数字城市概论讲义-新 - 图文

专题一 数字城市建设的框架体系

数字城市建设是一个与空间位置密切相关的信息获取、管理与服务技术体系，涉及很多方面，我们学的GIS是数字城市建设中的重要内容，但只是其中的一个部分，数字城市涉及的范围很广:框架体系、建设原则、组织实施、监理监管、网络技术、信息采集技术（测绘、GPS、RS）,UGIS以及各种应用系统（规划、公安、消防、交通、房产、土地资源等）。从大的方面来讲，今后我们毕业后的工作主要是“数字城市”的建设、管理和服务。具体讲，是与数据采集、数据处理、计算机硬件和软件、系统开发等有关的工作。

1. 1 数字城市背景 1 数字地球概念

数字地球定义：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海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活 动和生活质量。

“数字地球”包含各种类信息

? 自然方面的，如地形、地貌、地址构造，矿藏分布、山脉河流、气候气象 ? 有人文方面的，如历史沿革、风土人情、交通、文教、经济、金融、人口

? 它包括全球各种比例尺的空间数据以及有关可持续发展、农业、资源、环境、灾害、全球变化，城市建

设、教育、军事等，包罗万象，应有尽有。 ? 美国到2005年可以初步完成NII（国家信息基础设施），完全实现要到2020年左右。 ? 数字地球是一个以信息高速公路为基础，以空间数据基础设施为依托而更加广泛的概念。 2 数字地球的意义

从本质上说,\数字地球\不是一个孤立的项目，而是一项整体性的、导向性的国家战略目标。 \数字地球\包括3个重要的组成部分：信息的获取、信息的处理、信息的应用。

其中信息的获取主要是地球科学的任务，并且需要地球科学与其他技术领域，例如空间技术的合作；信息的处理需要地球科学和信息科学技术的共努力；信息的应用则是地球科学服务于社会的主要内容。这里，我们从地球科学发展战略的角度探讨有关\数字地球\的一些问题。

“数字地球”是一项整体性的、导向性的国家战略目标。 数字地球的复杂性 数字地球应用的广泛性 科学、经济和社会的发展的非线性，如： 英国：蒸汽机；德国：钢铁、合成化学；美国：电力和内燃机；信息产业：新的历史机遇 “跨越式”发展：稍纵即逝的机遇， 3 数字地球的实施

数字地球的研究基础：3S技术，对地观测系统（EOS）、国家信息基础设施（NII）、国家空间数据基础设施（NSDI）等重大计划全球范围内的实施 数字地球战略：

（1）用数字化手段统一性地处理地球问题；（2）最大限度地利用信息资源。

具体地说，就是在全球、国家和区域的层次上，长远地规划地球表层和浅表层数字信息的获取、处理、应用等方面的相关工作，从系统论和一体化的角度来整合已有的或者正在发展的与数字地球相关的理论、技术、数据、能力和应用。

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数字地球的必要性、紧迫性和可能性：发展数字地球将有可能全方位地带动空间、信息、通讯、测绘、工业、农业等领域的科技和产业的迅速发展，意义重大。 1.2 数字城市及其框架结构

数字城市的概念来源于数字地球。城市是地球上政治、经济、文化的中心，数字城市是数字地球的最重要组成部分。我国现有城市建成区面积约占整个国土面积的0.2％，但人口占全国总人口的36%，城市的国内生产总值、工业产值和社会商品零售额都占到全国的70％以上。

城市在国民经济和社会发展中发挥了重要作用。显然，城市信息化是国民经济和社会信息化的关键环节。数字城市建设正在成为我国城市现代化发展战略的重要组成部分。

1 数字城市定义

数字城市的本质是以信息高速公路为基础，对广泛的数据源进行统一组织和有效管理，同时融合海量信息，采用数据挖掘、知识提取等技术，提供虚拟现实界面和较强的决策管理功能，以满足政府职能部门和大众的生存信息需求。

这里我们分别从哲学、技术和应用等不同层面对数字城市加以定义。 1）数字城市的哲学定义

从哲学的角度看，数字城市是物质城市在数字网络空间的再现和反映。这里的物质城市即是我们生活的现实城市，而数字网络空间则是数字城市的载体。数字城市的这一定义包含以下三层含义：

首先，数字城市再现物质城市。数字城市具有全面模拟和仿真物质城市的功能，在一定的时空尺度下，它可以真实地再现现实城市的自然和社会景观，为人们的管理决策和日常生活提供支持；

其次，数字城市又超越物质城市。数字城市具有网络化、智能化和虚拟化等特点，它可以帮助人们实现许多在现实城市中难以实现的设想，从而改善现实城市的机能。例如，城市景观设计、城市规划方案比较、城市灾害防治对策研究等；

第三，数字城市不仅能够静态地再现物质城市，而且可以与物质城市进行智能化互动。因此，数字城市不仅可以帮助人们认识和管理现实城市，而且可以使人们能够在一个超现实的时空环境中升华对现实城市的认识。 2）数字城市的技术定义

从技术的角度看，数字城市是以空间信息为核心的城市信息系统体系。这里的空间信息是指与空间地理位置相关的数据及对应的人文、社会经济信息，城市信息系统体系则是指相互联系的大量的城市信息系统的有机结合体。所谓有机结合体，是指数字城市中的各个信息系统遵循共同的数据标准、具有共同的基础数据，并在一定的程度上相互补充、相互兼容。

数字城市的本质是以信息高速公路为基础，对广泛的数据源进行统一组织和有效管理，同时融合海量信息，采用数据挖掘、知识提取等技术，提供虚拟现实界面和较强的决策管理功能，以满足政府职能部门和大众的生存信息需求。

数字城市的核心技术是遥感、地理信息系统、全球定位系统、空间决策支持、管理信息系统、虚拟现实以及宽带网络等技术，主体是数据、软件、硬件、模型和服务，本质是计算机信息系统。

3）数字城市的通俗定义

从实际应用的角度，我们可以将数字城市视为一个基于网络环境的城市空间信息服务体系。

数字城市建设的任务就是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（特别是空间信息资源），建立面向政府、企业、社区和公众服务的信息平台、信息应用系统以及政策法规保障体系等。 1.2.2 数字城市建设的框架体系

数字城市的基本框架体系由基础层和应用层组成

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3 数字城市建设的框架体系

数字城市的基本框架体系由基础层和应用层组成，分述如下。 1） 基础层 数字城市的基础层包括了计算机通信网络、各类信息的采集、数据处理、存储、管理和服务全过程的软硬件有机组合，是数字城市建设的基础。 主要包括两个方面的基础设施：

（一）信息基础设施(lnformation lnfrastructure)，即计算机通信网络（网络层），包括有线网、无线网。

（二）空间数据基础设施(Spatial Data lnfrastructure)，包括―获取、处理、存储、分发‖和提高使用地理空间数据所必需的技术、政策、标准和人力资源(美国1994年4月13日颁布的12906号总统行政令)，包括数据层、技术层和保障层的内容。

基础层的作用是根据城市的规划、建设和管理的工作流程和业务需求分析，通过完善的信息获取体系，广泛地采集数字城市建设所需的空间信息资源，通过覆盖城市的计算机通信网络，快捷、实时、安全地将采集的数据进行存储和处理。

基础层还应包括空间信息交换中心，标准和规范研究中心。

2）应用层 应用层即城市的各种应用系统，用以实现政府、企业和公众的各种应用。是建设数字城市的主要目标之一。 在应用服务平台基础上，开发出资源、环境、社会、经济、区域、城市管理(即管理层)和面向政府、企业和公众的应用和服务系统(即应用层和服务层)，实现企业级办公自动化系统和业务智能化系统(Business Intelligence System)，具体包括城市规划建设管理子系统、城市综合管网子系统、城市人口管理子系统、城市资源与生态管理子系统、城市智能交通管理子系统、城市公安、消防子系统等。这些子系统的中心位置是城市运行监控中心。

数字城市建设的框架体系可以概括为下表： 表1.2.2 数字城市建设综合框架体系一览表 基础设施 网络层 宽带有线网：互联、万维、栅格、波分复用技术 宽带无线网：移动互联，移动局域(WAP，blue tooth)，移动格网 宽带综合网：mob，web，GGG 基础地理数据：正射影像，数字高程模型，卫星定位系统， 基础设施数据：城市建设、交通、能源、通信、生态环境等设施 社经人文数据：人口、资源、经济、文化、教育、科技 空间信息技术平台：RS、GPS、GIS、VR、共享(WebGIS) 管理信息技术平台：ERP、CRM、SCM、LBS(WebMIS) 综合信息技术平台；Web(G1S+MIS) 数据层 技术层 3

保障层 标准与规范，安全与保密，监理与评估 政策与法规 人才培养与普及教育 城市规划与管理、地籍与房地产管理、交通设施管理、通信设施管理、能源(电力、天然气等)设施管理、供水设施管理、生态环境设施管理、应急事故管理 E政务，e-税务，e-海关，e-公安，e-消防 e-企业，e-商务，e-石化，e-制造，e-CBD e-home，e-医疗，e-学习，e-文娱，(e-影剧院)，e-旅游 公众信息服务，移动信息服务，领导决策支持 应用工程 管理层 应用层 服务层 应用工程与基础设施之间的关系

基础设施中的技术层和保障层支撑网络层和数据层，而基础设施又支撑应用工程中的管理层、应用层和服务层，实际上在应用工程中还包括了标准体系与组织领导。

数字城市的框架体系由四大部分组成：

1）作为数字城市支撑的关键技术，包括GIS、遥感、GPS、多元数据融合与挖掘、三维信息表现、多种软件一体化、数据库、元数据和宽带网络等技术，

2）数字城市由各个业务应用系统、互联网和网站群、信息化终端、城市空间基础信息平台、城市综合信息平台和通讯基础设施平台等要素组成。电信基础设施是数字城市的高速信息通道，城市空间基础信息平台和城市综合信息平台是数字城市信息共享和交换的信息中心，互连网站群和信息化终端是数字城市的人机交互界面，而各种业务应用系统则是数字城市信息加工、信息利用和信息积累的发动机。

3）政策法规与保障体系，它们为数字城市建设及应用提供法律、经济和管理等诸方面的保障，是数字城市体系中不可缺少的部分。

4）数字城市的用户，即服务对象，包括政府、企业、社区和公众4大类。

数字城市应用系统涉及的范围很广，就城市规划、建设和管理而言，城市规划管理信息系统、城市房地产管理信息系统、城市综合管网管理信息系统、城市交通管理信息系统、城市可视化电子政务系统等无疑是核心应用系统（图2-2-2）。在第三章中，我们将对它们做进一步讨论。

1.3 数字城市的特征与建设原则

一、特征：整体性、层次性、资源共享性、开放性、可视性、无限性 二、建设原则 ? 总原则

– 政府、企业与学术界共同协力参加 – 多学科专家的参与 – 基础设施与信息内容并重 – 硬件与软件并重 – 典型示范与整体推进结合 – 坚持统分结合的原则 – 注重自主创新与引进吸收并重

? 构建原则

先进性与可行性原则、特征性与可比性原则

1.4 数字城市的功能

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1.5数字城市的发展阶段

回顾国际上数字城市发展走过的道路，大体经历四个阶段。

第一阶段：网络基础设施的建设阶段；第二阶段：市政府和企业内部信息系统建设；第三阶段：市政府、企业上下游、相互之间借助互联网实现互通互联；第四阶段：是网络社会、网络社区、数字城市的形成。

我国数字城市仍然处在低级阶段，数字城市的建设重点仍然是政府和企业的信息管理系统。政府和企业内部信息系统的数量和质量，决定数字城市的成败。因为各管理信息系统承担着政府和企业电脑化管理体系、传统信息数字化、信息内容规范化等信息化所要求的管理基础和信息基础，没有这个基础，数字城市只能建立在信息孤岛的基础之上，其结果不言自明。

我国的数字城市建设划分： ? 基础建设阶段

? 管理和应用系统建设阶段 ? 数字城市的形成和发展阶段 1.6 我国数字城市的发展 我国数字城市发展特色

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