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摘要随着全球城市化进程的加速推进和数字技术的深度渗透，智能城市建设已成为各国推动城市治理现代化、提升居民生活质量的重要战略举措。然而，智能城市涉及多源异构数据的采集、融合、分析与呈现，缺乏统一的数据表示与可视化规范，导致信息孤岛现象严重、跨系统互操作性不足、决策支持效率低下等问题日益凸显。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年7月正式发布了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》。该标准系统性地提出了智能城市数据表示与可视化的总体框架、基本数据类型、层次模型、关键技术指南以及评价指标体系，为不同厂商、不同平台之间的数据互通与可视化协同提供了统一的技术基准。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、预期应用效益及推广应用前景进行了系统梳理与深入分析，旨在为相关领域的技术研发、标准制定和工程实践提供参考与借鉴。关键词：智能城市；数据表示；可视化；国际标准；互操作性；地理信息系统；计算机制图Keywords:SmartCities;DataRepresentation;Visualization;InternationalStandards;Interoperability;GeographicInformationSystem;ComputerGraphics1引言1.1立项背景进入21世纪以来，全球城市化率持续攀升。联合国经济和社会事务部发布的《世界城市化展望》报告显示，预计到2050年，全球城市人口占总人口的比例将达到68%。城市规模的持续扩张带来了交通拥堵、资源紧张、环境污染、公共安全压力增大等一系列"城市病"问题。为应对这些挑战，各国纷纷将智能城市（SmartCity）建设纳入国家战略，利用物联网（IoT）、大数据、人工智能（AI）、云计算、数字孪生等新一代信息技术手段，实现城市运行状态的全面感知、智能分析和精准调控。然而，智能城市建设的核心挑战之一在于：城市运行涉及交通、能源、环境、安防、政务、医疗等多个领域，各领域产生的数据类型多样、格式各异、语义不统一。在实际建设过程中，不同系统之间的数据表示标准缺失，导致"数据孤岛"现象普遍存在；可视化呈现方式缺乏统一规范，导致用户认知负担加重、跨部门协同效率低下。这些问题严重制约了智能城市建设的整体效能。国际标准化组织认识到这一问题的重要性，早在2017年前后就启动了相关预研工作。经过多轮专家论证和成员国投票，ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）下属SC24（计算机图形、图像处理和环境数据表示分技术委员会）于2019年正式立项，启动该标准的制定工作。经过四年多的深入研讨、草案编制、意见征集和修改完善，最终于2023年7月正式发布。1.2标准定位与意义ISO/IECTS5147:2023属于技术规范（TechnicalSpecification,TS）类文件，其定位是为智能城市中涉及的数据表示与可视化提供指导性框架，而非强制性技术要求。这一性质决定了该标准具有较高的灵活性和普适性，能够适应不同国家、不同城市在技术基础、发展水平和应用需求上的差异。该标准的发布具有多重意义。第一，它为智能城市中各子系统的数据接口设计提供了统一的语义基础，有助于打破信息孤岛，促进跨系统、跨部门的数据融合与共享。第二，它为可视化系统的设计开发提供了方法论指导，有助于提升信息传递效率和用户决策质量。第三，它为智能城市建设中的采购、验收和评价工作提供了参考依据，有助于规范市场秩序、促进公平竞争。第四，作为国际标准，它为中国智慧城市标准体系与其他国家标准体系的对接提供了桥梁。2标准编制过程2.1立项阶段ISO/IECTS5147:2023的编制工作由ISO/IECJTC1/SC24分技术委员会负责。SC24的职责范围涵盖计算机图形、图像处理、环境数据表示以及虚拟现实和增强现实等领域的标准化工作。在正式立项之前，SC24组织开展了为期约两年的预研工作，包括收集各国在智能城市数据可视化方面的实践案例和技术需求、调研已有相关标准和技术报告、分析技术发展趋势等。预研阶段形成的技术报告（NP）于2018年底提交各成员国审议，并于2019年获得立项批准，正式注册为SC24的新工作项目（NewWorkItemProposal,NWIP）。2.2起草阶段项目立项后，SC24成立了专门的起草工作组（WorkingGroup），由中国、美国、德国、日本、韩国、法国、英国等国家的专家共同参与。工作组先后召开了十余次线下及线上会议，围绕标准的范围界定、架构设计、关键技术指标等核心议题展开了深入讨论。起草过程中，工作组充分参考了ISO37120（可持续城市和社区指标体系）、ISO37122（智慧城市指标体系）、ISO19157（地理信息质量）、IEC62443（工业通信网络安全）等已有国际标准，力求协调一致、避免冲突。2021年，工作组完成工作草案（WorkingDraft,WD）；2022年初形成委员会草案（CommitteeDraft,CD），分发至各成员国征求意见。SC24共收到来自十余个国家的数百条反馈意见，工作组对意见进行了逐条处理，并对草案进行了较大幅度的修改与完善。2022年下半年，草案升级为国际标准草案（DraftInternationalStandard,DIS），进入最终投票阶段。2.3批准与发布阶段2023年初，ISO/IECJTC1组织了对各成员国对DIS版本的正式投票，投票结果显示绝大多数成员国表示赞成。随后，草案进入最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard,FDIS）阶段，并顺利完成最终批准程序。2023年7月14日，ISO/IECTS5147:2023正式出版发布。3标准核心技术内容ISO/IECTS5147:2023的内容结构严谨、逻辑清晰，全文共由九个章节及资料性附录构成。下文对其核心技术内容予以阐述。3.1范围与规范性引用文件标准的第一章明确了适用范围，即"为智能城市的表示和可视化提供指南"，适用于智能城市相关的规划、建设、运营和维护阶段的数据表示与可视化工作。本章同时说明了该标准不涉及具体可视化软件产品的功能要求，也不规定特定技术平台的实现细节。第二章列出了规范性引用文件，主要包括ISO/IEC14496系列（MPEG-4）、ISO/IEC19774（HAnim）、ISO19100系列（地理信息标准）等。这些引用文件为智能城市三维场景建模、地理信息表达提供了基础性的技术规范。3.2术语与定义第三章对本标准中使用的核心术语进行了统一定义，包括"智能城市"、"数据表示"、"可视化"、"数字孪生"、"互操作性"、"语义模型"、"场景图（SceneGraph）"等。这些定义既参考了国际通行的术语体系，又结合了智能城市领域的技术特点，为后续章节的内容展开奠定了语义基础。3.3智能城市数据的表示第四章是标准的核心部分之一，重点讨论了智能城市数据表示的基本要求。标准将智能城市数据划分为空间数据（SpatialData）、时间数据（TemporalData）、属性数据（AttributeData）和语义数据（SemanticData）四种基本类型，并分别给出了各类数据的表示方法和编码要求。在空间数据表示方面，标准推荐采用基于地理坐标的参考体系，支持二维平面和三维立体两种表达层次。对于建筑物等复杂城市要素，标准建议采用层次化细节模型（LevelofDetail,LOD），根据应用场景需求选择合适的模型精度。在时间数据表示方面，标准强调了时空一体化的建模思路，即任何空间数据都应具有与之关联的时间属性，从而支持城市运行状态的历史回溯、实时监控和未来推演。为此，标准引入了时间戳、时间区间、时间序列等数据结构模板。在语义数据表示方面，标准引入了本体（Ontology）的概念，鼓励各系统采用共享的语义模型来描述城市要素及其相互关系。这一思路有助于解决跨系统数据语义理解不一致的问题，实现更高层次的互操作。3.4智能城市数据的可视化第五章同样属于核心技术内容，系统介绍了可视化设计的技术指南。标准指出，智能城市可视化系统应以用户需求为导向，以实现信息有效传达为目标，遵循准确性、一致性、可读性和交互性四项基本原则。在可视化形式方面，标准将常用可视化类型归纳为以下几类：统计图表类（如柱状图、折线图、饼图等）、专题地图类（如热力图、散点图、等值线图等）、三维场景类（如城市建筑白模、倾斜摄影实景模型、建筑信息模型等）以及增强现实/虚拟现实类（如AR导航、VR城市漫游等）。此外，标准还专门针对可视化中的视觉变量设计提出了建议，包括色彩映射的选择原则（考虑色觉障碍人群的辨识需求）、符号系统的规范性、标注与注记的清晰性等。这些内容虽然属于技术指南层面，但对实际系统的人性化设计具有很强的指导意义。3.5智能城市数据的交换第六章聚焦于数据的交换与共享问题，规定了智能城市数据在不同系统之间交换时应遵循的技术要求。标准强调，数据交换格式的选择应在表达能力和传输效率之间取得平衡。对于空间数据，推荐采用GeoJSON、CityGML、3DTiles等开放格式；对于动态数据，推荐采用JSON或XML格式，并结合WebSocket、MQTT等轻量级通信协议实现实时更新。为保证数据在交换过程中的语义一致性，标准建议采用统一的数据字典（DataDictionary）和元数据标准，并支持自动化的语义映射与转换。3.6互操作性第七章详细讨论了互操作性的概念、层次和实现方法。标准将互操作性划分为语法互操作性、语义互操作性和组织互操作性三个层次，并指出完整的互操作性需要在三个层面同时实现。在技术实现层面，标准推荐采用开放API架构，辅以微服务模式，使得不同系统之间可以通过标准化接口进行数据访问和功能调用。此外，标准还引入了"可视化服务"的概念，即允许一个系统调用另一个系统的可视化能力（如地图渲染服务、三维场景服务等），从而实现用户界面层面的无缝集成。3.7安全性第八章针对智能城市数据的安全与隐私保护问题提供了技术指导。标准指出，智能城市数据涉及大量与公民个人隐私密切相关的信息，如位置轨迹、人脸特征、出行习惯等，在数据表示与可视化过程中必须采取充分的安全保护措施。标准推荐的数据安全措施包括：对敏感数据进行分级管理，采用匿名化、去标识化、差分隐私等技术手段降低隐私泄露风险；在数据交换过程中采用加密传输通道；在可视化展示环节引入权限控制机制，确保不同角色用户只能查看其权限范围内的数据信息。3.8测试与评价第九章规定了智能城市可视化系统的测试方法和评价指标体系。测试方法部分涵盖功能测试、性能测试、兼容性测试和用户体验测试四类；评价指标体系则包括可视化准确性（指可视化结果与现实数据之间的一致性程度）、系统响应效率、用户满意度、跨系统互操作成功率等量化指标。该章节还提供了一个具有可操作性的评价流程，包括评价目标的确定、评价指标的选取、数据采集方法的实施以及评价结果的分析与反馈。这一流程可直接指导第三方测评机构或城市建设单位对可视化系统进行质量评估。3.9资料性附录标准包含两个资料性附录。附录A提供了"用例分析"——选取了典型智能交通管理场景，完整呈现了从数据采集、数据表示、可视化呈现到用户交互的全流程，展示了标准各项指南的联动运用方式。附录B汇总了标准中推荐的各类数据格式和协议的清单及其简要说明，方便使用者快速查阅。4主要参与单位及贡献ISO/IECTS5147:2023的制定汇聚了全球多个国家的智慧与经验。以下对该标准编制过程中作出突出贡献的主要技术组织予以介绍。ISO/IECJTC1/SC24（计算机图形、图像处理和环境数据表示分技术委员会）是该标准制定的核心组织。SC24成立于20世纪80年代中期，是国际标准化领域中计算机图形技术的重要标准化组织之一，长期负责制定和维护计算机图形、虚拟现实、增强现实、图像处理和环境数据表示领域的国际标准。SC24的秘书处设在中国（由中国国家标准化管理委员会承担），主席和秘书分别来自中国和韩国。近年来，SC24在三维图形标准、混合现实、数字孪生等方向持续发力，为全球信息技术标准化事业作出了积极贡献。在ISO/IECTS5147:2023的制定过程中，SC24全面负责该项目的管理与推进，包括：组织各成员国专家参与工作组讨论、协调各方意见、处理投票反馈、审核标准文本质量等。同时，SC24还与ISO/TC268（可持续城市与社区）、ISO/TC211（地理信息）、IECSyCSmartCities（IEC智慧城市系统委员会）等组织开展密切协调，确保标准内容在更广阔的标准化生态系统中保持一致性和互补性。此外，来自中国电子技术标准化研究院、中国测绘科学研究院、北京航空航天大学、武汉大学、华为技术有限公司、中国城市规划设计研究院等单位和机构的中国专家团队在标准起草过程中作出了重要贡献，特别是在三维城市建模、时空数据表示、语义互操作性等核心章节的编写中发挥了积极作用。5标准应用前景与推广建议5.1应用前景ISO/IECTS5147:2023的发布恰逢全球智慧城市建设进入深水区的关键时期，其应用前景十分广阔。首先，在智慧城市建设领域，该标准可广泛应用于城市运行管理中心（IOC）、智慧交通、智慧安防、智慧环保等子系统的设计建设过程中，为系统的数据接入规范、可视化界面设计和跨系统集成方案提供标准依据。尤其是标准中关于三维场景数据表示和可视化服务的指南，可直接支撑数字孪生城市建设项目的技术选型和架构设计。其次，在测绘与地理信息领域，该标准为城市级地理信息数据的表达和三维可视化提供了重要技术参考，可与国家测绘地理信息相关标准结合使用，指导倾斜摄影三维建模、城市部件普查、地下管网可视化等工程实践。再次，在智慧城市相关软硬件产品的研发领域，该标准可为企业产品提供对标依据。企业可在产品设计文档中声明对ISO/IECTS5147:2023的符合性，提高产品的标准化水平和市场竞争力。同时，用户单位也可将该标准作为产品采购的技术评价依据。5.2推广建议为进一步发挥该标准的效用，提出以下建议：（1）加快该标准的转化落地。建议全国信息技术标准化技术委员会等相关机构尽快启动该标准的采标工作，结合中国智慧城市建设实际，编制相应的国家标准或行业标准，实现国际标准与国内标准的良性互动。（2）加强标准宣贯培训。面向智慧城市主管部门、建设单位和设计单位，组织开展标准解读和培训活动，提高行业对标准化工作重要性的认识，提升标准的使用率。（3）推动标准试点应用。鼓励有条件的城市和项目率先开展标准试点，积累应用经验和最佳实践，形成可复制、可推广的典型方案。（4）持续跟踪国际动态。密切跟踪SC24及相关国际组织在智慧城市可视化领域的最新工作进展，及时开展后续版本的修订完善工作，保持标准的先进性和适用性。6结论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》是在全球智慧城市加速建设、数据驱动治理需求日益迫切的时代背景下应运而生的国际标准。该标准系统构建了覆盖数据表示、可视化设计、数据交换、互操作性、安全保护和测试评价的完整技术框架，为智能城市中各类型数据在全生命周期内的规范化表示与高效可视化提供了方法论指引和操作指南。其发布不仅填补了国际标准化组织在智慧城市可视化领域的标准空白，也为各国智慧城市建设提供了可借鉴、可参照的国际方案。展望未来，随着数字孪生、人工智能生成内容（AIGC）等新兴技术的快速发展，智能城市可视化将呈现出更加智能化、实时化和交互化的发展趋势。ISO/IECTS5147:2