新加坡：迈向智慧国家

自从2014年开启智慧国家工程，新加坡已经逐渐成为智慧城市领域的世界领导者。新加坡战略中最引人瞩目的是全国高精度3D地图的发展，支撑了许多关键应用包括城市规划，食品控制和民用航空等。此国家3D地图涉及到世界领先的测绘和地理信息技术的使用和发展。本文介绍在创建和维护所需数据中面临的多种挑战，以及如何最大化地实现其潜能。

作者：Brian Nicholls（澳），Daniel Kruimel（新）原文链接：

新加坡城市面积718平方公里。当前人口550万，以10%的人口增长率，到2020年总人口将达到600万。新加坡政府预先启动了其智慧国家计划以确保居民未来的生活质量不仅得以改善，还可持续发展。尽管其他国家也许并不会面临和新加坡一样的可用土地的限制-比如，美国的国土面积比新加坡大13000倍-世界上其他城市也面临相似的调整，即如何管理持续增长的人口数量和人口密度。新加坡采用了以技术驱动的方法处理这些问题，比如使用地理空间技术最大化有限空间的土地资源使用率。因此，作为智慧国家的一部分，新加坡土地管理局（SLA）被指派领导高分辨率3D国家地图的开发。

挑战性环境

创建3D国家地图的第一个阶段涉及到执行航空LiDAR和影像测量。受赤道气候，天气多变，低云条件，航空军事管制以及与马来西亚和印度尼西亚的地缘因素，新加坡在航空测量的大环境很有挑战性。此外，樟宜机场作为全世界最繁忙的机场，进一步增加了对新加坡进行航空测量的难度。AAM团队（获得2014年最具竞争力合同，负责获取或交付国家3D地图项目的第一阶段成果）使用双飞方法以充分利用有限的策略窗口。一架飞机专注影像获取，另一架飞机则全力以赴LiDAR（可在晚间实施）。

安全限制

由于严格的数据安全要求，所有的处理必须在新加坡境内的政府安全设施控制下执行。这要求所有员工使用专门的配备安全许可的一次性工作站。一经在第一阶段组建AAM团队，其将开始生产新加坡城市将近16万幢建筑的3D模型。自从2016年1月完成以来，项目的这部分工作已经赢得了地理空间领域的多项大奖，主要是因为其前所未有地使用开放标准（比如CityGML）创建了整个国家的地图，从而保证模型是可以互操作且面向未来的。

街道级测量

新加坡引人入胜的绿树成行的街道和密集的建筑环境限制了空中的可见性。为克服此问题，SLA发起了一项标的为获取整个新加坡5500公里公共道路网的移动测图数据。移动测图包括即时移动激光扫描（不少于每秒100万个点的速率）并集成高分辨率球面影像。数据进一步处理以求提取街道级的自然和人工地物细节。AAM团队再次中标并承担此项工作，他们熟悉了第一阶段的一些测量挑战，但也迎来了新的挑战。

烟雾

再一次地，天气条件对长达十个月的新加坡道路测量形成严峻挑战。2015年九月启动，2016年6月完成。在季风性降雨期间，新加坡还在2016年十月遭遇了严重的烟雾袭击。这一条件周期性的发生，原因是邻近国家的森林大火，这和农业领域的焚烧秸秆清理土地的做法是类似的。烟雾的密度每年都不一样，取决于风向和降雨等条件。在峰值水平，可见度急剧下降，影像质量也相应受损，最终影响后续处理，比如建模和特征识别等。

机动性

和任何城区环境下基于汽车的测量一样，本项目也面临交通问题。需要设计自适应的规划和行程以便在最合适的时间开展测量。采用七天一登记方法，周末主要用于CBD和工业区，周中用于居民区。城区道路的移动测图的难度大于开放的高速公路环境。需要研发特别的获取和处理技术以确保完全覆盖，尤其在复杂的交叉路口和立交桥等地方。需要结合基础和前沿土地测量技术以确保精度处于一个合理的水平，尤其是在新加坡隧道和似乎无穷无尽的城市峡谷环境中。

精细化集成

初始获取业已完成，从数据中获取3D模型是目前的正在进行的工作。第二阶段将看到交通网和基础设施包括公交站，交通灯，和大桥等的重建模型。这些模型将和第一阶段的国家3D地图模型集成起来。集成中的一个关键要素是CityGML标准的使用，这是一项开放的数据模型，使用了XML格式来存储和交换虚拟3D城市模型，CityGML是开放地理空间联盟开发的。针对两项工程已经开发了一个CityGML框架，允许数据无缝结合，分析以及在各部门间共享。据Guy Perry，AECOM的亚太执行总监描述，3D国家地图的细节和分辨率是“在一个前所未见的集成和尺度水平上（实现的）”。

虚拟新加坡

虚拟新加坡是一项展示3D国家地图规模和细节的工程，是一项合作性的3D规划工具，其正在由国家研究基金（NRF）和Dassault Systemes联合研发。平台（预计2018年就绪）将包含静态和实时数据，允许用户模拟当前和未来场景。由SLA工程生成的3D模型将创建大量的静态数据并填充到该系统中。大量传感器数据一旦集成进去，虚拟新加坡将形成一个数字化的规模化的呼之欲出的城市模型。一些关键问题将率先在虚拟新加坡中处理，这些问题包括可再生能源，垃圾管理以及周边可走性。其他潜在的应用包括疾病传播预测，以及新兴和现存交通路线的精细化分析等。

现场实验室

虚拟新加坡平台已经被描述为”现场实验室”，在这里许多的智慧城市行为可以得以实验和完善。作为一个联合平台，虚拟新加坡也将促进多方沟通，包括政府股东，工业界和普通民众。另一个关键例子是AAM团队为JTC公司开发的空间管理应用（GISD），它是新加坡工业财产和相关设施的主要开发管理者。GISD是基于浏览器的平台，专注于设备管理。功能包括分析建筑里的可用办公环境以及构建与其他JTC系统比如财产税之间的链接关系。这个系统为周围环境纳入来自SLA工程的3D模型，也带入独栋建筑物的精细化模型，包括从现存BIM模型中转换得来的内部特征。对JTC而言，这项应用是前提并已接入内联网。在世界其他地方，比如澳大利亚和新西兰，有许多面向云平台的运动，目的是支持和拥护合作而助力情报决策。AAM的GEOCIRRUS是这种的合作平台的一个典型，如何向适当的股东分发地理空间数据而帮助其行动是一项关键技术。

创建它，他们就会来

使用案例比如虚拟新加坡和GISD仅仅是开端。《华尔街杂志》去年的文章声称“当收集了如此巨大的数据并相互引用的时候，内容就绪之后出现的应用是无法想象的”。所以我们有个叫做“创建它，他们就会来”的梦幻剧场。来自移动测图第二阶段的数据目前正在被多方组织使用，执行One-North自动驾驶汽车测试区的实验。2016年NRF发布了一项授权征召，允许政府，私人和研究机构指出哪些其他应用能够从3D国家地图中获益。新加坡代表了一个独特的地理和政治稳定性环境，可以允许超前的诸如这般的尝试。在这个意义上，新加坡真是一个实况实验室和测试温床，在这里科技正在被用于提升居民的福祉，而且未来将会持续如此。

定义“在哪里”

新加坡长期充当东南亚发展和创新的标杆。随着其智慧城市解决方案的进步和发展，又可以为世界上其他国家地区树立榜样。世界上发生的所有事情都有一个共同点，即它一定发生“在哪里”。准确精细和实时的地理空间信息和精妙的接口平台连接起来就可以定义“ 在哪里”，而这将催生大量的应用和利益。在这个意义上，地理空间信息，或者说新加坡的3D国家地图，提供了智能化国家行为的框架或脊梁。