“數字城市”地理空間框架的建設與應用

徐嘉興，李 鋼,2，池 建

（1.中國礦業大學環境與測繪學院,江蘇徐州221008；2.徐州市國土資源局,江蘇徐州221006）

“數字城市”地理空間框架的建設與應用

徐嘉興1，李 鋼1,2，池 建1

（1.中國礦業大學環境與測繪學院,江蘇徐州221008；2.徐州市國土資源局,江蘇徐州221006）

隨著信息化步伐的加快，“數字城市”建設成為各地信息化發展的重要內容，但由于沒有成熟的理論指導，缺乏科學合理的總體規劃和設計，結果形成了新的“信息孤島”，造成了資源浪費。以“數字徐州”為例闡述了數字城市地理空間框架建設的目標、任務及實施方案；詳細介紹了地理空間框架的體系結構、空間數據及數據庫、地理空間框架服務平臺建設情況，并結合國土、市政、城管、氣象等領域給出了應用示范，旨在為“數字城市”建設提供參考和指導。

數字城市；地理空間框架；數據共享；徐州

信息化是21世紀主要時代特征，是推動全球經濟和社會發展的主要力量，是國家競爭力的戰略重點和制高點，而數字地理空間框架建設是信息化最為基礎的工作之一，是空間信息基礎設施的主要內容[1]。自1998年1月戈爾提出“數字地球”概念以來，作為“數字地球”理論與技術在城市信息化上的具體應用[2]——“數字城市”已成為當前研究的熱點和前沿[3,4]。“數字城市”是綜合運用GIS、遙感、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[5]，它具有城市地理、資源、生態環境、人口、經濟、社會等復雜系統的數字化、網絡化、虛擬仿真、優化決策支持和可視化表現等強大功能[6]。我國在“十五”、“十一五”期間，“數字城市”相關國家重大科技攻關項目取得了重大成就，許多城市將“數字城市”所涉及相關技術應用到城市規劃、管理、服務等方面，特別是2006年以來，國家測繪地理信息局將“數字城市地理空間框架建設”作為國家基礎測繪項目和“十一五”期間的重點項目，極大地推動了城市信息化的進程，建立了一批城市基礎信息庫和城市管網、交通、房產、規劃、電子政務等系統[7]，并取得了巨大成果。目前徐州市以“數字徐州，智慧城市”為口號，將城市信息化工作列入市“十二五”規劃建設。

1 地理空間框架建設的目標與任務

徐州市是江蘇省第一個“數字城市地理空間框架建設”試點城市，“數字徐州”被納入“數字中國地理空間框架”示范工程計劃，是由國家測繪局、江蘇省測繪局、徐州市人民政府三方協作，按照“需求牽引、設計統一、共同投資、資源共享”原則組織實施的。

1.1 建設目標

在深入調研的基礎上，研究GIS相關技術發展狀況，結合徐州礦業城市的特點和需求，建立以數字化的基礎地理信息、土地覆蓋信息、礦產資源信息為主要內容，利用先進的計算機技術、網絡技術、3S技術，建立準確、動態、高效的空間基礎信息共享平臺，實現地理信息數據的管理、維護更新、共享、數據表現與制圖等方面的應用，同時考慮建立城市建設協同管理系統，并積極推動其他城市GIS的開發和應用，形成有效的數據共享體系，為國土資源管理、房產管理、城市規劃等社會各行業提供完善、優質、高效的地理空間數據服務，從而為城市的信息化建設，特別是與GIS相關的綜合應用提供良好的基礎和支持。

1.2 建設任務

綜合運用3S技術、計算機、網絡和數據庫技術等，以4D產品為主體，建立覆蓋整個城市的多類型、多尺度、多時態的空間數據集及數據管理平臺，并逐步建立空間數據庫的更新、維護、管理機制，以空間地理信息為基礎建立基礎地理信息共享平臺及分發服務體系，根據土地、房產等部門的應用需求，開發相應的專項應用系統，從而提高城市信息化和現代化管理水平，改善投資環境，充分發揮基礎地理空間信息社會服務能力。

1.3 實施步驟

“數字城市”作為一個龐大的系統工程，目前雖然城市案例較多，但可借鑒的經驗不多[8]，短期內難以建成，應按信息工程的思路，逐步實施，其步驟如圖1所示。

圖1 “數字徐州”空間框架工程建設步驟

2 “數字徐州”地理空間框架體系結構

“數字城市”是以基礎地理信息共享和安全為基礎，以基于空間信息、關聯空間信息和參照空間信息等 3類行業應用信息系統為核心，以政府門戶網站、社會網站及各類信息化終端為服務和表現手段，以組織領導、政策法規和運營機制為保障環境的國土資源管理、房產管理、城市規劃等管理和服務的完整體系（見圖2）。

圖2 “數字徐州”體系結構

2.1“數字徐州”基礎層

基礎層是“數字徐州”賴以存在的基礎設施，是由網絡基礎設施平臺、基礎空間信息共享平臺、非空間信息共享平臺、基礎空間信息共享框架標準、地理編碼標準和信息安全體系等要素構成。

2.2“數字徐州”應用層

應用層是“數字徐州”建設的核心內容。從城市管理和服務功能角度看，“數字徐州”應用層由各行業管理信息系統組成，主要由城市科教文衛類、經濟運行類及城市規劃類等管理和服務信息系統構成；從與城市空間信息的關聯程度看，“數字徐州”重點發展基于空間信息的國土、房產、城管等行業信息系統，適度發展關聯空間信息行業信息系統建設，以基于空間信息和關聯空間信息行業信息系統的發展，帶動徐州市基礎空間信息共享平臺和基礎空間信息共享框架標準的發展。

2.3“數字徐州”服務層

“數字徐州”服務層是“數字城市”表現和服務的實現環節，主要通過信息化服務終端體現“數字城市”的管理和服務，包括政府、企事業單位以及個人網站、各類信息系統的在線信息化終端和各類離線信息化終端。

3 “數字徐州”地理空間框架建設

3.1 空間數據庫體系建設

3.1.1 空間數據建設

徐州市現有的基礎測繪資料成果分為省級和市縣級兩大部分，包括基礎控制成果（徐州市境內有江蘇省全球導航衛星定位連續運行參考站（簡稱JSCORS）點7個、江蘇省C級GPS網點52個、三等GPS點42個，四等GPS點148個，一級GPS點430個）、數字線劃地形圖（包括1∶10 000、1∶2 000、1∶1 000和1∶500數據以及最新的第二次土地調查數據、地籍數據等）、航空遙感影像資料、數字正射影像數據、數字地面高程模型等。為滿足大比例尺地形圖數據采集需要，組織有關專家在充分論證的基礎上，統一了徐州市的地方坐標系，采用1980西安坐標系，高程系統統一采用1985國家高程基準。

3.1.2 平臺數據庫建設

徐州市地理空間框架體系建庫包括平臺地理信息框架數據庫、平臺配置庫和平臺安全授信庫。

1）平臺地理信息框架數據庫。它是搭建服務平臺的核心元素，屬于地理信息空間數據庫，由Oracle數據庫管理系統進行存儲與管理，依托GeoGlobeDataM-anagramer空間數據一體化管理工具與GDC工具相結合完成，主要包括從基礎地理信息數據中提取出的用于平臺建設的矢量數據（行政區劃數據、交通數據、水系、植被和居民地等）、興趣點數據、影像數據、高程數據、三維模型數據、地名數據以及標繪數據等。在平臺地理信息框架數據中，還存在一種瓦片數據，即平臺中對外發布的電子地圖、影像地圖和三維地圖數據等，其邏輯結構如圖3所示。

2）平臺配置庫。它主要存儲在平臺建設過程中每個軟件子系統的內在數據庫配置信息，主要包含了門戶系統配置信息，注冊中心、目錄服務和服務運維管理的數據庫配置信息。這些配置信息都以數據庫存儲，從而保證了軟件運行的配置簡易、安全和穩定。

3）平臺安全授信庫。它為地理信息服務平臺安全網關系統單獨建立了安全授信功能。安全網關系統通過對每一個原始服務地址進行地址加密，對服務的訪問權限、使用權限和范圍權限進行嚴格的控制。通過對每一個用戶IP進行權限控制之后，對外提供的加密服務地址將提供符合權限的數據，從而保證了每個服務的安全授信功能。同時，還具有實時統計功能，如統計訪問時間、流量等。

圖3 地理信息空間框架數據庫邏輯結構

3.2 服務平臺建設

徐州市地理空間框架服務平臺是基于Web Service技術，SOA的框架，參照OGC國際標準設計，便于不同的共享服務平臺之間、不同的應用業務系統之間的集成與應用的平臺。平臺總體構架分為支撐層、數據層、服務層和應用層，見圖4。

平臺分為公共服務平臺和公眾服務平臺。公共服務平臺是基于SOA構架設計實現地理信息資源的發布、檢索和共享交換等功能，是整個“數字徐州”的數據信息交換中心，同時，便于將來上接省公共服務平臺，下接轄區內縣級公共服務平臺，實現徐州市地理信息資源的縱橫聯通和有效集成；建成分布式的地理信息服務系統，提供一站式地理信息綜合服務；為政府及各委辦局提供宏觀決策、應急管理、社會公益服等，實現地理信息資源互聯互通。其特點為：①體系架構開放可擴展；②分布存儲，集中注冊，共享服務；③服務權限控制，合理共享信息資源；④數據資源與服務資源關聯，資源信息豐富；⑤專題資源統一展示，增強行業應用；⑥數據共享應用采用多種使用模式。

公眾服務平臺主要面向社會公眾，對公眾提供最為權威、時效性最好、興趣點信息最為完備的地理信息服務，其主要功能有：興趣點查詢，道路交通信息、便民服務信息、旅游信息查詢等。由于公眾服務平臺的網絡屬非涉密網，需按照要求由國家測繪局對涉密數據進行保密處理。

3.3 應用工程建設

由于目前各單位網絡現狀及數據保密等要求，不可能有一套統一的平臺、統一的網絡來滿足各種不同的需求。因此，公共服務平臺分3個層次，即公眾版、政務版和專業應用版。此外，一些特殊的用戶，如公安、氣象等單位，采用前置服務器的方式。

1）在數字國土中的應用。數字國土綜合管理信息系統采用在線方式調用公共服務平臺數據，矢量數據直接由平臺Oracle數據庫調取，影像數據通過OGC的WMS服務進行加載，同時數字國土專題數據通過OGC的服務發布注冊到地理信息公共服務平臺供其他用戶使用，達到在線的互聯互通、共建共享的要求。

2）在市政內網中的應用。政府內網是涉密網，且連接單位眾多，專門在政府信息中心部署了一套系統，通過標準的服務滿足在網部門對基礎地理信息的需要，同時又可以把部門信息通過標準服務發布出來，供市政府進行綜合決策。

3）在數字城管中的應用。數字化城市管理系統由于網絡及原系統設計等原因，沒有直接接入OGC的數據服務，目前還是以拷貝的方式，在城管系統本地建立數據庫，同時市城市管理局可以補充基礎地理的數據，也以拷貝的方式提交并更新至公共服務平臺數據庫中。

4）在氣象防災系統中的應用。由于氣象局網絡是縱向連至國家氣象局，所以該局建立的氣象防災系統采用前置機的方式提供基礎地理數據服務，并定期進行更新。

4 結語

“數字城市地理空間框架”是“數字城市”建設的基礎，是測繪和信息產業發展的必然趨勢，是建設“數字城市”和“智慧城市”的必由之路。但是目前存在部門與部門協作性較差的問題，嚴重阻礙了城市信息化產業化的發展。本文給出了“數字徐州”地理空間框架建設方案及具體應用，以期對“數字城市”的建設和應用起到一定的參考和指導作用。

[1] 羅建軍.數字城市地理空間框架建設及應用[J].中國建設信息，2011（23）：13-15

[2] Jason D,Gennady A,Natalia A,et al.GeoVisualization and the Digital City[J].Computers,Environment and Urban Systems, 2010(34)：443-451

[3] 李德仁，邵振峰，楊小敏.從數字城市到智慧城市的理論與實踐[J].地理空間信息，2011，9（6）：1-5

[4] Emmanouil E,Kostas E,Dim itrios A,et al.Digital Cities:Towards an Integrated Decision Support Methodology[J].Telematics and Informatics,2011,28(3):148-162

[5] 李成名，王繼周，馬照亭.數字城市三維地理空間基礎框架原理與方法[M].北京：科學出版社，2008

[6] 王丹.我國數字城市建設成就與發展建議[J].衛星應用，2010（3）：38-44

[7] 吳信才.新一代“數字城市”集成開發平臺[J].地球科學(中國地質大學學報)，2010，35(3)：331-337

[8] 李秉仁.數字城市建設：存在問題與發展方向[J].建設科技，2010（23）：18-19

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

項目來源：國土資源部公益專項基金資助項目（2012110011）；江蘇省普通高校研究生科研創新計劃資助項目（CXZZ11_0301）。

P208

B

1672-4623(2012)06-0036-03

徐嘉興，博士，主要研究方向為遙感與地理信息系統的應用與開發、數字城市等。