空间信息数字化

1、空间信息与数字技术是运用计算机软件技术、通信技术，综合研究空间信息数字化、网 络化、可视化和智能化的工程理论与技术科学。它将空间信息的各种载体向数字载体转换，通 过网络通信技术加载到各个专业领域，支持各行业数字工程的实现，如：数字国防、数字政府、数字国土、数字规划、数字电力、数字水利、数字公安、数字交通、数字农业等。培养目标是培养具有深厚软件工程理论基础和空间信息技术、通信技术以及计算机网络技术，有一定 的管理和经济知识基础，能运用数字工程技术对环境、人文、社会、经济等各类信息进行数字 化处理，实现网络化传输、可视化表达、智能化决策的复合型空间信息产业、技术与应用的高 级专门人才。毕业生可在国

2、民经济各行业(城市信息管理、航空航天、交通、铁道、国防、公安、旅游、国土资源、海洋、建筑、金融、冶金、水利、电力、石油、煤炭、农业、测绘等)、政府机关、各类高新技术公司、高等院校和科研院所从事各类数字工程规划、设计、施工、管 理或教学科研工作。武大的主要研究方向为将空间数据(信息)进行数字化处理。由于城市可持续发展问题的日益突出，城市开放空间系统的研究日渐深入；空间信息技术发展日新月异，以“3S技术为主体的空间信息技术可以为解决因信息量急剧增加而产生的诸多问题提供了技术 指导和帮助， 数字城市”的研究风起云涌，城市地理信息系统设计方面的研究方兴未艾。同样, 空间信息技术为城市开放空间系统的管理

3、与研究提供了新的理念和技术平台，文章意在借助空 间信息技术平台对城市开放空间信息系统的设计进行有益的探索。空间信息技术与城市开放空间系统空间信息技术信息和信息技术对当代的经济会化活等产生了巨大的影响。空间信息技术是20世纪60年代以来逐步发展起来的以获取、管理、分析与地理位置相关的空间信息为主的信息技 术的总称。它包括遥感(remote sensing, RS)、地理信息系统(geography in formation system, GIS )、 全球定位系统(global positioning system, GPS )(简称3S技术)等。利用遥感技术可以远距离无 接触地快速获取地面各

4、种地物的实时信息；借助地理信息系统技术对整个或部分地球表面与空 间有关的数据进行采集、存储、管理、分析、显示和应用；全球定位系统能在任何时刻为全球 任何地方的用户提供3维位置、3维运动速度和精确的时间等信息。遥感技术的优势在于它的短 周期、视野广阔、信息量丰富及可定时定位观测；地理信息系统的强大之处在于它将空间信息 的处理与属性信息完美结合起来，为用户提供了空间检索和分析功能。以“ 3S技术为代表的空间信息技术不再局限于数据的采集，而是强调对地球空间数据和信息从采集、处理、量测、分 析到管理、存储、显示和发布的信息流全过程。空间信息技术把整个人类的生活环境作为主监 的研究对象，具有信息获取的客

5、观性、信息定位的准确性、信息管理的灵活性、信息分析的空 间性、信息表达的直观性等特点。3S技术集成已成为现代空间信息技术发展的必然趋势。全球定位系统的组合技术系统为遥感对地观测信息提供了准实时或实时的定位信息和地面高程模型，遥感对地观测的海量波普信息 为目标识别及科学规律的探测提供了定性或定量数据；遥感、全球定位系统、地理信息系统的 集成将使地理信息系统具有获取准确、快速定位的现势遥感信息能力，实现数据库的快速更新 和在分析决策模型支持下，快速完成多位、多元复合分析。遥感、全球定位系统和地理信息系 统的集成技术将最终建成新型的地面3维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统，形成快速、高

6、精度的信息处理流程。在自然、经济、社会中出现更多的是空间数据，空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。数据库是20世纪后期迅速发展起来的、应用范围广泛的计算机数据管理技术。地理信 息系统数据库是地理信息系统的关键支撑技术，它具有数据量特别大、地理要素的属性数据和空间数据结合紧密、数据应用面广等特点。以地理信息系统数据库为依托，社会、资源、环境、 经济等多种信息可以组成更庞大的空间信息数据库。空间信息数据库的主要任务是建立资源、 环境、社会、经济等多种信息资料的采集、传输、处理、分析、分发、反馈、决策的网络服务 体系，它是信息社会和知识经济时代必不可少的基础设施4。很多国家和地区已经建立了

7、自己的空间数据库，但是技术平台的差异导致数据很难实现共享，这在GIS数据库中尤其突出。 为了实现GIS数据的共享，有关专家学者提出了建立分布式多空间数据库系统来实现异构空间数据源 的互操作，以达到空间信息共享的目的5。城市开放空间与城市开放空间系统现代城市开放空间系统的建构是在生态概念的思想基础上产生的，是生态规划设计观的表现之1。具有现代意义的城市开放空间概念大约出现于1887年的英国，之后人们出于不同的目的分别从不同的角度对其进行了诠释和应用。城市开放空间是指在1定的城市地域内，具有1定结构和多重功能的存在于城市建筑实体之外的开敞空间体6。它包括绿地、河湖水体、待建与非待建的空地、广场、道

8、路及农林地、山地、滩地等空间。它们担负着城市多样的生活、活动、生 物的自然消长、隔离避灾、通风导流、表现地景以及限制城市无限蔓延等多种功能，是城市生 态与城市生活的多重载体。这就意味着城市开放空间是1个空间体概念、1个载体概念，它具有生态、娱乐、文化、美学等多重目标和功能。开放空间研究与可持续发展的概念相1致7。城市开放空间系统则是具有 1定要素构成、结构形态和功能组合的各类开放空间的集合体。 系统的构成要素按照基本功能的不同可以分为绿色开放空间系统和灰色开放空间系统两大类。 绿色开放空间包括绿地、园林和水体，灰色开放空间包括对外交通空间、寸内交通空间、广场、 未绿化的闲置空地等。城市开放空间

9、系统与城市的生态系统、经济系统、社会系统相互支撑、 相互交叉重叠共同构成城市巨系统。城市开放空间系统具有实用功能、生态功能、文化功能、 景观功能和调控功能等，它是城市地域内人与环境协调共处的空间前提，是改善城市结构和功 能的空间调节器，也是城市建设体现生态思想、促使城市发展进入可持续状态的重要空间载体。建立城市开放空间信息系统的必要性城市化浪潮席卷全球， 与城市化迅速发展并存的是城市的可持续发展问题，建设生态城市是实现城市可持续发展的重要支撑，城市开放空间系统是城市系统的重要组成部分，又是城市生 态与城市生活的重要载体，它与城市建筑空间之间存在耦合互动关系，从而又是城市生态和城 市生活的重要反

10、映，通过对城市开放空间系统的研究人们可以对整个城市系统进行明晰的解剖 和辨识。同时，城市环境的空间布局是1项刚性很强的战略任务，1旦确立了空间布局的框架并将其落实到用地上，就很难在短时期内将其改变6。而作为城市巨系统的重要组成部分，城市开放空间系统内部要素的变化不但会导致城市开放空间系统的变化，而且会导致整个城市巨系 统的变化，而系统变化的程度和结果却正是人们想预知的。以飞速发展的计算机技术和空间信 息技术为支撑的城市开放空间信息系统，可以获得确定空间区域的实时空间信息数据、实现对 区域空间信息数据和属性数据的各种分析、实现对城市开放空间系统的空间模拟和发展模拟等 功能，并进1步实现城市开放空

11、间系统的空间布局、社会经济发展对城市生态环境后果的预测与模拟。这样，人们就可以借助城市开放空间信息系统预测城市开放空间设计方案，从而可以实 现城市开放空间系统的优化，这对实现城市的可持续发展具有重要意义。在用户调查分析的基础上，提出系统的逻辑模型，即确定系统的功能。逻辑模型的基本成分是逻辑结构、子系统划分和子系统功能分析。逻辑结构包括硬件、软件、数据库和人员等。 硬件主要指信息系统运行的设备环境，包括计算机、输出输入设备以及网络；软件主要包括系 统软件和应用软件，系统软件主要指计算机操作系统如WINDOWS系列，UNIX，LINIX等。城市开放空间信息系统的应用软件主要指遥感软件和地理信息系统

12、软件如CAD , ERDAS , GeoWayImage Station，EPSCHECK，ARC、INFO , MapGIS , SuperMap GIS 等。它们可以实现数据采集 与输入、数据存贮与管理、数据处理与分析、成果生成与输出等功能。数据库是信息系统的核 心部分，主要存贮城市开放空间的各种数据信息、城市的各种相关社会经济信息等。人员包括 系统设计开发人员、系统运行和维护管理人员、操作人员和最终用户。城市开放空间信息系统（图3）包括专题信息子系统和应用信息子系统等2个1级子系统。专题信息子系统主要用于某1专题信息的管理和应用，并将获得新的信息数据返回城市开放空间信息数据库，进行必要的

13、信 息数据库更新与维护。具体而言，城市开放空间信息系统的专题子系统包括绿色开放空间信息 和灰色开放空间信息等 2个2级子系统。绿色开放空间信息子系统包括绿地信息、园林信息和水 体信息等3个3级子系统；灰色开放空间信息子系统包括对外交通空间信息、对内交通空间信息、广场信息、未绿化的闲置空地信息等 4个3级子系统。 绿地信息子系统用以处理城市开放空间中 与绿地相关的信息数据，它可以实现城市开放空间中绿地的布局分析、规划分析，并可以预测 城市绿地布局对城市开放空间系统乃至城市巨系统造成的生态后果，从而为城市开放空间设计 乃至城市整体规划中的绿地设计提供有价值的参考；园林信息子系统用以处理与园林相关的

14、信 息数据，分析园林规划的各种可能性，进1步分析园林布局变更造成的生态影响，为城市园林设计提供1定参考；水体信息子系统用以分析水体质量及其对开放空间环境质量的影响，并根据现实数据预测未来时段水体环境质量的变化情况及对开放空间环境质量的可能影响，为城市各种 水体的管理提供信息和帮助；对外交通空间信息子系统用来进行城市实施对外交通时所需城市 内部空间的预测与布局分析，并根据现有的信息数据进 1步预测布局的可能后果； 对内交通空间信息子系统基于分析现实交通线路状况的基础之上，依据现有的信息数据为未来的对内交通线 路布局提供参考方案和相关分析；广场信息子系统用以分析开放空间内广场布局的合理性，进1步提

15、供广场的需求信息，并为开放空间的广场布局提供参考方案；未绿化的闲置空地信息子系 统基于各种信息数据分析闲置空地的可能用途。应用信息子系统是在综合各种因素的基础上向 用户提供有关城市开放空间系统的查询和运算结果，它将专题信息子系统的运算结果进行进1步的综合、分析，得到城市开放空间中某1个或几个因子布局对于城市开放空间系统的效应，进1步预测其布局改变或者社会经济状况改变对其他因子、城市开放空间系统乃至城市巨系统的影响及其生态响应，以最终满足用户需求；可以将最终查询结果或运算结果输出成图。借助大量 分布的城市开放空间信息系统的客户端，公众可以了解自己所在的城市开放空间的各种信息， 了解开放空间内正在

16、进行的某 1项建设对城市造成的诸多影响，借此也可以提高公众参与城市建设的积极性。数据组织与数据库设计具体包括数据库实体设计、标准化设计、软硬件配置、系统开发计划、经费预算和组织实施。数据库是城市开放空间信息系统的核心部分，其设计质量的好坏 直接影响到系统的应用、维护管理和数据更新。数据库设计的基本要求是：对数据体用非冗余 结构定义；在 插入、修改和删除冗余数据元素时，数据元素的结构、相互关系和从属性应保持 不变；数据独立；保持数据的安全性；系统要保证数据在逻辑意义上的正确性、有效性和兼容 性；要有利于数据库维护以及经常性的组织和必要的数据库操作辅助程序；要便于用户对数据 的独立写入、修改、补充

17、和删除；要有不断的扩充和更新的能力。城市开放空间信息系统数据 库包括社会经济信息数据、空间信息数据、元数据和其他信息数据等。社会经济信息数据主要 属于非空间型属性数据，主要包括开放空间所在城市的社会经济文化等信息数据；空间信息数 据主要包括城市开放空间地形图、政区图、交通图、各类地物的空间分布图等空间型数据及其 附属的属性数据等，也包括经过处理的遥感影像数据。元数据是关于数据的数据，是关于数据的质量、内容、条件和其他特性的数据，其在数据的共享中具有重要作用。所有的数据库都可 以归结为地理信息系统基础数据库、元数据库和综合信息数据库。数据的管理模式为GIS管理空间数据、DBMS管理属性数据，并通过关键字段在空间和属性数据间建立关联，这种模式为空 间和属性数据的单独处理提供了较大的灵活性，能发挥空间数据和属性数据管理系统各自的优 点。伴随着城市可持续发展问