王 華，陳曉茜，祁信舒

（湖北省航測遙感院，湖北武漢 430071）

關于數(shù)字城市建設模式的探討

王 華，陳曉茜，祁信舒

（湖北省航測遙感院，湖北武漢 430071）

數(shù)字城市建設是一項投資巨大的、長期的、復雜的系統(tǒng)工程。如果不對其建設模式進行科學的謀劃，可能會給數(shù)字城市建設帶來巨大的浪費，引發(fā)發(fā)展后勁不足等系列問題，造成難以挽回的損失。結合了國內外數(shù)字城市的建設現(xiàn)狀，從理論和實踐兩個方面對我國數(shù)字城市建設模式進行了深入分析和探討，并重點闡述了基于地理空間框架的數(shù)字城市建設模式的具體內涵及其理論的科學性和實踐的可行性。

數(shù)字城市；建設模式；數(shù)字城市地理空間框架

1 數(shù)字城市概述

“數(shù)字城市”的設想最早由已故大師王之卓院士提出，直到美國前副總統(tǒng)戈爾（Gore）提出“數(shù)字地球（DigitalEarth）的戰(zhàn)略構想”才被社會廣泛認識和了解。數(shù)字城市是一個將城市和城市外空間連在一起的虛擬空間，它將城市地理信息和其他城市信息相結合并存儲在計算機網絡上，供遠程用戶訪問。虛擬空間涵蓋這座城市的地理、資源、環(huán)境、人文、經濟、社會和居民日常生活等各方面信息[1]。

從這個角度上說，數(shù)字城市含蓋了系統(tǒng)科學、信息科學、地理科學、管理學等許多學科，是一個多學科融合的新興領域。它是一個集技術、管理、人文、經濟于一體的范疇，不能簡單地理解為一個純技術、純工程的概念。因此，高新技術和信息基礎設施的簡單堆砌并不是真正的數(shù)字城市，數(shù)字城市的存在和發(fā)展不僅受國家經濟政策、法律、制度框架等宏觀因素影響，更取決于基于政府、行業(yè)部門、居民等城市中的各個主體的應用服務能否長期發(fā)揮作用，促進地理信息技術在城市運轉中全方位的滲透與融合，達到數(shù)字城市存在的終極意義。

2 國內外數(shù)字城市建設現(xiàn)狀分析

2.1 國外數(shù)字城市建設現(xiàn)狀

1994年，美國頒布了總統(tǒng)行政令實施國家空間數(shù)據(jù)基礎設施 (Nat1onalSpatialData Infrastruct，NSDI)計劃，正式在美政府和非政府部門中開展直接協(xié)調地理空間數(shù)據(jù)收集和管理的活動。隨后其他西方國家大多成立了針對地理空間數(shù)據(jù)的采集和管理的相應機構，基礎地理信息化工作的快速發(fā)展一定程度上加速了數(shù)字城市建設。美國是世界上較早提出建設“數(shù)字城市”的國家，其數(shù)字城市已日趨成熟，這主要歸功于美國的標準化治理模式：以完善的基礎信息、設施作保障，開發(fā)應用信息數(shù)據(jù)資源作為建設的重點，良好的資源共享分發(fā)與應用機制作為建設的核心，使數(shù)字城市滲透于城市的各個角落[2]。國外數(shù)字城市建設是伴隨著GIS技術應用的發(fā)展，大體經歷了4個發(fā)展時期：GIS系統(tǒng)研究與建設時期 (1960-1989)、基礎地理信息化建設時期 (1990-1998)、行業(yè)應用信息系統(tǒng)研究與建設時期(1994-2001)以及“面向需求”的綜合研究與建設時期(2001至今)[3]。各個國家的發(fā)展水平不盡相同，美國、加拿大、澳大利亞等發(fā)達國家，已經到達第四階段。當然，也有很多國家還處在基礎技術系統(tǒng)建構的初級階段。

2.2 我國兩種典型的數(shù)字城市建設流派

我國從上個世紀80年代初開始進行信息化建設的研究工作，但由于受經濟和技術條件的限制，直到90年代中期才開始大規(guī)模研究與建設工作。從1999年北京率先明確提出“數(shù)字北京”計劃，到2002年國家正式批準將“城市規(guī)劃、建設、管理與服務的數(shù)字化工程”列入國家“十五”重點科技攻關項目 [4]?？梢钥闯?，我國開展數(shù)字城市建設的初衷一方面是為城市的信息化工作服務，另外一方面也是為龍頭行業(yè)的信息化管理服務。

正因為此，在我國冠以“數(shù)字”的信息化項目很多，并且在一段時間內趨向兩種建設流派：一是以“數(shù)字森林”、“數(shù)字國土”、“數(shù)字電力”、“數(shù)字水利”為代表的重應用的數(shù)字城市建設模式，它們以行業(yè)應用為目標，主要用來解決行業(yè)部門的應用需求，各種專業(yè)應用系統(tǒng)構成了數(shù)字城市的主要脈絡；二是以“數(shù)字流域”、“數(shù)字景區(qū)”、“數(shù)字社區(qū)”等為代表的按區(qū)域劃分重地理信息的數(shù)字城市建設模式，它們以獲取區(qū)域內實體的地理信息為目標，以建成區(qū)域性的地理信息數(shù)據(jù)庫為標志完成數(shù)字城市建設。這兩種建設模式在一定程度上提高了部門或區(qū)域內部管理的工作效率，實現(xiàn)了部門內部辦公自動化，信息資料及公文的無紙化傳遞，增強了科學決策的可靠性，探索了數(shù)字城市建設的方向，為數(shù)字城市的建設奠定了重要的基礎。

然而，總結這些年的實踐情況，隨著時間的推移，逐漸顯現(xiàn)2個方面的不足：

1）重應用的數(shù)字城市建設模式雖然緊貼行業(yè)應用需求，卻沒有重視對基礎地理數(shù)據(jù)的獲取與維護。各部門分頭建設、各自為政的建設模式，沒有建立基礎地理數(shù)據(jù)和GIS系統(tǒng)的長效更新機制，無法解決現(xiàn)勢性的問題，使其系統(tǒng)使用壽命很短，嚴重制約了這些GIS應用系統(tǒng)的使用和發(fā)展[5]。這是所有基于地理信息數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)的通病，直接影響了數(shù)字城市建設的可持續(xù)發(fā)展；并且由于行業(yè)壁壘，各應用系統(tǒng)不能互聯(lián)互通，形成了很多信息孤島，造成了巨大的資源浪費[6]。

2）重地理信息的數(shù)字城市建設模式忽略了應用的重要性，部門內部及部門之間信息共享水平不高，信息資源的利用率低，存在很嚴重的數(shù)據(jù)浪費，業(yè)務協(xié)同難度大，這些都成為數(shù)字城市深層次應用的主要障礙[7]；并且還存在基礎數(shù)據(jù)空間基準和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的問題，各數(shù)字區(qū)域之間平臺各異、擴展性差，不能實現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門的共享互通[6]。兩種數(shù)字城市建設模式的目標差別很大，必然造成數(shù)字城市的建設水平參差不齊與功能的千差萬別，不利于城市間的信息共享和國家對城市的統(tǒng)一管理，數(shù)字城市的深層次應用進展也因此比較緩慢。

3 基于地理空間框架的數(shù)字城市建設模式

3.1 基于地理空間框架的建設模式的提出

我國數(shù)字城市的建設還處于探索階段，沒有現(xiàn)成的成功模式可遵循，而且我國基礎設施相對薄弱，資金短缺，如果一哄而上，在全國范圍內全面展開數(shù)字城市建設工作，可能會因為技術及經濟的因素致使部分項目不成功，帶來較大的資源浪費。因此，選擇一種科學的建設模式，將基礎地理信息化工作與專業(yè)應用同等重視起來，對當今我國數(shù)字城市建設至關重要。

因此，筆者通過總結數(shù)字潛江、數(shù)字黃岡、數(shù)字黃石等地理空間框架建設的實踐經驗，結合國家測繪局數(shù)字城市建設戰(zhàn)略部署，認為建設數(shù)字城市主要分三步進行：首先開展數(shù)字城市地理空間框架的建設，然后進行數(shù)字城市應用系統(tǒng)的建設，最后是進行多應用之上的社會延展服務。地理空間框架是數(shù)字城市建設的第一步，目的是為集成我國自然、社會、經濟、人文，環(huán)境等信息提供統(tǒng)一的地理空間載體，推動地理信息資源整合、共享和開發(fā)利用[8]?；诘乩砜臻g框架的數(shù)字城市建設模式（以下簡稱“框架建設模式”），是國家測繪局針對我國數(shù)字城市建設的實際國情提出的建設思路，通過選擇不同區(qū)域、不同類型、不同級別的城市進行多元、多級的數(shù)字城市地理空間框架示范工程，在基礎理論、關鍵技術的應用與創(chuàng)新、建設與管理模式等方面進行探索，為其他城市提供可以借鑒的經驗。以點帶面，全面推動數(shù)字城市的建設。

3.2 框架建設模式的具體內涵

1）數(shù)字城市地理空間框架。作為數(shù)字城市的一部分，將為整個城市搭建一個地理信息公共平臺，該平臺是城市唯一的、統(tǒng)一的、權威的平臺，所有城市部門的專題信息都可以疊加在平臺之上，它們有統(tǒng)一的空間基準、時間基準、內容基準，信息之間能夠交流、集成和共享，可為政府決策、應急突發(fā)事件提供綜合信息。它為國民經濟和社會信息化提供統(tǒng)一的空間定位與基礎地理信息公共平臺，對于信息資源按照地理空間進行整合和實現(xiàn)信息共享具有十分重要的作用。因此，建設好地理空間框架對整個數(shù)字城市建設有十分深遠的意義，是直接影響數(shù)字城市建設成敗的關鍵，框架建設必須先行。

2）數(shù)字城市應用系統(tǒng)的建設。數(shù)字城市建設能否真正提高政府資金使用效率，促進城市各職能部門信息化管理水平，決定因素是基于各行業(yè)應用系統(tǒng)的建設。數(shù)字城市應用系統(tǒng)不僅能為基礎地理信息數(shù)據(jù)庫提供與行業(yè)相關的動態(tài)更新數(shù)據(jù)，也為行業(yè)和社會服務機構提供信息服務的窗口。尤其是基于地理空間框架建設的數(shù)字城市應用系統(tǒng)，能夠解決長久以來行業(yè)應用系統(tǒng)使用壽命不長的通病，建立應用系統(tǒng)的更新和維護機制，使行業(yè)應用系統(tǒng)保持持久的生命力。各行業(yè)應用系統(tǒng)是數(shù)字城市建設發(fā)揮作用的核心系統(tǒng)。沒有足夠數(shù)量、足夠成型的應用系統(tǒng)的廣泛建設和應用，數(shù)字城市將成為無源之水，無本之木。當各個專業(yè)系統(tǒng)和基礎地理信息在同一平臺整合之后，才能統(tǒng)一、協(xié)調地發(fā)揮數(shù)字城市融合的優(yōu)勢，提高政府機構的決策和管理能力。

3）多應用之上的社會延展服務。隨著數(shù)字城市建設地不斷深入，社會公眾對公共服務范圍和質量的要求不斷提高，數(shù)字城市的應用服務由行業(yè)專業(yè)服務向公眾應用服務轉變是必然。除電子政務、道路交通等公眾最基本的公共服務外，遠程教育、網上醫(yī)療、在線社區(qū)和生活服務等，也是今后應用服務的趨勢。同時，隨著應用服務的普及，地理信息服務水平地進一步提高，開發(fā)出貼近百姓民生的應用服務系統(tǒng)，逐步降低使用地理信息資源費用和門檻，使地理信息消費大眾化、平民化，真正實現(xiàn)數(shù)字城市“以人為本”的深層次應用。社會延展應用服務將成為數(shù)字城市中最大的應用領域之一，是數(shù)字城市對人們的工作、居住、出行、購物、休閑等產生影響的重要體現(xiàn)，也是數(shù)字城市能否過渡到智慧城市的重要基礎。

基于地理空間框架的數(shù)字城市建設模式的層次結構，如圖1所示。

圖1 數(shù)字城市建設模式的層次結構圖

4 框架建設模式的優(yōu)越性

4.1 使復雜的數(shù)字城市建設易于操作

由于各行各業(yè)對地理信息的需求各有側重，如果定義一種涵蓋所有地理要素全集的地理信息數(shù)據(jù)庫，將是一項非常復雜而龐大的系統(tǒng)工程，無論是數(shù)據(jù)獲取還是管理都很難實現(xiàn)，這一直是制約地理信息推廣使用的一個瓶頸。數(shù)字城市地理空間框架以統(tǒng)一的標準抽象和定義了在同一區(qū)域內，使用頻率最高、最公共、最基礎、最權威的空間數(shù)據(jù)資源[9]。用戶可以方便的與自己的專題數(shù)據(jù)進行整合，建立自己的應用系統(tǒng)。標準一致，統(tǒng)一數(shù)據(jù)版本，減少因數(shù)據(jù)不一致造成的GIS系統(tǒng)開發(fā)和矛盾數(shù)據(jù)問題。便于跨地域的數(shù)據(jù)整合，以統(tǒng)一的標準提供可供各行業(yè)應用的接口。框架建設相較于傳統(tǒng)的應用開發(fā)容易啟動與操作，而應用開發(fā)由于需要較大的資金投入，目前我國很多城市的行業(yè)部門還不能承受?？蚣芙ㄔO模式更新及時，操作簡單，使用方便，增強了數(shù)字城市建設的可操作性，使數(shù)字城市建設變得簡單。

4.2 注重多專業(yè)融合，共建共享，節(jié)省資金

地理空間框架信息包括了與空間信息有關的各行各業(yè)最公共、最基礎的信息資源，但并不代表全部信息，每個行業(yè)在此基礎上疊加專業(yè)信息，才構成了完整的、適合本行業(yè)特點的空間信息資源。通常情況下，規(guī)劃、土地、房產部門對空間信息有更詳細的要求，三者之間也有相當一部分公共信息，而其他部門如交通、環(huán)保等則更多的以框架空間信息為主，各自需要少量的專業(yè)信息就能滿足需求。所有參加框架建設的用戶分攤投資，按照統(tǒng)一的標準和地理編碼來共享自己的數(shù)據(jù)或分享他人的數(shù)據(jù)，避免了重復投資。專業(yè)的測繪部門是最權威的空間數(shù)據(jù)采集部門和基礎測繪資料的提供者，按照傳統(tǒng)標準生產地形圖已經遠遠不能滿足社會對空間信息的需求。如果將有限的資金投入在框架數(shù)據(jù)的生產中，能夠大大縮短空間數(shù)據(jù)的生產周期，提高更新速度，滿足用戶對空間信息現(xiàn)勢性的需要。由于數(shù)據(jù)的采集和維護費用被平攤了，大大降低了各個用戶在數(shù)據(jù)采集方面的成本，更加節(jié)省了政府和行業(yè)部門的資金，提高了資金的使用效率。

4.3 便于持續(xù)改進和更新，科學實用

城市是一定區(qū)域內的政治、經濟和文化教育等方面的中心，具有較強的集聚能力和輻射帶動作用，同時城市的發(fā)展也是瞬息萬變的，這決定了數(shù)字城市的研究和建設也是需要分階段、可持續(xù)發(fā)展的。地理空間框架的建設，從政策體制上和技術層面上，將跨專業(yè)、多學科的信息進行充分融合和共享，滿足數(shù)字城市建設持續(xù)發(fā)展的信息共享、綜合決策、技術集成的需求，提供了一種和諧的城市規(guī)劃、建設和管理的調控手段，同時也是一種可持續(xù)的、適應城市變化的手段[10]。地理空間框架建設正是建立在這種需求的基礎上產生的。與傳統(tǒng)的測繪成果體系相比，數(shù)字地理空間框架內容更豐富，形式更多樣，應用更普及，服務更便捷，數(shù)字城市地理空間框架的靈活性和開放性決定了數(shù)字城市建設可以不斷完善、不斷修改、不斷實踐，并且能很好的調節(jié)城市各部門、各自系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展。

4.4 為數(shù)字城市過渡到智慧城市奠定基礎

數(shù)字城市地理空間框架把遙感技術、地理信息系統(tǒng)和網絡技術與可持續(xù)發(fā)展等聯(lián)系在一起，為數(shù)字城市搭建了一個空間信息集成平臺和基礎框架，集成整合來自網絡環(huán)境下的各種地球空間與信息相關的各種社會經濟信息[1],不僅為數(shù)字城市過渡到智慧城市打下堅實可靠的數(shù)據(jù)基礎，同時也是構建數(shù)字城市、實現(xiàn)智慧地球的技術支撐體系。在此基礎上，通過物聯(lián)網實現(xiàn)人與人、人與機器、機器與機器的互聯(lián)互通而邁向智慧城市?；诳蚣艿臄?shù)字城市建設模式從第一步就注重基礎地理信息資源的共享，注重節(jié)約、集約利用資源，為城市經濟社會的快速發(fā)展，在經濟建設、科學決策、公眾服務等方面起到基礎作用、支撐作用和服務保障效用，因此是一種最具發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄔO模式。

5結 語

綜上所述，筆者認為，數(shù)字城市是一項投資巨大的、長期的、復雜的系統(tǒng)工程，需要政府主導，多部門合力共建，多學科跨專業(yè)的融合，促進其最廣泛的社會應用，這是數(shù)字城市建設的基本前提。國家測繪局正是基于這個前提提出了開放、靈活、科學的數(shù)字城市地理空間框架建設模式。它不僅可以滿足政府、各部門和社會大眾對地理信息資源的需要，還可以不斷試驗，不斷反思、不斷改進，提供多層次、高質量、高效率的信息服務及決策支持，有利于提高城市建設與管理的效率，以及整體性的解決城市所面臨的經濟、社會等諸多方面的問題；有利于提高人民生活質量。地理空間框架建設既是信息社會對新形勢測繪工作轉型的外部需求，也是數(shù)字城市科學發(fā)展的內在需求。因此，我們應該以更開放的心態(tài)、更強的時代責任感、更實事求是的態(tài)度來看待數(shù)字城市的建設，抓住框架建設的契機，加快數(shù)字城市建設步伐，從而更廣泛地、更深入地、更有效地、更經濟地為社會提供服務。

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Discussion of DigitalCity Construction Modes

by WANG Hua

Digital City Construction isahuge investment,long-term,complex system engineering.Without scientific planning,Digital City construction mode will lead to enormous waste of resources,lack of stamina,and other development issues,resulting in irreparable losses.According to the current construction situation of Digital City at home and abroad，this paper discussed several construction modes of Digital City from both theoretical and practical aspects in-depth,and focused on the specific content, theoretical scientificalness and practical feasibility in of the mode based on Digital City Geospatial Framework.

Digital City，construction modes，Digital City Geospatial Framework（Page:9）

P208

B

1672-4623(2011)02-0009-04

2011-01-18

項目來源：“十一五”國家科技支撐計劃重點資助項目（2008BAC36B00）。

王華，高級工程師，主要從事測繪新技術應用及推廣、“數(shù)字城市“建設研究工作。