数字城市建设理论方案与地理空间框架建设实例.doc

职业技术学院毕业论文（设计）数字城市建设理论方案与地理空间框架建设实例学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 专 业： 工程测量技术 系（部）： 测绘工程学院 年5月19日学生毕业设计指导教师意见表设计题目指导教师意见： 是否同意参加答辩： 同意（ ） 不同意（ ） 指导教师签名： 数字城市建设理论方案与地理空间框架建设实例摘 要：数字城市是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务。数字城市能实现对城市信息的综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展。由于人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关，因此数字城市是构筑和运行在空间信息平台的基础上。某种意义上说，空间信息平台是数字城市建设过程中的基础设施建设，数字城市的各种高端应用都需要通过空间信息平台实现，并受空间信息平台的建设情况制约，空间信息平台与数字城市的关系就如同道路、桥梁与实体城市的关系。关键词：体系结构 宽带网络 海量存贮 联邦数据库 数据共享与互操作 可视化与虚拟现实 超链接技术目 录第1章 概述41.1 数字城市介绍41.2 数字城市的宗旨61.3数字城市的价值71.3.1一般性城市目标71.1.1 数字城市的技术价值8第2章 数字城市设计102.1概述102.2数字城市架构112.3数字化交通122.4数字化公用事业152.5水资源管理数字化172.6数字化建筑172.7数字化城市安防系统202.8数字化城市指挥中心21第3章 数字城市建设的意义23第4章 数字城市的项目实例254.1 实例项目来源254.2项目内容254.3项目引用文件264.4主要技术指标和规格274.5技术路线28第5章 项目基础地理信息数据采集295.1基础控制网建设295.1.1 基本技术指标295.1.2 D级GPS首级控制网建设295.1.3 一、二级城市加密控制网建设295.1.6控制成果输出305.2 1:500、1:1000地形图测绘及修测30第6章 数据库建设336.1控制点数据336.2 数据分层要求336.3 数据格式346.4 数据处理要求34第7章 应用示范建设37参考文献38 致谢 附录第1章 概述1.1 数字城市介绍城市正面临众多挑战，这些挑战威胁着城市的长期可持续性。这些挑战可能影响城市的经济、商业和居民，涵盖诸如交通、水资源、能源、通信在内的核心基础设施。城市必须全面解决这些挑战，才能建设并维护一个可持续的城市环境。该设计方案关注了解了现今城市所面临的一些问题。在本文件中，我们对城市和数字城市定义如下：城市城市也叫城市聚落，是以非农业产业和非农业人口集聚形成的较大居民点。人口较稠密的地区称为城市，一般包括了住宅区、工业区和商业区并且具备行政管辖功能。城市的行政管辖功能可能涉及较其本身更广泛的区域，其中有居民区、街道、医院、学校、公共绿地、写字楼、商业卖场、广场、公园，交通等先进的系统。这种近距离关系极大促进了人与商业之间的互动，使参与其中的双方获益。城市 (chng sh)是城与市的组合词。城主要是为了防卫，并且用城墙等围起来的地域。管子度地说内为之城，内为之阔。市则是指进行交易的场所，日中为市。这两者都是城市最原始的形态，严格地说，都不是真正意义上的城市。一个区域作为城市必须有质的规范性。城市是指一起生活工作的个体集合，他们相信集体联合的产出大于个人产出的简单相加。数字城市“数字城市”（英文：digitalcity）以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。同时数字城市属于城市的一种，可以平衡社会、商业和环境需求，同时优化可用资源。本方案阐述的城市使命就是要提供各种流程、系统和产品，促进城市发展和可持续性，为其居民、经济以及城市赖以生存的生态大环境带来利益。通过应用信息技术（IT）规划、设计、建造和运营城市基础设施，改善生活质量和经济福利，该项目正是通过这个方面对数字城市进行定义。下表指出了建设数字城市的关键城市组件及其结果。建设数字城市须整合全部关键组件结果信息技术数字城市需要利用更透彻的感应和度量、更全面的互联互通和更深入的智能洞察，发展城市基础设施，为城市范围内的活动和事件提供协调优化的响应及意识。1、提高效率；2、降低资源消耗城市政府借助更透彻的感应和度量能够获取大量数据、借助更全面的互联互通能够增强城市、自然、人类和产业系统之间的透明度，而更深入的智能洞察则可以揭示其中的深刻内涵，城市通过利用这些因素能够发展、描绘、执行、监督和完善其政策。1、更好的服务；2、更好的政策居民结果会使居民和本地产业从这个生活工作的空间获益，开展自适应、协作性、高效性、个性化、安全性、支持性且可持续的商业活动。人们更幸福基础设施城市可以更好地监督资源的分配和使用，如水电、排污、燃气、道路及公共交通，资源利用更加高效，同时允许制定更多明智的基础设施投资决策。城市更环保图一：数字城市使用的技术整合从数字城市使用技术整合中可以看出，城市各个领域都需要内部优化。这些领域需要在城市层面上互联并优化，实现城市目标。这里我们将从三种基于技术帮助城市实现此目标：1、更透彻的感应和度量：必须通过第三方或城市本身拥有的现有或新型基础设施，了解城市活动。2、更全面的互联互通：受监督活动之间构建一定程度的联系，树立全局观点。3、更深入的智能洞察：从原始数据入手，将其转化为信息，再经分析，创造洞察能力，实现智慧的决策。1.2 数字城市的宗旨数字城市远不只是高度集成的技术集合。城市要进化，就必须利用并优化其经济能力、实物资产、文化、政治意愿、科技以及商业环境。在传统意义上，城市由各司其职的独立部门建立并管理。要成为数字城市，必须从根本上改变这个观念。必须将城市视为由多个互联互通的子系统构成的单一体系，而非各个独立的领域。该文件旨在通过运用技术，优化这些独立领域，将他们实时互联，保证重大的城市活动可以通过全局方式得到管理。从技术观点来看，数字城市有以下主要领域： 水资源数字化 能源数字化 公共安全数字化 废物处理数字化 建筑数字化 交通数字化不管在传统上还是政治上，这些都是独立的领域，有各自的运作目标，如传统城市运作方式所示。图二：传统城市的运作模式数字城市方法就是优化这些领域，并将信息汇集到城市指挥中心，如图三所示。图三：数字城市运作模式注：CCC为城市指挥中心1.3数字城市的价值1.3.1一般性城市目标为保证城市繁荣和持续发展，必须实现下表中的九个社会、经济和环境目标。这些目标并非各自为政，市长和机构官员们在设置长期、短期城市目标的过程中，经常需要同时应付多重问题。这些目标更多的是定义了城市未来，使其更具可持续性，吸引最佳的人力资本和产业，并在日益全球整合的社区中更具竞争力。城市目标描述展望并建设更加美好的城市为城市设计长期规划，形成城市战略眼光，满足后代发展需求吸引、支持和维系动态人口积极争取人才，成为理想的安居之所，预见并满足人口迁徙，提供经济商机为经济繁荣创造有利条件有效争取投资，为商业创造良好的环境；追求广泛、多产和可持续的发展。确保出入权和移动性保证自由进入城市，方便市内活动；积极管理交通拥堵（如道路、航空、行人和自行车等）保护环境以可持续的方式运作城市；能源生产无污染、使用高效且定价合理；杜绝环境污染关爱居民确保长期及暂住居民、旅游观光者的安全；提供文化商机改善市政服务的质量和效率根据指标提高市政服务业绩与可靠程度；简化并整合获得服务的途径维护基础设施的稳定物质基础设施安全、可靠，不超负荷；城市在经历灾难之后可以迅速恢复追求善治各方参与、一致性导向、负责制、透明性、回应迅速、效力与效率、公平和包容性2；城市财政稳定1.1.1 数字城市的技术价值城市目标数字城市的技术价值展望并建设更加美好的城市1、优化公司、行业和地方政府IT基础设施方面的既定领袖2、运用独特的文档化方式，将政府视为集功能、服务和人力为一体的组合，互联互通吸引、支持和维系动态人口1、拥有在城市组件内部及个体之间构建城市模型并整合进程的工具和能力，将政府视为集功能、服务和人力为一体的组合，互联互通2、灵活利用城市组件，打造动态IT基础设施，创下成功的记录为经济繁荣创造有利条件1、信息战略及情报系统及时汇集数据，使系统对变化的经济环境做出快速反应2、先进的建模分析技术将异构数据变为可以操作的信息和洞察确保出入权和移动性1、技能、框架及技术测量运输系统从多种渠道搜集实时信息，改善绩效2、实现无缝交流与协作，全面利用技术创新，发挥整个价值链的集体智慧，从市民到供应商，覆盖所有利益相关者保护环境1、传感器、可视化及强大的数据分析带来富有意义的洞察力、更高的绩效、质量、可靠性、灵活性及能源效率2、引领基础设施优化，通过成本效益和动态/互动基础设施，提高能源节约，减少对环境的影响关爱居民1、广泛的集成产品，管理城市资产及IT基础设施的相关信息2、引领基础设施优化，改善业务及IT运营效率3、可优化改善医疗保健并降低医疗保健基础设施成本的信息系统和解决方案改善市政服务的质量和效率1、拥有对城市组件、服务、信息、政策进行识别、优先级排序及合理化的能力和工具2、以市民为中心的成熟服务管理平台，使服务交付满足市民需求3、拥有整合实物及数字基础设施的能力，能够对不断变化的需求（居民、本地企业等）作出快速回应维护基础设施的稳定1、在数字化电网、用水管理、数字化交通和数字化建筑方面拥有经过实践检验的解决方案2、各类商业情报、实时功能、预测分析、信息集成和系统互联方面能力强大3、借助实时传感器和详细的数据分析，能够更加有效地管理基础设施追求善治1、使城市超越选民的传统/历史看法，以动态、稳定的方式联系人们，共同协作创新2、使用社交网络技术，释放参与的力量第2章 数字城市设计2.1概述该方案对于数字城市解决方案的架构方式如图四所示。图四：数字城市设计架构 更透彻的感应和度量基于传感器的系统将我们的可视性扩展到现实世界的交通、公用事业、水资源和建筑，提供以前无法获得或收集成本异常昂贵的全新实时数据源。 更全面的互联互通事件处理软件从传感器输入的原始数据流提取业务相关事件，与此同时，集成中间件将这些事件置于所需的业务背景之下，实现对现实世界运行系统实际行为的全新洞察。事件也可以来自专门的输入渠道，这一点在在数字化城市安防系统一节中有所论述。 更深入的智能洞察可视化配合业务规则及分析的运用，可以优化这些运作系统。不管是改善交通流量，最大化使用水电公用事业，还是在这些基础城市进程中实现创新，都能用到。架构层功能描述：1、更透彻的感应和度量数据捕获与控制 整合广泛覆盖的传感器 智能移动数据 执行本地命令 运行分布式操作逻辑管理分布式设备基础设施 发现设备及传感器 远程配置 监控 安全2、更全面的互联互通事件处理和服务 复杂事件处理 流处理 各种服务，包括数据汇总、地理信息、识别与关联、条件、命令与权限、持久性数据建模与集成 特定领域信息集成 可互操作的信息框架 整合遗留数据 联合数据管理过程整合 扩展遗留系统，实现全新业务流程 监控业务流程 向人们提供信息3、更深入的智能洞察分析 特定领域分析应用 数学模型运用 绩效仪表板及关键绩效指标（KPI）业务优化 建立业务流程优化模型 应用数学优化技术 优化资产使用及业务流程 改善操作逻辑和业务规则业务流程服务 事件驱动的SOA过程 感知并应对动态变化 企业应用程序集成 与城市战略保持一致2.2数字城市架构数字城市解决方案架构由三个层面组成。1、更透彻的感应和度量层面可以与传感器直接交互，例如用SmartBay测量水质，或通过数字电网解决方案中的数据采集与监控系统（SCADA）等现有的行业系统，与传感器间接交互。2、更全面的互联互通层面通常根据接近实时的处理约束添加事件服务，这些服务将传感器输入与业务相关事件一一对应。此类事件可以是检测不符合规定的水质测量方式，也可以是对公用设施网络进行故障定位。3、更深入的智能洞察层面在更广范围内处理业务相关事件，它通过基于SOA的模型与多个遗留应用程序及资产管理系统进行交互。该层面通常还包括面向人员的各种功能，通过可视化、仪表板与工作流程编排来实现。图五：数字城市软件架构图六：数字城市应用软件架构2.3数字化交通有效且高效的交通体系对于一个城市的感知度、可用性及经济发展而言至关重要。城市交通体系在城市的旅行体验和环境影响方面，对城市生活的成本和质量起到重大作用。特别是在城市环境下，修建全新的交通基础设施是一个成本高昂且干扰民众正常生活的长期过程。新的交通基础设施会影响旅行习惯，促使个人优化出行，引发需求和使用的转移，导致产生新的瓶颈和拥挤区域。单纯建造基础设施并不是适当之举，不能在市内实现快速安全、划算可用的通行。新基础设施确实需要，但必须应用明智的交通管理和使用方式，才能最好地利用现有和将来的输送能力。必须将市内不同的交通模式及相关设施作为一个全局交通网络来处理，并将其与指挥中心相连接。这样旨在使每个交通资源的能力实现最大化，将负荷分配到不同的交通模式，实现居民自由移动，避免对任何一种交通模式造成无法接受的使用和拥堵程度，而与此同时，其他模式却使用率不足。解决城市交通问题在本质上有两方面；搜集、分析和利用有关城市交通网络如何运作的信息，以及利用各种“杠杆”控制交通体系并影响旅客行为。图七：数字交通架构数字化交通遵循的架构模式与数字城市的其他领域相同。正如图七所示，其架构由三个层面组成：传感器、操作和企业。在传感器层，与各个离散的交通功能相关联的传感器（及促动器）被集成起来，用于收集信息，处理源自特定功能的事件。交通功能将包含交通管制、自动化停车场、公共汽车、有轨电车、地铁和数字监控等。如图六所示，在数字城市的数字交通的应用中，来自传感器的数据在传感器层进行适当利用，并可以在分配至操作层之前用多种方式对其进行处理，例如聚集、关联、融合或充实等。操作层包含与特定交通能力的运作和监督相关联的那些功能：提供公共汽车服务、管理停车场和管制交通等。操作层（见图六）之上是企业层。企业层汇集了与提供和管理交通服务相关的状态、业务流程、历史数据、分析、预报以及其他工具。企业层内可能存在多个“子层”，通过交通方式（如公共汽车、火车、有轨电车、地铁、自行车或步行）或功能（如停车管理和交通管制）反映组织职责。 这些“子层”组合在一起，提供整个城市交通服务的全局视角，然后在适当情况下，呈现给公共服务部门员工、商业交通合作伙伴以及广大旅客。整合并利用交通信息在许多城市，不同交通体系的信息按交通方式、管理职责区域和地域界线而分开单独显示。对现有及新数据资源进行整合并绘制涵盖整个交通网络的通用运营图是数字化交通的基础。可以应用系统软件，利用从交通网络中收集的信息来预测交通流量和运输量、计算行程时间及具体站点的公共汽车到站时间。并将分析结果通过手机、共用信息站、短信服务及其他工具向旅行者提供正确可信的信息形式上是一种授权，既可增加他们的满意度，也能够鼓励他们为实现个人旅行目的做出正确决策。扩充基本的旅行规划服务使旅行者可以登记一整天的旅程，这为城市交通当局创造了实时散布更新信息及建议的机会。例如，如果交通堵塞中断某公交线路，可向旅行者发送信息，建议其考虑其他替代服务重新规划旅程。这种建议可以基于旅行者的预计位置或实际所在位置（如果旅行者注册了支持GPS功能的设备）。这种方法为城市交通当局影响旅行者行为创造了机会，可以根据需求在可用的交通能力范围内更好地分配旅行者。同时还可以间接散布信息，例如在公交站点发布公共汽车实时到达时间，利用各种路边标志提供堵车警告或预计行程时间。整合、利用并散布城市交通网络运行状况及数字化交通功能，例如整合的交通控制系统、公共汽车或有轨电车的车载智能设备、公共运输的动态调度及智能停车等，为最大程度发挥当前城市交通基础设施的潜能提供了平台。电子道路收费及综合收费管理等其他功能也可以加入到此解决方案中。电子道路收费电子道路收费（ERP）通过在一天中使用部分或全部城市道路网络，尤其是在具体时间或时间段，对过往车辆进行收费。道路使用收费旨在实现以下两个目的： 改变在经济上对私人和公共交通的平等对待，向公共交通倾斜 作为额外收入来源，为城市交通网络改善提供资金最常见的电子道路收费为道路通行费，驾驶员因使用某具体道路设施而支付费用，例如高速公路或桥梁。这个趋势正向自由出入道路通行费发展，这样会自动检测车辆，并通过车载设备或使用视频技术识别车牌来辨别车辆。收费标准可根据一天内的具体时间或该具体资源的使用水平而定。综合收费管理自动售检票系统（AFC）使旅行者无需现金购票，用提前充值的智能卡即可取代现金的使用。更精密的系统则将智能卡与信用卡或银行账户相关联，当余额减少到某限定额度时自动按照设定金额为智能卡充值。此类系统也为运输经营者带来好处，他们无需再处理现金交易，也有效地避免了员工欺诈行为的发生。我们可能需要提高收入保障活动的水平，确保旅行者每次旅行都能切实使用智能卡。AFC为个别运输方式提供了方便，而综合收费管理（IFM）方式则有可能为旅行者和城市交通当局均带来益处。有了IFM，普通AFC系统可广泛应用于市内多种交通方式：公共汽车、有轨电车、地铁、火车，甚至ERP和停车场。这个解决方案使旅行者能够在市内各种交通方式中使用单一支付方式，通过至少避免了交通工具换乘中的一个障碍提供了灵活性，如综合收费管理解决方案所示。图八：综合收费架构2.4数字化公用事业电力系统电网是最后实现自动化的一项重要基础设施。尽管基础电网的电磁技术原理并没有改变，但对电网可观测性和控制的需求却发生了变化。该方案，从电厂到消费者的角度探讨当前电网的主要组件，包括发电、输送和分配。数字电网产生的原因： 数字时代的人们对可靠且优质电能的依赖性日益增加。电压的存在仅仅是基本的电能质量，然而，在一切实现数字化的时代，谐波含量、瞬间故障、电压和频率的稳定性则成为更成熟且日益重要的电能质量评估标准。 可再生能源的整合需要更好的电网控制能力，特别是在能源分配后。电网是为实现集中可靠发电和电力的广泛分布而产生的。现在，我们在分布和输送点引进了风力和太阳能。分布式发电和供应的短暂性需要改善电网的管理。 消费者积极介入电力能有效避免建立新发电厂，进而为气候变化作贡献。为满足一年200小时的最高需求，公用事业部门建立了新电厂。能够察觉电力短缺并缩减可选负载（即使有此类动机）的做法可有效减少对新发电力的需求。数据来源数十年来存储在公用事业中的操作数据既包括即时数据，又包括归档数据；既涵盖了静态数据，也涵盖了动态数据。现场技术人员对过去的系统故障不断进行根本原因分析，才生成了如此丰富的信息。高级计量架构（又称智能电表）实施细粒度的配电传感器网络，它不断给通信聚合系统提供数据。这些数据来源经过架构，可以为数字化电网组件的实时信息改善、支持和提供背景信息。数据模型获取数据之后，为了以标准格式保持它们的价值，通常会把它们存储面向XML的数据库中。现代的数据库实施已经大幅改善了数据的性能。在一些情况下，所采用的数据模型往往比数据的技术实施更为重要。设计严密的数据模型不但更易于进行数据交换和调整遗留程序，还有助于数据的安全性应用和性能需求。通常情况下，数据模型的存在与否是公用事业项目中完整监管体系的有效指标，这是因为它能通过多个应用程序促进数据的利用，并能提升未来的投资回报率。通信数字电网中最常需要解决的问题之一就是广域通信系统的设计。公用事业资产遍布全国。数据通信架构往往会影响数据速率、配电智能成本和安全漏洞的识别。目前尚不存在一项通信技术能够适用于所有的公用事业，也没有一项通信技术能够适用某公用事业的所有操作领域。本方案设计的数字化电网架构侧重数据的安全性和标准的接口，它能兼容新技术，允许远程配置设备，进而减少了数字化电网安装后的二次接触，它还支持面向未来的协议。公用事业部门绝不希望在部署单一的AMI网络五年之后就又要重建通信网络。通信架构同样还考虑到了电力故障的问题，由于数字化电网必须随时保持感应能力，即使其部分网络断电也是如此，因此需要准备后备电池，需要建立太阳能充电和其他电能供应设备。安全性毫无疑问，数字化电网的目的是提高网络的可靠性，而不是降低其安全性。根据有关标准，安全性已经跃升为数字化电网建设中的首要考虑事项。数字化电网架构的第一阶段就要解决安全性问题。与其他数据中心的安全性工作不同，现场部署的安全性面临着新的形式和挑战。首先要考虑变电站的安全性，要明确谁能在哪些时间在控制楼内访问哪些网络。与此同时，要处理好专用AMI系统中电表数据的安全性，要保证只有授权的应用程序和人员才能访问该信息。同时，只要数字化电网一搭建完成，安全前景也会随着黑客的变化不断演变，服务也会起到重要的作用。正确的架构能够处理动态的、可信赖的虚拟安全域，它不但包括入侵防护系统，还包括异常检测系统。如果黑客能在数据中携带病毒（如利用音频播放器的漏洞植入畸形的视频图像），那么在讨论数字化电网数据时就要考虑到类似的安全问题。分析虽然数字化电网能产生出更多的信息，大部分的公用事业却不会额外派工程师来解释数据。因此，面对海量的新电网观测数据，数据分析能够支持数据的处理、解释和建立数据间的相互关联。部分的分析由已有的程序完成，这时数据模型和整合会发挥关键作用。而另外一部分数据分析则需要借助新的应用程序和工程师。工程师们会使用工作台在自助服务模型中创建定制的分析仪表板。大部分的公用事业中都会有许多电力系统工程师在后台借助电子表格工作。数字化电网就是要让所有相关人员能够获得数据，能够使用现代工具对它们进行分析，保护电网的正常运作。为了通过及时有效的服务支持运作状况分析，分析工作需要一个专用的数据总线，而不是通过企业服务总线（ESB）或企业SOA总线。这是因为电网中的情况瞬息万变，只有及时的分析才是最相关的分析。建立一个两层或三层（如果考虑到变电站的话）的总线是一种架构方法，这样便能按照速度分流数据，同时又能维护数据的相互关联性，支持整体运作。整合数据经过感知、安全通信、建模和分析之后，所得到的结果需要被应用到业务优化中来。数字化电网在整个公用事业内部进行智能传播，绝不是说要替换现有的一切，而是要使一切都可提供相关信息。数字化公用事业设计架构参见图六：数字城市应用软件架构。2.5水资源管理数字化水是地球上生命最重要的元素之一。水元素在我们的环境中储量丰富，但却是最容易被污染的资源，正因为如此，水资源管理的数字化将是我们数字城市建设的重要组成部分。图九：水资源管理架构图2.6数字化建筑不管是商品楼还是居民楼，肯定都不只是一个住所那么简单。也许您觉得高耸入云的大楼代表着社会的进步，也许您在家里有专门的寓所供娱乐休闲，但不管怎么说，这些建筑都有两个共同点： 它们是温室气体排放最多的一员 它们也是能源使用效率最低的一员建筑系统整合数字化建筑中需要整合的系统中列出了为了优化整个建筑或建筑群而需要整合的各个系统。当前，这些系统大都是在独立运作。图十：数字化建筑需要整合的系统数字化建筑中需要整合的系统：1、建筑内部的各种传统的系统。它们与建筑物息息相关。供暖和空调系统使住户更加舒适，安全和防火系统可以确保大家的安全。总之，这些都对建筑物都至关重要。但问题是这些系统都在独立地运作。就个体而言它们也许都运作良好，但如若能与其他系统合作效率应当可以更高。实现系统优化的前提是必须先收集各种传感器数据，以便可以更规范和合理地做出决策。2、建筑外部的系统。它们可以提供各种重要的信息，能帮助前瞻性及应对性地优化有关建筑的各项运作和措施。公用事业连接包括了某些数字化的公用事业功能。如果充分加以考虑，可以大大地提高住户舒适度，也能降低能耗。3、管理和服务系统，它们可以大大提高建筑物管理者及用户的效率。它们可以优化功能提高客户的满意度，进而提高利润率。收集到的传感器数据可以供收费时参考，也可方便规划，进而决定建筑的哪些地方需要完善和改进。此外，这些系统还有报告功能，可用来提高建筑物管理效率，并加强合规性验证。图十一：数字化建筑构建组件数字化建筑构建组件功能图显示了构成解决方案的六个重要部分。它们分别是：1、外部通过借助多种外部因素可以提高建筑物的效率、耐用性和舒适度。这些可以是电路信号，也可以是网络连接。它们提供的数据可用来提高效率或请求采取行动，如帮助电力系统降低峰值负荷。它们也可以提供各种公共信息，如交通报告或突发事件警报。外部输出也可以向外部系统或服务提供信息或服务请求。2、软件集服务一些服务是由软件集提供的，供软件集的其他组件使用。这些服务包括安全服务、通信服务和数据服务。将这些服务集合到一起可以使解决方案的开发及运营管理变得容易很多。数据服务将包括存储、备份和同步服务等。3、物理层物理层将传感器与收集数据的系统连接起来，同时通过它可以访问建筑物内的控制机制。任何数据规范化都会在这一层产生。这一领域具有广泛的标准，但由于当前没有标准来管理所有必需的访问点，协议转换也会在此进行。收集到的指标数据会被存储在一个数据存储库中，供其他级别使用，以进行显示、分析和历史存储。3、操作层操作层主要负责数据分析、监控及行动计划实施，以推动每日顺利完成操作任务，并进行预防性的维护。数据的相互关联使得建筑物运作效率提高，也使各项预防性的操作更加具有针对性。4、功能服务层这一层主要提供各项具体的用户服务。这些服务跨度很大，包括简单的请求维修到复杂的空间管理服务。策略定义工具及流程自动化也在该层提供。5、显示层显示分多种形式，从实时仪表板到长期的报告。将面向状况和任务的仪表板以计量表、图表和表格数据等形式提供给用户。同时还可以通过专门的覆盖图显示数据，使用户可以很快地确定趋势和模式。这些数据还将生成报告。这些报告可以是简单的状态或使用情况报告，也可以是用于合规性的环境报告。2.7数字化城市安防系统建立公共安全意识，这里我们不仅是指平安城市、电子警察等城市安防系统的建设，在数字城市建设中，城市中建立的任何一种有关社会、社区、建筑、人员安全的应用产品和系统都被看作是建立数字化城市安防系统的传感器，该系统通过这些传感器收集前端信息，并在中心机房实时实施分析、处理做出明智的应对举措。它支持迅速构建运作概念原型，这样危机管理人员就能很快地设计、部署并修改协调的区域应对方案：1、各个机构可以创建并修改各自的计划及流程2、将多种协议聚集到一个协调的区域应对方案咨询处3、在整个命令链内沟通、聊天并发送即时消息（IM）4、简化对安全访问准确信息的管理5、根据需要增加部署协调的应对方案6、连接复杂的组织层级数据整合该方案设计需要通过各种前端设备对城市安全信息记录并整合到数字化城市安防系统中。并经过该系统做出计算式判断为操作员提供决断依据。图十二：数字化城市安防系统的单一视图2.8数字化城市指挥中心借助城市指挥中心可以很方便地将城市作为单一系统来查看和管理。城市指挥中心通过网关与底层的操作及信息系统交互，网关主要负责将城市各区域的角色及职责分开来。城市指挥中心的目标是为城市管理者提供实时及历史视图，以便他们可以优化城市层面的各种操作。可视化城市指挥中心提供了易于使用且基于Web的一站式服务门户网站，可方便地了解城市的信息、发生的事件及整体情况。对于市民及城市管理人员来说，这种界面使用户可以用常见的各种格式（如饼状图或条形图）来查看自己感兴趣的城市相关信息。有专门的机构负责监控这种信息的访问权，防止有人未经授权就访问这些信息，同时轻松管理各种授权。信息服务传送到城市指挥中心的信息会被城市管理者们收集和集中管理，方便他们进行分析和实时监控。由于大量数据来自各种运作系统，因此首先会根据标准的参考语义模型进行规范化操作，这样可以很好地了解城市资产的情况及资产间的相互关系。这样无需进行大量的信息转化便能很好地分析情况并对事件作出响应。一旦城市指挥中心收集了数据，信息就会被用来制作临时报告，这包括评估是否符合城市、国家或国际法律标准的报告。数据整合这种解决方案提供了一个调解层，可方便解决方案和其他底层运作系统之间的信息交换。这种整合层支持使用各种开放标准以各种本机格式进行双向的信息通信。通过借助行业标准工具来将本机资源转换成参考语义模型，而底层的运作系统则无需改变。图十三：指挥中心整合原理图图十四：事件处理流程图第3章 数字城市建设的意义不管城市处于发展的哪个阶段，所有的城市在可持续发展方面都面临诸多挑战。历史悠久的城市在努力改造自己的基础设施，新城市在大力发展核心管理系统，但它们都必须确保其商业系统、居民及游客的生存能力。由此，各个城市都必须着重发展两个关键的可推动基础设施发展的因素：1、环境管理及合规性不管是受国际标准的影响还是为确保各自经济的短期和长期发展，世界各地的城市都必须确保能够很好地控制会直接影响到环境及生态系统正常运作的各个因素。实现对影响城市生态系统的各个环境因素的管理和监控，是保护商业、居民及游客的一个很好的方法。而且，通过实现数字化环境管理及合规性还能推动经济的发展。2、应急计划、响应及控制城市的管理者可能已经做了很好的规划，可时不时还是会有很多突发事件影响到城市的日常运作。在这种情况下，混乱事件（不论是人为的还是自然事件）都会影响到城市的经济发展，甚至声誉。要想尽可能降低这些突发事件的影响，城市管理者们必须提前规划，时刻准备好应对这些事件。如果能够实施一个有效的突发事件管理流程，各个城市的政府就能通过数字化的应急规划、响应及控制来保证其民众的安全和经济发展的活力。下面我们从这两个方面探讨为什么城市的数字化建设意义重大？一、它能从各个方面实现环境管理及合规性实现对影响城市生态系统的各个环境因素的管理和监控，是保护商业、居民及游客的一个很好的方法。而且，通过实现数字化环境管理及合规性还能推动经济的发展。1、气体排放管理气体排放管理和报告系统会计算并报告各处排放源的空气质量，以求能不断改善对空气污染的监控和报告，不断改善质量和合规性。2、废物管理有毒废物管理可以帮助将废物分类、监控其流向、跟踪装有有毒废物的集装箱、生成废物清单和报告，提高城市的环境管理水平，不断改善质量和合规性。3、水资源管理通过水资源管理可使维持水/废水排放水平变得容易很多，也可不断提高水质，提高城市的环境管理水平，不断改善质量和合规性。4、制冷管理从各家各户到公共场合，制冷系统（空调）的使用越来越多，这进一步加深了温室气体问题和废物处置问题带来的困扰。正因为如此，跟踪购买、使用、泄露、维修、测试和处置等信息就变得至关重要。5、合规性管理跟踪各种环境方面的要求、规章、许可、政策及全球标准，使各城市能够更好地在降低环境风险和开销的同时更便于管理、跟踪和报告关键职责。6、绩效管理收集、跟踪并报告关键业绩指标，以加强合规性、降低风险和开支、转变各种项目，使城市管理者能够更好地管理环境状况。7、有毒物质管理监控化学物质及有毒的物质，以便各城市能更好地管理这些物质，开展产品责任计划，跟踪并共享物质信息，进而降低此方面的开支及所需的时间。二、能处理应急计划、响应及控制通过实施一个有效的应急管理流程，市政府不仅能够保护其居民安全，也能通过计划、响应和控制推动经济发展。应急管理是指命令和控制管理，即针对任何类型的突发事件（如化学品意外泄露、海啸、台风、地震、洪水和恐怖袭击）制订计划并作出快速响应。此外，还包括事件记录、资产管理、人员管理、任务管理、自动制订应急计划及标准的操作过程。它包括：1、技术基础设施及应用程序架构这一部分主要囊括了环境管理和应急计划、响应及控制解决方案所需的技术基础设施和应用程序架构。2、技术基础设施架构环境管理和应急计划、响应及控制解决方案所需的技术基础设施从较高级别列出了有效环境管理和应急计划、响应及控制解决方案所需的技术基础设施。图十五：数字城市应急计划、响应及控制的技术基础设施3、应用程序架构环境管理和应急计划、响应及控制解决方案所需的应用程序架构 从较高级别列出了环境管理和应急计划、响应及控制解决方案所需的应用程序架构。图十六：数字城市应急计划、响应及控制的应用程序架构第4章 数字城市的项目实例4.1 实例项目来源数字郸城地理空间框架建设项目是在郸城县政府大力支持下，由郸城县国土资源局和郸城县财政局申报，通过河南省测绘地理信息局和河南省财政厅组织的评审并经上报国家测绘地理信息局同意，列入2014年度边远地区、少数民族地区基础测绘专项资金支持项目。项目以经济建设和社会发展需求为主题，以提高地理信息服务品质为动力，紧密结合郸城县地方特点，立足郸城县既有数据、软件、硬件和网络基础，依照国家、行业的相关标准、规范与指导性技术文件，开展包括地理空间框架的基础地理信息、地理信息公共平台、应用示范工程、应用支撑环境以及政策机制等建设工作，构建数字郸城基础地理空间框架，