庆祝中国地理信息系统协会成立十周年

1. 庆祝中国地理信息系统协会成立十周年 数字城市与城市 信息系统建设 陈 倬 中国地理信息系统协会城市信息系统专业委员会 2004年11月

2. 数字城市与城市信息系统建设 目 录 一、引言 二、数字城市基本框架 三、城市地理信息系统的发展现状 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 六、结束语

3. 一、引言 近年来，在国家信息化浪潮的推动下，我国一些城市已经开始或正在启动各自的数字城市建设计划，一个以“数字城市”为旗帜的城市信息化运动正在全国范围内展开。城市信息化既是国家信息化的重要组成部分，也是城市发展的新主题和新动力。人们对数字城市及其概念的认识尽管尚很不一致，但对于数字城市建设意义的认识则是相同的，即数字城市建设将有力地推动我国城市信息化向深度和广度发展、进而从全局上促进我国社会和经济的可持续发展。建设数字城市就是积极利用现代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区与公众的信息服务平台、信息应用系统和政策法规保障体系，从而提升和改善城市的各项职能，为城市的可持续发展以及城市规划、建设、管理与服务水平的提高提供支撑和保障。

4. 一、引言 数字城市的核心是信息，特别是空间信息，而基于网络的信息服务则是数字城市的本质。从技术层面上讲，数字城市是一个基于网络的城市综合信息服务体系。建设数字城市，有一系列基本问题需要解决，比如，数据的获取与更新，数据的管理与维护，信息应用系统开发与集成，信息服务体系及其实现等。由于空间信息在数字城市中的独特地位，数字城市建设中城市GIS无疑将扮演一个十分重要而又特殊的角色。本文给出作者在数字城市和城市GIS 建设方面的一些初步分析和思考，结构组织如下：数字城市基本框架一节提出了当前数字城市的框架结构，并对组成框架结构每一部分的功能进行了阐述；在总结城市GIS发展现状的基础上，指出了数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战，并就未来数字城市和城市地理信息系统建设中的任务及其解决方案进行了初步的讨论。

5. 二、数字城市基本框架 数字城市的基本框架见图1所示。数字城市主要由网络基础设施、综合信息平台、信息应用系统及网站和信息终端、政策法规与保障体系以及技术支撑体系等组成。 、城市网络基础设施是国家信息基础设施（NII）的重要组成部分，是数字城市的脉搏，也是数字城市建设和发展的基本条件； 、综合信息平台由框架数据库、综合信息库和信息管理与服务系统组成，既为其它信息提供统一的空间定位基准，以实现信息资源按照地理空间位置进行整合，同时也提供基本的面向信息共享的城市信息应用服务，是数字城市建设的重要基础； 、面向政府、企业社区和公众的各种信息应用系统、网站及信息终端构成城市信息应用体系，是当前数字城市建设的中心任务； 、政策法规与保障体系为数字城市规划建设及运行提供法律、经济、管理和技术保障；技术支撑体系则为空间数据获取、更新、处理、管理、分发、应用与服务的全过程提供技术支撑。

6. 社 区 政 府 企 业 个 人 服务于 政府网站 企业网站 社区网站 信息终端 信息应用系统 政 策 法 规 与 保 障 体 系 政 府 应用系统 企 业 应用系统 社 区 应用系统 公 众 应用系统 综合信息平台 空间信息管理 与服务系统 综合信息库 框架数据库 网络基础设施 关键技术支撑 GIS/技术 遥感技术 GPS技术 数据融合与挖掘技术 数据库技术 系统集成技术 可视化技术 元数据技术 现代通讯技术 其它技术 技术支撑体系 数字城市基本框架

7. 二、数字城市基本框架 在图1所示的框架体系中，我们可以非常清楚地看到GIS在整个数字城市中的作用。GIS不仅作为重要的技术支撑手段为数字城市建设提供坚强的技术保障，而且数字城市涉及的信息管理与服务、信息应用系统建设、信息服务体系建立以及技术集成、政策法规保障等众多环节也都是城市GIS建设和发展中曾经拥有并着力发展的业务功能。因此，GIS，尤其是城市GIS将在数字城市建设中大有作为。

8. 三、城市地理信息系统的发展现状 众所周知，在GIS众多的应用领域中，城市是应用最早、最为成功和最活跃的领域之一。目前，GIS在城市规划管理、城市地下管线管理、城市勘测、城市环境保护、城镇地籍管理、城市供水与地下水资源管理、城市土地管理、电力电信设施管理、有线电视信息管理、城市公安、城市交通、旅游规划、城市防灾减灾和城市突发事件应急救助等各个方面都有成功的应用。从中国地理信息系统协会历年年会的论文集和众多有关城市建设与管理、测绘、地理信息工程的杂志或学术会议中，我们都可以找到大量介绍城市GIS系统建立与应用的实践性文章。在2003年中国GIS协会在全国范围内首次开展了GIS优秀应用工程的评选最终获奖的22个项目大多数也与城市密切相关。

9. 三、城市地理信息系统的发展现状 我国城市GIS的现状可以简单地概括为：发展迅速，成绩巨大；问题不少，面临挑战。 就成绩而言，仅从如下几个方面便可略见一斑。 、这就是，城市的各种场合几乎均有GIS的应用；、国内目前已建立的GIS系统中城市系统的数量占绝大多数； 、城市GIS或GIS相关系统已由过去的“技术驱动”阶段过渡到现在的“应用牵引”和“理论指导”相结合的阶段； 、各级主管部门及广大用户逐渐成熟，对系统的认识水平不断提高。可以毫不夸张地说，城市领域是GIS技术在我国成功应用的典范。 当然，城市GIS的应用与发展也存在不少问题，主要是： 、无论是从地区还是从行业上讲城市GIS的发展都极不平衡，经济发达地区远远优于经济欠发达地区，规划管理方面的应用优于其它行业的应用；、公共基础数据的共享仍然是系统建设的“瓶颈”；缺乏规范化的运作模式，系统建设中经常碰钉子、走弯路、花冤枉钱；、相关政策法规和技术标准相对滞后；、 GIS的实际效应往往被过分夸大；应用系统的实用性与可操作性差、系统集成水平低；、低水平重复性建设现象较多；应用系统五花八门，开发各自为阵，商家各显神通，用户急功近利等等。

10. 三、城市地理信息系统的发展现状 总体上讲，我国的城市GIS目前已逐步趋于成熟。这种成熟不仅表现在GIS开发商身上，更主要的反映在GIS用户身上。应该说，用户的成熟标志着我国城市GIS进入了一个理性发展的时代。在我国当前的电子政务和城市信息化建设中，GIS受到了广泛的关注。作为实现社会经济信息与空间位置配准的重要手段，GIS也已经开始融入许多日常业务系统中，为提高管理和决策的定量化、科学化发挥着不可替代的作用。

11. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 虽然我国尚没有一个权威的建设和发展数字城市的指导政策，但一些城市已经开始或正在准备启动数字城市建设计划。许多城市都在以不同的方式、从不同的角度开始启动各自的数字城市建设。由于缺乏国家统一的指导，当前数字城市建设中也存在许多亟待解决的瓶颈问题主要有两类： 一类是数字城市建设的管理问题。与数年前的城市GIS建设一样，目前各个城市对数字城市建设的规划重视不够，缺乏统一的有效的协调机制；数字城市建设缺乏长远的政策和实施规划；在信息共享问题没有得到很好解决的同时，又出现了新的“数据孤岛”；多种投资渠道尚不畅通；等等。解决这一类问题，需要国家制定一系列有效的政策法规和管理办法。

12. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 另一类则是数字城市建设的技术问题。就目前而言，即使管理方面的问题全部解决了，技术方面的问题也将严重制约数字城市的发展。众所周知，信息更新和信息共享是数字城市的两大主题，也是数字城市的生命力之所在。但这两个主题迄今并没有得到很好的解决，除管理因素外，技术因素甚至起着更大的制约作用。根据有关方面所做的调查和分析，城市空间数据由于尺度大、分辨率高、内容丰富、地物变化速度快，数据生产与更新的费用高、周期长，许多城市都存在着信息严重老化、现势性差的问题，远远不能满足城市规划、建设、管理和服务对空间信息的需求。缺乏经济、快捷、有效的城市空间数据获取、更新与处理技术和手段是导致这一问题出现的根本原因。同时，数据和信息系统技术标准的滞后，现有数据集成、管理、分发与应用服务技术的不足，数据时空表现技术的缺陷等，也大大影响了数据资源的充分使用和数据共享的实现。除以系列测绘产品为代表的基础地理数据外，城市其它空间数据以及包括更为细致的综合属性数据、人文及社会经济数据等在内的非空间数据，也缺乏采集、挖掘、整理和更新的有效组织机制和成熟的技术体系，导致这些数据的采集、挖掘、整理和更新等存在很多瓶颈式的壁垒。城市GIS建设与应用中曾经出现的种种问题，很有可能在数字城市建设中再度显现，由于数字城市建设的总量与深度更为巨大，其危害程度将更为明显。

13. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 实际上，这些挑战不仅出现在“数字城市”建设中，也是城市GIS进一步发展中正面临的。我们可以将其简单地归纳为以下几方面： 1、信息需求的挑战 信息需求的挑战来自两个方面： 一是信息的内容 数字城市建设需要各种信息资源，城市和与之相联系的广阔腹地的各种社会、经济、环境和景观信息都是数字城市建设不可缺少的主要信息资源。尽管地理空间信息工作者常说现实生活中遇到的信息80%与空间位置有关，但公众经常使用和感兴趣的信息却主要是关于社会经济统计方面的“非空间信息”（实际上，大部分非空间信息与位置均直接或间接有关）。同时，空间信息也包罗万象，传统的地形信息只是其中一小部分。因此，虽然空间基础信息在数字城市建设中必不可少，但往往不为人们尤其是决策层所注意。

14. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 1、信息需求的挑战 二是信息的质量及信息获取和使用的代价 信息的可靠性、现势性和完整性，而获取和使用信息的代价与信息的质量密切相关。无论是在数据获取还是在数据更新阶段，数据质量（精度）要求越高，用户为此付出的代价就越大。在多数数字城市应用中，对数据更新的投入远远小于初期对数据采集的投入。因此，在现有投入分配的情况下，城市GIS的信息精度即使在数据获取阶段能达到较高的精度，但很难随着城市的快速建设实现信息的更新。这势必会造成目前城市信息的现势性问题，难以满足实际应用的需求。

15. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 2、技术发展的挑战 城市GIS技术的发展与信息科学、遥感技术、测绘技术的关系十分紧密。IT产业日新月异的发展导致了城市GIS软硬件的更新周期越来越短，高分辨率低空遥感、数字摄影测量等技术的发展为城市GIS提供了方便、快捷的数据获取手段，网络及通讯手段的进步更为建立城市综合信息服务平台提供广泛的技术支持。为此，城市GIS应用部门不仅需要在新技术开发、引进和消化吸收、新软硬件设备购置、人员知识和作业习惯更新等方面进行持续不断的投入，而且还必须面对诸如技术欠成熟、标准规范不适应、投入与产出不匹配以及人员流动等带来的问题。

16. 四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战四、数字城市和城市地理信息系统建设中面临的挑战 3、应用模式的挑战 随着信息科学和技术的发展，城市GIS的应用模式也在发生着不断的改变。在系统应用的早期，由于技术的限制，城市GIS产品主要是一些实现具体功能的独立模块，没有形成一个整体，缺乏协同的能力。随后出现的一些大型GIS软件包将各个功能模块包集成在一起，形成了集成式GIS。集成式GIS将各种功能集成，形成独立完整的系统，但是系统非常封闭，只能在单机情况下运行，很难和其它软件进行交互。基于分布式的WebGIS可以在任何平台上，在任何时间，向任何地方的任何人提供合法的地理信息数据与信息处理服务，使得地理信息应用系统用户能够共享全球范围内的地理信息数据与服务。在数字城市应用中，通常伴随着大量的空间数据、多媒体数据，限于当前网络带宽的限制，基于网络的城市GIS应用中受到了很大制约。目前，我国大部分城市建立了城域网，各单位也有独立的局域网，如何整合已有的通信设施，最大限度地利用网络资源，建立起符合数字城市应用需求的通信网络是当前应用模式下一个很重要的基础性问题。

17. 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 1、发展先进实用的城市空间信息获取、更新与管理手段 为了解决空间数据的更新问题，应进一步发展“快、准、全、廉”地进行空间数据获取和更新的技术手段。比如：高空间分辨率、高光谱的卫星遥感及其信息自动提取技术；卫星导航定位／惯性导航系统支持的大幅面数码航空摄影技术及相应的自动摄影测量技术；基于轻型平台（如轻型飞机、无人驾驶飞机、气球等）的低空、“快反”摄影及其处理技术；基于卫星导航、激光扫描、数码摄影等多传感器的地面测量技术等。 在数据管理上，应大力发展基于增量方式的数据存储和更新方式，避免数据的冗余存储和全局更新，减少更新的工作量。在现实应用中，用户只需要检查并获取更新后的数据，并在城市GIS及其应用系统中做出相应的变更即可。后台的数据管理模块负责维护原始数据及变更数据信息，并根据用户的需要提供不同阶段、不同版本的数据信息。

18. 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 2、加快建设城镇地理空间框架数据库 通过建设并维护更新城镇地理空间框架数据库，实现框架数据与城市社会经济和其它信息的融合与集成，是测绘的重要机遇。这里的问题有： ①、城镇高分辨率地理空间框架数据的内容。由于城镇的特殊性，框架数据不同于较低分辨率融合； ②、城镇框架数据的尺度、质量及其与其它信息融合与集成的方式； ③、城镇框架数据的管理、维护、运行与服务方式等。

19. 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 3、建立城市综合信息服务平台 基于城市地理空间框架数据库和各种城市信息产品，通过集成城市社会和经济信息，建立城市综合信息服务平台，为城市信息化建设及城市的规划、建设、管理、服务和可持续发展提供广泛的信息支持。 同时，建立由若干个基准站组成的、至少覆盖建成区及规划区的城市GPS／GLONASS／Galileo卫星导航定位服务平台： 1）提供高精度、三维、实时动态（RTK）或快速静态差分定位与测量服务； 2）提供各种形式的LBS服务（电子商务、物流、通讯、公众信息服务等）； 3）为城市遥感实施提供实时导航和定位支持。

20. 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 4、城市空间信息应用标准体系建设 城市地理空间信息应用标准体系是将该范围内的标准按照其内在的联系形成的科学的有机整体。研究和制定城市地理空间信息应用标准体系，有利于在宏观上指导和控制在该领域里的标准化建设，以便统一规划、统一组织，在层次和内容上分清标准制定的轻重缓急。一般来讲，城市地理空间信息应用标准体系可以分为基础通用标准、专用标准和相关标准三类。到目前为止已发布或即将发布的标准主要有：1）、城市用地分类与规划建设用地标准（GBJ 137-90）；2）、城市用地分类代码（CJJ 46-91）；3）、城市地理要素：城市道路、道路交叉口、街坊、市政工程管线编码结构规则（GB/T 14395-93）；4）、全球定位系统城市测量技术规程（CJJ 73-97）；5）、城市测量规范（CJJ 8-99）；6）、城市绿地分类标准（CJJ/T 85-2002）；7）、城市地下管线探测技术规程（CJJ 61-2003）；8）、城市基础地理信息系统技术规范（CJJ 100-2004）；9）、城市地理空间框架数据标准（CJJ 103-2004）等等。

21. 五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务五、数字城市及城市地理信息系统建设的未来任务 4、城市空间信息应用标准体系建设 尽管我国在城市GIS标准化方面也取得了很大进展，但与国外相比，标准的制定还主要是从应用急需出发，不但落后于实际的应用，难以起到理论指导作用，也缺乏对标准的整体考虑，对城市GIS的发展和深化极为不利。为此，应该针对未来城市信息化建设的整体思路，加大标准体系的研究和定制力度，有计划地研制各项标准。最终实现城市地理信息的资源共享，充分发挥城市GIS的效益和作用，促进其向产业化方向发展。

22. 六、结束语 从城市地理信息系统的发展来看，以“数字城市”为龙头的城市信息化是城市信息系统建设新的增长点，为城市信息系统的发展带来了十分难得的机遇，也使城市信息系统面临着严峻的挑战。在当前大家对数字城市建设广泛认同的情况下，应进一步完善对数字城市概念、整体框架、标准体系的认识，在理论和标准层面上指导数字城市的发展和建设。在现有城市信息系统的基础上，围绕着数字城市建设的需求，结合目前IT技术、遥感技术、通讯技术等的新发展，重点开发先进实用的城市空间信息获取、更新和管理的技术手段，完善现有城市GIS软件的功能，并加强城市综合信息服务平台的推广工作

23. 谢谢！ 执笔者：陈 倬、王 丹、李成名、李海明、毛东军 2004年11月