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数字城市概论 摘要数字城市是以计算机技术、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。本文简单介绍数字城市的一些基本概念和理论。关键词：数字城市，概论1. 基本概念定位数字城市仍是一个概念，它是数字地球的一个组成部分，可以看作是一个系统工程或发展战略，但不能看作是一个项目或一个系统。它可能包括了很多系统，但是要对它下一个确切的定义是很难的，也难以界定哪些是属于数字城市的内容，到了什么样的信息化水平可以看作是实现了数字城市。但它并不是一个虚拟的东西，也不是一个可望而不可及的东西，它是一个在未来城市建设和城市生活中随处可见，随时可用，无处不在的系统。数字城市是一个城市发展的战略目标，并有一个逐渐发展的过程，而且在发展过程中将会对城市建设、市民生活、经济发展逐渐带来效益和方便。 目标很难为数字城市的目标下个确切的定义，或许可以说数字城市建成之时，就是我们通常说的城市社会信息化实现之时。其战略目标是实现城市各种数据的整合，使之便于共享和容易使用，使我们的政府管理部门、企业、社区和个人都能方便有效地进行网上办公、网上查找信息、网上学习、网上工作、网上休闲 基础数字城市的基础主要有三项。第一项是信息基础设施，要有高速宽带网络和支撑的计算机服务系统和网络交换系统。也就是说数字城市的第一项任务是解决修路的问题。但是光有路不行，还必须有第二项基础-数据，特别是空间数据。据统计人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关，数字地球的基本概念也是定义在地球空间框架上集成和展示各种数据，数字地图和数字影像是数字城市的基础框架。为什么我们要叫数字城市，而不叫网络城市？网络城市只能说明铺设了多少光缆，而不能衡量城市的信息化水平。衡量数字城市的指标，除宽带网里程以外，另一个重要指标是数据量的大小，特别是各类基础空间数据的数据量。数字城市第三项基础是人，管理数字城市和使用数字城市的人。与管理我们的现实城市相对应，管理数字城市要逐渐建立起相应的机构和规范，要不断对网络系统和数据进行建设、更新、维护和升级，并协调用户的访问。除管理数字城市的人以外，培养使用数字城市的人也是一项重要的基础工作。只是建了数字城市而没有人用，是一种浪费，也产生不了社会经济效益。只有成千上万的企业，成百万、上千万的市民应用数字城市才可以产生巨大的社会经济效益，促进国民经济的快速发展。前几年，世界经济的快速发展，得益于IT产业的硬软件技术，今后国民经济的一个重要增长点，将有赖于信息服务业。 关键环节我们的许多城市已经在大张旗鼓地铺设光缆，有些城市的许多部门也在建立GIS。为什么我们要突出数字城市的概念，我想，除了数字城市作为城市信息化的一个整体战略目标以外，另一个重要方面就是要实现网络和数据的共享。由于历史发展的原因，城市内分别铺设了电话网、有线电视网和Internet网，这实际上已经造成了浪费。我们现在要做的补救工作是三网合一，或者说三网互通，实现硬件资源共享，并为信息共享创造条件。数字城市的另一个重要任务是实现数据共享及系统间的联接与互操作。信息共享涉及到两个方面，一个是政策方面或者说行政管理方面的因素。如何发挥政府职能，调动各方面的积极性，使数据的生产管理部门及时地为数字城市提供数据。信息共享另一个重要方面是技术因素，如何保证生产的数据是符合规范的、有效的，如何实现数字城市中的各系统互联接和互操作，是实现数字城市的关键技术问题，该问题将在第四部分详细讨论。 2. 发展历史美国副总统戈尔于1998年1月21日提出了数字地球的概念之后，中国学者特别是地学界的专家认识到“数字地球”战略将是推动我国信息化建设和社会经济、资源环境可持续发展的重要武器，并于1999年11月29日至12月2日在北京召开了首届国际“数字地球”大会。从这之后，与“数字地球”相关相似的概念层出不穷。“数字中国”、“数字省”、“数字城市”、“数字化行业”、“数字化社区”等名词充斥报端和杂志，成了当前最热门的话题之一。甚至许多省、市把它作为“十五”经济技术发展的一个重要战略来抓。国家测绘局在2000年全国局长干部会议上明确提出，测绘局系统今后一个时期的主要任务是构建“数字中国”的基础框架；海南、湖南、山西、福建等省都已正式立项启动数字海南、数字湖南、数字山西、数字福建工程，其他省区的立项也在紧锣密鼓地筹划之中，而数字城市的立项更是如火如荼。 据报道：2000年5月13日，中国近百名市长与百名IT精英企业聚首二十一世纪数字城市论坛，共商推动中国城市数字化进程大计。 中国建设部部长俞正声在论坛开幕致辞时指出，所谓数字城市与园林城市、生态城市一样，是对城市发展方向的一种描述，是指数字技术、信息技术、网络技术要渗透到城市生活的各个方面。建设数字城市能够制止猖獗的违法建筑，并避免制约工程招标和房地产建设中的大量弊端。 科技部官员认为，数字城市符合中国目前工业化和信息化并行的经济生活现状，在中国城市现代化建设中具有重要意义。他透露，目前正在制订中的十五有关科技攻关计划和规划中，城市的规划、建设和管理，数字化城市工程将是其中的一项重要内容。 中国信息产业部信息化推进司司长宋玲说，实现城市信息化是中国城市融入全球化浪潮的首要和必要条件。中国现已制定了一套衡量信息化水平的比较体系。经过国务院信息化领导小组讨论通过将会发布。 建设部、科技部等部委十五期间将启动数字化城市示范工程项目，国家准备在十五期间共计投入5亿元人民币（地方和企业配套投入40亿人民币），建立5-10个市级综合应用和20-30个城市行业应用的城市数字化示范项目；30-40个社区和企业的数字化示范项目；2-3个跨省市的行业应用以及20-30个数据处理与系统集成的高技术企业。 与前两年仅仅炒作数字地球的概念不同，数字省、数字城市则开始进入到实质性的启动阶段。3. 实现策略协调管理数字城市是一个庞大的系统工程，搞好组织协凋管理是实现数字城市的关键环节，组织协调管理的核心问题是网络资源共享和数据资源共享，这也就是为什么美国政府在1993年和1994年需要克林顿总统签署信息基础设施建设和空间数据基础设施建设的法令，其基本目的是有效地协调解决网络资源共享和数据资源共享问题。 数字城市建设不能仅依靠某一个行政部门来组织协调，例如，若仅依靠电信局，至多可以协调网络资源共享问题，依靠规划局，只能解决规划局的信息系统建设，而不能保证其他行业信息系统的健康发展。 为了有效地协调建设数字城市，应在市政府领导下，设立信息化办公室，并由市长或主管副市长任办公室主任，设立行政管理人员和技术人员组成的工作班子，制定数字城市的发展纲要以及资源共享的政策与标准，解决各自为政，互相封锁等问题。使数字城市在市政府的统一领导下健康发展。 基础先行建立数字城市首先要搞好基础设施建设，包括网络建设和基础空间数据的生产，这两项可以齐头并进，因为基础空间数据的生产过程是一个既费钱又费时的过程。要首先下大力气尽快完成城市各种比例尺的空间数据的生产，并建立数据更新的机制，保持数据的现时性和权威性。 企业行为中国已进入市场经济时代，IT产业又是一个发展非常迅速的产业，只靠政府行为很难保证数字城市快速健康地发展。所以在筹划建设数字城市时应考虑引入企业行为。政府需要一定的经费投入，政府的经费可分为两个方面，一个是公共信息平台和公用信息数据，如城市的基础数字地图数据的生产费用，这种数据成本高，生产周期长，属于社会公益数据，需要政府投入，政府投入经费的第二个方面是控股公司，政府作为投资方参股，由公司来运作数字城市涉及到的一些大型工程，这种工程投资大，经济效益也高，例如，建立城市实时交通信息系统，它既是城市发展迫切需要，投资也大。若城市的每台车都配备有这样的系统，经济效益也是十分可观的。 北京市在数字城市建设的协调管理和企业运作方面，开始了有益的探索。数字北京建设由北京市信息化办公室组织协调，而具体运作由首都信息发展公司承担。最近进行的数字北京的首发工程数字绿化隔离带工程，在管理和技术上都取得了有力的经验。 自我发展虽然数字城市由政府牵头，但是持续发展要靠企业自身的经济效益支持，就是说要创造一个有效的机制和环境，能让承担建设数字城市的企事业单位从中受益，获得明显的经济效益，使自身不断发展。要充分吸收我国网站公司发展的经验教训，既要有效控制不要一哄而上，又要引导企业不要一味烧钱，要想法让企业赚到钱。政府在数字城市的建设中也要从中受益，这种受益除了加快城市发展的社会效益以外，也不能仅为数字城市扔钱，政府也可能得到直接经济效益。东莞市建立的土地交易信息系统就是一个政府受益的相当好的例子。2000年，武汉吉奥信息工程公司与东莞市土地局合作开发建立了东莞市土地交易信息系统，开始将土地的无形市场变为有形市场，并且通过网上和计算机竞价，使土地的实际成交价格比政府预先估计的底价高得多，每年可增值几亿元。竞价增值的土地收益，为政府带来了巨大的直接经济效益。如果收益增加的部分用于数字城市的再发展建设，即可形成自我发展的机制。 4. 关键技术体系结构数字城市虽然不只含有一个系统，但从广义上说仍属于计算机及网络所支持的系统群集。因而它具有计算机信息系统的基本特征，有比较严密的逻辑结构。 宽带网络数字城市涉及到大量图形、影像、视频等多媒体数据，数据量非常大，目前的因特网难以胜任，必须使用宽带网络。城市宽带网技术发展很快，据报道，国内已有城市开始建立每秒10G的宽带网络。这种宽带网络可以满足数字城市的需要。但是，要特别注意网络的互联与接口问题。中国城市的宽带网建设可能会以企业为主，中国电讯放开经营以后，一些有实力的企业都盯住城市宽带网建设，这样形成竞争的局面是一件好事，不过它可能会形成美国那样多家公司的通讯电缆都通到一个小区，小区用户可以任意选择一家的电话或因特网。如果协调得好，这也未尝不可，但是如果协调不好，它不仅造成电缆资源的浪费，甚至相互封闭，互不联通，或通过很远的路径联通，造成许多不便。所以建立数字城市首先要把网络建设规划和高效联通的问题协调好，千万不能造成相互割据的局面。 海量存贮除了网络外，计算机服务器与存贮设备是一个至关重要的问题。由于数字城市涉及地理数据，数据量大，一个大中型城市的数据可能以TB计算。当前计算机的硬件已经能够满足这些要求，多CPU高性能服务器的价格大幅降低，上千GB的Raid硬盘也相当便宜。数字城市的数据存贮可能是采用多服务器，分布式管理，如何将它们有效连接和协调管理是数字城市建设的关键技术。 联邦数据库这里提出的联邦数据库（Federated DataBase）的概念有别于分布式数据库和数据仓库。分布式数据库和数据仓库一般是指同种同类数据的组织管理。这里的邦联数据库除了包含分布式的概念以外，它还指异构数据库和空间数据的多比例尺数据库。异构数据有两个概念，一个是同一种类型的数据，使用不同数据库管理系统管理，如矢量图形数据或属性数据，不同的部门采用不同的系统管理，它们的数据类型相同，只是数据的物理存贮结构不同，形成异构数据；另一个概念是数据的类型也不相同，如DEM数据和影像数据，它们与矢量图形数据的类型不同。 数字城市中的数据一般包含五种类型：二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据、属性表格数据、城市三维图形与纹理数据。由于城市各部门的应用不同，它们可能还是多比例尺的和分布式的。所以，数字城市需要用到邦联数据库的概念。 数据共享与互操作数据共享是数字城市建设需要解决的核心问题，除了政策和行政协调方面需要解决的问题外，技术上仍有大量的问题需要解决。数据共享有多种方法，其中最简单的方法是通过数据转换，不同的部门分别建立不同的系统，当要进行数据集成或综合应用时，先将数据进行转换，转为本系统的内部数据格式再进行应用。我国已经颁布了地球空间数据交换格式标准，使用该标准可以进行有效的数据转换。但是这种数据共享方法是低级的，它是间接的延时的共享，不是直接的实时共享。建立数字城市应该追求直接的实时的数据共享，就是说用户可以任意调入数字城市各系统的数据，进行查询和分析，实现不同数据类型、不同系统之间的互操作。当然这是一个很难的课题。美国OGC联盟推出的Open GIS，开始了这方面的探索。国际摄影测量与遥感协会成立了邦联数据库与互操作工作组，其宗旨就是协调国际间该方面的讨论与研究。本文作者作为该工作组组长，正在组织邦联数据库与互操作的研讨工作，欢迎有兴趣的学者加盟和参与该工作组。 可视化与虚拟现实数字城市的基础之一是地理空间数据，这就为空间数据的可视化提供了一个展示丰富多彩的现实世界的一个机会。数字城市的空间数据包括二维数据和三维数据。二维数据的可视化问题已基本解决，剩余的问题属于艺术加工的范畴，三维数据的可视化或者说虚拟现实技术目前仍是一个难点。如何高效逼真地显示我们的数字城市是我们需要尽快解决的一个问题。 超链接技术因特网得益于万维网的超链技术，它将世界各地的网站通过IP地址超链接起来，使我们忽略了空间距离。数字城市将来也有很多的系统，或者说很多网站，需要把它们超链接起来。从硬件技术和网络协议上说，超文本链接的问题已经解决，但是数字城市涉及到图形、图象等数据，远没有超文本链接那么简单。这里需要涉及到前面所说的许多技术，特别是互操作技术。当前我们已经进行了一系列研究工作，实现数字城市各系统之间的超链接已为期不远。5. 建设内容城市设施的数字化在统一的标准与规范基础上，实现设施的数字化，这些设施包括： 城市基础设施建筑设施、管线设施、环境设施； 交通设施地面交通、地下交通、空中交通； 金融业银行、保险、交易所； 文教卫生教育、科研、医疗卫生、博物馆、科技馆、运动场、体育馆，名胜古迹； 安全保卫消防、公安、环保； 政府管理各级政府、海关税务、户籍管理与房地产； 城市规划与管理背景数据（地质、地貌、气象，水文及自然灾害等）、城市监测、城市规划。 城市网络化三网连接：电话网、有线电视网与Internet，三网实现互联互通；通过网络将分散的分布式数据库、信息系统连接起来，建立互操作平台；建立数据仓库与交换中心、数据处理平台、多种数据的融合与立体表达、方正与虚拟技术的数据共享平台。 城市的智能化城市智能化方面包括： 电子商务：网上贸易、虚拟商场、网上市场管理； 电子金融：网上银行、网上股市、网上期货、网上保险； 网上教育：虚拟教室、虚拟试验、虚拟图书馆； 网上医院：网上健康咨询、网上会诊、网上护理； 网上政务：网上会议等。6. 意义“数字城市”（digital city）是一个概念，它是“数字地球”的一个组成部分，可以看作是一个系统工程或发展战略，但不能看作是一个项目或一个系统。它可能包括了很多系统，但是要对它下一个确切的定义是很难的，也难以界定哪些是属于数字城市的内容，到了什么样的信息化水平可以看作是实现了数字城市。但它并不是一个虚拟的东西，也不是一个可望而不可及的东西，它是一个在未来城市建设和城市生活中随处可见，随时可用，无处不在的“系统”。数字城市、信息城市或智能城市是指将城市的部分或大部分的基础设施、功能设施进行数字化，建立数据库，并用计算机高速通信网络相连接，实现网络化管理和调控，并且是高度自动化智能化的技术系统。 通过信息化，城市能够充分和高效地利用信息，使信息快速流动，不仅提高了对城市的管理效率，而且能大幅度提高生产和贸易效益，扩大生产规模，增加财富收入，提高服务质量，促进社会经济发展。 数字城市网络化，还可以节约市中心宝贵的土地资源，减少市中心或商业区的交通拥挤。通过网络办公，节省了经费，加快了速度，减少雇员，降低成本，避免交通堵塞。“数字城市”是一个城市发展的战略目标，并有一个逐渐发展的过程，而且在发展过程中将会对城市建设、市民生活、经济发展逐渐带来效益和方便。数字城市班级：计算机092班姓名： 毛亮学号： 200909735