数字高程模型DEM课件

第4章城市空间信息基础设施建设

空间信息基础设施建设在数字城市建设中具有举足轻重的地位和作用，同时加快城市空间信息基础设施建设是最为迫切的任务和基础性工作。2004年2004年2007年2008年4.1城市空间信息基础设施概念与作用

4.1.1概念

城市空间信息是指与城市对象地理分布有关的信息，是有关地理对象的性质、特征和运动状态表征的一切有用的知识。数字城市必须有数据，特别是空间数据。这里所说的空间数据，泛指地理空间框架数据和一切具有空间定位或空间分布特征的自然数据、经济数据、社会数据和人文数据。城市空间基础信息具有尺度大、空间分辨率高、内容丰富、老化速度快、获取与更新时间长、生产费用高等特点。……说明见P67

城市空间基础信息的形式主要包括：数字线划地图(DLG)、数字正射影像图(DOM)、数字栅格地图(DRG)、数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DTM)、以及相应的属性数据。三维数据与时态数据越来越受到重视，成为未来城市空间基础信息的新形式。……说明见P67

随着城市信息化进程的加快和深入，城市空间基础数据必将进一步成为关注的焦点。城市空间信息基础设施(USII）可以理解为对获取的空间信息进行整合，通过广布的网络系统提供人们充分利用与共享所必需的支持基础。现代城市管理对城市空间信息基础设施建设提出了极高的要求。4.1.2地位和作用具体表现在以下三个方面：（1）空间信息基础设施是国民经济和社会信息化的重要保障条件。（2）空间信息基础设施建设有利于信息资源共建共享机制的建立。（3）空间信息基础设施是构建数字城市的重要基础设施。

……解释见P684.2城市空间信息基础设施建设现状与内容4.2.1国内外建设现状1.国外建设现状

自20世纪70年代以来，世界各国大体经历了全要素基础地理空间数据和核心要素地理空间数据两个发展过程，目前正在开始构建新一代地理空间数据基础设施。

早期世界各国政府测绘部门主要集中生产矢量型全要素基础地理空间数据，并构建点、线、面目标之间的拓扑关系。

美国地质测量局从20世纪70年代开始，先后完成了数据库建设。……解释见P68

欧洲的大多数国家都是根据原有的系列比例尺地图生产相应比例尺的矢量数据并建立数据库。英国军械测量局……解释见P68

-69。德国从1989年开始建设全国地图和地图制图信息系统，……解释见P69

。

日本是亚洲最早开展空间信息基础设施建设的国家之一，数字地图系列包括……解释见P69

。

马来西亚的地理空间数据基础设施，即MyGDI，……解释见P69

。

从20世纪90年代后期起，越来越多的非洲国家将空间信息基础设施建设提到议事日程上。非洲大多数国家的空间信息基础设施建设都是由国际合作项目启动，由政府进行跨部门、跨地区(甚至是跨国)数据、标准的协调。……解释见P69。

考虑到全要素矢量空间数据的生产过程复杂、周期较长且费用较高，一些发达国家开始转向只生产核心(框架)要素地理空间数据。例如，美国地质测量局从20世纪90年代初开始生产以数字线划图、数字栅格图、数字高程模型和数字正射影像图为代表的“4D”简化产品，即核心要素数据。……解释见P69。例如，英国军械测量局根据已有矢量数据抽取派生出了国家道路地名、邮政编码分区、境界、道路中心线等框架数据。进入21世纪以来，随着国家信息化的逐步深入和普及，人们对地理空间数据的多维、多尺度和动态可视化的需求越来越高，促使人们研究和建立新一代的地理空间框架数据。例如，2001年10月在德国汉诺威召开了包括德国、法国等国专家参与的关于“三维核心数据库”的学术研讨会。……解释见P70。2.中国建设现状

新中国成立以来，我国开展了大规模的地学调查，积累了数量大、系统性强的地球空间信息资源，我国的空间信息基础设施建设也取得了巨大的成绩，已建成世界1:1400万、1:500万空间数据库，中国1:300万、1:50万、1:25万数据库，1:5万数字高程模型数据库和基本框架要素数据库，1:1万五大江河数字高程模型数据库。已建成1:500、1:2000、1:5000地形图数据库，正在采用数据中心与分中心的形式，逐步建成数字城市的数据存储与管理体系。就空间数据的覆盖和质量状况而言，大、中城市、沿海城市明显好于内地城市和中、小城市。

许多城市建立和维护了全市的平面和高程控制网，可以直接生产和更新1:2000的数字地图。

从总体上看，中国已初步建成全球、国家、省(自治区、直辖市)、市的基础地理空间数据框架，特别是大多数城市已完成了基本地形测绘，4D产品及三维景观数据已成为城市地形信息的主要形式，各种图件的现势性较好，实现了动态或定期更新。各专业部门也有相应的专题地图数据，如地下综合管线、地名资料等数据。3.中国存在的主要问题目前存在的主要问题表现在以下三个方面：

（1）城市空间数据还不能满足应用的需求（2）空间信息资源共享程度不高（3）行业GIS系统发展不平衡解释见P70-71（自学）4.2.2中国城市空间信息基础设施建设的需求分析及对策

1.需求分析1)对加快专业技术人才尤其是高素质人才队伍建设的需求2)对建立权威的地理信息管理协调机构的需求3)对加紧建设城市空间基础数据集的需求4)对制定基础地理信息的法规与标准的需求5)对传统测绘技术进行引进改造的需求6)对建立新的数据生产、更新和维护机制的需求解释见P71-72（自学）2.对策与建议

1）明确城市空间信息基础设施建设的指导思想、技术方案和保障措施

2）确定城市空间信息基础设施建设的原则

3）建立相对完善的空间数据标准与规范体系

4）开展城市空间信息基础设施共享技术研究与政策法规制定

5）建立城市空间信息基础设施建设人才培养、技术交流机制解释见P72-73（自学）4.2.3城市空间信息基础设施建设原则和内容

1.建设目标(1)构建数字城市的空间基础数据框架(2)为城市政府、企业和公众提供空间信息服务(3)组建城市基础地理信息中心(4)建成空间信息基础设施的技术标准规范体系(5)逐步形成城市地理空间信息产业(6)建立空间信息基础设施的政策法规及管理制度体系解释见P73（自学）2.建设原则

(1)面向应用原则(2)先进性原则(3)数据全面、统一原则(4)可靠性、可用性、安全性、实用性和可维护性原则(5)扩展性原则(6)开放性原则解释见P74（自学）3.建设任务1)加强地理空间信息的获取和处理2)建立城市地理空间信息的生产、管理和服务体系3)加强基础性地理信息系统建设4)面向社会公众，提供高质量、公益性的信息服务5)促进地理空间信息应用系统建设6)为决策支持提供地理空间数据支撑7)建设城市基础地理信息中心8)建立相对完善的标准与规范体系解释见P74-75（自学）4.建设内容

(1)空间基础数据集；（2)空间数据交换标准（3)GPS综合服务系统；（4)空间数据协调、管理机构解释见P75（自学）应用前景体现在以下三个方面：

一是成为城市其他信息平台和专业信息系统建设的共享平台；二是为城市政府及各部门、企业及社会公众提供基于空间信息的专业信息发布与交换服务；三是为城市规划、建设和管理提供决策支持。4.3城市空间信息基础设施建设技术体系4.3.1总体框架

数字城市在逻辑层次上总体表现为：在数字城市的信息基础设施和支撑环境平台上建立数字城市空间信息基础设施的总体信息体系。面向数字城市内、外的各种信息实体和用户实体提供数字化、网络化、虚拟化、智能化的应用和各种服务(图4.1)。

城市空间信息基础设施建设（系统工程）必须在系统顶层设计方面进行全面研究。其中，体系结构的设计是最为重要的部分，要以应用需求为依据。设计体系结构时应重点考虑内容有：……说明见P76

。4.3.2城市基础地理信息平台和服务系统建设城市空间信息基础设施建设的内容主要包括研究建立全市空间数据生产、管理和更新的组织体系与管理措施；建立市区范围基础地理信息数据库；制定数据规范和技术质量标准；针对政府和社会关注的领域，建设重点应用系统的示范工程；建立空间信息基础设施集成和分发服务中心，为城市建设和管理各行业、社会经济各部门提供地理信息支持。

1.城市基础地理信息平台

1）应用领域

基础地理信息平台就是利用“3S”(GIS、GPS、RS)技术，实现对城市各种路网、管网和地表建筑物等设施的定位，建立全市统一、完备的空间地理信息数据平台，建立覆盖全市范围的、海量的、动态的空间地理数据库，为政府决策、国土规划以及城市管理提供数字化的基础数据，使之成为全市各类应用信息系统的基础平台。……见P77

城市建设的各个领域都有对地理信息资料的需求。

一个功能完善的基础地理信息平台，是能够按照空间位置对城市各种基础地理信息进行输入、存储、更新、查询、分析、应用、显示和制图的技术系统。为满足不同层次对地理信息的不同需求，应该包括的内容有：……见P77

。城市基础地理信息平台能够为政府部门、企业、社区和公众提供不同层次的应用服务，具体情况如图4.2所示。

2）建设内容

（1）基础地理信息数据库。包括大多数部门经常共同使用的基础地理空间数据集合。基础地理信息数据库致力于提供有共同格式、共享的基础地理数据，以便使用户能够集中精力在自己的数据应用和其他事务上。

①建设目标。建设一个统一、标准、完善的数据源，它能提供城市最有用的数据，即最新、最完整、最精确的数据；用户必须能够很容易地把自己的数据集成到基础地理数据上去，给基础地理数据提供反馈和改正意见。

……见P78

②数据库内容。需要建设11类数据库，包括……见P78。

③空间坐标系统是确定空间目标平面位置和高程的空间参考。我国采用了两种不同的大地坐标系，即1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系，属于参心坐标系；自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系，属于地心坐标系。高程系统应采用国家高程系统(1985年国家高程基准)。

（2）空间数据管理与共享平台。数据提供者用它来对要发布的空间数据集产生相应的元数据库，并管理、更新和维护元数据库。用户通过元数据查询检索系统来查询、检索元数据库，以获取相应的空间数据集。

空间数据管理与共享平台采用Client/Server(简称C/S)与Browser/Server(简称B/S)混合的体系结构，其具有严格的平台和操作系统无关性。空间元数据查询检索系统由元数据浏览器、WWW服务器、空间元数据查询服务器、元数据库组成。

（3）空间数据应用服务平台。建设空间数据应用服务平台，包括地图应用服务器、空间数据服务引擎、空间数据应用集成服务器、空间应用服务管理器。遵照流行的WebService技术规范，为各专业应用系统、公用信息平台、决策支持系统，为在建和已经建成的电子政务系统、电子商务系统、地理信息系统，定义数据标准，提供接口，实现信息共享，从而避免重复建设。

……解释见P79

2.公众空间信息服务平台公众空间信息服务平台是向社会公众提供空间定位信息和位置服务的平台，是数字城市面向公众信息服务和应用的窗口。其核心是基于位置的服务。建设公众信息服务平台，将其作为窗口向公众提供基于位置的信息服务，具有重大的意义。……解释见P79-80

建设公众空间信息服务平台，就是通过WebGIS向公众提供基本的空间信息服务。从WWW的任意一个节点，因特网用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据，并制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。……解释见P80

WebGIS必然带领GIS技术进入一个革新的时期。WebGIS终将取代传统的GIS。3.GPS综合服务系统GPS综合服务系统是要在全省GPSC级网的基础上，在城市范围内建设若干个永久性连续运行的GPS卫星定位基准站，组成高精度三维大地测量控制网，为城市建设、工程建设等提供技术支持和定位基础。通过数据通信网络，如因特网和广播网等向各类需要测量和导航的用户提供按照国际通用格式标准的基准站站址坐标和GPS测量数据，以满足各类不同行业、用户对精密定位、快速和实时定位、导航的要求。除了要满足城市规划等多种现代化管理的社会需求外，GPS综合服务系统还要向企业和公众用户提供基于地理定位信息的服务，可用于以下三个方面：

（1）个人导引；（2）商业应用；（3）自导航。……解释见P80

。

4.城市业务应用系统建设只有具备了性能优良、通用性强的业务应用系统，才能使城市规划、建设、管理与服务的基础数据库得到及时的更新和合理的利用，进而提高政府管理部门的工作效率和决策能力，提高企业的管理、服务水平和经营能力。

城市业务应用系统是建立在公共信息基础设施和运行环境上的信息系统，就应用对象来看可将其分为两大类：一类是建立在空间信息基础数据平台之上，为满足各类应用需求的专业信息应用系统，如房地产信息系统；另一类是建立在空间信息基础数据和各类专业数据基础之上的综合性应用系统，如城市应急决策指挥系统等，是比前一类层次更高的，可为政府管理部门、咨询服务机构等提供科学依据和辅助决策的信息系统。4.3.3城市空间数据中心和分中心建设

数据基础设施采取分布式数据库技术，分别由城市空间数据中心和数据分中心来进行管理。

城市空间数据中心主要管理城市基础库，并通过城市信息中心的信息交换共享平台解决各个跨部门应用的数据交换、信息共享、信息传递问题，以数据交换的方式实现政府内部所有公共业务数据的共享，为综合查询及业务应用系统提供全局的、透明的数据访问。

城市空间数据中心，承担对城市空间数据基础设施进行管理和维护的任务。该中心是城市规模化基础地理空间数据生产单位，是权威的基础空间数据更新、存储、处理和分发服务中心，是国家空间数据基础设施的组成部分之一。其职能包括以下四个方面：……解释见P81

。

城市空间数据分中心设在各部门、各区(县、市)，分别管理包括城市规划管理等在内的城市综合管理数据库。这些专业数据都通过城市信息中心的信息交换共享平台，同城市基础地理空间数据集成，即定位在空间数据框架内，使专业数据具有空间定位或空间分布特征，并在各部门、各行业之间进行数据交换和信息共享。

1.城市空间数据中心建设的主要内容

1）基础地理信息资源管理系统建设基础地理信息资源管理系统是城市地理信息的基础平台和统一管理、查询和交换平台；对全市基础地理信息可共享的重要信息进行编辑、备份与灾难恢复；对全市基础地理信息进行登记注册与数据更新管理。

基础地理信息资源管理系统的建设目标是，……解释见P82。系统框架见图4.3。

2）基础地理信息资源共享机制建设

目前，存在的问题主要有：

(1)各职能部门的信息化建设发展不平衡。

(2)由于行业管理和数据安全等原因，空间信息资源各自独立、相互屏蔽、条块分割。

(3)城市空间信息基础设施建设的重复性、无序性和低效性的矛盾十分突出。

(4)标准化程度低。……解释见P83。

基础地理信息资源共享机制建设应着重考虑以下三个方面：

（1）统一规划

（2）统一标准

（3）建立利益共享机制。信息资源中心与各信息源单位可以通过利益共享机制实现信息共享。一是实行会员制；二是参股建设；三是各信息源单位通过信息资源中心按信息查询者的身份和查询内容收取一定的信息费用，信息资源中心为信息源单位提供有偿服务。

2.城市空间数据中心和分中心的关系各个部门数据分中心应按信息共享的要求向空间数据中心提供数据；空间数据中心应完成实现各类信息数据的共享、交换和编辑，并对各部门可共享的重要数据进行备份；根据授权，信息使用者可以通过空间数据中心访问各部门信息分中心的数据(图4.4)。4.3.4城市空间数据更新机制

空间信息基础设施是政府管理的、重要的基础设施，实施城市空间信息基础设施更新机制，必须将基础测绘纳入城市国民经济和社会发展年度计划，设立专项，列入财政预算，确定基础测绘定期更新的周期。城市的建设和发展不断改变着城市的面貌，这就要求我们建立合理的空间数据更新机制，把这些变化及时反映到城市空间数据基础信息库中。城市空间数据基础信息的主要内容包括：……见P83-84。

空间信息的生产和更新，应依托现有基础地理信息数字产品规模化生产基地的产业队伍；各专业部门按照统一的地理框架和数据标准填充本部门的专业性数据。各部门分别负责维护和更新自己生产的数据。

空间信息数据库是一个多数据源、多分辨率、多时相、多尺度、多维、无缝、动态的数据库。……见P84。城市空间信息采集与更新技术主要包括航空摄影测量技术、高分辨率卫星遥感技术、地面测绘技术、GPS测量技术，以及激光扫描，近景摄影测量技术等。这里值得关注的是，基于轻型飞机和高分辨率数码相机的低空摄影测量技术在城市空间信息更新方面具有巨大的应用潜力。

利用历史资料也是建设城市空间信息基础设施的重要方法。这里所说的历史资料主要是以传统方法测绘的各种比例尺地形图、各种公共设施的分布图以及专题图等。……见P84。

局部地物补测，可以采用GPS或内、外业一体化的方式获取有关信息。……见P84-85

。

数据是GIS的血液,而更新则是保持GIS活力的源泉。根据数据生产者所提供的更新信息内容,GIS空间数据更新服务可分为两种方式：批量式更新服务和增量式更新服务。……见P85

。目前，普遍采用的是对数据存储单元内的数据进行整体替换的方法来实现对数据的更新，即用新的数据来替换旧的数据。影像数据库，

……它只是一个数据替换的过程。

目前，数据更新仍然存在许多不足：更新依赖的各种数据源本身“不完美”(多源空间数据的不一致、不完整和不准确性)；更新的智能化程度不高；更新过程对多种数据源整合、充分利用的程度不高；整个更新过程缺乏系统科学的过程控制。……见P85

。4.3.5城市空间数据管理模式空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。空间数据具有空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、海量数据特征、非标代数运算特征。通常空间数据管理方式有三种方式：文件管理方式；文件-数据库混合管理方式；空间数据库管理方式。对空间数据管理采用数据库模式管理已经成为地理信息系统发展的一种趋势。空间数据存储管理质量的好坏直接影响着GIS处理的效率。GIS空间数据存储结构发展至今，从基于文件系统存储一直演变到对象关系型数据库，经历了五代演变：文件系统存储（70’s初）、混合数据存储（80’s