徐嘉興，李 鋼,2，池 建

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇徐州221008；2.徐州市國(guó)土資源局,江蘇徐州221006）

“數(shù)字城市”地理空間框架的建設(shè)與應(yīng)用

徐嘉興1，李 鋼1,2，池 建1

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇徐州221008；2.徐州市國(guó)土資源局,江蘇徐州221006）

隨著信息化步伐的加快，“數(shù)字城市”建設(shè)成為各地信息化發(fā)展的重要內(nèi)容，但由于沒(méi)有成熟的理論指導(dǎo)，缺乏科學(xué)合理的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，結(jié)果形成了新的“信息孤島”，造成了資源浪費(fèi)。以“數(shù)字徐州”為例闡述了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)及實(shí)施方案；詳細(xì)介紹了地理空間框架的體系結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)、地理空間框架服務(wù)平臺(tái)建設(shè)情況，并結(jié)合國(guó)土、市政、城管、氣象等領(lǐng)域給出了應(yīng)用示范，旨在為“數(shù)字城市”建設(shè)提供參考和指導(dǎo)。

數(shù)字城市；地理空間框架；數(shù)據(jù)共享；徐州

信息化是21世紀(jì)主要時(shí)代特征，是推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要力量，是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略重點(diǎn)和制高點(diǎn)，而數(shù)字地理空間框架建設(shè)是信息化最為基礎(chǔ)的工作之一，是空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的主要內(nèi)容[1]。自1998年1月戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”概念以來(lái)，作為“數(shù)字地球”理論與技術(shù)在城市信息化上的具體應(yīng)用[2]——“數(shù)字城市”已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和前沿[3,4]?！皵?shù)字城市”是綜合運(yùn)用GIS、遙感、網(wǎng)絡(luò)、多媒體及虛擬仿真等技術(shù)，對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機(jī)制進(jìn)行信息自動(dòng)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理和輔助決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)[5]，它具有城市地理、資源、生態(tài)環(huán)境、人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬仿真、優(yōu)化決策支持和可視化表現(xiàn)等強(qiáng)大功能[6]。我國(guó)在“十五”、“十一五”期間，“數(shù)字城市”相關(guān)國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目取得了重大成就，許多城市將“數(shù)字城市”所涉及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到城市規(guī)劃、管理、服務(wù)等方面，特別是2006年以來(lái)，國(guó)家測(cè)繪地理信息局將“數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)”作為國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目和“十一五”期間的重點(diǎn)項(xiàng)目，極大地推動(dòng)了城市信息化的進(jìn)程，建立了一批城市基礎(chǔ)信息庫(kù)和城市管網(wǎng)、交通、房產(chǎn)、規(guī)劃、電子政務(wù)等系統(tǒng)[7]，并取得了巨大成果。目前徐州市以“數(shù)字徐州，智慧城市”為口號(hào)，將城市信息化工作列入市“十二五”規(guī)劃建設(shè)。

1 地理空間框架建設(shè)的目標(biāo)與任務(wù)

徐州市是江蘇省第一個(gè)“數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)”試點(diǎn)城市，“數(shù)字徐州”被納入“數(shù)字中國(guó)地理空間框架”示范工程計(jì)劃，是由國(guó)家測(cè)繪局、江蘇省測(cè)繪局、徐州市人民政府三方協(xié)作，按照“需求牽引、設(shè)計(jì)統(tǒng)一、共同投資、資源共享”原則組織實(shí)施的。

1.1 建設(shè)目標(biāo)

在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究GIS相關(guān)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合徐州礦業(yè)城市的特點(diǎn)和需求，建立以數(shù)字化的基礎(chǔ)地理信息、土地覆蓋信息、礦產(chǎn)資源信息為主要內(nèi)容，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S技術(shù)，建立準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、高效的空間基礎(chǔ)信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的管理、維護(hù)更新、共享、數(shù)據(jù)表現(xiàn)與制圖等方面的應(yīng)用，同時(shí)考慮建立城市建設(shè)協(xié)同管理系統(tǒng)，并積極推動(dòng)其他城市GIS的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，形成有效的數(shù)據(jù)共享體系，為國(guó)土資源管理、房產(chǎn)管理、城市規(guī)劃等社會(huì)各行業(yè)提供完善、優(yōu)質(zhì)、高效的地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)，從而為城市的信息化建設(shè)，特別是與GIS相關(guān)的綜合應(yīng)用提供良好的基礎(chǔ)和支持。

1.2 建設(shè)任務(wù)

綜合運(yùn)用3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，以4D產(chǎn)品為主體，建立覆蓋整個(gè)城市的多類型、多尺度、多時(shí)態(tài)的空間數(shù)據(jù)集及數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，并逐步建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、維護(hù)、管理機(jī)制，以空間地理信息為基礎(chǔ)建立基礎(chǔ)地理信息共享平臺(tái)及分發(fā)服務(wù)體系，根據(jù)土地、房產(chǎn)等部門(mén)的應(yīng)用需求，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的專項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)，從而提高城市信息化和現(xiàn)代化管理水平，改善投資環(huán)境，充分發(fā)揮基礎(chǔ)地理空間信息社會(huì)服務(wù)能力。

1.3 實(shí)施步驟

“數(shù)字城市”作為一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，目前雖然城市案例較多，但可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多[8]，短期內(nèi)難以建成，應(yīng)按信息工程的思路，逐步實(shí)施，其步驟如圖1所示。

圖1 “數(shù)字徐州”空間框架工程建設(shè)步驟

2 “數(shù)字徐州”地理空間框架體系結(jié)構(gòu)

“數(shù)字城市”是以基礎(chǔ)地理信息共享和安全為基礎(chǔ)，以基于空間信息、關(guān)聯(lián)空間信息和參照空間信息等 3類行業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)為核心，以政府門(mén)戶網(wǎng)站、社會(huì)網(wǎng)站及各類信息化終端為服務(wù)和表現(xiàn)手段，以組織領(lǐng)導(dǎo)、政策法規(guī)和運(yùn)營(yíng)機(jī)制為保障環(huán)境的國(guó)土資源管理、房產(chǎn)管理、城市規(guī)劃等管理和服務(wù)的完整體系（見(jiàn)圖2）。

圖2 “數(shù)字徐州”體系結(jié)構(gòu)

2.1“數(shù)字徐州”基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層是“數(shù)字徐州”賴以存在的基礎(chǔ)設(shè)施，是由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、基礎(chǔ)空間信息共享平臺(tái)、非空間信息共享平臺(tái)、基礎(chǔ)空間信息共享框架標(biāo)準(zhǔn)、地理編碼標(biāo)準(zhǔn)和信息安全體系等要素構(gòu)成。

2.2“數(shù)字徐州”應(yīng)用層

應(yīng)用層是“數(shù)字徐州”建設(shè)的核心內(nèi)容。從城市管理和服務(wù)功能角度看，“數(shù)字徐州”應(yīng)用層由各行業(yè)管理信息系統(tǒng)組成，主要由城市科教文衛(wèi)類、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行類及城市規(guī)劃類等管理和服務(wù)信息系統(tǒng)構(gòu)成；從與城市空間信息的關(guān)聯(lián)程度看，“數(shù)字徐州”重點(diǎn)發(fā)展基于空間信息的國(guó)土、房產(chǎn)、城管等行業(yè)信息系統(tǒng)，適度發(fā)展關(guān)聯(lián)空間信息行業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)，以基于空間信息和關(guān)聯(lián)空間信息行業(yè)信息系統(tǒng)的發(fā)展，帶動(dòng)徐州市基礎(chǔ)空間信息共享平臺(tái)和基礎(chǔ)空間信息共享框架標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

2.3“數(shù)字徐州”服務(wù)層

“數(shù)字徐州”服務(wù)層是“數(shù)字城市”表現(xiàn)和服務(wù)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，主要通過(guò)信息化服務(wù)終端體現(xiàn)“數(shù)字城市”的管理和服務(wù)，包括政府、企事業(yè)單位以及個(gè)人網(wǎng)站、各類信息系統(tǒng)的在線信息化終端和各類離線信息化終端。

3 “數(shù)字徐州”地理空間框架建設(shè)

3.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)體系建設(shè)

3.1.1 空間數(shù)據(jù)建設(shè)

徐州市現(xiàn)有的基礎(chǔ)測(cè)繪資料成果分為省級(jí)和市縣級(jí)兩大部分，包括基礎(chǔ)控制成果（徐州市境內(nèi)有江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站（簡(jiǎn)稱JSCORS）點(diǎn)7個(gè)、江蘇省C級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)52個(gè)、三等GPS點(diǎn)42個(gè)，四等GPS點(diǎn)148個(gè)，一級(jí)GPS點(diǎn)430個(gè)）、數(shù)字線劃地形圖（包括1∶10 000、1∶2 000、1∶1 000和1∶500數(shù)據(jù)以及最新的第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)等）、航空遙感影像資料、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字地面高程模型等。為滿足大比例尺地形圖數(shù)據(jù)采集需要，組織有關(guān)專家在充分論證的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一了徐州市的地方坐標(biāo)系，采用1980西安坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)統(tǒng)一采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.1.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

徐州市地理空間框架體系建庫(kù)包括平臺(tái)地理信息框架數(shù)據(jù)庫(kù)、平臺(tái)配置庫(kù)和平臺(tái)安全授信庫(kù)。

1）平臺(tái)地理信息框架數(shù)據(jù)庫(kù)。它是搭建服務(wù)平臺(tái)的核心元素，屬于地理信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)，由Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，依托GeoGlobeDataM-anagramer空間數(shù)據(jù)一體化管理工具與GDC工具相結(jié)合完成，主要包括從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中提取出的用于平臺(tái)建設(shè)的矢量數(shù)據(jù)（行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、水系、植被和居民地等）、興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)以及標(biāo)繪數(shù)據(jù)等。在平臺(tái)地理信息框架數(shù)據(jù)中，還存在一種瓦片數(shù)據(jù)，即平臺(tái)中對(duì)外發(fā)布的電子地圖、影像地圖和三維地圖數(shù)據(jù)等，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2）平臺(tái)配置庫(kù)。它主要存儲(chǔ)在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中每個(gè)軟件子系統(tǒng)的內(nèi)在數(shù)據(jù)庫(kù)配置信息，主要包含了門(mén)戶系統(tǒng)配置信息，注冊(cè)中心、目錄服務(wù)和服務(wù)運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)庫(kù)配置信息。這些配置信息都以數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，從而保證了軟件運(yùn)行的配置簡(jiǎn)易、安全和穩(wěn)定。

3）平臺(tái)安全授信庫(kù)。它為地理信息服務(wù)平臺(tái)安全網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)單獨(dú)建立了安全授信功能。安全網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)每一個(gè)原始服務(wù)地址進(jìn)行地址加密，對(duì)服務(wù)的訪問(wèn)權(quán)限、使用權(quán)限和范圍權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格的控制。通過(guò)對(duì)每一個(gè)用戶IP進(jìn)行權(quán)限控制之后，對(duì)外提供的加密服務(wù)地址將提供符合權(quán)限的數(shù)據(jù)，從而保證了每個(gè)服務(wù)的安全授信功能。同時(shí)，還具有實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能，如統(tǒng)計(jì)訪問(wèn)時(shí)間、流量等。

圖3 地理信息空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)

3.2 服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

徐州市地理空間框架服務(wù)平臺(tái)是基于Web Service技術(shù)，SOA的框架，參照OGC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，便于不同的共享服務(wù)平臺(tái)之間、不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的集成與應(yīng)用的平臺(tái)。平臺(tái)總體構(gòu)架分為支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，見(jiàn)圖4。

平臺(tái)分為公共服務(wù)平臺(tái)和公眾服務(wù)平臺(tái)。公共服務(wù)平臺(tái)是基于SOA構(gòu)架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)地理信息資源的發(fā)布、檢索和共享交換等功能，是整個(gè)“數(shù)字徐州”的數(shù)據(jù)信息交換中心，同時(shí)，便于將來(lái)上接省公共服務(wù)平臺(tái)，下接轄區(qū)內(nèi)縣級(jí)公共服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)徐州市地理信息資源的縱橫聯(lián)通和有效集成；建成分布式的地理信息服務(wù)系統(tǒng)，提供一站式地理信息綜合服務(wù)；為政府及各委辦局提供宏觀決策、應(yīng)急管理、社會(huì)公益服等，實(shí)現(xiàn)地理信息資源互聯(lián)互通。其特點(diǎn)為：①體系架構(gòu)開(kāi)放可擴(kuò)展；②分布存儲(chǔ)，集中注冊(cè)，共享服務(wù)；③服務(wù)權(quán)限控制，合理共享信息資源；④數(shù)據(jù)資源與服務(wù)資源關(guān)聯(lián)，資源信息豐富；⑤專題資源統(tǒng)一展示，增強(qiáng)行業(yè)應(yīng)用；⑥數(shù)據(jù)共享應(yīng)用采用多種使用模式。

公眾服務(wù)平臺(tái)主要面向社會(huì)公眾，對(duì)公眾提供最為權(quán)威、時(shí)效性最好、興趣點(diǎn)信息最為完備的地理信息服務(wù)，其主要功能有：興趣點(diǎn)查詢，道路交通信息、便民服務(wù)信息、旅游信息查詢等。由于公眾服務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)屬非涉密網(wǎng)，需按照要求由國(guó)家測(cè)繪局對(duì)涉密數(shù)據(jù)進(jìn)行保密處理。

3.3 應(yīng)用工程建設(shè)

由于目前各單位網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)保密等要求，不可能有一套統(tǒng)一的平臺(tái)、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足各種不同的需求。因此，公共服務(wù)平臺(tái)分3個(gè)層次，即公眾版、政務(wù)版和專業(yè)應(yīng)用版。此外，一些特殊的用戶，如公安、氣象等單位，采用前置服務(wù)器的方式。

1）在數(shù)字國(guó)土中的應(yīng)用。數(shù)字國(guó)土綜合管理信息系統(tǒng)采用在線方式調(diào)用公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)直接由平臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取，影像數(shù)據(jù)通過(guò)OGC的WMS服務(wù)進(jìn)行加載，同時(shí)數(shù)字國(guó)土專題數(shù)據(jù)通過(guò)OGC的服務(wù)發(fā)布注冊(cè)到地理信息公共服務(wù)平臺(tái)供其他用戶使用，達(dá)到在線的互聯(lián)互通、共建共享的要求。

2）在市政內(nèi)網(wǎng)中的應(yīng)用。政府內(nèi)網(wǎng)是涉密網(wǎng)，且連接單位眾多，專門(mén)在政府信息中心部署了一套系統(tǒng)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)滿足在網(wǎng)部門(mén)對(duì)基礎(chǔ)地理信息的需要，同時(shí)又可以把部門(mén)信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)發(fā)布出來(lái)，供市政府進(jìn)行綜合決策。

3）在數(shù)字城管中的應(yīng)用。數(shù)字化城市管理系統(tǒng)由于網(wǎng)絡(luò)及原系統(tǒng)設(shè)計(jì)等原因，沒(méi)有直接接入OGC的數(shù)據(jù)服務(wù)，目前還是以拷貝的方式，在城管系統(tǒng)本地建立數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)市城市管理局可以補(bǔ)充基礎(chǔ)地理的數(shù)據(jù)，也以拷貝的方式提交并更新至公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4）在氣象防災(zāi)系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于氣象局網(wǎng)絡(luò)是縱向連至國(guó)家氣象局，所以該局建立的氣象防災(zāi)系統(tǒng)采用前置機(jī)的方式提供基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù)，并定期進(jìn)行更新。

4 結(jié)語(yǔ)

“數(shù)字城市地理空間框架”是“數(shù)字城市”建設(shè)的基礎(chǔ)，是測(cè)繪和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是建設(shè)“數(shù)字城市”和“智慧城市”的必由之路。但是目前存在部門(mén)與部門(mén)協(xié)作性較差的問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了城市信息化產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。本文給出了“數(shù)字徐州”地理空間框架建設(shè)方案及具體應(yīng)用，以期對(duì)“數(shù)字城市”的建設(shè)和應(yīng)用起到一定的參考和指導(dǎo)作用。

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Research on Construction and Application of Digital City Geo-spatial Framework

by XU Jiaxing

Recently,digital city construction has become a very important part when IT is developing faster and faster.However,enterprise architecture and overall design have not gotten enough attention due to lack of experience and corresponding theories,and single system construction or project has been the most common pattern,which results in more information islands and waste of already limited resources.The paper described the objectives,tasks and implementation plan of digital city geo-spatial framework,taking the digital Xuzhou as an example. The architecture of digital geospatial framework,spatial data and database construction and service platform of geospatial framework were presented in detail and applied forthe land,a municipal,urban management and meteorology fields.The purpose was to provide reference and directing for the building of digital city geo-spatial framework.

digital city，geo-spatial framework，data share，Xuzhou

2012-06-19

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)土資源部公益專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（2012110011）；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目（CXZZ11_0301）。

P208

B

1672-4623(2012)06-0036-03

徐嘉興，博士，主要研究方向?yàn)檫b感與地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)、數(shù)字城市等。