關于數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）

關于數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）

數字城市建設是一項投資巨大的、長期的、復雜的系統工程。如果不對其建設模式進行科學的謀劃，可能會給數字城市建設帶來巨大的浪費，引發發展后勁不足等系列問題，造成難以挽回的損失。結合了國內外數字城市的建設現狀，從理論和實踐兩個方面對我國數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。

數字城市；建設模式；數字城市地理空間框架

1 數字城市概述

“數字城市”的設想最早由已故大師王之卓院士提出，直到美國前副總統戈爾（Gore）提出“數字地球（DigitalEarth）的戰略構想”才被社會廣泛認識和了解。數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，數字城市含蓋了系統科學、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字城市，數字城市的存在和發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、行業部門、居民等城市中的各個主體的應用服務能否長期發揮作用，促進地理信息技術在城市運轉中全方位的滲透與融合，達到數字城市存在的終極意義。

2 國內外數字城市建設現狀分析

2.1 國外數字城市建設現狀

1994年，美國頒布了總統行政令實施國家空間數據基礎設施 (Nat1onalSpatialData Infrastruct，NSDI)計劃，正式在美政府和非政府部門中開展直接協調地理空間數據收集和管理的活動。隨后其他西方國家大多成立了針對地理空間數據的采集和管理的相應機構，基礎地理信息化工作的快速發展一定程度上加速了數字城市建設。美國是世界上較早提出建設“數字城市”的國家，其數字城市已日趨成熟，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，開發應用信息數據資源作為建設的重點，良好的資源共享分發與應用機制作為建設的核心，使數字城市滲透于城市的各個角落[2]。國外數字城市建設是伴隨著GIS技術應用的發展，大體經歷了4個發展時期：GIS系統研究與建設時期 (1960-1989)、基礎地理信息化建設時期 (1990-1998)、行業應用信息系統研究與建設時期(1994-2001)以及“面向需求”的綜合研究與建設時期(2001至今)[3]。各個國家的發展水平不盡相同，美國、加拿大、澳大利亞等發達國家，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建構的初級階段。

2.2 我國兩種典型的數字城市建設流派

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模研究與建設工作。從1999年北京率先明確提出“數字北京”計劃，到2002年國家正式批準將“城市規劃、建設、管理與服務的數字化工程”列入國家“十五”重點科技攻關項目 [4]。可以看出，我國開展數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的信息化管理服務。

正因為此，在我國冠以“數字”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“數字森林”、“數字國土”、“數字電力”、“數字水利”為代表的重應用的數字城市建設模式，它們以行業應用為目標，主要用來解決行業部門的應用需求，各種專業應用系統構成了數字城市的主要脈絡；二是以“數字流域”、“數字景區”、“數字社區”等為代表的按區域劃分重地理信息的數字城市建設模式，它們以獲取區域內實體的地理信息為目標，以建成區域性的地理信息數據庫為標志完成數字城市建設。這兩種建設模式在一定程度上提高了部門或區域內部管理的工作效率，實現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，探索了數字城市建設的方向，為數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2個方面的不足：

1）重應用的數字城市建設模式雖然緊貼行業應用需求，卻沒有重視對基礎地理數據的獲取與維護。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據和GIS系統的長效更新機制，無法解決現勢性的問題，使其系統使用壽命很短，嚴重制約了這些GIS應用系統的使用和發展[5]。這是所有基于地理信息數據的應用系統的通病，直接影響了數字城市建設的可持續發展；并且由于行業壁壘，各應用系統不能互聯互通，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，存在很嚴重的數據浪費，業務協同難度大，這些都成為數字城市深層次應用的主要障礙[7]；并且還存在基礎數據空間基準和數據格式不統一的問題，各數字區域之間平臺各異、擴展性差，不能實現跨區域、跨部門的共享互通[6]。兩種數字城市建設模式的目標差別很大，必然造成數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一管理，數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

我國數字城市的建設還處于探索階段，沒有現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應用同等重視起來，對當今我國數字城市建設至關重要。

因此，筆者通過總結數字潛江、數字黃岡、數字黃石等地理空間框架建設的實踐經驗，結合國家測繪局數字城市建設戰略部署，認為建設數字城市主要分三步進行：首先開展數字城市地理空間框架的建設，然后進行數字城市應用系統的建設，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，環境等信息提供統一的地理空間載體，推動地理信息資源整合、共享和開發利用[8]。基于地理空間框架的數字城市建設模式（以下簡稱“框架建設模式”），是國家測繪局針對我國數字城市建設的實際國情提出的建設思路，通過選擇不同區域、不同類型、不同級別的城市進行多元、多級的數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，全面推動數字城市的建設。

3.2 框架建設模式的具體內涵

1）數字城市地理空間框架。作為數字城市的一部分，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、應急突發事件提供綜合信息。它為國民經濟和社會信息化提供統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字城市建設有十分深遠的意義，是直接影響數字城市建設成敗的關鍵，框架建設必須先行。

2）數字城市應用系統的建設。數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應用系統的建設。數字城市應用系統不僅能為基礎地理信息數據庫提供與行業相關的動態更新數據，也為行業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字城市應用系統，能夠解決長久以來行業應用系統使用壽命不長的通病，建立應用系統的更新和維護機制，使行業應用系統保持持久的生命力。各行業應用系統是數字城市建設發揮作用的核心系統。沒有足夠數量、足夠成型的應用系統的廣泛建設和應用，數字城市將成為無源之水，無本之木。當各個專業系統和基礎地理信息在同一平臺整合之后，才能統一、協調地發揮數字城市融合的優勢，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，數字城市的應用服務由行業專業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、網上醫療、在線社區和生活服務等，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，開發出貼近百姓民生的應用服務系統，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，真正實現數字城市“以人為本”的深層次應用。社會延展應用服務將成為數字城市中最大的應用領域之一，是數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，也是數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字城市建設模式的層次結構，如圖1所示。

圖1 數字城市建設模式的層次結構圖

4 框架建設模式的優越性

4.1 使復雜的數字城市建設易于操作

由于各行各業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據庫，將是一項非常復雜而龐大的系統工程，無論是數據獲取還是管理都很難實現，這一直是制約地理信息推廣使用的一個瓶頸。數字城市地理空間框架以統一的標準抽象和定義了在同一區域內，使用頻率最高、最公共、最基礎、最權威的空間數據資源[9]。用戶可以方便的與自己的專題數據進行整合，建立自己的應用系統。標準一致，統一數據版本，減少因數據不一致造成的GIS系統開發和矛盾數據問題。便于跨地域的數據整合，以統一的標準提供可供各行業應用的接口。框架建設相較于傳統的應用開發容易啟動與操作，而應用開發由于需要較大的資金投入，目前我國很多城市的行業部門還不能承受。框架建設模式更新及時，操作簡單，使用方便，增強了數字城市建設的可操作性，使數字城市建設變得簡單。

4.2 注重多專業融合，共建共享，節省資金

地理空間框架信息包括了與空間信息有關的各行各業最公共、最基礎的信息資源，但并不代表全部信息，每個行業在此基礎上疊加專業信息，才構成了完整的、適合本行業特點的空間信息資源。通常情況下，規劃、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、環保等則更多的以框架空間信息為主，各自需要少量的專業信息就能滿足需求。所有參加框架建設的用戶分攤投資，按照統一的標準和地理編碼來共享自己的數據或分享他人的數據，避免了重復投資。專業的測繪部門是最權威的空間數據采集部門和基礎測繪資料的提供者，按照傳統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據的生產中，能夠大大縮短空間數據的生產周期，提高更新速度，滿足用戶對空間信息現勢性的需要。由于數據的采集和維護費用被平攤了，大大降低了各個用戶在數據采集方面的成本，更加節省了政府和行業部門的資金，提高了資金的使用效率。

4.3 便于持續改進和更新，科學實用

城市是一定區域內的政治、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，同時城市的發展也是瞬息萬變的，這決定了數字城市的研究和建設也是需要分階段、可持續發展的。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、多學科的信息進行充分融合和共享，滿足數字城市建設持續發展的信息共享、綜合決策、技術集成的需求，提供了一種和諧的城市規劃、建設和管理的調控手段，同時也是一種可持續的、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。與傳統的測繪成果體系相比，數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，數字城市地理空間框架的靈活性和開放性決定了數字城市建設可以不斷完善、不斷修改、不斷實踐，并且能很好的調節城市各部門、各自系統的協調發展。

4.4 為數字城市過渡到智慧城市奠定基礎

數字城市地理空間框架把遙感技術、地理信息系統和網絡技術與可持續發展等聯系在一起，為數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],不僅為數字城市過渡到智慧城市打下堅實可靠的數據基礎，同時也是構建數字城市、實現智慧地球的技術支撐體系。在此基礎上，通過物聯網實現人與人、人與機器、機器與機器的互聯互通而邁向智慧城市。基于框架的數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，注重節約、集約利用資源，為城市經濟社會的快速發展，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，因此是一種最具發展潛力的建設模式。

5結 語

綜上所述，筆者認為，數字城市是一項投資巨大的、長期的、復雜的系統工程，需要政府主導，多部門合力共建，多學科跨專業的融合，促進其最廣泛的社會應用，這是數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，也是數字城市科學發展的內在需求。因此，我們應該以更開放的心態、更強的時代責任感、更實事求是的態度來看待數字城市的建設，抓住框架建設的契機，加快數字城市建設步伐，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。

[1] 李德仁.從數字地球到智慧地球[J].測繪藍皮書-中國地理信息應用報告，2010:24-41

[2] 錢健，譚偉賢.數字城市建設[J].工程質量，2006（6）：62

[3] 閆博.“數字城市”空間信息基礎平臺研究與設計[D].上海：華東師范大學，2006

[4] 彭勝潮，王日臣.數字城市-理論、方法與應用[M].北京：北京科學出版社，2002

[5] 王華，陳曉茜，祁信舒.數字城市地理空間框架在城市規劃部門的重要應用[J].地理空間信息，2010（2）：1-4

[6] 王華，陳曉茜，祁信舒.新一代城市規劃管理系統和數字城市地理空間框架 [J].測繪藍皮書-中國地理信息應用報告，2010:106-113

[7] 劉紀平，徐勝華，王亮.地理信息在政府管理決策中的應用研究[J].測繪藍皮書-中國地理信息應用報告，2010:42-53

[8] 徐德明.著力構建數字中國推動測繪信息化建設[J].中國測繪，2009（2）：10-13

[9] 徐開明.地理空間框架數據的含義和作用[J].測繪與空間地理信息，28(5):63-66

[10]侯曉.數字城市與城市可持續發展[J].河南師范大學學報：哲學社會科學版，32(5):22-24

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、“數字城市“建設研究工作。