數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的初步研究

1、數(shù)字城市地理空間根底框架建立的初步研究1.引言城市歷來是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展的焦點(diǎn)和中心。當(dāng)前一個(gè)以數(shù)字城市為旗幟的城市信息化運(yùn)動(dòng)正在全國范圍內(nèi)迅速展開。數(shù)字城市是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空間的再現(xiàn)和反映，是以信息特別是空間信息為核心、以網(wǎng)絡(luò)為支撐的城市信息管理與效勞體系。數(shù)字城市建立的任務(wù)就是利用現(xiàn)代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各種信息資源特別是空間信息資源，建立面向政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾效勞的信息平臺(tái)、信息應(yīng)用系統(tǒng)以及政策法規(guī)保障體系等。城市地理空間根底框架是數(shù)字城市建立的核心任務(wù)之一，它為城市開展和信息化建立提供統(tǒng)一的空間定位與根底地理信息公共平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市信息資源按照地理空間位置的

2、整合和共享。城市地理空間根底框架是“數(shù)字中國地理空間根底框架的重要組成局部。應(yīng)該說，我國城市空間數(shù)據(jù)消費(fèi)與提供已經(jīng)獲得了宏大成績，但總的來講，空間數(shù)據(jù)從內(nèi)容、形式和質(zhì)量尤其是現(xiàn)勢性以及提供等方面都難以滿足應(yīng)用的需求，高質(zhì)量的空間根底數(shù)據(jù)一直是城市地理信息系統(tǒng)GIS建立和應(yīng)用的瓶頸。隨著城市信息化進(jìn)程的加快和數(shù)字城市建立的推進(jìn)，城市空間數(shù)據(jù)必將進(jìn)一步成為關(guān)注的焦點(diǎn)。2.數(shù)字城市地理空間根底框架建立的目的與任務(wù)2.1目的地理空間根底框架是其它一切地理數(shù)據(jù)的根底參考框架，它為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化提供統(tǒng)一的空間定位與根底地理信息公共平臺(tái)，對于信息資源按照地理空間進(jìn)展整合和實(shí)現(xiàn)信息共享具有非常重要的作用

3、。城市地理空間根底框架建立的總體目的為，充分運(yùn)用遙感、GPS、GIS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，制定相應(yīng)的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，建立多尺度、多分辨率、多種類的城市空間數(shù)據(jù)體系，構(gòu)建統(tǒng)一的城市地理空間根底根底平臺(tái)，從而為城市政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的基于空間位置的應(yīng)用效勞?！笆迤陂g，全國30以上的城市建立數(shù)字城市地理空間根底框架，其它城市積極籌劃并開場建立地理空間根底框架。到2022前后，全國所有城市建立起較為完善的城市地理空間根底框架，較好地滿足城市規(guī)劃、建立、管理、效勞以及將來開展的需要。2.2工作重點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)上述目的，需要重點(diǎn)完成以下幾方面的工作：1隨著我國城市化步伐的加快，城市的數(shù)量及規(guī)模

4、都將有較大的增長，為滿足城市規(guī)劃、建立、管理和信息效勞業(yè)開展的需要，應(yīng)根據(jù)城市的總體規(guī)劃與開展布局，進(jìn)一步擴(kuò)展和完善城市空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)。2建立起有效的城市空間數(shù)據(jù)特別是框架數(shù)據(jù)更新機(jī)制，努力完善城市空間數(shù)據(jù)的分級、尺度和內(nèi)容體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)形式的多樣化。3建立健全城市地理空間根底框架建立的政策法規(guī)和組織機(jī)構(gòu)體系，完成假設(shè)干城市空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品、技術(shù)和效勞方面的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4建立城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)和效勞體系，使空間數(shù)據(jù)更好地為數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)建立效勞。5開展先進(jìn)實(shí)用的空間信息獲娶更新、管理與應(yīng)用效勞技術(shù)支撐體系，為城市地理空間根底框架建立提供技術(shù)保障。3.城市地理空間根底框架建立的內(nèi)容城市地理空間根

5、底框架主要包括空間根底數(shù)據(jù)體系、政策法規(guī)與保障體系、數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系以及技術(shù)支撐體系等4個(gè)方面。3.1城市空間根底數(shù)據(jù)體系3.1.1城市空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)建立城市平面基準(zhǔn)具有一定的特殊性。由于我國幅員遼闊，使用目前國家統(tǒng)一平面基準(zhǔn)在許多城市會(huì)產(chǎn)生較大的投影變形，無法滿足城市建立的需要。許多城市都建立了自己的獨(dú)立平面控制基準(zhǔn)，出現(xiàn)了2種甚至多種平面基準(zhǔn)。隨著空間數(shù)據(jù)應(yīng)用與共享需求的增加，多尺度空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)的不統(tǒng)一問題已經(jīng)受到關(guān)注。與平面基準(zhǔn)相比，在城市統(tǒng)一使用國家高程基準(zhǔn)技術(shù)上不存在問題。為了滿足工程測量和城市測量的需要，應(yīng)該逐步建立和精化城市區(qū)域內(nèi)的厘米級大地水準(zhǔn)面，為城市GPS高程測量奠定基

6、矗隨著國家新一代地心、三維、動(dòng)態(tài)大地測量基準(zhǔn)的規(guī)劃和建立，將來城市空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)也將朝著三維、動(dòng)態(tài)方向開展?，F(xiàn)有平高別離的、靜態(tài)的城市控制基準(zhǔn)將被新一代的三維基準(zhǔn)所替代。數(shù)字城市將以其對城市卓越的管理和效勞才能表達(dá)其非凡的價(jià)值和美妙的前景。空間數(shù)據(jù)效勞在城市領(lǐng)域具有良好的前景。建立城市GPS連續(xù)運(yùn)行綜合效勞系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)城市快速導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)測繪和數(shù)據(jù)效勞的重要基矗目前，我國一些城市已經(jīng)或正在建立該系統(tǒng)。3.1.2城市空間框架數(shù)據(jù)建立城市空間數(shù)據(jù)的外延非常廣泛，它包括地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、建筑物現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)、房地產(chǎn)數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)等。就數(shù)據(jù)形式而言，城市空間數(shù)據(jù)最主要的是數(shù)字線劃圖DLG

7、、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)D和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)DE。在進(jìn)展地理空間根底框架建立中，一般都根據(jù)應(yīng)用需要和實(shí)際數(shù)據(jù)消費(fèi)與提供的可能確定框架空間數(shù)據(jù)集。對于城市空間根底框架數(shù)據(jù)，一方面應(yīng)從數(shù)據(jù)消費(fèi)周期、本錢和質(zhì)量的特點(diǎn)上，另一方面從大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的需求上，研究確定根本框架數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、形式和尺度，只有這樣才能使建立的城市地理空間根底框架真正起到應(yīng)有的作用。在一個(gè)城市，可以根據(jù)地域的不同，針對不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式，分別選用不同的比例尺和分辨率。城市地理空間根底框架數(shù)據(jù)集應(yīng)在大比例尺度下，能完好地描繪城市自然和社會(huì)形態(tài)的地物地貌信息如建筑物、道路、水系、綠地等、管理境界信息各級行政管理單元邊界，如市、區(qū)、街道辦

8、事處和重要單位界域及地理分區(qū)等以及它們的根本屬性信息。這里不僅包括城市測繪所關(guān)心的各種地形信息，同時(shí)也應(yīng)包含有關(guān)管理境界等信息以及與它們相對應(yīng)的根本屬性信息。為了合適不同的應(yīng)用需求，可以將框架數(shù)據(jù)集進(jìn)一步劃分為核心框架數(shù)據(jù)和擴(kuò)展框架數(shù)據(jù)。前者具有一定的普遍性，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需要；而后者那么可以根據(jù)各城市的自身特點(diǎn)和需要而增加。目前大多數(shù)城市的DLG均是根據(jù)?城市測量標(biāo)準(zhǔn)?和地形圖圖式進(jìn)展測繪的所謂“全要素圖。事實(shí)上，這里的“全要素也是相對的。在城市，大面積地測繪大比例尺“全要素DLG并保持其現(xiàn)勢性并不是一件容易的事。以框架DLG及其與D的疊加來替代“全要素DLG可能是一種有效的解決方案，

9、這樣的產(chǎn)品消費(fèi)周期短、本錢低、易于維護(hù)，在城市規(guī)劃、建立、管理和效勞中具有廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。同時(shí)，框架DLG、D還可以與DE進(jìn)展集成，形成城市三維景觀模型。3.2政策法規(guī)與保障體系3.2.1政策法規(guī)城市地理空間根底框架建立所具有的公益性、根底性和權(quán)威性決定了城市政府應(yīng)該是其主體投資者。城市政府應(yīng)該將城市空間數(shù)據(jù)視作如同城市道路、橋梁一樣的城市根底設(shè)施，投入足夠的資金使數(shù)據(jù)消費(fèi)者能按照市場行為進(jìn)展數(shù)據(jù)消費(fèi)，以滿足城市可持續(xù)開展的需求。使數(shù)據(jù)被充分利用并為城市開展帶來宏大的間接效益應(yīng)該是作為投資方的城市政府所得到的回報(bào)。目前，數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)更新是我國城市空間數(shù)據(jù)消費(fèi)、管理和

10、應(yīng)用的2大難題。實(shí)際上，數(shù)據(jù)不能共享的本質(zhì)原因除技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化和國家平安因素外，最根本的因素是經(jīng)濟(jì)問題。因此，解決數(shù)據(jù)共享問題也必須從經(jīng)濟(jì)上入手。數(shù)據(jù)更新除涉及技術(shù)問題外，也與政策親密相關(guān)。城市空間數(shù)據(jù)從消費(fèi)到最終使用，涉及一系列主體，如：所有者、投資者、消費(fèi)者、管理者、分發(fā)者、代理者和使用者等。為了明確界定各主體在城市數(shù)據(jù)獲取與使用過程中的責(zé)任、義務(wù)，并實(shí)在保障他們應(yīng)得的利益，從而使城市空間數(shù)據(jù)的獲取與使用實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)必須制定有效的合適我國國情的數(shù)據(jù)政策。制定數(shù)據(jù)政策的根本原那么是促進(jìn)城市空間數(shù)據(jù)共享、鼓勵(lì)數(shù)據(jù)公開、開展基于數(shù)據(jù)的效勞。3.2.2標(biāo)準(zhǔn)化我國空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化一直難以滿足技術(shù)開展和

11、實(shí)際應(yīng)用的需求。當(dāng)前急需加大城市空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的力度，在充分采納、吸收、參考已有國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程以及一些國際組織和國外標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的根底上，根據(jù)我國城市空間數(shù)據(jù)消費(fèi)、管理和應(yīng)用的特點(diǎn)，制定比擬完善的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工程標(biāo)準(zhǔn)和效勞標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)城市空間數(shù)據(jù)的消費(fèi)、更新、管理、分發(fā)與應(yīng)用效勞，加速數(shù)字城市建立和城市地理信息產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。城市空間根底數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是目前最薄弱的環(huán)節(jié)。我國已制定的一系列測繪類標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，對于最終產(chǎn)品及其質(zhì)量的定義與確認(rèn)方面的規(guī)定比擬模糊，而對消費(fèi)這些產(chǎn)品作業(yè)過程的規(guī)定那么過于瑣細(xì)，這也是造成標(biāo)準(zhǔn)總是落后的重要原因之一?？臻g數(shù)據(jù)消費(fèi)技術(shù)開展非常迅速，在將來的標(biāo)準(zhǔn)制定

12、中，應(yīng)將重點(diǎn)放在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)上。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有超前性，面向空間數(shù)據(jù)用戶，并在一個(gè)較長的時(shí)間里保持穩(wěn)定。消費(fèi)這些產(chǎn)品的工程標(biāo)準(zhǔn)那么應(yīng)盡可能簡化，只規(guī)定假設(shè)干對最終產(chǎn)品質(zhì)量起關(guān)鍵作用的共性內(nèi)容，而更詳細(xì)的作業(yè)規(guī)程應(yīng)由消費(fèi)單位自行制定。許多單位都在推行IS9000系列標(biāo)準(zhǔn)體系認(rèn)證，可以為此提供保證。數(shù)據(jù)效勞標(biāo)準(zhǔn)過去根本上沒有，當(dāng)前需要重視。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.2.3組織保障城市地理空間根底框架數(shù)據(jù)是數(shù)字城市建立的重要根底性工作，其建立的質(zhì)量和效率對于數(shù)字城市的建立關(guān)系重大。為了保障根底框架建立的順利施行，需要建立必要的組織保障體系。首先，城市地方政府應(yīng)給予足夠的重視。許多城市為了建立數(shù)字城市，專門

13、設(shè)立了由市長或常務(wù)副市長任組長的數(shù)字城市建立指導(dǎo)小組。建議在該指導(dǎo)小組下設(shè)立城市地理空間根底框架建立協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，吸收涉及城市空間數(shù)據(jù)建立的有關(guān)部門參加，進(jìn)展統(tǒng)一規(guī)劃和組織施行，防止重復(fù)和扯皮。其次，各城市有必要建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)管理和分發(fā)機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一進(jìn)展各類空間數(shù)據(jù)資源的管理、維護(hù)和應(yīng)用效勞，以最大程度地發(fā)揮框架數(shù)據(jù)的作用。3.3數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系是數(shù)字城市地理空間根底框架建立的重要組成局部。其目的是最大程度地挖掘和發(fā)揮空間數(shù)據(jù)的效用，為政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的基于空間信息的效勞。就數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系建立而言，“面向應(yīng)用無疑是其根本出發(fā)點(diǎn)。這里的面向應(yīng)用指的

14、是根據(jù)不同實(shí)際應(yīng)用的需求來確定數(shù)據(jù)的形式、內(nèi)容和質(zhì)量指標(biāo)。城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系建立的目的和原那么應(yīng)是“快、準(zhǔn)、全、廉。所謂“快，指的是數(shù)據(jù)獲取的周期要短，信息的現(xiàn)勢性要高：“準(zhǔn)表示適應(yīng)應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)的空間特征和屬性特征即數(shù)據(jù)的幾何精度和屬性精度應(yīng)準(zhǔn)確：“全反映的是為滿足應(yīng)用需求所獲取和提供使用的數(shù)據(jù)在內(nèi)容上應(yīng)全面、完好，在時(shí)空表現(xiàn)上要真實(shí)：“廉那么是指經(jīng)濟(jì)性，就是說空間數(shù)據(jù)的獲取與使用的經(jīng)濟(jì)代價(jià)應(yīng)盡可能校事實(shí)上，上述4個(gè)原那么之間是互相制約的，對于不同的用處，應(yīng)該有不同的側(cè)重。我們可以把城市空間數(shù)據(jù)按用處劃分為3級，它們構(gòu)成城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞體系，見表1所示。表中的“面向公眾

15、主要指為廣闊企業(yè)和社會(huì)公眾提供空間信息效勞，這類效勞的面很廣，對信息的動(dòng)態(tài)變化非常關(guān)心，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完好性要求相對低一些，要求能以最低的代價(jià)獲得所需要的數(shù)據(jù)：“面向管理指為政府行業(yè)管理部門工作效勞，如城市規(guī)劃管理、土地管理等；而“特殊應(yīng)用包括少數(shù)對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和完好性有專門要求的應(yīng)用，如大比例尺城市工程應(yīng)用等。數(shù)字城市可以看成是城市各種信息系統(tǒng)的有機(jī)集成和交融，信息的開放與共享顯然是其最重要特征。我們認(rèn)為，城市空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用效勞的實(shí)現(xiàn)方式是建立一個(gè)能為數(shù)字城市各種應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的可視化多元異構(gòu)多數(shù)據(jù)源、多尺度、多分辨率、多時(shí)相、多形式、多基準(zhǔn)空間根底信息效勞的城市空間根底信息平臺(tái)。該平

16、臺(tái)的建立以滿足空間數(shù)據(jù)效勞和共享為根本出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)兼顧信息管理和維護(hù)的需要。3.4技術(shù)支撐體系城市地理空間根底框架建立離不開高新技術(shù)的支撐。從框架數(shù)據(jù)的采集、更新、加工、處理，到管理、共享、分發(fā)與應(yīng)用效勞，需要使用和開展一系列的新技術(shù)和新工藝，以為實(shí)現(xiàn)“快、準(zhǔn)、全、廉的目的創(chuàng)造條件。城市空間數(shù)據(jù)采集與更新技術(shù)主要包括航空攝影測量技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、地面測繪技術(shù)、GPS測量技術(shù)以及激光掃描、近景攝影測量技術(shù)等。這些技術(shù)近年來開展非常迅速，作業(yè)效率不斷進(jìn)步。盡管數(shù)據(jù)管理與表現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)有了長足的開展，但仍然不能很好地滿足城市空間數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的需求。這里需要進(jìn)一步開展和完善多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的挖掘

17、、交融、集成與管理技術(shù)，開發(fā)實(shí)用的真三維數(shù)據(jù)管理與表現(xiàn)技術(shù)。在數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用效勞方面，也需要進(jìn)一步完善基于Internet的數(shù)據(jù)管理、分發(fā)技術(shù)，增強(qiáng)技術(shù)的平安度與可靠性。同時(shí)，需要積極研究解決實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的一系列技術(shù)問題。當(dāng)前人們普遍將數(shù)據(jù)難以共享的原因歸罪于政策和機(jī)制問題，實(shí)際上即使這些問題解決了，技術(shù)上的許多障礙還會(huì)制約數(shù)據(jù)共享的實(shí)現(xiàn)。4.數(shù)字城市地理空間根底框架建立的原那么與步驟4.1原那么數(shù)字城市地理空間根底框架建立的根本原那么是：統(tǒng)一指導(dǎo)、合理分工；統(tǒng)籌規(guī)劃、分步施行；統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、資源共享。數(shù)字城市無疑是數(shù)字中國的重要節(jié)點(diǎn)。將來的數(shù)字中國應(yīng)該是一個(gè)由全部數(shù)字城市以及其它數(shù)字區(qū)域、數(shù)字專

18、題等有機(jī)集合而成的一個(gè)巨系統(tǒng)。在沒有政府主管部門全局規(guī)劃和引導(dǎo)的狀況下，將目前已建和在建的這些建立目的和目的各不一樣、標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)各不兼容的數(shù)字城市集合成數(shù)字中國，其結(jié)果將是難以設(shè)想的。盡管對于詳細(xì)城市而言，數(shù)字城市的建立是這個(gè)城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開展的要求和必然，但如何應(yīng)對將來全局性的城市間各類的信息交換和共享的需求，如何將分散的系統(tǒng)整合成一個(gè)有機(jī)的整體，都不可防止地成為難題。因此，數(shù)字城市地理空間根底框架建立是一項(xiàng)具有整體性、權(quán)威性、復(fù)雜性的系統(tǒng)工程。這就要求政府主管部門在其中必須起積極的規(guī)劃和指導(dǎo)作用。政府主管部門站在全局高度統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)，必將有利于數(shù)字城市與數(shù)字中國地理空間根底框架的有機(jī)整合，

19、防止互相抵觸和沖突。在城市地理空間根底框架建立中，各有關(guān)部門需要在統(tǒng)一的體系下明確職責(zé)，通力合作，共建共享。詳細(xì)施行時(shí)，那么必須分清輕重緩急，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)先行，并通過選擇適當(dāng)?shù)某鞘凶鳛槭痉?，以點(diǎn)帶面，分步施行。4.2施行步驟首先，國家有關(guān)主管部門應(yīng)盡快出臺(tái)相應(yīng)的政策法規(guī)，啟動(dòng)數(shù)字城市地理空間根底框架建立方案；其次，建立有效的運(yùn)行管理機(jī)制，以保障數(shù)字城市地理空間根底框架建立的順利進(jìn)展；第三，加快制定假設(shè)干核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)和約束數(shù)字城市地理空間根底框架建立理論；第四，選擇幾個(gè)有較好根底且具代表性的城市作為示范城市，施行城市地理空間根底框架建立，檢驗(yàn)完善標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，積累經(jīng)歷；第五，在總結(jié)示范經(jīng)歷教訓(xùn)的根底上，積極穩(wěn)步地在全國范圍內(nèi)推廣