間與基礎(chǔ)設(shè)施
 
基于以上現(xiàn)狀,城市地下公共設(shè)施信息模型(Informationmodelofurbanundergroundpublicfacilities,本文簡(jiǎn)稱(chēng)UIM)應(yīng)運(yùn)而生,UIM是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),面向城市地下空間資源規(guī)劃的發(fā)展趨勢(shì),充分管理好、利用好城市地下空間,為市民的生活騰挪出更多的自然環(huán)境空間,順應(yīng)自然規(guī)律,減少城市交通污染以及水泥地面對(duì)地表自然環(huán)境的侵害。
 
當(dāng)前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)、ArcGIS+Engine地理信息系統(tǒng)、OpenGL(OpenGraphicsLibrary)等開(kāi)發(fā)環(huán)境,在此基礎(chǔ)上,與數(shù)字孿生城市相結(jié)合,完成整個(gè)城市的物理環(huán)境與數(shù)字環(huán)境的映射、同步。在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上展現(xiàn)城市地下基礎(chǔ)設(shè)施、地質(zhì)條件等。
 
如何實(shí)現(xiàn)智慧城市地下空間與基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)
 
傳統(tǒng)的數(shù)字城市側(cè)重于政務(wù)信息化、城市地理空間GIS(GeographicInformationSystem)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)城市、光網(wǎng)城市建設(shè)等,是初步的數(shù)字化應(yīng)用。數(shù)字孿生(DigitalTwin)是將城市活動(dòng)和城市物理環(huán)境全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,映射到數(shù)字世界中去。數(shù)字孿生最初只在工業(yè)精密制造領(lǐng)域使用,是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。對(duì)于城市空間資源來(lái)說(shuō),數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。過(guò)去,城市管理者是將政務(wù)信息管理起來(lái),通過(guò)流程信息化管理數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通,這是城市活動(dòng)數(shù)字孿生化。城市的數(shù)字化給城市帶來(lái)的是數(shù)字資產(chǎn),它與礦產(chǎn)資源不同,可以重復(fù)無(wú)限次使用,從而發(fā)揮最大價(jià)值。
 
物聯(lián)網(wǎng)(InternetofEverything或InternetofThings,本文稱(chēng)之為IoT)概念早在2001年已經(jīng)提出。互聯(lián)網(wǎng)使人類(lèi)的活動(dòng)得以數(shù)字化,打通了人類(lèi)和人類(lèi)之間的快速交互通道,而物聯(lián)網(wǎng)使物理世界得以數(shù)字化,打通了數(shù)字世界與物理世界之間的通道。物聯(lián)網(wǎng)在整個(gè)人類(lèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展演進(jìn)路徑上處于數(shù)字經(jīng)濟(jì)的中期階段,是物理世界數(shù)字化之后的階段,借助現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)通道,采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化信息改變以前“互聯(lián)網(wǎng)—人—互聯(lián)網(wǎng)”的交互模式為“物—互聯(lián)網(wǎng)—物”的模式,在這個(gè)過(guò)程中人的作用是不斷提升這種交互方式的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、應(yīng)用功能,為后續(xù)人工智能技術(shù)經(jīng)濟(jì)形態(tài)下的社會(huì)做好鋪墊。
 
物聯(lián)網(wǎng)不是一場(chǎng)技術(shù)的革命,而是一場(chǎng)升級(jí)和進(jìn)化。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通常被稱(chēng)作傳感網(wǎng),是通過(guò)RFID、傳感器自上而下采集數(shù)據(jù),通常分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層,城市智能抄表、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)、商場(chǎng)智能停車(chē)等目前應(yīng)用較多。新型物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)物與物之間的本地通信能力、協(xié)同能力,減少人的參與,它是未來(lái)人工智能的基礎(chǔ)。城市中人們的活動(dòng)是動(dòng)態(tài)的,物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)搜集動(dòng)態(tài)環(huán)境、設(shè)施的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),然后進(jìn)行匯總,反映整個(gè)城市的交通、水電燃?xì)獾裙苍O(shè)施、污水雨水排水情況??諝鉅顩r、智慧路燈桿、照明、停車(chē)位、充電站、公共自行車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)輛等基礎(chǔ)設(shè)施都可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接。物聯(lián)網(wǎng)連接的本質(zhì)是將城市作為特大型企業(yè)來(lái)運(yùn)營(yíng),想要更好的運(yùn)營(yíng)特大型企業(yè),就必須知道城市的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)情況,感受城市律動(dòng)的脈搏,按照預(yù)案做好實(shí)時(shí)處置。連接本身就是一種價(jià)值,互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)越大,它的價(jià)值越大,城市也是如此。Gartner預(yù)計(jì)2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)97億。
 
城市地下信息基礎(chǔ)設(shè)施的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)
 
當(dāng)前我國(guó)城市地下管線(xiàn)的總長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)200萬(wàn)千米,且每年以10萬(wàn)千米的速度增長(zhǎng)。管線(xiàn)的建設(shè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等組成了海量數(shù)據(jù),現(xiàn)有地下空間基礎(chǔ)設(shè)施將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合管廊的形式。目前很多老城區(qū)人口密集、管線(xiàn)老化、管孔資源飽和,多次重復(fù)開(kāi)挖的社會(huì)成本和污染成本較大,城市將探索綜合管廊的形式,城市地下基礎(chǔ)設(shè)施未來(lái)將通過(guò)綜合管廊的升級(jí)改造而具備更多的智能感知、數(shù)字孿生功能。城市地下是寶貴的空間資源,除了用于地鐵、管線(xiàn)、城市快速路小型隧道以外,未來(lái)會(huì)逐步將城市地上交通、管線(xiàn)設(shè)施移到地下。而城市地下空間的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)均需要一套以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)多規(guī)合一、協(xié)同規(guī)劃和協(xié)同建設(shè)。有了這套大數(shù)據(jù)系統(tǒng),才有人工智能城市的基礎(chǔ)。
 
智慧城市在傳統(tǒng)意義上是城市的信息化,信息化是物理世界和數(shù)字世界的映射。由于人工智能可以識(shí)別的是數(shù)字環(huán)境,因此只有基于數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)才能給人工智能打下基礎(chǔ),否則廣泛的人工智能不可能實(shí)現(xiàn)。以無(wú)人駕駛為例,目前主流技術(shù)路線(xiàn)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē),即通過(guò)道路數(shù)字化、車(chē)輛數(shù)字化、車(chē)輛網(wǎng)聯(lián)、模式識(shí)別技術(shù)才能最終實(shí)現(xiàn)城市道路的無(wú)人駕駛,僅依靠單車(chē)智能無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛,這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。而未來(lái)城市的地面交通,則是向地下發(fā)展,通過(guò)地下空間大數(shù)據(jù)系統(tǒng)為無(wú)人駕駛車(chē)輛提供整個(gè)城市的最佳路線(xiàn)、最佳車(chē)速、交通動(dòng)態(tài)。諸如此類(lèi),其他各個(gè)行業(yè)也是基于這樣一個(gè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用和邊緣計(jì)算進(jìn)行決策判斷。
 
智慧城市的理論和實(shí)踐從2009年開(kāi)始,已經(jīng)發(fā)展了10個(gè)年頭?;仡欉@10年的實(shí)踐情況可以看出,從數(shù)字化到互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)再到數(shù)字孿生大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的路徑是循序漸進(jìn)的。當(dāng)前,政府是智慧城市建設(shè)的主要推動(dòng)力。而未來(lái),理念的更新將帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)技術(shù)的升級(jí)和革新,智慧城市建設(shè)將形成政府主牽頭、全行業(yè)共同參與的雙贏模式,實(shí)現(xiàn)生態(tài)化、協(xié)同化、社會(huì)化,城市地下信息基礎(chǔ)設(shè)施模型將成為這一方向的重要載體。

鏈接已復(fù)制,快去分享吧

企業(yè)網(wǎng)版權(quán)所有?2010-2024 京ICP備09108050號(hào)-6京公網(wǎng)安備 11010502049343號(hào)