建设数字城市地理空间框架促进地理信息资源共建共享

肖建华，谭仁春

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

城市是社会经济要素高度集中的区域，是人类经济、政治和文化活动的中心，是人流、物流、资金流和信息流聚集和扩散的基地［1］。进入21世纪，信息化在更广阔的领域得以应用，并向更深层次高度渗透，信息技术正孕育着新的重大突破。城市作为人类活动最为频繁和活跃的地区，信息资源日益成为城市发展的重要生产资料。信息化的程度和水平已经成为衡量一个城市经济、社会发展综合实力和文明程度的主要指标。信息化正成为社会经济发展和文化进步的主要推动力。信息化建设将有利于促进人类的共同富裕和共同进步。加强对城市信息化的理解，推进城市信息化建设与合作，将成为城市发展的新主题和新动力。

城市信息化的主要表现形式就是“数字城市”的建设。从技术层面理解，“数字城市”为城市信息化的实现提供了技术基础，同时也是城市信息化水平的一个重要标志。城市历来是国民经济和社会发展的焦点和中心。因此，“数字城市”是社会信息化发展的必然，是当今发达国家信息化发展的主要特征。全球信息化的出现使得互联网成为新世纪国人关注的热点，而“数字城市”更是热点之中的焦点。

1 数字城市的起源与理解

数字城市的概念起源于数字地球。早在1993年，时任美国总统的克林顿就提出“信息高速公路”的概念，并制定了建立“国家信息基础设施”(national information infrastructure，NII)的计划。1994年美国政府又要求测绘部门和有关机构建立国家空间数据基础设施(national spatial data infrastructure，NSDI)。欧洲空间信息基础框架行动计划是在2001年末提出的，目的在于生产可获得的、一致的、高质量的地理信息，以形成、实施、监管和评价欧洲共同体的政策。“国家空间数据基础设施”(National Spatial Data Infrastructure，简称NSDI)是国家信息基础设施的重要组成部分。当前，世界上约有40多个国家都制定了致力于本国NSDI建设的相关计划，并将NSDI建设作为向信息社会过渡的重要举措。美国、加拿大、荷兰、澳大利亚、新西兰、英国等国家是这一领域的先头军，韩国、日本、印度尼西亚、新加坡、马来西亚、伊朗等国家正奋力直追，跨国家的地区性空间数据基础设施(RSDI)和全球空间数据基础设施(GSDI)建设也正蓬勃开展。

美国前副总统戈尔(A.L.Gore)在1998年发表了题为“数字地球”(digital earth):21世纪认识地球的方式的演讲，首次提出了数字地球的概念和构想。戈尔认为“数字地球”是一个地球信息模型，其核心是将三维地球上的地图、地球每一点所有的各种自然和社会人文等方面的信息，不是像普通数据库那样将其存放在数据库里，而是按照统一的地球空间坐标组织起来，构成一个具有多分辨率、多类型、多时相的三维地球数据集，即数字化地球仪。

在国内，“数字城市”的理解和定义主要有两种:一种是来自于城市地理信息系统(UGIS)的扩展与延伸。这种观点认为，“数字城市”是综合运用GIS、GPS、RS、网络、多媒体及虚拟仿真等技术对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统，我们称为“狭义”的“数字城市”。另一种观点是将数字城市与城市信息化范畴基本等同，但不强调空间基础框架，也不区分空间信息与非空间信息的层次结构关系，我们成为“广义”的“数字城市”。

在测绘地理信息行业，“狭义”的“数字城市”就是数字城市地理空间框架。2006年国家测绘地理信息局和国务院信息化办公室联合下发《关于加强数字中国地理空间框架建设与应用服务的指导意见》，将数字城市地理空间框架定义为“是地理信息数据及其采集、加工、交换、服务所涉及的政策、法规、标准、技术、设施、机制和人力资源的总称，有基础地理信息数据体系、目录与交换体系、公共服务体系、政策法规与标准体系和组织运行体系构成”［2］。

2 数字城市地理空间框架的建设任务

2.1 数字城市地理空间框架建设的目标

数字城市地理空间框架建设的目标是以基础地理信息数据为基础，以满足政府管理和决策的需求为出发点和落脚点，制定相应的政策法规和标准体系，充分运用RS、GPS、GIS和计算机网络等技术，建设多种类、多尺度、多时态的地理空间数据体系，构建统一的地理信息公共服务平台，为政府宏观决策、城市建设和管理及社会公众生活提供完善、优质、有效的地理信息服务［4］。同时，在数字城市地理空间框架建设的基础上，开发各种行业的应用系统，强化应用服务功能，推进城市地理信息资源的共享机制建设，为城市发展提供有力的辅助决策支撑。

2.2 数字城市地理空间框架的四大建设内容

数字城市地理空间框架建设的主要建设内容可以归纳为4个方面:①基础地理信息数据库;②地理信息公共服务平台;③支撑体系;④应用示范系统。基础地理信息数据库是地理空间框架的核心;地理信息公共服务平台是地理空间框架应用服务的表现;支撑体系是地理空间框架建设与服务的保障;应用示范系统是地理空间框架的应用和推广［5］。

(1)基础地理信息数据库建设

①测绘基准

测绘基准包括大地基准、高程基准、重力基准、深度基准和时间基准。数字城市地理空间框架建设必须规范基础地理信息数据所采用的测绘基准，保证各类地理信息数据和专题数据的基准统一，以便于地理信息数据的共建、共享。

②基础地理信息数据库

基础地理信息数据库是按照统一的测绘基准整合和集成城市级 1∶2000、1∶1000和1∶500等不同年代、不同比例尺的DLG、DOM、DEM和DRG数据，形成多源、多尺度、多时态的基础地理信息数据库。

③数据库管理系统

数据库管理系统是为基础地理信息数据及其元数据的建库、管理、更新、制图、输出等操作提供软件工具支撑。其功能需满足《基础地理信息数据库基本规定》(CH/T 9005—2009)的要求，具备数据的处理、输入、输出、查询、统计、分析以及历史数据管理、元数据管理、安全管理等多方面的功能［6］。

(2)地理信息公共服务平台建设

在基础地理信息数据库建设的基础上，按照一定的标准和规则，对基础地理信息数据进行提取、整合和重组，通过技术创新开发出满足政府部门和社会公共需求的面向服务的产品数据;通过建立不同数据的一体化索引，实现多种数据的无缝集成;研制开发网络化的应用服务与运行维护系统，形成唯一的、权威的数字城市地理信息公共平台。

①面向服务的产品数据

面向服务的产品数据是指在基础地理信息数据基础上，通过数据提取、扩充和重组等加工处理形成电子地图、三维景观模型、地名地址库等以及其他行业或部门的专题数据，还有目录和元数据等。

②地理信息公共服务平台软件体系

地理信息公共服务平台软件体系主要包括门户网站、数据交换系统、地理信息服务系统、数据运维管理系统和平台运维管理系统5个方面内容。

(3)支撑体系建设

支撑体系建设包括政策法规与标准规范建设、组织机构建设、机房环境、软硬件环境、网络环境等基础设施建设和人才队伍建设等多个方面的内容，是数字城市地理空间框架项目建设、运行和服务的支撑和保障。

(4)应用示范系统建设

数字城市地理空间框架通过基础地理信息数据库和地理信息公共服务平台的建设，为地理信息的共享和服务奠定了基础。同时，在项目建设中还应高度重视应用示范系统的建设，选择至少4个典型示范应用，以检验数字城市地理空间框架的建设成效。

3 数字城市地理空间框架的建设实例

武汉市是华中地区的特大型中心城市，为了实施“中部崛起”战略，武汉市委市政府明确提出了“建立‘数字武汉’，加速城市信息化进程，以信息化推动工业化，实现跨越式发展”的战略目标，并将“数字武汉”建设纳入到武汉市国民经济和社会发展第十个五年计划。“数字武汉”就是用信息化的手段来处理、分析和管理武汉市，促进武汉市的人流、物流、资金流、信息流和交通流的通畅与协调，使武汉市全面实现信息化。

3.1 “数字武汉”建设的一个总体目标

“数字武汉”的总体建设目标是按照把武汉市建设成为“我国中部地区中心城市”的定位，坚持体制、环境和技术的创新，通过信息基础设施的不断完善和数字化工程的逐步建设，建立起覆盖全市的信息高速公路和城市空间数据基础设施以及基于这些基础设施的信息资源开发和利用体系，实现政府部门和行业领域的专业信息在空间数据基础设施上的集成与整合，为政府部门的决策、城市规划、行业管理和工程建设提供及时可靠的信息服务与技术支持，引导和带动全社会的信息化［7］。

3.2 “数字武汉”地理空间框架建设的四大成果

(1)“数字武汉”基础地理信息数据库建设

①武汉市现代测绘基准体系建设

按照《武汉市基础测绘“十一五”规划》要求，结合国家信息化测绘发展战略，武汉市以建立覆盖武汉全市域、高精度、统一的城市现代测绘基准体系，提升测绘保障服务效能和水平为目标，组织实施了“武汉市现代测绘基准体系建设”项目，包括:“武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)、武汉市高精度GPS控制网、武汉市精密水准网、武汉市区域似大地水准面精化”四个部分。

②武汉市基础地理信息数据库建设

按照统一的武汉市现代测绘基准体系，建立了包含数字线划图数据、数字正射影像数据、数字高程模型数据、综合地下管线数据的武汉市基础地理信息数据库。其中:

数字线划图数据包括覆盖全市域8549 km2范围的1∶10000地形图数据、覆盖都市发展区3572 km2范围的1∶2000地形图数据和覆盖主城区680 km2范围的1∶500地形图数据;

数字正射影像数据包括覆盖全市域8549 km2的1∶10000正射影像和覆盖都市发展区3600 km2范围的1∶2000正射影像;

综合地下管线数据包括主城区10 m以上市政道路沿线的共计7大类17种地下管线，累计长度达到2.24万千米。

(2)“数字武汉”地理信息公共服务平台建设

①面向服务的产品数据建设

针对武汉市不同的应用和保密要求，按照基础版、政务版和公众版三种形式，在基础地理信息数据基础上通过提取、扩充和重组等加工处理形成了有武汉市特色的面向服务的产品数据，通过技术创新，开发出公众版电子地图、三维数字地图、全景影像、地名地址库等面向服务的新型产品数据。其中:

公众版电子地图数据由10套不同比例尺地图组成，比例尺从1∶120万放大到1∶1000;

三维数字地图数据由覆盖全市域8549 km2的体块模型和覆盖主城区525 km2的标准模型组成;

全景影像数据累计覆盖主城区2200 km市政道路沿线;

地名地址数据包含13万个地名信息和53万个门牌地址信息;

②地理信息公共服务平台建设

武汉市地理信息公共服务平台，就是以“数字武汉”地理空间框架为基础，以地理信息系统为主要管理工具，整合与地理空间信息有关的非空间信息，以各种信息网络为载体，以各种信息终端为媒介，面向政府、企业、公众提供地理信息服务的一个信息平台。

武汉市地理信息公共服务平台项目通过对地理信息获取与维护、集成管理与共享、分发与服务三大体系的研究，开展了涵盖现代测绘基准、基础地理信息标准、地理信息数据库、地理信息集成管理系统、地图生活服务网站、地理信息蓝皮书、地理信息分发服务平台、地理信息的共享机制等方面的建设。

(3)“数字武汉”支撑体系建设

“数字武汉”支撑体系建设过程中，着重加强了政策法规和标准规范的建设工作。依据国家《测绘法》、《保密法》、《测绘成果管理规定》、《城市测绘资料管理办法》和《湖北省测绘成果管理实施办法》，结合武汉市实际情况制定的《武汉市测绘管理条例》已于2011年9月获武汉市十二届人大常委会三十四次会议表决通过。

制定的湖北省地方标准《武汉市系列比例尺地形图要素分类编码及数据库标准》(DB42/T 651－2010)于2010年11月10日由湖北省质量技术监督局正式发布，于2011年1月10日正式实施。

(4)“数字武汉”应用示范系统建设

数字武汉地理空间框架的建设建立了一个多尺度、信息丰富、现实性强的基础地理信息框架，实现了地理信息数据的交换和共享，为城市信息化建设奠定基础。同时，在建设过程中高度重视应用示范系统的建设，先后在武汉市公安局、武汉市农业局、武汉市城市建设委员会、武汉市城管局、武汉市人防办、武汉市江汉区政府等单位累计开展了70余项基于数字武汉地理空间框架的应用示范系统建设，发挥了数字武汉地理空间框架为宏观决策、政府管理、重大工程和社会公众提供支持与服务的作用。

3.3 “数字武汉”地理空间框架建设的四大特点

(1)政府主导

为落实国家测绘局关于加强基础测绘工作的指示精神，自1999年起，市政府将基础测绘纳入全市国民经济和社会发展计划，使这项工作步入了正常发展的轨道。2006年市政府以武政［2006］46号文，将《武汉市基础测绘“十一五”规划》作为政府专项规划之一颁布实施，并落实专项经费，成为全国同类城市中首个被列入政府专项规划的基础测绘规划。

2010年6月武汉市人民政府申请的数字武汉地理空间框架建设试点项目由国家测绘地理信息局正式批准。在国家测绘地理信息局确定的全国100多个“数字城市地理空间框架建设”试点城市中，武汉市是全国首个副省级试点城市。7月23日，国家测绘局、湖北省测绘局、武汉市人民政府在武汉签署《数字武汉地理空间框架建设示范合作协议书》。

2011年11月，“数字武汉地理空间框架建设”通过国家验收，武汉成为首个通过“国考”的副省级城市。同时，武汉正式开通“数字武汉地理信息公共平台”，国家测绘地理信息局授牌武汉“全国数字城市建设示范市”。

(2)科技创新

在政策法规和行业标准方面实现突破，分别制定了《武汉市测绘管理条例》、《武汉市系列比例尺地形图要素分类编码及数据库标准》(DB42/T 651－2010);在基础理论和技术升级方面加强创新，实现了从数据驱动下的GIS到以服务为核心的GIS的发展，自主攻关了SOA体系架构、地理编码、无极制图、制图自动化、模型调度等关键技术;在系统集成和测绘装备方面深入研究，先后通过自主创新研制成功近景摄影测量应用于规划执法在线监控、全景影像采集车集成组装等科技进步项目;在学术理论和出版专著方面成果丰硕，通过总结和归纳建设数字武汉地理空间框架过程中的经验和创新，先后出版了《城市基础地理信息集成与综合管理》、《城市地理信息公共服务平台的理论与技术》、《城市测绘的发展历程—从模拟测绘、数字测绘到信息测绘》等专著。

(3)突出应用

在建设数字武汉地理空间框架的同时，采取了边建设边推广应用的策略。首先结合政府管理热点，开展了王家墩地理信息系统、杨春湖城市副中心土地规划信息系统等区域开发重点工程示范应用;结合行业应用特点，开展了警用地理信息系统、人防地理信息系统、城市建设地理信息平台等行业管理示范应用;结合公众兴趣焦点，开展了武汉市地图生活网、武汉市管线查询系统等公众参与示范应用。

(4)培养人才

搭建人才培养平台，与武汉大学、省测绘局一起，共建“精密工程与工业测量实验室”，通过该平台的交流与学习，为数字武汉地理空间框架的建设，培养了一支人才队伍;创新人才培养机制，实施请进来走出去战略，加强与行业内专家、学者、科研院所合作、交流，同时，建立起选派科研人员出外培训学习的制度，提高了科研队伍的水平。

4 发展与展望

过去的十年里，武汉市在数字城市地理空间框架的研究和建设进行了有益的探索和实践，基本建成了“数字武汉”地理空间框架，为“数字武汉”的建设奠定了坚实的基础。

随着“数字武汉”地理空间框架的推广应用，“数字武汉”的进一步深入建设，“数字武汉”地理空间框架建设也将会朝着信息资源更丰富、服务平台更智能、应用领域更广泛、社会影响更深远的方向发展。

［1］陈柳钦.“数字城市”内涵与框架的研究综述［J］.中国市场，2010(42):51－61

［2］李维森.浅析数字城市地理空间框架建设中的创新［J］.测绘通报，2011(9):1－5

［3］李毅.浅谈数字城市地理空间框架基准建设［C］.中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集.北京:中国测绘学会，2009

［4］王军，邓开艳，戴建祥.城市基础地理空间框架平台建设研究［J］.测绘与空间地理信息，2008，31(1):35－42

［5］邓轶，赵红.数字城市地理空间框架建设研究［J］.测绘通报，2011(9):74－76

［6］袁延良，任波，陈汭新等.“数字城市”地理空间框架建设研究［J］.计算机技术发展，2007，17(2):50－52

［7］张林;李宗华.数字武汉总体框架与发展策略研究［C］.新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集，2001