建設數字城市地理空間框架促進地理信息資源共建共享

肖建華，譚仁春

(武漢市勘測設計研究院，湖北武漢 430022)

城市是社會經濟要素高度集中的區域，是人類經濟、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域得以應用，并向更深層次高度滲透，信息技術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，信息資源日益成為城市發展的重要生產資料。信息化的程度和水平已經成為衡量一個城市經濟、社會發展綜合實力和文明程度的主要指標。信息化正成為社會經濟發展和文化進步的主要推動力。信息化建設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與合作，將成為城市發展的新主題和新動力。

城市信息化的主要表現形式就是“數字城市”的建設。從技術層面理解，“數字城市”為城市信息化的實現提供了技術基礎，同時也是城市信息化水平的一個重要標志。城市歷來是國民經濟和社會發展的焦點和中心。因此，“數字城市”是社會信息化發展的必然，是當今發達國家信息化發展的主要特征。全球信息化的出現使得互聯網成為新世紀國人關注的熱點，而“數字城市”更是熱點之中的焦點。

1 數字城市的起源與理解

數字城市的概念起源于數字地球。早在1993年，時任美國總統的克林頓就提出“信息高速公路”的概念，并制定了建立“國家信息基礎設施”(national information infrastructure，NII)的計劃。1994年美國政府又要求測繪部門和有關機構建立國家空間數據基礎設施(national spatial data infrastructure，NSDI)。歐洲空間信息基礎框架行動計劃是在2001年末提出的，目的在于生產可獲得的、一致的、高質量的地理信息，以形成、實施、監管和評價歐洲共同體的政策。“國家空間數據基礎設施”(National Spatial Data Infrastructure，簡稱NSDI)是國家信息基礎設施的重要組成部分。當前，世界上約有40多個國家都制定了致力于本國NSDI建設的相關計劃，并將NSDI建設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，跨國家的地區性空間數據基礎設施(RSDI)和全球空間數據基礎設施(GSDI)建設也正蓬勃開展。

美國前副總統戈爾(A.L.Gore)在1998年發表了題為“數字地球”(digital earth):21世紀認識地球的方式的演講，首次提出了數字地球的概念和構想。戈爾認為“數字地球”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，不是像普通數據庫那樣將其存放在數據庫里，而是按照統一的地球空間坐標組織起來，構成一個具有多分辨率、多類型、多時相的三維地球數據集，即數字化地球儀。

在國內，“數字城市”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(UGIS)的擴展與延伸。這種觀點認為，“數字城市”是綜合運用GIS、GPS、RS、網絡、多媒體及虛擬仿真等技術對城市的基礎設施、功能機制進行信息自動采集、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統，我們稱為“狹義”的“數字城市”。另一種觀點是將數字城市與城市信息化范疇基本等同，但不強調空間基礎框架，也不區分空間信息與非空間信息的層次結構關系，我們成為“廣義”的“數字城市”。

在測繪地理信息行業，“狹義”的“數字城市”就是數字城市地理空間框架。2006年國家測繪地理信息局和國務院信息化辦公室聯合下發《關于加強數字中國地理空間框架建設與應用服務的指導意見》，將數字城市地理空間框架定義為“是地理信息數據及其采集、加工、交換、服務所涉及的政策、法規、標準、技術、設施、機制和人力資源的總稱，有基礎地理信息數據體系、目錄與交換體系、公共服務體系、政策法規與標準體系和組織運行體系構成”［2］。

2 數字城市地理空間框架的建設任務

2.1 數字城市地理空間框架建設的目標

數字城市地理空間框架建設的目標是以基礎地理信息數據為基礎，以滿足政府管理和決策的需求為出發點和落腳點，制定相應的政策法規和標準體系，充分運用RS、GPS、GIS和計算機網絡等技術，建設多種類、多尺度、多時態的地理空間數據體系，構建統一的地理信息公共服務平臺，為政府宏觀決策、城市建設和管理及社會公眾生活提供完善、優質、有效的地理信息服務［4］。同時，在數字城市地理空間框架建設的基礎上，開發各種行業的應用系統，強化應用服務功能，推進城市地理信息資源的共享機制建設，為城市發展提供有力的輔助決策支撐。

2.2 數字城市地理空間框架的四大建設內容

數字城市地理空間框架建設的主要建設內容可以歸納為4個方面:①基礎地理信息數據庫;②地理信息公共服務平臺;③支撐體系;④應用示范系統。基礎地理信息數據庫是地理空間框架的核心;地理信息公共服務平臺是地理空間框架應用服務的表現;支撐體系是地理空間框架建設與服務的保障;應用示范系統是地理空間框架的應用和推廣［5］。

(1)基礎地理信息數據庫建設

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。數字城市地理空間框架建設必須規范基礎地理信息數據所采用的測繪基準，保證各類地理信息數據和專題數據的基準統一，以便于地理信息數據的共建、共享。

②基礎地理信息數據庫

基礎地理信息數據庫是按照統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數據，形成多源、多尺度、多時態的基礎地理信息數據庫。

③數據庫管理系統

數據庫管理系統是為基礎地理信息數據及其元數據的建庫、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《基礎地理信息數據庫基本規定》(CH/T 9005—2009)的要求，具備數據的處理、輸入、輸出、查詢、統計、分析以及歷史數據管理、元數據管理、安全管理等多方面的功能［6］。

(2)地理信息公共服務平臺建設

在基礎地理信息數據庫建設的基礎上，按照一定的標準和規則，對基礎地理信息數據進行提取、整合和重組，通過技術創新開發出滿足政府部門和社會公共需求的面向服務的產品數據;通過建立不同數據的一體化索引，實現多種數據的無縫集成;研制開發網絡化的應用服務與運行維護系統，形成唯一的、權威的數字城市地理信息公共平臺。

①面向服務的產品數據

面向服務的產品數據是指在基礎地理信息數據基礎上，通過數據提取、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或部門的專題數據，還有目錄和元數據等。

②地理信息公共服務平臺軟件體系

地理信息公共服務平臺軟件體系主要包括門戶網站、數據交換系統、地理信息服務系統、數據運維管理系統和平臺運維管理系統5個方面內容。

(3)支撐體系建設

支撐體系建設包括政策法規與標準規范建設、組織機構建設、機房環境、軟硬件環境、網絡環境等基礎設施建設和人才隊伍建設等多個方面的內容，是數字城市地理空間框架項目建設、運行和服務的支撐和保障。

(4)應用示范系統建設

數字城市地理空間框架通過基礎地理信息數據庫和地理信息公共服務平臺的建設，為地理信息的共享和服務奠定了基礎。同時，在項目建設中還應高度重視應用示范系統的建設，選擇至少4個典型示范應用，以檢驗數字城市地理空間框架的建設成效。

3 數字城市地理空間框架的建設實例

武漢市是華中地區的特大型中心城市，為了實施“中部崛起”戰略，武漢市委市政府明確提出了“建立‘數字武漢’，加速城市信息化進程，以信息化推動工業化，實現跨越式發展”的戰略目標，并將“數字武漢”建設納入到武漢市國民經濟和社會發展第十個五年計劃。“數字武漢”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調，使武漢市全面實現信息化。

3.1 “數字武漢”建設的一個總體目標

“數字武漢”的總體建設目標是按照把武漢市建設成為“我國中部地區中心城市”的定位，堅持體制、環境和技術的創新，通過信息基礎設施的不斷完善和數字化工程的逐步建設，建立起覆蓋全市的信息高速公路和城市空間數據基礎設施以及基于這些基礎設施的信息資源開發和利用體系，實現政府部門和行業領域的專業信息在空間數據基礎設施上的集成與整合，為政府部門的決策、城市規劃、行業管理和工程建設提供及時可靠的信息服務與技術支持，引導和帶動全社會的信息化［7］。

3.2 “數字武漢”地理空間框架建設的四大成果

(1)“數字武漢”基礎地理信息數據庫建設

①武漢市現代測繪基準體系建設

按照《武漢市基礎測繪“十一五”規劃》要求，結合國家信息化測繪發展戰略，武漢市以建立覆蓋武漢全市域、高精度、統一的城市現代測繪基準體系，提升測繪保障服務效能和水平為目標，組織實施了“武漢市現代測繪基準體系建設”項目，包括:“武漢市連續運行衛星定位服務系統(WHCORS)、武漢市高精度GPS控制網、武漢市精密水準網、武漢市區域似大地水準面精化”四個部分。

②武漢市基礎地理信息數據庫建設

按照統一的武漢市現代測繪基準體系，建立了包含數字線劃圖數據、數字正射影像數據、數字高程模型數據、綜合地下管線數據的武漢市基礎地理信息數據庫。其中:

數字線劃圖數據包括覆蓋全市域8549 km2范圍的1∶10000地形圖數據、覆蓋都市發展區3572 km2范圍的1∶2000地形圖數據和覆蓋主城區680 km2范圍的1∶500地形圖數據;

數字正射影像數據包括覆蓋全市域8549 km2的1∶10000正射影像和覆蓋都市發展區3600 km2范圍的1∶2000正射影像;

綜合地下管線數據包括主城區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)“數字武漢”地理信息公共服務平臺建設

①面向服務的產品數據建設

針對武漢市不同的應用和保密要求，按照基礎版、政務版和公眾版三種形式，在基礎地理信息數據基礎上通過提取、擴充和重組等加工處理形成了有武漢市特色的面向服務的產品數據，通過技術創新，開發出公眾版電子地圖、三維數字地圖、全景影像、地名地址庫等面向服務的新型產品數據。其中:

公眾版電子地圖數據由10套不同比例尺地圖組成，比例尺從1∶120萬放大到1∶1000;

三維數字地圖數據由覆蓋全市域8549 km2的體塊模型和覆蓋主城區525 km2的標準模型組成;

全景影像數據累計覆蓋主城區2200 km市政道路沿線;

地名地址數據包含13萬個地名信息和53萬個門牌地址信息;

②地理信息公共服務平臺建設

武漢市地理信息公共服務平臺，就是以“數字武漢”地理空間框架為基礎，以地理信息系統為主要管理工具，整合與地理空間信息有關的非空間信息，以各種信息網絡為載體，以各種信息終端為媒介，面向政府、企業、公眾提供地理信息服務的一個信息平臺。

武漢市地理信息公共服務平臺項目通過對地理信息獲取與維護、集成管理與共享、分發與服務三大體系的研究，開展了涵蓋現代測繪基準、基礎地理信息標準、地理信息數據庫、地理信息集成管理系統、地圖生活服務網站、地理信息藍皮書、地理信息分發服務平臺、地理信息的共享機制等方面的建設。

(3)“數字武漢”支撐體系建設

“數字武漢”支撐體系建設過程中，著重加強了政策法規和標準規范的建設工作。依據國家《測繪法》、《保密法》、《測繪成果管理規定》、《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據庫標準》(DB42/T 651－2010)于2010年11月10日由湖北省質量技術監督局正式發布，于2011年1月10日正式實施。

(4)“數字武漢”應用示范系統建設

數字武漢地理空間框架的建設建立了一個多尺度、信息豐富、現實性強的基礎地理信息框架，實現了地理信息數據的交換和共享，為城市信息化建設奠定基礎。同時，在建設過程中高度重視應用示范系統的建設，先后在武漢市公安局、武漢市農業局、武漢市城市建設委員會、武漢市城管局、武漢市人防辦、武漢市江漢區政府等單位累計開展了70余項基于數字武漢地理空間框架的應用示范系統建設，發揮了數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的作用。

3.3 “數字武漢”地理空間框架建設的四大特點

(1)政府主導

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

2010年6月武漢市人民政府申請的數字武漢地理空間框架建設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“數字城市地理空間框架建設”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《數字武漢地理空間框架建設示范合作協議書》。

2011年11月，“數字武漢地理空間框架建設”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“全國數字城市建設示范市”。

(2)科技創新

在政策法規和行業標準方面實現突破，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據庫標準》(DB42/T 651－2010);在基礎理論和技術升級方面加強創新，實現了從數據驅動下的GIS到以服務為核心的GIS的發展，自主攻關了SOA體系架構、地理編碼、無極制圖、制圖自動化、模型調度等關鍵技術;在系統集成和測繪裝備方面深入研究，先后通過自主創新研制成功近景攝影測量應用于規劃執法在線監控、全景影像采集車集成組裝等科技進步項目;在學術理論和出版專著方面成果豐碩，通過總結和歸納建設數字武漢地理空間框架過程中的經驗和創新，先后出版了《城市基礎地理信息集成與綜合管理》、《城市地理信息公共服務平臺的理論與技術》、《城市測繪的發展歷程—從模擬測繪、數字測繪到信息測繪》等專著。

(3)突出應用

在建設數字武漢地理空間框架的同時，采取了邊建設邊推廣應用的策略。首先結合政府管理熱點，開展了王家墩地理信息系統、楊春湖城市副中心土地規劃信息系統等區域開發重點工程示范應用;結合行業應用特點，開展了警用地理信息系統、人防地理信息系統、城市建設地理信息平臺等行業管理示范應用;結合公眾興趣焦點，開展了武漢市地圖生活網、武漢市管線查詢系統等公眾參與示范應用。

(4)培養人才

搭建人才培養平臺，與武漢大學、省測繪局一起，共建“精密工程與工業測量實驗室”，通過該平臺的交流與學習，為數字武漢地理空間框架的建設，培養了一支人才隊伍;創新人才培養機制，實施請進來走出去戰略，加強與行業內專家、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 發展與展望

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

隨著“數字武漢”地理空間框架的推廣應用，“數字武漢”的進一步深入建設，“數字武漢”地理空間框架建設也將會朝著信息資源更豐富、服務平臺更智能、應用領域更廣泛、社會影響更深遠的方向發展。

［1］陳柳欽.“數字城市”內涵與框架的研究綜述［J］.中國市場，2010(42):51－61

［2］李維森.淺析數字城市地理空間框架建設中的創新［J］.測繪通報，2011(9):1－5

［3］李毅.淺談數字城市地理空間框架基準建設［C］.中國測繪學會第九次全國會員代表大會暨學會成立50周年紀念大會論文集.北京:中國測繪學會，2009

［4］王軍，鄧開艷，戴建祥.城市基礎地理空間框架平臺建設研究［J］.測繪與空間地理信息，2008，31(1):35－42

［5］鄧軼，趙紅.數字城市地理空間框架建設研究［J］.測繪通報，2011(9):74－76

［6］袁延良，任波，陳汭新等.“數字城市”地理空間框架建設研究［J］.計算機技術發展，2007，17(2):50－52

［7］張林;李宗華.數字武漢總體框架與發展策略研究［C］.新世紀科技與湖北經濟發展——2001首屆湖北科技論壇論文集，2001