关于数字城市建设模式的探讨

王 华，陈晓茜，祁信舒

（湖北省航测遥感院，湖北武汉 430071）

关于数字城市建设模式的探讨

王 华，陈晓茜，祁信舒

（湖北省航测遥感院，湖北武汉 430071）

数字城市建设是一项投资巨大的、长期的、复杂的系统工程。如果不对其建设模式进行科学的谋划，可能会给数字城市建设带来巨大的浪费，引发发展后劲不足等系列问题，造成难以挽回的损失。结合了国内外数字城市的建设现状，从理论和实践两个方面对我国数字城市建设模式进行了深入分析和探讨，并重点阐述了基于地理空间框架的数字城市建设模式的具体内涵及其理论的科学性和实践的可行性。

数字城市；建设模式；数字城市地理空间框架

1 数字城市概述

“数字城市”的设想最早由已故大师王之卓院士提出，直到美国前副总统戈尔（Gore）提出“数字地球（DigitalEarth）的战略构想”才被社会广泛认识和了解。数字城市是一个将城市和城市外空间连在一起的虚拟空间，它将城市地理信息和其他城市信息相结合并存储在计算机网络上，供远程用户访问。虚拟空间涵盖这座城市的地理、资源、环境、人文、经济、社会和居民日常生活等各方面信息[1]。

从这个角度上说，数字城市含盖了系统科学、信息科学、地理科学、管理学等许多学科，是一个多学科融合的新兴领域。它是一个集技术、管理、人文、经济于一体的范畴，不能简单地理解为一个纯技术、纯工程的概念。因此，高新技术和信息基础设施的简单堆砌并不是真正的数字城市，数字城市的存在和发展不仅受国家经济政策、法律、制度框架等宏观因素影响，更取决于基于政府、行业部门、居民等城市中的各个主体的应用服务能否长期发挥作用，促进地理信息技术在城市运转中全方位的渗透与融合，达到数字城市存在的终极意义。

2 国内外数字城市建设现状分析

2.1 国外数字城市建设现状

1994年，美国颁布了总统行政令实施国家空间数据基础设施 (Nat1onalSpatialData Infrastruct，NSDI)计划，正式在美政府和非政府部门中开展直接协调地理空间数据收集和管理的活动。随后其他西方国家大多成立了针对地理空间数据的采集和管理的相应机构，基础地理信息化工作的快速发展一定程度上加速了数字城市建设。美国是世界上较早提出建设“数字城市”的国家，其数字城市已日趋成熟，这主要归功于美国的标准化治理模式：以完善的基础信息、设施作保障，开发应用信息数据资源作为建设的重点，良好的资源共享分发与应用机制作为建设的核心，使数字城市渗透于城市的各个角落[2]。国外数字城市建设是伴随着GIS技术应用的发展，大体经历了4个发展时期：GIS系统研究与建设时期 (1960-1989)、基础地理信息化建设时期 (1990-1998)、行业应用信息系统研究与建设时期(1994-2001)以及“面向需求”的综合研究与建设时期(2001至今)[3]。各个国家的发展水平不尽相同，美国、加拿大、澳大利亚等发达国家，已经到达第四阶段。当然，也有很多国家还处在基础技术系统建构的初级阶段。

2.2 我国两种典型的数字城市建设流派

我国从上个世纪80年代初开始进行信息化建设的研究工作，但由于受经济和技术条件的限制，直到90年代中期才开始大规模研究与建设工作。从1999年北京率先明确提出“数字北京”计划，到2002年国家正式批准将“城市规划、建设、管理与服务的数字化工程”列入国家“十五”重点科技攻关项目 [4]。可以看出，我国开展数字城市建设的初衷一方面是为城市的信息化工作服务，另外一方面也是为龙头行业的信息化管理服务。

正因为此，在我国冠以“数字”的信息化项目很多，并且在一段时间内趋向两种建设流派：一是以“数字森林”、“数字国土”、“数字电力”、“数字水利”为代表的重应用的数字城市建设模式，它们以行业应用为目标，主要用来解决行业部门的应用需求，各种专业应用系统构成了数字城市的主要脉络；二是以“数字流域”、“数字景区”、“数字社区”等为代表的按区域划分重地理信息的数字城市建设模式，它们以获取区域内实体的地理信息为目标，以建成区域性的地理信息数据库为标志完成数字城市建设。这两种建设模式在一定程度上提高了部门或区域内部管理的工作效率，实现了部门内部办公自动化，信息资料及公文的无纸化传递，增强了科学决策的可靠性，探索了数字城市建设的方向，为数字城市的建设奠定了重要的基础。

然而，总结这些年的实践情况，随着时间的推移，逐渐显现2个方面的不足：

1）重应用的数字城市建设模式虽然紧贴行业应用需求，却没有重视对基础地理数据的获取与维护。各部门分头建设、各自为政的建设模式，没有建立基础地理数据和GIS系统的长效更新机制，无法解决现势性的问题，使其系统使用寿命很短，严重制约了这些GIS应用系统的使用和发展[5]。这是所有基于地理信息数据的应用系统的通病，直接影响了数字城市建设的可持续发展；并且由于行业壁垒，各应用系统不能互联互通，形成了很多信息孤岛，造成了巨大的资源浪费[6]。

2）重地理信息的数字城市建设模式忽略了应用的重要性，部门内部及部门之间信息共享水平不高，信息资源的利用率低，存在很严重的数据浪费，业务协同难度大，这些都成为数字城市深层次应用的主要障碍[7]；并且还存在基础数据空间基准和数据格式不统一的问题，各数字区域之间平台各异、扩展性差，不能实现跨区域、跨部门的共享互通[6]。两种数字城市建设模式的目标差别很大，必然造成数字城市的建设水平参差不齐与功能的千差万别，不利于城市间的信息共享和国家对城市的统一管理，数字城市的深层次应用进展也因此比较缓慢。

3 基于地理空间框架的数字城市建设模式

3.1 基于地理空间框架的建设模式的提出

我国数字城市的建设还处于探索阶段，没有现成的成功模式可遵循，而且我国基础设施相对薄弱，资金短缺，如果一哄而上，在全国范围内全面展开数字城市建设工作，可能会因为技术及经济的因素致使部分项目不成功，带来较大的资源浪费。因此，选择一种科学的建设模式，将基础地理信息化工作与专业应用同等重视起来，对当今我国数字城市建设至关重要。

因此，笔者通过总结数字潜江、数字黄冈、数字黄石等地理空间框架建设的实践经验，结合国家测绘局数字城市建设战略部署，认为建设数字城市主要分三步进行：首先开展数字城市地理空间框架的建设，然后进行数字城市应用系统的建设，最后是进行多应用之上的社会延展服务。地理空间框架是数字城市建设的第一步，目的是为集成我国自然、社会、经济、人文，环境等信息提供统一的地理空间载体，推动地理信息资源整合、共享和开发利用[8]。基于地理空间框架的数字城市建设模式（以下简称“框架建设模式”），是国家测绘局针对我国数字城市建设的实际国情提出的建设思路，通过选择不同区域、不同类型、不同级别的城市进行多元、多级的数字城市地理空间框架示范工程，在基础理论、关键技术的应用与创新、建设与管理模式等方面进行探索，为其他城市提供可以借鉴的经验。以点带面，全面推动数字城市的建设。

3.2 框架建设模式的具体内涵

1）数字城市地理空间框架。作为数字城市的一部分，将为整个城市搭建一个地理信息公共平台，该平台是城市唯一的、统一的、权威的平台，所有城市部门的专题信息都可以叠加在平台之上，它们有统一的空间基准、时间基准、内容基准，信息之间能够交流、集成和共享，可为政府决策、应急突发事件提供综合信息。它为国民经济和社会信息化提供统一的空间定位与基础地理信息公共平台，对于信息资源按照地理空间进行整合和实现信息共享具有十分重要的作用。因此，建设好地理空间框架对整个数字城市建设有十分深远的意义，是直接影响数字城市建设成败的关键，框架建设必须先行。

2）数字城市应用系统的建设。数字城市建设能否真正提高政府资金使用效率，促进城市各职能部门信息化管理水平，决定因素是基于各行业应用系统的建设。数字城市应用系统不仅能为基础地理信息数据库提供与行业相关的动态更新数据，也为行业和社会服务机构提供信息服务的窗口。尤其是基于地理空间框架建设的数字城市应用系统，能够解决长久以来行业应用系统使用寿命不长的通病，建立应用系统的更新和维护机制，使行业应用系统保持持久的生命力。各行业应用系统是数字城市建设发挥作用的核心系统。没有足够数量、足够成型的应用系统的广泛建设和应用，数字城市将成为无源之水，无本之木。当各个专业系统和基础地理信息在同一平台整合之后，才能统一、协调地发挥数字城市融合的优势，提高政府机构的决策和管理能力。

3）多应用之上的社会延展服务。随着数字城市建设地不断深入，社会公众对公共服务范围和质量的要求不断提高，数字城市的应用服务由行业专业服务向公众应用服务转变是必然。除电子政务、道路交通等公众最基本的公共服务外，远程教育、网上医疗、在线社区和生活服务等，也是今后应用服务的趋势。同时，随着应用服务的普及，地理信息服务水平地进一步提高，开发出贴近百姓民生的应用服务系统，逐步降低使用地理信息资源费用和门槛，使地理信息消费大众化、平民化，真正实现数字城市“以人为本”的深层次应用。社会延展应用服务将成为数字城市中最大的应用领域之一，是数字城市对人们的工作、居住、出行、购物、休闲等产生影响的重要体现，也是数字城市能否过渡到智慧城市的重要基础。

基于地理空间框架的数字城市建设模式的层次结构，如图1所示。

图1 数字城市建设模式的层次结构图

4 框架建设模式的优越性

4.1 使复杂的数字城市建设易于操作

由于各行各业对地理信息的需求各有侧重，如果定义一种涵盖所有地理要素全集的地理信息数据库，将是一项非常复杂而庞大的系统工程，无论是数据获取还是管理都很难实现，这一直是制约地理信息推广使用的一个瓶颈。数字城市地理空间框架以统一的标准抽象和定义了在同一区域内，使用频率最高、最公共、最基础、最权威的空间数据资源[9]。用户可以方便的与自己的专题数据进行整合，建立自己的应用系统。标准一致，统一数据版本，减少因数据不一致造成的GIS系统开发和矛盾数据问题。便于跨地域的数据整合，以统一的标准提供可供各行业应用的接口。框架建设相较于传统的应用开发容易启动与操作，而应用开发由于需要较大的资金投入，目前我国很多城市的行业部门还不能承受。框架建设模式更新及时，操作简单，使用方便，增强了数字城市建设的可操作性，使数字城市建设变得简单。

4.2 注重多专业融合，共建共享，节省资金

地理空间框架信息包括了与空间信息有关的各行各业最公共、最基础的信息资源，但并不代表全部信息，每个行业在此基础上叠加专业信息，才构成了完整的、适合本行业特点的空间信息资源。通常情况下，规划、土地、房产部门对空间信息有更详细的要求，三者之间也有相当一部分公共信息，而其他部门如交通、环保等则更多的以框架空间信息为主，各自需要少量的专业信息就能满足需求。所有参加框架建设的用户分摊投资，按照统一的标准和地理编码来共享自己的数据或分享他人的数据，避免了重复投资。专业的测绘部门是最权威的空间数据采集部门和基础测绘资料的提供者，按照传统标准生产地形图已经远远不能满足社会对空间信息的需求。如果将有限的资金投入在框架数据的生产中，能够大大缩短空间数据的生产周期，提高更新速度，满足用户对空间信息现势性的需要。由于数据的采集和维护费用被平摊了，大大降低了各个用户在数据采集方面的成本，更加节省了政府和行业部门的资金，提高了资金的使用效率。

4.3 便于持续改进和更新，科学实用

城市是一定区域内的政治、经济和文化教育等方面的中心，具有较强的集聚能力和辐射带动作用，同时城市的发展也是瞬息万变的，这决定了数字城市的研究和建设也是需要分阶段、可持续发展的。地理空间框架的建设，从政策体制上和技术层面上，将跨专业、多学科的信息进行充分融合和共享，满足数字城市建设持续发展的信息共享、综合决策、技术集成的需求，提供了一种和谐的城市规划、建设和管理的调控手段，同时也是一种可持续的、适应城市变化的手段[10]。地理空间框架建设正是建立在这种需求的基础上产生的。与传统的测绘成果体系相比，数字地理空间框架内容更丰富，形式更多样，应用更普及，服务更便捷，数字城市地理空间框架的灵活性和开放性决定了数字城市建设可以不断完善、不断修改、不断实践，并且能很好的调节城市各部门、各自系统的协调发展。

4.4 为数字城市过渡到智慧城市奠定基础

数字城市地理空间框架把遥感技术、地理信息系统和网络技术与可持续发展等联系在一起，为数字城市搭建了一个空间信息集成平台和基础框架，集成整合来自网络环境下的各种地球空间与信息相关的各种社会经济信息[1],不仅为数字城市过渡到智慧城市打下坚实可靠的数据基础，同时也是构建数字城市、实现智慧地球的技术支撑体系。在此基础上，通过物联网实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通而迈向智慧城市。基于框架的数字城市建设模式从第一步就注重基础地理信息资源的共享，注重节约、集约利用资源，为城市经济社会的快速发展，在经济建设、科学决策、公众服务等方面起到基础作用、支撑作用和服务保障效用，因此是一种最具发展潜力的建设模式。

5结 语

综上所述，笔者认为，数字城市是一项投资巨大的、长期的、复杂的系统工程，需要政府主导，多部门合力共建，多学科跨专业的融合，促进其最广泛的社会应用，这是数字城市建设的基本前提。国家测绘局正是基于这个前提提出了开放、灵活、科学的数字城市地理空间框架建设模式。它不仅可以满足政府、各部门和社会大众对地理信息资源的需要，还可以不断试验，不断反思、不断改进，提供多层次、高质量、高效率的信息服务及决策支持，有利于提高城市建设与管理的效率，以及整体性的解决城市所面临的经济、社会等诸多方面的问题；有利于提高人民生活质量。地理空间框架建设既是信息社会对新形势测绘工作转型的外部需求，也是数字城市科学发展的内在需求。因此，我们应该以更开放的心态、更强的时代责任感、更实事求是的态度来看待数字城市的建设，抓住框架建设的契机，加快数字城市建设步伐，从而更广泛地、更深入地、更有效地、更经济地为社会提供服务。

[1] 李德仁.从数字地球到智慧地球[J].测绘蓝皮书-中国地理信息应用报告，2010:24-41

[2] 钱健，谭伟贤.数字城市建设[J].工程质量，2006（6）：62

[3] 闫博.“数字城市”空间信息基础平台研究与设计[D].上海：华东师范大学，2006

[4] 彭胜潮，王日臣.数字城市-理论、方法与应用[M].北京：北京科学出版社，2002

[5] 王华，陈晓茜，祁信舒.数字城市地理空间框架在城市规划部门的重要应用[J].地理空间信息，2010（2）：1-4

[6] 王华，陈晓茜，祁信舒.新一代城市规划管理系统和数字城市地理空间框架 [J].测绘蓝皮书-中国地理信息应用报告，2010:106-113

[7] 刘纪平，徐胜华，王亮.地理信息在政府管理决策中的应用研究[J].测绘蓝皮书-中国地理信息应用报告，2010:42-53

[8] 徐德明.着力构建数字中国推动测绘信息化建设[J].中国测绘，2009（2）：10-13

[9] 徐开明.地理空间框架数据的含义和作用[J].测绘与空间地理信息，28(5):63-66

[10]侯晓.数字城市与城市可持续发展[J].河南师范大学学报：哲学社会科学版，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

项目来源：“十一五”国家科技支撑计划重点资助项目（2008BAC36B00）。

王华，高级工程师，主要从事测绘新技术应用及推广、“数字城市“建设研究工作。