数字城市地理空间框架建设前分析要点探讨

周 亦，李卫红，马昭辉，顾 慧

(1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春 130012；2.有色金属矿产地质调查中心北京测绘院，北京 100012；3.贵州省国土资源勘测规划研究院，贵州贵阳 550004；4.北京中色测绘院有限公司，北京 100012)

数字城市地理空间框架建设前分析要点探讨

周 亦1，2，李卫红3，马昭辉1，4，顾 慧1，4

(1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春 130012；2.有色金属矿产地质调查中心北京测绘院，北京 100012；3.贵州省国土资源勘测规划研究院，贵州贵阳 550004；4.北京中色测绘院有限公司，北京 100012)

地理空间框架是空间信息基础设施的重要组成部分，是经济社会信息化发展的基础平台。“十一五”期间，国家测绘地理信息局为全面推进数字中国地理空间框架建设，形成信息化测绘技术体系，立项开展了数字城市地理空间框架建设项目。在建设数字城市地理空间框架前，必要的分析工作必不可少，这关系到整个框架建设的整体质量。本文就数字城市地理空间框架建设前需进行的分析要点进行了探讨，从框架建设本身的分析、需求分析、现状分析，以及保障情况分析等方面对数字城市地理空间框架建设前需进行的分析工作进行总结，并提出分析要点及需要注意的问题。

地理空间框架；建设前；分析要点

一、引 言

地理空间框架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，由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等结构组成。

数字城市地理空间框架是以公共服务为导向的国家空间信息基础设施。建设数字城市地理空间框架，应用服务是宗旨，共建共享是关键，基础设施是支撑，政策法规标准是保障。

数字城市地理空间框架的目的是为“数字城市”提供统一、权威的地理空间信息公共平台，为各部门的分散数据建立一个统一的标准，实现城市信息资源的整合共享，避免重复建设，有效解决现实存在的诸如多套地理坐标和各种地图出现差别的问题，是城市信息化在高起点上健康发展的基础。

随着经济全球化、全球信息化的发展，空间数据基础设施已成为支撑经济增长、实现社会和环境目标必不可少的组成部分。在我国，党和政府对推进国民经济和社会信息化建设十分重视，随着经济建设的发展和国民经济信息化的推进，地理空间信息系统已广泛应用于国民经济的各个领域：环保、地矿、土地、气象、地震、水利、交通、电力、海洋、石油、通信、公安、农业、林业、卫生、航天、科研、教育等。

从我国对基础地理空间数据的需求和空间信息技术的发展趋势看，建设“数字中国”的地理空间基础框架是十分必要的，同时也是十分紧迫的，主要有：国民经济和社会信息化建设目标的需要，可持续发展与经济建设重大战略实施的需要，加入WTO和参与全球竞争的需要，现代化国防建设、打赢高科技战争的需要，我国基础测绘的发展需要等。加快数字中国地理空间基础框架的建设是完善我国基础地理信息系统体系、满足国家信息化和国民经济建设，以及社会发展的迫切需要。

二、建设前分析的意义及必要性

建设前分析是在可行性研究的基础上，将用户对地理空间框架的描述通过分析概括的方式抽象为完整的需求定义后再形成相关系列文档的过程。分析解决“做什么”的问题，确保建设的地理空间框架产品能满足需求。

建设数字城市地理空间框架最困难的工作是确定需要建设什么。建设前分析是最重要的一个阶段，分析的质量对整个框架建设的影响是全局性的、深远的。其他任何工作都不会像建设前分析这样，在出错之后会严重影响目标的实现，并且在后续工作中很难进行修补。有效的建设前分析通常都具有一定的难度，一方面是因为与用户交流存在障碍；另一方面是用户由于技术水平、对框架的认识等原因不能准确、全面地陈述出需求，同时用户的需求还可能不断地发生变化。地理空间框架建设技术人员不仅需要在用户的协助下抽象现有的需求，还要挖掘潜在的、隐藏的需求。此外，为了方便后续的评审、测试等工作，需求的描述还应该在满足项目周期的基础上，尽可能详细、具体、可测量和可实现。框架建设前的分析工作如果做得好，那就相当于做完了一半，好的分析会为框架建设的顺利进行奠定基础，提高效率，减少风险。

三、分析要点

1.对于地理空间框架本身的分析

(1)总体目标分析

地理空间框架建设是建设城市范围内自然、社会、经济、人文和环境等各种信息的定位基础、集成工具和交换平台。数字城市地理空间框架建设应在网络环境的支持下，提供权威的、统一的、现势性强的地理空间框架数据，并在此基础上为各行业、各部门提供集成专题数据的地理信息公共平台，为政府、行业、部门和社会公众提供地理空间信息服务。

建设数字城市地理空间框架前，首先应对其总体目标进行分析。分析时，需紧密结合建设城市实际情况，以满足城市管理和政府决策需求为出发点和落脚点，充分运用全球导航卫星系统(GNSS)、航空航天遥感技术(RS)、地理信息系统技术(GIS)和计算机网络等技术，制定一系列地理信息共享与交换的标准规范体系，建设多分辨率、多尺度、多种类的城市空间数据体系，构建统一的、权威的地理信息公共平台。目标还要促进地理信息资源的充分利用，开发典型应用系统，强化应用服务功能，推进政府部门间基础地理信息数据资源的共享机制建设，为城市发展提供有力的辅助决策支持，从而为政府、行业、部门和社会公众提供高质量的基于空间位置的应用服务。

(2)主要建设内容分析

数字城市地理空间框架针对建设城市实际需求情况，立足现有基础，开展地理空间数据的采集、更新、建库、数据整合和系统开发，建立城市统一的、权威的、通用的地理信息公共平台，并开发相应的应用示范。项目的作业工序一般有：政策法规与标准规范建设、基础地理信息数据库建设、地理信息公共平台建设、应用示范建设及组织运行保障体系建设。其核心内容一般体现为“一库一平台”，即一个基础地理信息数据库、一个地理信息公共平台。

2.需求分析

在对数字城市地理空间框架的总体目标和建设内容进行初步分析后，还需要对框架进行需求分析，主要包括用户分析、用户需求分析、功能需求分析、应用模式分析、技术指标及预期成果分析，以及拟采用的关键技术分析等。

(1)用户分析

在进行数字城市地理空间框架建设用户分析之前，首先要清楚用户主体是谁。用户对空间数据资源的拥有程度、对系统的贡献程度、对系统应用的依赖与应用深度均有很大差别。地理空间框架平台的用户包括政府部门、企事业单位和社会公众用户。其中政府部门和企事业单位是现阶段地理信息公共平台的主要用户。

强GIS用户是指有能力建立专题空间信息应用系统，而且还具备专题空间数据采集、维护能力，同时还可以向地理信息公共平台提供其基础专业空间数据的用户。强GIS用户是地理空间数据交换的主体，在其业务中大量使用地理空间信息，对空间数据的依赖性很强，一般有专门的地理空间信息业务系统，这些业务系统除了使用基础地理空间数据、专题基础空间数据外，还希望能获得其他专业部门的权威、现势的专题基础空间数据服务。

弱GIS用户是指需要建立综合性或专业的地理空间信息应用平台或应用系统，本身不拥有空间数据资源，不向地理信息公共平台提供空间数据的用户；或是指对地理空间信息有一定的依赖性，可以通过地理信息公共平台获取基础空间数据和其他专业部门的基础专业空间数据，也可以向地理信息公共平台提供一些专业数据的用户。

社会公众用户是地理信息公共平台数量最为庞大的用户群体。用户能从地理信息公共平台获取信息内容全、功能强大、覆盖面广、权威性高、现势性强、使用便利、操作人性化的公众电子地图服务，从而为工作、学习与生活带来便利。

(2)用户需求分析

在了解了数字城市地理空间框架用户群体之后，就需要对其需求进行分析。为准确掌握数字城市地理空间框架用户的需求，在开始建设前应在一定范围内开展广泛且深入的用户需求调研，调研主要面向重要的地理信息应用部门，如国土资源、规划、公安、房产、交通、城市管理、税务、民政等部门。

需求分析的内容主要包括三方面：部门信息化现状、部门间的合作与信息共享现状与需求，以及部门对地理空间框架数据的需求。调查分析其业务信息系统建立情况、地理空间数据使用情况、已使用的地理空间数据情况(如内容、空间基准、格式等)、现有地理空间数据满足需求情况、进一步需求的地理空间数据情况、使用的地理信息系统软件及相关软件情况、现有网络情况、对其他部门数据的需求情况、本部门可共享的数据情况等。通过实地调查、座谈和问卷调查等形式，调研分析其组织机构、职能和业务流程，对其相关软硬件设施建设、应用系统建设、计算机网络建设等方面进行了解，对信息化现状及对信息化的需求进行分析，了解用户信息化的现状及当前信息化工作存在的问题。

对于社会公众用户需求来说，公众对空间信息的需求日益增长，希望能查询到与日常生活息息相关的信息，如旅游景点、宾馆、饭店和购物场所等的位置及相关信息。地理信息公共平台可为市民提供网上地理信息查询服务，地理信息社会公众服务系统建设的社会化、全民化，有利于改善人们的思想观念、工作作风、学习途径和生活方式，提高工作效率，对全面提升市民的综合素质有重要的意义。

(3)功能需求分析

①空间数据的需求分析

分析用户对空间数据的需求，一般来说，用户需求的空间数据主要有：数字线划图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)、三维模型数据等基础地理信息数据和专题数据。

②空间信息的共享与交换需求分析

空间信息的共享与交换成为空间信息发挥作用的关键，是城市地理空间框架建设的核心任务之一，也是用户更好地应用地理空间框架的基础。良好的交换与共享机制将避免重复建设，提高利用效率，为城市发展和信息化建设提供统一的空间定位与基础地理信息公共平台，实现城市信息资源的整合，实现空间信息跨单位、跨行业、跨平台的数据共享和应用。

用户对于空间信息的共享与交换需求一般包括空间信息资源的深度整合、规范数据协议与标准、建立良好的共享、互操作平台及良好的更新机制等方面。

(4)应用模式分析

政府各职能部门的性质、行政管理机制、信息化程度千差万别，从而导致了各部门对政务地理信息的应用需求千差万别，部门应用模式呈现出多元化特点。

从对地理空间信息依赖程度上可以分为3种类型：一是部门对地理空间信息依赖非常深，主要核心业务基于地理空间信息来开展，并且业务的开展会产生大量的空间数据；二是部门使用地理空间信息会提高行政管理效率，部门的业务不依赖空间信息也可以运转，但是部门的行政管理业务产生的信息是政务地理信息资源的重要来源；三是部门的业务不直接使用空间信息，地理信息在其工作开展中起到一个辅助工具的作用。

第一类部门业务需求比较复杂，往往需要利用第三方的GIS软件结合平台的数据资源和本地的空间数据开发业务系统；第二类部门政务地理信息应用可直接调用平台的基础底图资源，利用平台提供的服务和接口即可建立业务系统；第三类用户需要平台提供一些通用的工具来直接使用政务地理信息资源。

从部门业务与其他部门政务地理信息关系紧密程度可以分为部门应用、纵向应用、横向应用、综合应用。部门应用是支撑单个政务部门特定层级内部依职能开展业务活动的应用，这类是政务地理信息最广泛的应用。纵向应用是支撑单个政务部门及下属各部门依职能开展业务活动的应用，按业务层次序列构成纵向各级政府部门的业务应用系统。横向应用是指支撑某一部门与同一层级多个部门依职能开展业务活动的应用，这种应用主要侧重于同一级别政府部门之间业务管理和协作。综合应用是指支撑多个层级、多个政务部门依职能开展业务活动的应用，主要是面向区域综合管理、组织协调部门或组织实施业务部门基于地理空间信息开展设计多个部门协同的业务应用。

地理信息公共平台的应用类型从数据使用的方式上可以分为数据交换方式、服务调用方式、在线访问方式和离线产品方式四大类，要根据实际情况分析、优选合适的数据使用方式。

(5)技术指标及预期成果分析

为保证数字城市地理空间框架建设项目的科学性、规范性和实用性，项目在进行技术设计时需要严格遵照国家的相关指导性控制文件，以及国家和行业颁布的相关技术标准和规范执行。在项目设计中所采用的规范标准、技术路线、技术方法、技术要求及指标、质量保证措施等方面，均需依据国家测绘地理信息局关于数字城市地理空间框架示范工程建设的有关文件。

对于预期成果也要作出详尽的考虑与分析，并按照相关规范与标准的要求严格执行。

(6)拟采用的关键技术分析

①海量空间数据管理技术分析

地理空间框架平台要管理海量的空间数据，支持基于关系数据库管理空间数据，需实现空间数据与非空间数据的一体化管理和网络环境下的多用户安全并发访问控制机制，并具有较完善的空间数据索引机制和较高的数据并发访问性能。平台的空间数据库引擎要求具有完善的数据模型，以满足与国家安全相关的特殊行业的应用需要；另外，空间数据库还要支持双机互备的集群模式，以满足空间数据共享的可用性要求。

②GIS平台的数学模型分析

为了使一次框架建设多处应用，地理空间框架平台所采用的GIS平台还需要具有一致的数据模型，确保数据的建库集成内容在所有产品中都能无缝应用，如应包括二、三维的一体化应用，三维场景中能直接叠加分析二维建库成果，无须数据转换等。

③多级服务聚合技术分析

框架要按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来，可以跨平台、跨网络、跨语言地被多种客户端调用，并具备服务聚合能力，以集成来自其他服务器发布的GIS服务；还要与其他IT业务系统进行无缝地异构集成、支持互操作规范服务、支持空间数据的开放性和互操作，可实现分布式数据共享，如以服务聚合的模式在客户端高效访问。

④空间坐标统一与信息整合技术分析

为了使地理空间框架在各部门分散的信息资源库之间建立有机联系，为部门实现信息共享、交换和整合提供基础信息支撑，需要框架具有统一空间坐标、整合各种信息资源的功能，可以考虑通过地理编码和匹配技术等来实现。

3.工作区信息化现状分析

(1)城市概况与基础设施建设现状分析

根据数字城市地理空间框架建设的需求，要分析建设城市的地理位置、面积、地貌类型、海拔高差、行政区划、自然地理与气候等与地理空间框架建设有直接或间接关系的情况；要分析城市建设情况，如城市建设工作已经取得的成果、城市建设规划情况、城市路网工程建设、重大项目工程、市政基础设施及其发展潜力等；还要分析网络基础设施建设现状、政府网站建设现状、用户信息系统建设现状、用户间合作与信息共享现状、用户信息共享现状、用户之间数据共享渠道、专业数据管理情况、用户专业数据需求情况等。

(2)基础资料情况分析

分析建设数字城市地理空间框架所需要的基础资料情况，一般包括所需建设城市的测绘基准、基础地理信息数据及面向服务的产品数据。

测绘基准包括大地基准、高程基准、重力基准和深度基准。

基础地理信息数据包括大地测量数据(三角(导线)测量成果、水准测量成果、重力测量成果及GPS测量成果等)、数字线划图数据(测量控制点、居民地及设施、境界与政区、水系、交通、管线、地貌和植被与土质等要素层)、数字正射影像数据(航空摄影影像和航天遥感影像，可以为全色的、彩色的或多光谱的)、数字高程模型数据(地面规则格网点、特征点数据及边界线数据等)和数字栅格地图数据(通过地形图扫描和数字线划图转换形成的数据)。

面向服务的产品数据包括地理实体数据、影像数据、地图数据、地名地址数据和三维景观数据(将影像数据、数字高程模型数据和地名地址数据进行集成，扩充各类政府或企业、公众的兴趣信息形成的数据)等。

分析以上基础资料的坐标系统、比例尺、覆盖范围、数据格式、完成时间、现势性、更新频率等有关信息。

4.保障情况分析

(1)机构及人才队伍分析

对建设数字城市地理空间框架的组织保障情况进行分析，主要对项目牵头单位及项目技术支持单位的资质、实力、经验等进行分析，评价其是否能够满足项目的组织保障、建设能力等要求。

(2)技术装备情况分析

合理的技术装备配置是数字城市地理空间框架正常运行的基本保障，依据项目技术设计要求，选择适用的、性价比高的支持基础地理信息数据管理和维护的硬件及网络设备，以满足应用需求，根据实际业务需要配置，以适应地理空间框架建设、管理和应用的需要。

在硬件配备方面，包括保证海量数据传输与多用户并发访问的服务器设备、数据存储设备、外围设备、安全设备、涉密局域网或测绘专网，以及用于数据整理加工的工作站、用于业务应用的微机和笔记本等。

在软件配备方面，分析适用的地理信息系统、图形和图像处理软件平台。选用海量空间数据及非空间数据的管理数据库软件平台、基础数据库和地理信息公共平台、三维网络发布软件等。其中，实现基础地理信息数据的管理、维护与分发的管理系统软件，除应具备基本的数据输入、输出、编辑、浏览、查询、统计、分析、数据更新、安全管理及历史数据管理等功能外，还应满足安全、海量数据高效管理、可扩展、可维护、可移植和运行稳定的要求。

四、结束语

数字城市地理空间框架建设在未来还存在着许多技术难题，包括数据整合，要素永久标识码编码规则，验证数据精度的标准和数据认证方法，由地方高分辨率数据综合成区域和国家范围数据的方法，数据交易办法，历史数据管理等。

在进行需求分析之前，首先应明确需求分析是一个迭代过程。因为市场环境的易变性及用户本身对需求描述的模糊性等因素，往往很难将需求做到一步到位。此外，需求分析不仅是地理空间框架建设前期的一项重要工作，还应贯穿于整个建设过程中，随着项目的深入而不断地发生变化。

在框架建设实施过程中还应注意要突出城市人民政府的主导作用，指导城市加强协调；重视技术支持单位能力建设，提高技术支持水平；加强进度计划质量保密监督，保证工程顺利实施；注重典型示范应用系统开发，发挥典型示范作用；强化公共平台的建设与应用，确保工程目标实现。

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[2] 国家测绘地理信息局.CH/T 9004—2009地理信息公共平台基本规定[S].北京：测绘出版社，2009.

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Discussion of the Analysis of Key Problems before the Digital City Geospatial Framework Constrution

ZHOU Yi，LI Weihong，MA Zhaohui，GU Hui

P208

B

0494-0911(2014)07-0048-05

2013-12-03

周 亦(1980—)，女，河北任丘人，硕士，工程师，主要从事土地利用遥感监测及数字城市项目技术管理与研究。

周亦，李卫红，马昭辉，等.数字城市地理空间框架建设前分析要点探讨[J].测绘通报，2014(7)：48-52.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0223