ISOIEC TS 51472023 信息技术.计算机制图、图像处理和环境数据表示.智能城市的表示和可视化指南标准立项发展报告

信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示智能城市的表示和可视化指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation—Guidelinesforrepresentationandvisualizationofsmartcities摘要关键词：智能城市；数据可视化；信息表示；国际标准；计算机制图；城市信息化Keywords:SmartCity;DataVisualization;InformationRepresentation;InternationalStandard;ComputerGraphics;UrbanInformatization一、引言1.1智能城市发展与标准化需求智能城市作为新一代信息技术与城市治理深度融合的产物，代表了全球城市化发展的前沿方向。根据联合国经济和社会事务部发布的《世界城市化展望》报告，预计到2050年，全球城市人口占比将达到68%，城市作为人类主要聚居形态的地位不可逆转。与此同时，物联网、大数据、人工智能、云计算和数字孪生等技术的迅猛发展，为城市运行状态的全面感知、智能分析和精准调控提供了强有力的技术支撑。在智能城市的整体架构中，数据可视化作为连接数据世界与人类认知的关键纽带，承担着将抽象数据转化为直观视觉呈现的重要职能。城市运行中心的大屏监控、交通流量的实时热力图、环境质量的时空分布展示、公共安全事件的态势推演等应用场景，均依赖于高效、准确、规范的数据可视化技术。然而，由于缺乏统一的表示和可视化标准，不同厂商、不同系统之间的数据呈现格式各异、交互方式不同、语义表达不一，导致了严重的“信息孤岛”和“可视化壁垒”问题。1.2国际标准化的迫切性在智能城市数据可视化领域，长期以来缺乏统一的国际标准。各国家和地区的标准化组织虽然在智慧城市总体框架、数据交换接口等方面制定了若干标准，但专门针对数据表示和可视化的标准仍属空白。不同系统之间的可视化结果在色彩映射、符号编码、坐标参考、时间表达等方面存在显著差异，不仅影响了跨系统、跨区域的数据对比与融合分析，也制约了智能城市解决方案的规模化推广和全球化部署。在此背景下，ISO/IECJTC1（联合技术委员会）适时启动了智能城市数据表示和可视化指南的编制工作，旨在通过国际协同的方式，建立一套涵盖数据模型、视觉编码、交互设计和多模态呈现的标准化框架，为全球智能城市建设提供技术规范和最佳实践指南。二、标准基本信息2.1标准概述ISO/IECTS5147:2023《信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示智能城市的表示和可视化指南》由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合技术委员会JTC1（信息技术）下设的SC24（计算机制图、图像处理和环境数据表示分技术委员会）负责制定。该标准于2023年7月14日正式发布，标准状态为现行有效，文件语言为英语。分类号归属于计算机图形技术领域，其国际标准分类号（ICS）为35.140（计算机图形技术）。该标准为技术规范（TechnicalSpecification,TS）类型文件，属于ISO/IECJTC1标准体系中技术层次较高的规范性文件。技术规范的制定相较于国际标准（IS）流程更为灵活，通常用于技术仍在快速演进的领域，以便及时发布具有前瞻性的指导性内容，待技术成熟和广泛应用后，可进一步转化为正式国际标准。2.2标准的定位与适用范围ISO/IECTS5147:2023的定位是为智能城市中涉及的数据表示与可视化活动提供系统化、可操作的技术指南。标准内容涵盖了智能城市数据可视化的全流程技术要素，包括数据模型构建、视觉通道设计、交互机制定义、多模态呈现以及评估验证方法等。其适用对象主要包括：-智能城市解决方案的规划者、设计者和开发者；-城市数据可视化平台和系统的建设与运维单位；-从事智慧城市标准化研究和应用推广的机构与学术团体；-城市管理者、决策者和公共服务提供者的技术支持团队。该标准既可用于新建系统的规划与设计，也可用于已有可视化系统的评估、优化与升级。三、标准立项背景与研制历程3.1立项背景ISO/IECJTC1/SC24是国际标准化组织中专门负责计算机制图、图像处理和环境数据表示标准化的分技术委员会。近年来，该分技术委员会密切关注智能城市发展对信息表示和可视化技术提出的新需求与新挑战，并据此开展了一系列前期研究和需求调研工作。调研结果显示，当前智能城市数据可视化存在以下突出问题。其一，可视化语义不统一，不同系统对同一城市指标采用不同的图形符号和色彩编码方案，导致跨系统数据解读困难；其二，数据表示模型缺失，缺乏适用于城市多源异构数据的统一表示框架，难以支撑大规模数据集成和融合可视化；其三，交互规范不足，缺乏针对城市级可视化场景的人机交互标准化指导，导致用户体验参差不齐；其四，多模态呈现缺乏指导，面向不同终端（大屏、桌面、移动、XR设备等）的适配呈现规则不完善，影响可视化系统的泛在服务能力。基于上述需求分析，SC24在充分论证的基础上，正式向JTC1提交了智能城市数据表示与可视化指南标准的立项提案。提案经JTC1各成员国投票表决后获得通过，标准制定工作随之启动。来自中国、美国、德国、日本、韩国、法国等多个国家标准化机构的专家共同参与了标准的研制，经过多轮工作组会议讨论、专家评审和文本修改，最终完成了标准文本的国际标准草案（DIS）阶段和最终国际标准草案（FDIS）阶段的全部工作，于2023年7月正式发布。3.2编制历程概览|阶段|时间节点|主要工作内容||------|----------|-------------||立项预研|2019—2020年|需求调研、可行性分析、立项提案编制||立项投票|2020年|JTC1成员国投票表决通过||工作组草案|2020—2021年|成立起草工作组、完成WD版本||委员会草案|2021—2022年|形成CD版本，各成员国征求意见||国际标准草案|2022年|进入DIS阶段，全球范围评审||最终草案|2023年上半年|完成FDIS版本，编辑性修改||正式发布|2023年7月|标准正式出版发行|四、标准主要内容与技术框架ISO/IECTS5147:2023主要涵盖以下核心内容：4.1核心概念与术语体系标准确立了一套完整的核心术语体系，明确定义了智能城市、可视化、数据表示、视觉编码、多模态呈现等关键概念的内涵与外延，为各参与方提供了统一的技术话语体系。术语体系的建立有效避免了因概念理解不一致导致的实现偏差，为标准的后续实施和应用奠定了语言基础。4.2智能城市数据类型与特征分析标准对智能城市中典型的数据类型进行了系统划分和特征分析。按照数据来源，可将城市数据分为基础设施数据（如交通、能源、给排水、通信等）、环境监测数据（如空气质量、气象、噪声等）、社会经济数据（如人口、产业、商业活动等）和公共安全数据（如安防监控、消防、应急等）。按照数据形态，涉及结构化数据、半结构化数据和非结构化数据（包括文本、图像、视频、激光雷达点云等）。不同数据类型在可视化过程中面临不同的挑战，需要针对性的表示策略和技术支撑。4.3数据表示与信息模型标准提出了一种适用于智能城市多源异构数据的通用信息模型，支持城市数据从底层采集到高层可视化呈现的完整表达。该模型的设计充分考虑了城市数据的时间特性（实时、准实时、历史）、空间特性（点、线、面、体）以及多维属性特征，能够有效支撑城市数据的标准化描述和跨域融合。信息模型的设计遵循分层解耦原则，底层为数据源适配层，中间为统一数据抽象层，顶层为可视化映射层，各层之间通过标准化接口衔接，具备良好的扩展性和兼容性。4.4可视化编码与视觉设计规范在视觉呈现层面，标准详细规定了各类数据类型与视觉通道（位置、长度、角度、面积、颜色、纹理、形状、运动等）之间的映射规则。标准对不同数据类型所适用的视觉编码方式进行了系统的归纳与比较，给出了基于数据类型特征的最佳视觉效果推荐指南。例如，对于城市空气质量数据，推荐使用色相渐变方式并给出对应的分级色带参考；对于城市交通流量，推荐采用线宽编码与运动方向叠加的方式，以同时表达道路的交通强度与流向特征。标准还对视觉设计中的关键要素提出了明确要求，包括但不限于：针对城市数据中常见的色觉障碍人群的可视化配色方案选用的可达性要求，如推荐采用色盲友好的配色方案并给出了具体的Palette参考；文字标签的字体、字号、对比度以及多语言环境下的排版规则，确保可视化界面的清晰度与可读性；在移动端和可穿戴设备等小型屏幕上呈现复杂城市数据时的简化策略和层次化信息组织方法。4.5交互设计与用户体验智能城市可视化系统不仅是信息的展示工具，更是支持城市管理者进行分析决策的交互平台。标准对可视化交互设计提出了系统化的指导要求，涉及：-交互操作的基本类型（缩放、平移、筛选、细节查看、关联刷取等）及其适用场景；-多视图协调联动的设计要求，支持用户在不同视图之间建立认知关联；-交互响应的性能指标要求，确保用户操作的流畅性和即时反馈；-面向不同用户角色（决策者、管理人员、公众等）的自适应交互界面设计原则；-辅助功能的设计要求，包括键盘导航、屏幕阅读器兼容性等无障碍访问支持。4.6多模态与多终端呈现随着混合现实（MR）、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）以及扩展现实（XR）技术的快速发展，智能城市可视化的呈现载体日趋多元化。标准对面向不同呈现模态的可视化设计要求进行了专门阐述，包括：-传统2D屏幕显示（桌面显示器、大屏幕、移动设备）的设计规范；-3D空间可视化的建模精度、光照表达和场景组织要求；-面向AR/VR/MR设备的沉浸式可视化设计指南；-面向不同终端的分辨率适配和交互方式适配要求；-多模态融合呈现（视觉、听觉、触觉）的协同设计要求。五、标准关键技术与创新点5.1面向城市数据的多维可视化参考模型ISO/IECTS5147:2023提出的多维可视化参考模型是其核心创新点之一。该模型综合考虑了城市数据的空间维度、时间维度、属性维度和语义维度，建立了一个四维统一的参考框架，使得不同来源、不同类型、不同粒度的城市数据能够在同一可视化空间中得到一致性的表达。这一模型在国内外同类标准中尚属首创，为智能城市数据可视化的系统化设计和实现提供了统一的理论基础。5.2城市景观的多层次细节表示机制针对城市数据可视化中空间尺度跨度大（从城市群宏观态势到单体建筑微观细节）的突出特点，标准引入了一种面向城市景观的多层次细节表示机制。该机制设计了从宏观（城市群）、中观（城区）、微观（街区）到细观（建筑/设施）等多层次的细节表示策略，规定了各个层次上的数据抽象程度、图形简化规则和视觉信息密度要求。当用户从全局视图逐步放大到局部视图时，系统能够按照标准规定的规则动态调整可视化的细节层次，从而在信息完整性和视觉清晰度之间实现最优平衡。5.3城市时间序列数据的可视化表达城市运行中产生了大量具有时间属性的数据，如交通流量、空气质量指数、能源消耗等。标准专门针对城市时间序列数据的可视化表达提出了系统化的指导方案。标准在传统时序可视化方法（折线图、面积图、热力图等）的基础上，重点针对长时间跨度、多变量同步变化和周期性分析等城市特有的三个分析需求场景，提出了面向城市数据的周期性热力图、多变量堆叠时序图等具体建议和技术指导，为城市数据的时序分析和呈现提供了具有可操作性的规范化方案。六、主要起草单位介绍ISO/IECTS5147:2023标准的制定汇聚了全球多个国家标准化机构和科研院所的专家智慧。在众多参与单位中，中国电子技术标准化研究院作为中国在信息技术标准化领域的核心支撑机构，在标准的立项推动和文本研制中发挥了重要作用。中国电子技术标准化研究院（电子标准院，CESI）创建于1963年，是工业和信息化部直属事业单位，也是国家从事电子信息技术领域标准化的基础性、公益性、综合性研究机构。该院长期承担ISO/IECJTC1/SC24国内技术对口单位的职责，负责组织国内相关单位参与计算机制图、图像处理和环境数据表示领域的国际标准化活动。在ISO/IECTS5147:2023的编制过程中，中国电子技术标准化研究院联合国内智慧城市龙头企业、高校和科研院所组成中国专家代表团，深度参与了标准的框架设计、关键条款讨论和文本起草工作，特别是在城市数据分类模型和可视化交互规范等方面提出了具有建设性的技术提案，多项提案被标准正式文本采纳。该院还积极组织国内相关单位开展标准的试验验证和应用试点工作，为标准在国内的落地实施积累了宝贵经验。七、标准的意义与价值7.1填补国际标准空白ISO/IECTS5147:2023是国际标准化组织在智能城市数据表示与可视化领域发布的首个专门性标准，具有里程碑式的意义。该标准的发布填补了智能城市数据可视化国际标准的空白，使该领域的技术规范化工作有据可依、有章可循，为后续相关标准的制定奠定了重要基础。7.2促进全球智能城市数据互操作性通过建立统一的数据表示模型和可视化编码规范，该标准为不同厂商、不同系统之间的数据共享和可视化互操作提供了技术基础。城市管理者不再受限于单一厂商的技术锁定，可以根据标准实现多源数据的灵活接入和统一呈现，有效降低了系统集成的技术门槛和建设成本。7.3提升智能城市可视化系统的质量水平八、结论与展望ISO/IECTS5147:2023的发布是智能城市数据可视化领域标准化工作的重要里程碑。该标准首次在国际层面构建了智能城市数据表示与可视化的统一技术框架，系统性地解决了该领域中长期存在的语义不统一、表示不一致、交互不规范等关键问题，为全球智能城市可视化系统的规划、设计、开发和评估提供了全面而权威的技术指南。当前，智能城市数据可视化技术仍在快速发展之中。人工智能，尤其是生成式人工智能（AIGC）技术的进步正在深刻改变可视化内容的生成方式；数字孪生技术的成熟推动了城市级三维可视化向高逼真度、全要素方向发展；5G/6G通信技术的普及使得实时流数据的可视化呈现更加流畅和高效。可以预见，未来ISO/IECJTC1/SC24将继续关注这些新兴技术对城市数据表示和可视化提出的新要求，适时启动标准的修订和扩展工作。ISO/IEC