肖建華，譚仁春

(武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北武漢 430022)

城市是社會經(jīng)濟要素高度集中的區(qū)域，是人類經(jīng)濟、政治和文化活動的中心，是人流、物流、資金流和信息流聚集和擴散的基地［1］。進入21世紀，信息化在更廣闊的領(lǐng)域得以應(yīng)用，并向更深層次高度滲透，信息技術(shù)正孕育著新的重大突破。城市作為人類活動最為頻繁和活躍的地區(qū)，信息資源日益成為城市發(fā)展的重要生產(chǎn)資料。信息化的程度和水平已經(jīng)成為衡量一個城市經(jīng)濟、社會發(fā)展綜合實力和文明程度的主要指標。信息化正成為社會經(jīng)濟發(fā)展和文化進步的主要推動力。信息化建設(shè)將有利于促進人類的共同富裕和共同進步。加強對城市信息化的理解，推進城市信息化建設(shè)與合作，將成為城市發(fā)展的新主題和新動力。

城市信息化的主要表現(xiàn)形式就是“數(shù)字城市”的建設(shè)。從技術(shù)層面理解，“數(shù)字城市”為城市信息化的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，同時也是城市信息化水平的一個重要標志。城市歷來是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的焦點和中心。因此，“數(shù)字城市”是社會信息化發(fā)展的必然，是當今發(fā)達國家信息化發(fā)展的主要特征。全球信息化的出現(xiàn)使得互聯(lián)網(wǎng)成為新世紀國人關(guān)注的熱點，而“數(shù)字城市”更是熱點之中的焦點。

1 數(shù)字城市的起源與理解

數(shù)字城市的概念起源于數(shù)字地球。早在1993年，時任美國總統(tǒng)的克林頓就提出“信息高速公路”的概念，并制定了建立“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(national information infrastructure，NII)的計劃。1994年美國政府又要求測繪部門和有關(guān)機構(gòu)建立國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(national spatial data infrastructure，NSDI)。歐洲空間信息基礎(chǔ)框架行動計劃是在2001年末提出的，目的在于生產(chǎn)可獲得的、一致的、高質(zhì)量的地理信息，以形成、實施、監(jiān)管和評價歐洲共同體的政策。“國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”(National Spatial Data Infrastructure，簡稱NSDI)是國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。當前，世界上約有40多個國家都制定了致力于本國NSDI建設(shè)的相關(guān)計劃，并將NSDI建設(shè)作為向信息社會過渡的重要舉措。美國、加拿大、荷蘭、澳大利亞、新西蘭、英國等國家是這一領(lǐng)域的先頭軍，韓國、日本、印度尼西亞、新加坡、馬來西亞、伊朗等國家正奮力直追，跨國家的地區(qū)性空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(RSDI)和全球空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(GSDI)建設(shè)也正蓬勃開展。

美國前副總統(tǒng)戈爾(A.L.Gore)在1998年發(fā)表了題為“數(shù)字地球”(digital earth):21世紀認識地球的方式的演講，首次提出了數(shù)字地球的概念和構(gòu)想。戈爾認為“數(shù)字地球”是一個地球信息模型，其核心是將三維地球上的地圖、地球每一點所有的各種自然和社會人文等方面的信息，不是像普通數(shù)據(jù)庫那樣將其存放在數(shù)據(jù)庫里，而是按照統(tǒng)一的地球空間坐標組織起來，構(gòu)成一個具有多分辨率、多類型、多時相的三維地球數(shù)據(jù)集，即數(shù)字化地球儀。

在國內(nèi)，“數(shù)字城市”的理解和定義主要有兩種:一種是來自于城市地理信息系統(tǒng)(UGIS)的擴展與延伸。這種觀點認為，“數(shù)字城市”是綜合運用GIS、GPS、RS、網(wǎng)絡(luò)、多媒體及虛擬仿真等技術(shù)對城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機制進行信息自動采集、動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)，我們稱為“狹義”的“數(shù)字城市”。另一種觀點是將數(shù)字城市與城市信息化范疇基本等同，但不強調(diào)空間基礎(chǔ)框架，也不區(qū)分空間信息與非空間信息的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，我們成為“廣義”的“數(shù)字城市”。

在測繪地理信息行業(yè)，“狹義”的“數(shù)字城市”就是數(shù)字城市地理空間框架。2006年國家測繪地理信息局和國務(wù)院信息化辦公室聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于加強數(shù)字中國地理空間框架建設(shè)與應(yīng)用服務(wù)的指導意見》，將數(shù)字城市地理空間框架定義為“是地理信息數(shù)據(jù)及其采集、加工、交換、服務(wù)所涉及的政策、法規(guī)、標準、技術(shù)、設(shè)施、機制和人力資源的總稱，有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系、目錄與交換體系、公共服務(wù)體系、政策法規(guī)與標準體系和組織運行體系構(gòu)成”［2］。

2 數(shù)字城市地理空間框架的建設(shè)任務(wù)

2.1 數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的目標

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的目標是以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以滿足政府管理和決策的需求為出發(fā)點和落腳點，制定相應(yīng)的政策法規(guī)和標準體系，充分運用RS、GPS、GIS和計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，建設(shè)多種類、多尺度、多時態(tài)的地理空間數(shù)據(jù)體系，構(gòu)建統(tǒng)一的地理信息公共服務(wù)平臺，為政府宏觀決策、城市建設(shè)和管理及社會公眾生活提供完善、優(yōu)質(zhì)、有效的地理信息服務(wù)［4］。同時，在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的基礎(chǔ)上，開發(fā)各種行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)，強化應(yīng)用服務(wù)功能，推進城市地理信息資源的共享機制建設(shè)，為城市發(fā)展提供有力的輔助決策支撐。

2.2 數(shù)字城市地理空間框架的四大建設(shè)內(nèi)容

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的主要建設(shè)內(nèi)容可以歸納為4個方面:①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫;②地理信息公共服務(wù)平臺;③支撐體系;④應(yīng)用示范系統(tǒng)?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫是地理空間框架的核心;地理信息公共服務(wù)平臺是地理空間框架應(yīng)用服務(wù)的表現(xiàn);支撐體系是地理空間框架建設(shè)與服務(wù)的保障;應(yīng)用示范系統(tǒng)是地理空間框架的應(yīng)用和推廣［5］。

(1)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)

①測繪基準

測繪基準包括大地基準、高程基準、重力基準、深度基準和時間基準。數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)必須規(guī)范基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)所采用的測繪基準，保證各類地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的基準統(tǒng)一，以便于地理信息數(shù)據(jù)的共建、共享。

②基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫是按照統(tǒng)一的測繪基準整合和集成城市級 1∶2000、1∶1000和1∶500等不同年代、不同比例尺的DLG、DOM、DEM和DRG數(shù)據(jù)，形成多源、多尺度、多時態(tài)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。

③數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的建庫、管理、更新、制圖、輸出等操作提供軟件工具支撐。其功能需滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫基本規(guī)定》(CH/T 9005—2009)的要求，具備數(shù)據(jù)的處理、輸入、輸出、查詢、統(tǒng)計、分析以及歷史數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、安全管理等多方面的功能［6］。

(2)地理信息公共服務(wù)平臺建設(shè)

在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)上，按照一定的標準和規(guī)則，對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進行提取、整合和重組，通過技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)出滿足政府部門和社會公共需求的面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù);通過建立不同數(shù)據(jù)的一體化索引，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的無縫集成;研制開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用服務(wù)與運行維護系統(tǒng)，形成唯一的、權(quán)威的數(shù)字城市地理信息公共平臺。

①面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)

面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是指在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)提取、擴充和重組等加工處理形成電子地圖、三維景觀模型、地名地址庫等以及其他行業(yè)或部門的專題數(shù)據(jù)，還有目錄和元數(shù)據(jù)等。

②地理信息公共服務(wù)平臺軟件體系

地理信息公共服務(wù)平臺軟件體系主要包括門戶網(wǎng)站、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、地理信息服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)運維管理系統(tǒng)和平臺運維管理系統(tǒng)5個方面內(nèi)容。

(3)支撐體系建設(shè)

支撐體系建設(shè)包括政策法規(guī)與標準規(guī)范建設(shè)、組織機構(gòu)建設(shè)、機房環(huán)境、軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和人才隊伍建設(shè)等多個方面的內(nèi)容，是數(shù)字城市地理空間框架項目建設(shè)、運行和服務(wù)的支撐和保障。

(4)應(yīng)用示范系統(tǒng)建設(shè)

數(shù)字城市地理空間框架通過基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和地理信息公共服務(wù)平臺的建設(shè)，為地理信息的共享和服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。同時，在項目建設(shè)中還應(yīng)高度重視應(yīng)用示范系統(tǒng)的建設(shè)，選擇至少4個典型示范應(yīng)用，以檢驗數(shù)字城市地理空間框架的建設(shè)成效。

3 數(shù)字城市地理空間框架的建設(shè)實例

武漢市是華中地區(qū)的特大型中心城市，為了實施“中部崛起”戰(zhàn)略，武漢市委市政府明確提出了“建立‘數(shù)字武漢’，加速城市信息化進程，以信息化推動工業(yè)化，實現(xiàn)跨越式發(fā)展”的戰(zhàn)略目標，并將“數(shù)字武漢”建設(shè)納入到武漢市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃?！皵?shù)字武漢”就是用信息化的手段來處理、分析和管理武漢市，促進武漢市的人流、物流、資金流、信息流和交通流的通暢與協(xié)調(diào)，使武漢市全面實現(xiàn)信息化。

3.1 “數(shù)字武漢”建設(shè)的一個總體目標

“數(shù)字武漢”的總體建設(shè)目標是按照把武漢市建設(shè)成為“我國中部地區(qū)中心城市”的定位，堅持體制、環(huán)境和技術(shù)的創(chuàng)新，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善和數(shù)字化工程的逐步建設(shè)，建立起覆蓋全市的信息高速公路和城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施以及基于這些基礎(chǔ)設(shè)施的信息資源開發(fā)和利用體系，實現(xiàn)政府部門和行業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)信息在空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施上的集成與整合，為政府部門的決策、城市規(guī)劃、行業(yè)管理和工程建設(shè)提供及時可靠的信息服務(wù)與技術(shù)支持，引導和帶動全社會的信息化［7］。

3.2 “數(shù)字武漢”地理空間框架建設(shè)的四大成果

(1)“數(shù)字武漢”基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)

①武漢市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)

按照《武漢市基礎(chǔ)測繪“十一五”規(guī)劃》要求，結(jié)合國家信息化測繪發(fā)展戰(zhàn)略，武漢市以建立覆蓋武漢全市域、高精度、統(tǒng)一的城市現(xiàn)代測繪基準體系，提升測繪保障服務(wù)效能和水平為目標，組織實施了“武漢市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)”項目，包括:“武漢市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(WHCORS)、武漢市高精度GPS控制網(wǎng)、武漢市精密水準網(wǎng)、武漢市區(qū)域似大地水準面精化”四個部分。

②武漢市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)

按照統(tǒng)一的武漢市現(xiàn)代測繪基準體系，建立了包含數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、綜合地下管線數(shù)據(jù)的武漢市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。其中:

數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)包括覆蓋全市域8549 km2范圍的1∶10000地形圖數(shù)據(jù)、覆蓋都市發(fā)展區(qū)3572 km2范圍的1∶2000地形圖數(shù)據(jù)和覆蓋主城區(qū)680 km2范圍的1∶500地形圖數(shù)據(jù);

數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)包括覆蓋全市域8549 km2的1∶10000正射影像和覆蓋都市發(fā)展區(qū)3600 km2范圍的1∶2000正射影像;

綜合地下管線數(shù)據(jù)包括主城區(qū)10 m以上市政道路沿線的共計7大類17種地下管線，累計長度達到2.24萬千米。

(2)“數(shù)字武漢”地理信息公共服務(wù)平臺建設(shè)

①面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)建設(shè)

針對武漢市不同的應(yīng)用和保密要求，按照基礎(chǔ)版、政務(wù)版和公眾版三種形式，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過提取、擴充和重組等加工處理形成了有武漢市特色的面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出公眾版電子地圖、三維數(shù)字地圖、全景影像、地名地址庫等面向服務(wù)的新型產(chǎn)品數(shù)據(jù)。其中:

公眾版電子地圖數(shù)據(jù)由10套不同比例尺地圖組成，比例尺從1∶120萬放大到1∶1000;

三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)由覆蓋全市域8549 km2的體塊模型和覆蓋主城區(qū)525 km2的標準模型組成;

全景影像數(shù)據(jù)累計覆蓋主城區(qū)2200 km市政道路沿線;

地名地址數(shù)據(jù)包含13萬個地名信息和53萬個門牌地址信息;

②地理信息公共服務(wù)平臺建設(shè)

武漢市地理信息公共服務(wù)平臺，就是以“數(shù)字武漢”地理空間框架為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)為主要管理工具，整合與地理空間信息有關(guān)的非空間信息，以各種信息網(wǎng)絡(luò)為載體，以各種信息終端為媒介，面向政府、企業(yè)、公眾提供地理信息服務(wù)的一個信息平臺。

武漢市地理信息公共服務(wù)平臺項目通過對地理信息獲取與維護、集成管理與共享、分發(fā)與服務(wù)三大體系的研究，開展了涵蓋現(xiàn)代測繪基準、基礎(chǔ)地理信息標準、地理信息數(shù)據(jù)庫、地理信息集成管理系統(tǒng)、地圖生活服務(wù)網(wǎng)站、地理信息藍皮書、地理信息分發(fā)服務(wù)平臺、地理信息的共享機制等方面的建設(shè)。

(3)“數(shù)字武漢”支撐體系建設(shè)

“數(shù)字武漢”支撐體系建設(shè)過程中，著重加強了政策法規(guī)和標準規(guī)范的建設(shè)工作。依據(jù)國家《測繪法》、《保密法》、《測繪成果管理規(guī)定》、《城市測繪資料管理辦法》和《湖北省測繪成果管理實施辦法》，結(jié)合武漢市實際情況制定的《武漢市測繪管理條例》已于2011年9月獲武漢市十二屆人大常委會三十四次會議表決通過。

制定的湖北省地方標準《武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準》(DB42/T 651－2010)于2010年11月10日由湖北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局正式發(fā)布，于2011年1月10日正式實施。

(4)“數(shù)字武漢”應(yīng)用示范系統(tǒng)建設(shè)

數(shù)字武漢地理空間框架的建設(shè)建立了一個多尺度、信息豐富、現(xiàn)實性強的基礎(chǔ)地理信息框架，實現(xiàn)了地理信息數(shù)據(jù)的交換和共享，為城市信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。同時，在建設(shè)過程中高度重視應(yīng)用示范系統(tǒng)的建設(shè)，先后在武漢市公安局、武漢市農(nóng)業(yè)局、武漢市城市建設(shè)委員會、武漢市城管局、武漢市人防辦、武漢市江漢區(qū)政府等單位累計開展了70余項基于數(shù)字武漢地理空間框架的應(yīng)用示范系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮了數(shù)字武漢地理空間框架為宏觀決策、政府管理、重大工程和社會公眾提供支持與服務(wù)的作用。

3.3 “數(shù)字武漢”地理空間框架建設(shè)的四大特點

(1)政府主導

為落實國家測繪局關(guān)于加強基礎(chǔ)測繪工作的指示精神，自1999年起，市政府將基礎(chǔ)測繪納入全市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃，使這項工作步入了正常發(fā)展的軌道。2006年市政府以武政［2006］46號文，將《武漢市基礎(chǔ)測繪“十一五”規(guī)劃》作為政府專項規(guī)劃之一頒布實施，并落實專項經(jīng)費，成為全國同類城市中首個被列入政府專項規(guī)劃的基礎(chǔ)測繪規(guī)劃。

2010年6月武漢市人民政府申請的數(shù)字武漢地理空間框架建設(shè)試點項目由國家測繪地理信息局正式批準。在國家測繪地理信息局確定的全國100多個“數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)”試點城市中，武漢市是全國首個副省級試點城市。7月23日，國家測繪局、湖北省測繪局、武漢市人民政府在武漢簽署《數(shù)字武漢地理空間框架建設(shè)示范合作協(xié)議書》。

2011年11月，“數(shù)字武漢地理空間框架建設(shè)”通過國家驗收，武漢成為首個通過“國考”的副省級城市。同時，武漢正式開通“數(shù)字武漢地理信息公共平臺”，國家測繪地理信息局授牌武漢“全國數(shù)字城市建設(shè)示范市”。

(2)科技創(chuàng)新

在政策法規(guī)和行業(yè)標準方面實現(xiàn)突破，分別制定了《武漢市測繪管理條例》、《武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準》(DB42/T 651－2010);在基礎(chǔ)理論和技術(shù)升級方面加強創(chuàng)新，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)驅(qū)動下的GIS到以服務(wù)為核心的GIS的發(fā)展，自主攻關(guān)了SOA體系架構(gòu)、地理編碼、無極制圖、制圖自動化、模型調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù);在系統(tǒng)集成和測繪裝備方面深入研究，先后通過自主創(chuàng)新研制成功近景攝影測量應(yīng)用于規(guī)劃執(zhí)法在線監(jiān)控、全景影像采集車集成組裝等科技進步項目;在學術(shù)理論和出版專著方面成果豐碩，通過總結(jié)和歸納建設(shè)數(shù)字武漢地理空間框架過程中的經(jīng)驗和創(chuàng)新，先后出版了《城市基礎(chǔ)地理信息集成與綜合管理》、《城市地理信息公共服務(wù)平臺的理論與技術(shù)》、《城市測繪的發(fā)展歷程—從模擬測繪、數(shù)字測繪到信息測繪》等專著。

(3)突出應(yīng)用

在建設(shè)數(shù)字武漢地理空間框架的同時，采取了邊建設(shè)邊推廣應(yīng)用的策略。首先結(jié)合政府管理熱點，開展了王家墩地理信息系統(tǒng)、楊春湖城市副中心土地規(guī)劃信息系統(tǒng)等區(qū)域開發(fā)重點工程示范應(yīng)用;結(jié)合行業(yè)應(yīng)用特點，開展了警用地理信息系統(tǒng)、人防地理信息系統(tǒng)、城市建設(shè)地理信息平臺等行業(yè)管理示范應(yīng)用;結(jié)合公眾興趣焦點，開展了武漢市地圖生活網(wǎng)、武漢市管線查詢系統(tǒng)等公眾參與示范應(yīng)用。

(4)培養(yǎng)人才

搭建人才培養(yǎng)平臺，與武漢大學、省測繪局一起，共建“精密工程與工業(yè)測量實驗室”，通過該平臺的交流與學習，為數(shù)字武漢地理空間框架的建設(shè)，培養(yǎng)了一支人才隊伍;創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制，實施請進來走出去戰(zhàn)略，加強與行業(yè)內(nèi)專家、學者、科研院所合作、交流，同時，建立起選派科研人員出外培訓學習的制度，提高了科研隊伍的水平。

4 發(fā)展與展望

過去的十年里，武漢市在數(shù)字城市地理空間框架的研究和建設(shè)進行了有益的探索和實踐，基本建成了“數(shù)字武漢”地理空間框架，為“數(shù)字武漢”的建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

隨著“數(shù)字武漢”地理空間框架的推廣應(yīng)用，“數(shù)字武漢”的進一步深入建設(shè)，“數(shù)字武漢”地理空間框架建設(shè)也將會朝著信息資源更豐富、服務(wù)平臺更智能、應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛、社會影響更深遠的方向發(fā)展。

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