大咖谈 | GIS，当担负智慧城市操作系统之重任
本文刊登于2018年10月第59期《超图通讯》
郭仁忠，中国工程院院士、深圳大学智慧城市研究院院长
未来超图等GIS软件企业应以GIS平台为核心，努力打造智慧城市的操作系统。这是一项非常重要的工作，其核心要素和能力为：数据集成与融合、可视化表达，以及开放式的二次开发环境。
城市，人类赖以生存的空间之一，它承载着大量的建筑、人口、产业，以及各式各样的规则。如此庞大的一个机器，想要日复一日保持高效运转，并非易事。除了要将城市的内容分门别类管理外，更需要做好顶层设计，借助科技手段，武装城市管理的“大脑”，赋予城市智慧之能。
智慧城市，顾名思义，就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城 市运行核心系 统的各项 关 键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应，其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。
城市管理正在朝着精细化、智能化方向发展。如今，智慧政务、智慧交通、智慧公安……经过几十年的技术演进，智慧城市已经环绕在人们四周，像空气一样无处不在。通过观察不难发现，大多数“智慧XX”都不可避免地应用到GIS技术。
GIS在智慧城市建设中扮演什么样的角色？发挥什么样的作用？在2018 GIS 软件技术大会上，中国工程院院士、深圳大学智慧城市研究院院长郭仁忠作重磅报告：《操作系统：智慧城市的GIS担当》，分享了他对智慧城市的一些思考。本刊特别采访郭仁忠院士，请他详细解读这一理念，并分析国内智慧城市建设方向。
智慧城市缘何需要操作系统
智慧城市早已不是一个新鲜的话题。郭仁忠院士认为要从城市化视角去看待智慧城市的发展。
“我的认识是，城市化是伴随农业革命发生的。”郭仁忠院士说，农业革命的一个重要特征是人类定居、聚居，从而形成村庄，村庄演变扩大为城市。所以，城市化的过程已经有几千年的历史。中国正在经历人类历史上最大规模的城市化，根据近年的数据，我们用11.2%的土地承载了59%的人口和75%的GDP。面对人口众多、资源相对匮乏的国情，进一步推进城市化进程是我们的必然选择。随着城市化进程持续推进，城市规模不断扩大，城市问题也越来越多。比如交通拥堵、城市灾害、贫富差距等。联合国经社署表示，管理好城市是21世纪最重要的发展挑战之一。
在ICT（Information and Communication Technology）驱动下，城市信息化发展每十年上一个台阶：1988年左右开始出现电子政务，国土部门、规划部门开始做数据库、信息系统，推行自动化办公；1998年数字地球、数字城市被提出；2008年智慧城市被提出。这是城市一步步进化的过程。
很多专家都曾对智慧城市做过定义，郭仁忠院士非常认可王家耀院士的提法——城市信息化的程度和水平已成为衡量城市经济、社会发展综合实力和文明程度的主要指标之一，其建设有数字化、网络化和智能化三个基本阶段，智慧城市是城市信息化的高级阶段。
对于智慧城市架构，普遍认为需要有一个城市感知体系，广义上它是立体化的，包含地面感知、空中对地观测、社交网络、电子商务和电子政务等，感知产生数据，基于数据可以构建各种应用，如智慧医疗、智慧公安、智慧交通等，但前提是要对数据进行整合加工，其中很多基础工作具有共同性。
基于此，郭仁忠院士认为：智慧城市是若干个信息系统的集成，是体系化的信息系统生态（system of systems），基于共同的设施和数据资源，具有大量共性化的操作，因此智慧城市需要一个操作系统。
理想的智慧城市操作系统是怎样？郭仁忠院士解释说，计算机的操作系统有两层意义，一是它可以屏蔽硬件物理特性和操作细节，为用户使用计算机提供便利，二是可有效管理系统资源提高系统资源使用效率。所以，操作系统本质上就是一个共享资源，提供便利的平台。
智慧城市面临同样的问题，数据资源的整合共享，基础设施的管理应用，需要一个类似于计算机操作系统的基础系统来统筹协调。由于城市是一个地理空间，所有城市对象（物件、事件）均具有位置（点、域、路径），所有数据都是对对象的描述，所以智慧城市的首要问题是空间对象及其关系的数字化表达问题。“从这个意义上来说，智慧城市的操作系统离不开GIS。”郭仁忠院士说。
为什么GIS是智慧城市的操作系统
郭仁忠院士认为，利用地理信息技术可以建立一个虚拟的城市地理环境，也可称为数字孪生城市。在此基础上，我们可以以位置为纽带，整合各类城市数据。城市数据多源异构、时空交汇，是典型的，十分复杂的大数据。除位置外，很难再找出一个更好的办法把数据关联起来。
“位置是GIS的强项。”郭仁忠院士说，基于虚拟地理环境，可以将城市的各类数据，如纳税、法人、交通、手机、视频、房地产、社保、户籍等进行整合，形成结构化、可量化分析的数字城市。
“我们做过一个研究，把城市上班族的家庭住址和上班地点进行完整的地理空间表达后，能模拟通勤路网的情况，据此可以进行交通路网优化分析，缓解城市交通拥堵问题。这类研究非常有价值，但这是数据与地理空间关联后才能进行的分析、产生的价值，是通过数字化空间表达才能完成的事情。”
当我们把城市数字化做得非常精细，并对城市各部件完成建模时，就能实现更多应用。例如，一个上千人的大会场出现突发事件，需要进行紧急疏散，盲目指挥不仅效率低，还有可能出现拥挤踩踏事件。如果提前在地理空间中用计算机进行优化，根据出口的数量和位置，做好疏散预案，就可快速疏散场内人员。这是在GIS技术支持的三维空间建模中才能实现的有意义的分析。
郭仁忠院士介绍，目前，GIS在我国电子政务、数字城市、智慧城市各个阶段均有应用。主流智慧城市服务提供商阿里、腾讯、华为、中兴、平安等技术解决方案中都可见到GIS的身影，在智慧城市建设典型城市，如福州、武汉、深圳、雄安等地区的解决方案中，GIS也是无处不在。
“但是，GIS目前尚不足以胜任智慧城市的操作系统。”郭仁忠院士解释说，智慧城市光有地图是不够的，还需要连续、无缝的可视化城市地理环境。他指出，未来超图等GIS软件企业应以GIS平台为核心，努力打造智慧城市的操作系统。“这是一项非常重要的工作，其核心要素和能力为：数据集成与融合、可视化表达，以及开放式的二次开发环境。”
在2018 GIS 软件技术大会上，深圳大学和超图就智慧城市操作系统研发达成共识，签订战略合作协议。双方将秉承开放公平、优势互补、互利共赢的宗旨，以深圳大学智慧城市研究院为依托，就智慧城市“操作系统”及国产GIS软件平台的前沿技术共同研究，在系统结合、优化等方面进行深入的交流，并借此在智慧城市建设领域展开全面合作，共同探讨智慧城市的建设之道，并将成果产业化、市场化，造福全球用户。
“智慧城市降大任于GIS，GIS从业者应该勇于担当，砥砺前行。”郭仁忠院士说。
郭仁忠院士用“广泛认同，需求旺盛，态势蓬勃”三句话对中国智慧城市的发展现状进行了概括。他说，有数据表示，全国至少有300多个城市提出了智慧城市建设的规划或计划，所有副省级以上城市均在推进相关工作。但由于各地社会经济发展水平不一样，信息化基础有差异，具体需求也不尽相同，加之智慧城市是新生事物，国内外均处于探索阶段，所以各地的做法不尽相同，路径有差异，技术亦有高低之分。
目前，多个城市在智慧城市建设方面取得了一些成功的实践，如阿里在杭州的实践、中兴在银川的实践，深圳市也推出了“宜停车”。但是，大多数成功案例均是一些“点”上的突破，或者是阶段性成果。
郭仁忠院士说，目前比较一致的观点是，智慧城市要有顶层设计，强调互联互通和信息共享。从这个角度看，这些“点”上的突破更多的是示范引领，阶段性成果说明已经开始而不是已经完成。所以，还不能说哪个城市已经建成智慧城市。从另外一个角度看，智慧城市将是一个不断演进迭代的进化过程。所以，讲某个城市已经建成智慧城市也是不科学的，只能说谁相对进展快些，或者更有特色些。“用一句比较流行的话说——智慧城市建设永远在路上。”
“我们要达成一个共识，智慧城市这条路是非走不可。”郭院士表示，随着城市规模越来越大，交通拥堵、环境恶化、隐私安全等城市问题愈演愈烈，大城市需要更加先进的科学方法如ICT、人工智能等来进行管理。但智慧城市是一个过程，要遵从其发展建设的基本规律，要先打好基础，要一步一步往前走。
“国内对智慧城市的认识很到位，但是总体还在初步阶段。”郭仁忠院士说，很多城市都发布智慧城市相关规划和行动计划，如公安局的智慧公安、旅游局的智慧旅游、交通局的智慧交通等，这些大多都是相通的，如果分头建设，必然会产生两个问题：一是信息孤岛问题，二是重复建设问题。所以，要重视智慧城市建设中的统筹协调。
郭仁忠院士认为，要做好统筹协调，需要重点关注以下两个方面：
第一是标准规范。标准规范是在工程技术过程中逐步形成的，需要时间来逐步建设和完善。
第二是数据共享和网络安全。智慧城市建设要消除信息孤岛，实现信息共享、万物互联，但还缺少相关法律法规的支撑。
此外，数据本身还有一个权属问题，不论是主动采集的数据（如测绘数据），还是是自动沉淀的数据（如手机APP数据），这些数据的使用权、所有权的权属不清楚，都需要法律来界定。在互联网蓬勃发展的大环境下，隐私安全变成了大问题。一旦隐私被别人获取，就可能在网上快速传播，给人们造成巨大伤害。
“我个人认为光靠技术解决不了问题，需要法律来保驾护航。当然，网络发展太快了，相应的法律、法规还来不及完善，有点像一个小孩，由于成长太快会发生成长性骨痛。客观地讲，这是一个发展中的问题，我们应予理解，但这个问题很重要且很急迫，应该引起重视。”郭仁忠院士总结到。
智慧城市的一个重要价值在于解决信息不对称问题。这就需要把信息从供给侧推送给需求侧。无论是政务、民生还是产业，都涉及到数据的采集、管理和应用，所以智慧城市离不开大数据技术。
测绘地理信息技术是智慧城市的支撑。过去数字城市叫地理空间框架，测绘地理信息在其中发挥框架的作用，虽然现在名称改为了智慧城市时空信息云平台，但是逻辑不变。所有的信息，当它混成一团的时候，人们看不出里面有什么特征和规律，但当我们把信息和其空间位置挂钩时，马上就能发现它的规律、特征或问题。所以，测绘地理信息技术是建设智慧城市的关键技术之一。现在，地理信息数据获取的效率大幅度提升，成本大幅度下降，时间大幅度缩短，数据的完备性也得到进一步提升，这为地理信息服务智慧城市创造了必要条件。
由于技术的成熟、能力的提升，以及很多新的传感技术的研发和推广，过去很多不敢想、做不到的事情，在今天都可以实现。例如，智慧城市相当于对城市进行可视化三维的重建，现在的效率是十年前的10倍以上。
我认为智慧城市建设的最大的推力是需求牵引。阶段性完成智慧城市建设后，我们还要做很多与地理信息相关的新的事情。新的技术刺激新的需求，新的需求又会促生新的技术，用户需求不断更新，无形当中也敦促技术进步，这是一个正反馈的过程。所以，技术和需求是相互促成的。
撰文 | 王静静
责编 | 王宇卫
【往期回顾】
▼