數(shù)字城市概論

數(shù)字城市概論成員：范賢瑞石韻達 陳玉春王青昊時間：2014.12.20“數(shù)字城市”背景

“數(shù)字城市”的概念來源于“數(shù)字地球”。1998年1月31日，美國副總統(tǒng)戈爾在《數(shù)字地球—認識21

世紀我們這顆星球》的報告中首次提出了數(shù)字地球的概念，掀起了繼1992年信息高速公路之后的人類又一大壯舉，即建設“數(shù)字地球”的空間信息革命。實際上數(shù)字地球就是虛擬地球。數(shù)字地球的關鍵技術是遙感技術、地理信息系統(tǒng)、計算機技術、網(wǎng)絡技術和多維虛擬現(xiàn)實技術等。它包括三個重要的組成部分：信息的獲取、信息的處理、信息的應用。數(shù)字地球是當今世界經(jīng)濟和信息技術發(fā)展的客觀進程，是在現(xiàn)代高科技條件下信息全球化、國際化的歷史必然。一、“數(shù)字城市”的定義

數(shù)字城市是充分利用遙感技術(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)（即3S技術）、計算機技術和多媒體及虛擬仿真等信息技術，對城市基礎設施和與生產(chǎn)生活發(fā)展相關的各方面進行多主體、多層面、全方位的信息化處理和利用，具有對城市地理、資源、生態(tài)、環(huán)境、人口、經(jīng)濟、社會等諸方面進行數(shù)字化網(wǎng)絡化管理、服務和決策功能的信息體系。其核心思想是利用數(shù)字化手段，借助信息高速公路最大限度地利用信息資源，整體性地解決城市所面臨的經(jīng)濟、社會等諸多方面的問題。

二、“數(shù)字城市”的功能

1、政務領域的信息化

電子政務，就是政府機構應用現(xiàn)代信息和通信技術，將管理和服務通過網(wǎng)絡技術進行集成，在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)政府組織結構和工作流程的優(yōu)化重組，超越時間和空間及部門之間的分隔限制，向社會提供優(yōu)質和全方位的、規(guī)范而透明的、符合國際水準的管理和服務。

電子政務包括網(wǎng)絡建設、信息資源建設、應用系統(tǒng)開發(fā)、公務員培訓和法規(guī)法律建設五個方面。電子政務的實施將促進政府的經(jīng)濟管理職能轉變到為市場主體服務和創(chuàng)造良好發(fā)展環(huán)境上來，按照市場經(jīng)濟規(guī)律辦事，更多強調社會管理和公共服務的職能。通過電子政務的實施使政府把主要精力放在創(chuàng)新體制和機制上來，放在營造有利于持續(xù)發(fā)展的市場環(huán)境上來，放在為廣大公眾提供更多更優(yōu)質的服務上來，為企業(yè)提供高效的政務環(huán)境、營造公平競爭的市場環(huán)境。2、經(jīng)濟領域的信息化

一是商業(yè)信息化。商業(yè)領域的信息化是因特網(wǎng)爆炸式發(fā)展的直接產(chǎn)物，是網(wǎng)絡技術應用的全新發(fā)展方向。

二是產(chǎn)業(yè)信息化。數(shù)字城市可以加強城市經(jīng)濟發(fā)展后勁，加大產(chǎn)業(yè)結構調整。數(shù)字城市包含巨大的產(chǎn)業(yè)空間。毫無疑問，數(shù)字城市建設將促進和形成大批新興產(chǎn)業(yè)，特別是信息業(yè)，用信息化帶動工業(yè)化，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供了再次創(chuàng)業(yè)的空間，必將促進城市經(jīng)濟的全面發(fā)展。

三是企業(yè)信息化。企業(yè)是國民經(jīng)濟的細胞，企業(yè)信息化是國家信息化的基礎。3、城市管理的信息化

數(shù)字城市將全面提升城市管理和城市規(guī)劃水平，進一步改善城市的經(jīng)營環(huán)境。數(shù)字城市可以通過信息化手段提高城市管理水平，促進城市經(jīng)濟發(fā)展和社會進步。數(shù)字城市是城市空間信息的開發(fā)、使用和共享的需要，對城市的信息化進程產(chǎn)生極大的推動作用，在交通管理、人口管理、土地資源管理、社會治安管理、城市應急反應、社區(qū)建設等方面全面實現(xiàn)數(shù)字化、智能化，能夠快速準確地為市長決策提供支持。

數(shù)字城市是一種新的決策與管理系統(tǒng)，可以給城市決策者、規(guī)劃者、建設者提供直接有力的幫助，有利于提高政府決策的科學性、規(guī)范化和民主化水平，使城市規(guī)劃具有更高的效率，更具前瞻性、科學性。4、公眾服務的信息化

數(shù)字城市不僅是歷史發(fā)展的必然，也是解決城市病的有效良方，同時，它可以提高城市的綜合行政管理水平，強化城市的社會服務功能。以社會公共資源開發(fā)利用為核心，積極拓展信息技術在社會公共領域的應用，重點推進教育、旅游、社區(qū)、社會保障和醫(yī)療衛(wèi)生信息化進程，增強服務功能，提高服務水準。全面建設醫(yī)療、養(yǎng)老、失業(yè)、工傷、生育等保險信息系統(tǒng)和勞動力市場信息系統(tǒng)，逐步擴展到社會福利、社會救濟、優(yōu)撫安置等領域，成為一體化的全市社會保障體系，最終實現(xiàn)社會保障和社會公共服務一卡通。推進社區(qū)信息化以解決日常工作和生活問題為出發(fā)點，使社區(qū)信息服務成為人們生活中的一個必要組成部分。三、實現(xiàn)策略

1、協(xié)調管理

"數(shù)字城市"是一個龐大的系統(tǒng)工程，搞好組織協(xié)凋管理是實現(xiàn)"數(shù)字城市"的關鍵環(huán)節(jié)，組織協(xié)調管理的核心問題是網(wǎng)絡資源共享和數(shù)據(jù)資源共享，這也就是為什么美國政府在1993年和1994年需要克林頓總統(tǒng)簽署"信息基礎設施建設"和"空間數(shù)據(jù)基礎設施建設"的法令，其基本目的是有效地協(xié)調解決網(wǎng)絡資源共享和數(shù)

2、基礎先行

建立"數(shù)字城市"首先要搞好基礎設施建設，包括網(wǎng)絡建設和基礎空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，這兩項可以齊頭并進，因為基礎空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程是一個既費錢又費時的過程。要首先下大力氣盡快完成城市各種比例尺的空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，并建立數(shù)據(jù)更新的機制，保持數(shù)據(jù)的現(xiàn)時性和權威性。

3、企業(yè)行為

4、自我發(fā)展

四、關鍵技術體系結構

"數(shù)字城市"雖然不只含有一個系統(tǒng)，但從廣義上說仍屬于計算機及網(wǎng)絡所支持的系統(tǒng)群集。因而它具有計算機信息系統(tǒng)的基本特征，有比較嚴密的邏輯結構。

寬帶網(wǎng)絡

"數(shù)字城市"涉及到大量圖形、影像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大，目前的因特網(wǎng)難以勝任，必須使用寬帶網(wǎng)絡。城市寬帶網(wǎng)技術發(fā)展很快。建立"數(shù)字城市"首先要把網(wǎng)絡建設規(guī)劃和高效聯(lián)通的問題協(xié)調好，千萬不能造成相互割據(jù)的局面。

海量存貯

"數(shù)字城市"的數(shù)據(jù)存貯可能是采用多服務器，分布式管理，如何將它們有效連接和協(xié)調管理是"數(shù)字城市"建設的關鍵技術。

聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫

這里的邦聯(lián)數(shù)據(jù)庫除了包含分布式的概念以外，它還指異構數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)的多比例尺數(shù)據(jù)庫。"數(shù)字城市"中的數(shù)據(jù)一般包含五種類型：二維矢量圖形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、屬性表格數(shù)據(jù)、城市三維圖形與紋理數(shù)據(jù)。由于城市各部門的應用不同，它們可能還是多比例尺的和分布式的。數(shù)據(jù)共享與互操作

數(shù)據(jù)共享是"數(shù)字城市"建設需要解決的核心問題，除了政策和行政協(xié)調方面需要解決的問題外，技術上仍有大量的問題需要解決。數(shù)據(jù)共享最簡單的方法是通過數(shù)據(jù)轉換，不同的部門分別建立不同的系統(tǒng)，當要進行數(shù)據(jù)集成或綜合應用時，先將數(shù)據(jù)進行轉換，轉為本系統(tǒng)的內部數(shù)據(jù)格式再進行應用。可視化與虛擬現(xiàn)實

"數(shù)字城市"的基礎之一是地理空間數(shù)據(jù)，這就為空間數(shù)據(jù)的可視化提供了一個展示豐富多彩的現(xiàn)實世界的一個機會。"數(shù)字城市"的空間數(shù)據(jù)包括二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)。二維數(shù)據(jù)的可視化問題已基本解決，剩余的問題屬于藝術加工的范疇，三維數(shù)據(jù)的可視化或者說虛擬現(xiàn)實技術目前仍是一個難點。如何高效逼真地顯示我們的"數(shù)字城市"是我們需要盡快解決的一個問題。

超鏈接技術五、VR在數(shù)字城市建設中的應用1、虛擬現(xiàn)實在規(guī)劃領域的應用范圍

虛擬現(xiàn)實在規(guī)劃的輔助表現(xiàn)集成系統(tǒng)中的應用:景觀表現(xiàn)系統(tǒng)，交通規(guī)劃系統(tǒng)等;虛擬現(xiàn)實規(guī)劃和建筑設計可行性論證系統(tǒng)中的應用:利用虛擬技術對須控制的要素對項目建成前后進行描繪，從而發(fā)現(xiàn)設計中的不完善的部分，反復修改，再根據(jù)修改后的參數(shù)虛擬現(xiàn)實，直到在虛擬現(xiàn)實中達到預期效果，這樣就可減少甚至杜絕實際建成效果與設計意圖偏差很大的情況;

虛擬現(xiàn)實在規(guī)劃管理輔助決策系統(tǒng)中的應用:虛擬現(xiàn)實技術則可通過模擬仿真為規(guī)劃管理者決策提供有力、可靠依據(jù);2、虛擬現(xiàn)實技術在規(guī)劃領域中應用的迫切性

由于城市規(guī)劃的延續(xù)性和超前性要求較高，城市規(guī)劃一直是對全新的仿真技術需求最為迫切的領域之一。

虛擬技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用虛擬技術能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。3、虛擬現(xiàn)實技術在規(guī)劃領域中應用的意義

1、改善設計2、展示設計成果3、節(jié)省投資和運行費用4、驗證施工方案

4、虛擬現(xiàn)實的關鍵技術

(1)3D建模技術

在城市規(guī)劃設計中,為了實現(xiàn)基于Web的三維虛擬城市,必須建立大量相應的3D模型和2D紋理素材。常用的建模方法主要有:利用VRML語言編寫3D模型的常規(guī)方法;利用3DS等建模再輸出3D模型,可以利用原有的城市規(guī)劃結果轉換成VRML格式的3D模型,利用2D照片等信息進行3D模型重建,對人口、大氣環(huán)境、交通等社會問題采用相應的算法模型處理成3D模型等等。(2)真實感圖形的實時繪制技術

場景造型是構造虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的第一步,不同于傳統(tǒng)真實感圖形繪制算法,它追求的是圖形的真實感和高質量。鑒于目前軟硬件的繪制能力,我們往往需要通過一些算法,在真實和實時間尋求一種平衡,以滿足我們的需要。常用的包括光亮度計算、紋理映射技術和實時消隱技術等。(3)多細節(jié)層次模型生成和繪制

在城市規(guī)劃的應用中,場景通常由成百上千萬個多邊形組成,且存在大量可見的多邊形,這時就需要應用場景的層次細節(jié)模型(LOD,LevelofDetail)、表面的多分辨率紋理、mipmap映射等技術,以便對復雜場景進行快速繪制。(4)立體聲合成和立體顯示技術

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,如何消除聲音的方向與用戶頭部運動的相關性已成為聲學專家們研究的熱點。同時,雖然三維圖形生成和立體圖形生成技術已經(jīng)較為成熟,但復雜場景的實時顯示一直是計算機圖形學的重要研究內容。

(5)交互技術

交互性能的高低是衡量VR技術水平的重要標志。虛擬現(xiàn)實中的人機交互遠遠超出了鍵盤和鼠標的傳統(tǒng)模式,三維交互技術已經(jīng)成為計算機圖形學中的一個重要研究課題.特別是觸覺反饋,在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,產(chǎn)生身臨其境效果的關鍵因素之一是讓用戶能夠直接操作虛擬物體并感覺到虛擬物體的反作用力,然而研究力學反饋裝置是相當困難的,如何解決現(xiàn)有高精度裝置的高成本和大重量是一個需要進一步研究的問題。此外,語音識別與語音輸入也是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一種重要人機交互手段。六、“數(shù)字城市”意義

“數(shù)字城市”（digital

city）是一個概念，它是“數(shù)字地球”的一個組成部分，可以看作是一個系統(tǒng)工程或發(fā)展戰(zhàn)略，但不能看作是一個項目或一個系統(tǒng)。它可能包括了很多系統(tǒng)，但是要對它下一個確切的定義是很難的，也難以界定哪些是屬于數(shù)字城市的內容，到了什么樣的信息化水平可以看作是實現(xiàn)了數(shù)字城市。但它并不是一個虛擬的東西，也不是一個可望而不可及的東西，它是一個在未來城市建設和城市生活中隨處可見，隨時可用，無處不在的“系統(tǒng)”。

數(shù)字城市、信息城市或智能城市是指將城市的部分或大部分的基礎設施、功能設施進行數(shù)字化，建立數(shù)據(jù)庫，并用計算機高速通信網(wǎng)絡相連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理和調控，并且是高度自動化智能化的技術系統(tǒng)。

通過信息化，城市能夠充分和高效地利用信息，使信息快速