数字城的基本概念及实现策略

1 数字城市的基本概念及数字城市的基本概念及实现实现策略策略 龚健雅 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 一 一 前言前言 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 2 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 为了积极有效地推进中国 数字地球 战略的发展 本文以 数字城市 为核 心讨论有关的基本概念及实现策略 与之相关的 数字省 数字化行业 数字化社区 也 可以此为参考 文中提出的有关概念和实现策略 仅是本人的个人思考 难免有不当之处 欢 迎大家参与讨论 二 二 数字城市的基本概念数字城市的基本概念 1 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 2 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 3 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 3 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 4 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 5 层次 数字城市 实际上有多个层次 许多城市目前启动的项目主要局限在政府管理部门 数字城市 为 现实城市 的管理决策服务 这是一项重要职能 近阶段可以说是一项主要 职能 但是它还不够 还要考虑企业 社区和个人这三个层次 将来 数字城市 的核心可能 4 是企业和社区 传统企业 通过信息技术进行改造升级 新型的信息服务企业大量产生 形成 城市的新的经济增长点 社区是连接政府与个人的纽带 也是城市走向文明 走向现代化的关 键 在社区精神文明建设中 数字化社区 将起重要作用 个人是信息化服务的主体 也是 社会消费主体 在设立 数字城市 的建设项目时 一定要列立一些项目 引导个人的信息消 费 中国城市的纸质交通旅游图每年有上十亿的产值 美国一个地图网站卖了 12 亿美元 中 国随着私人汽车的增长 仅交通旅游的信息消费都可能达到上百亿人民币 三 三 实现策略实现策略 1 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 2 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 3 企业行为 5 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 4 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 5 先易后难 数字城市 确实是一个复杂的系统工程 由于它与空间数据有关 数据量又大 使人感 到比一般的信息系统要复杂得多 目前许多城市都在地理信息系统建设方面投入了大量经费 但是社会经济效益并不明显 作为政府部门 要充分估计到 数字城市 建设的复杂程度和周 期 建设 数字城市 时要本着先易后难的原则 先建立那些并不复杂 经济效益明显的系统 6 如东莞市土地交易信息系统 北京市数字绿化隔离带工程 两个系统虽然都不太复杂 但前一 个可以带来巨大的土地 增值 效益 后一个可以为绿化隔离带的拆迁节省大量赔偿费用 四 四 关键技术关键技术 1 数字城市 的体系结构 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 数字城市 的一个参 考逻辑结构如图所示 2 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 系 统 规 划 与 设 计 个人用户查询终端 含个人网页 信 息 共 享 标 准 与 规 范 空间数据基础设施 信息基础设施 社区信息服务系统 企业信息服务系统 政府行政管理信息系统 数字城市 逻辑结构图 7 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 3 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 4 邦联数据库 这里提出的邦联数据库 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 5 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 8 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