2020年12月號

智慧城市平台

四維全方位時空數據基礎建設

智慧城市的各種裝置不斷以傳感器收集數據，同時經物聯網互傳資料。為了確保智慧城市運作順暢，物聯網數據往往會被註上地理標記，以便記錄數據來源。不過，在香港這個高樓林立的大都會，單單標記位置並不足夠，因為地圖上同一位置可能重疊著數十個樓層，平面標示難以表達立體的結構。要為智慧城市的各種功能提供可靠的基礎，就得用三維模型整合不同來源的立體地理資訊，最好甚至採用四維模型，加上時間動態資訊。有見及此，土地測量及地理資訊學系系主任史文中教授率領團隊開發智慧城市平台。這個四維全方位時空數據基礎建設能夠整合不同來源的時空數據，更有網上可視化功能界面，可把數據以圖像形式顯示出來，讓用戶對眾多數據一目了然。此外，團隊設計了一套能夠收集舊式建築空間數據的便攜式三維激光雷達系統，還為地下設施模型訂定國際標準。

兼容各種數據源

每個城市均是由建築物、道路和開放空間組成的複雜結構，當中有許多活動在同時進行，而記錄所有基礎建設和活動的位置數據、製成地圖，是發展智慧城市的關鍵。過去，這方面的專家先後發明了多種技術來收集這些數據，其中包括三維城市建模技術、建築資訊模型（BIM）及物聯網傳感器等，但各系統的操作平台不一，數據格式各異，用戶需用不同的軟件來檢視不同的空間數據，令跨系統數據的對照工作變得繁複、困難，史教授的團隊遂針對此問題研發智慧城市平台。史教授說：「我們的系統不但可讀取各種格式的數據，包括3ds、obj、skp、shp和gdb檔案，更可直接處理物聯網傳感器數據，用戶毋須進行格式轉換。這樣，所有數據就可在同一平台上整合，而整合的結果亦能於任何互聯網瀏覽器以三維圖像呈現。換句話說，用戶不用安裝任何軟件，即可讀取三維地圖及當中各個層次的資料。」該系統不僅涵蓋室內、室外、地上和地下的三維空間信息，還融合了時空動態模型。

三維激光雷達空間數據

除了整合不同來源的數據外，團隊亦利用三維激光雷達收集原始數據。「目前，能取得建築物位置和外部結構數據的方法有很多，如衛星定位、三維城市建模技術等。至於建築物的內部結構，就得靠BIM，但舊式大廈鮮有BIM數據。所以，團隊研發了便攜式三維激光雷達空間數據採集系統，藉以記錄建築物的內部空間數據。」這個系統包含一個附有金屬架的背包，而金屬架上則安裝了激光發射器和傳感器。操作員背著背包在建築物內四處走動，就能用同步定位及地圖構建（SLAM）技術量度每個點、每條線的位置和數值。然後，系統的後處理軟件會把收集到的數據組合起來，自動建構建築物內部的模擬三維空間。這樣就可建立舊建築的BIM，讓智慧城市功能得以無縫操作。

地下設施模型新標準

城市的運作範圍並不侷限於地面以上，地面下龐大的地底管道和電纜網絡正日以繼夜地將食水、天然氣、電力等運送到每幢建築物，同時把污水排走。在進行任何挖掘工程前，承建商都必須確認公用設施的位置。史教授指：「公用設施的營運機構會妥善儲存自家管道和電纜的圖則，但無法取得其他機構的記錄。而且過往並沒有記錄地下設施網絡的國際標準，各個機構只能各施各法。由於智慧城市平台涵蓋地下空間數據，故此我們認為有必要訂定標準，於是把有關規格提交予開放地理空間信息聯盟（OGC），如獲審批，這些規格將成為國際標準。」

應用範疇

智慧城市平台用途廣泛，在許多領域均具有強大的潛力。在城市規劃方面，該系統能作擬議發展項目的虛擬試驗場和可視化演示，把項目以圖像表達出來，用戶可按圖像分析未來的城市變化，預測擬議發展項目對交通和環境的影響。商業機構則可利用該系統進行社交媒體用戶參與度和供應鏈物流管理的時空分析等。在新冠肺炎疫情下，該系統曾被用來分析確診病例的分佈數據，預測各中學文憑試試場的風險水平，讓考生因應試場的風險調節防疫措施。因此，智慧城市平台的潛力可謂無可限量。