论数字城市建设及其重要意义

第22卷　第3期

2002年9月天津师范大学学报(自然科学版)JournalofTianjinNormalU　　niversity(NaturalScienceEdition)Vol.22No.3

Sep.2002

文章编号:167121114(2002)0320069204

论数字城市建设及其重要意义

李佩武

(天津师范大学城市与环境科学学院,天津300074)Ξ

摘要:介绍了数字城市的内涵与基础,阐述了数字城市建设的关键技术,发展的重要作用及其出现的必要性.

关键词:数字城市;地理信息系统;城市建设;中图分类号:P208:,是3S(地理信息系统、遥感系统与全球定位系统)、宽带网与虚,包括了城市各要素的数字化、网络化、智能化、可视化的全部过程.数字城市是一个庞大的系统工程,是城市发展和社会信息化的必然趋势,也是城市发展新的经济增长点.3S作为当代技术发展的前沿,是数字城市的支撑工具,它与网络资源、数据共享与互联的结合,为数字城市建设奠定了基础.

1　数字城市的内涵

1.1　数字城市的概念

讫今为止,数字城市尚无严格的定义,也就是说,它的内涵仍然比较模糊.但以下方面已基本达到共识:即数字城市是数字地球的延伸(迟惠生,杨开忠:数字北京工程战略研究.北京大学首都发展研究院,2000),数字城市不是一个孤立的科技项目或技术目标,是以信息高速公路和城市空间数据基础设施为寄托的整体性、导向性的战略思想,是对城市发展方向的一种描述,是城市科学与信息科学有机的高度综合,因而它是一个系统工程.具体是将海量的、多分辨率的、三维的、动态数据按地理坐标进行集成,将3S(地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS))技术、数字技术、信息技术、网络技术、仿真与虚拟技术全方位渗透到城市生活中,以地理信息系统为核心的3S为支撑,对城市系统的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统.数字城市是在计算机网络上实现的,需要有多种学科支持,特别是信息学的技术支持(李德仁:数字城市的概念、技术支撑和典型应用.北京国际3S技术交流会暨第三届北京国际GIS技术研讨会,2001).

1.2　数字城市的必要性

数字城市建设符合目前工业化与信息化并行的经济生活现状,是城市可持续发展的需要,是城市政治与经济发展的需要.在城市规划方面数字城市提供了全新的城市规划、建设和管理的调控手段;在城市建设方面,辅助有关政策法规的执行,能够制止猖獗的违规建筑,并避免制约工程招标和房地产建设中的大量弊端;在体制改革方面,数字城市适应我国现有的市场经济体制,增加城市管理的透明度及政府管理与公众监督的力度;同时提高城市建设的时效性,是中国城市融入全球化浪潮的首要和必要条件.

1.3　数字城市的基础

数字城市建设以信息基础设施与空间数据为基础,以实现数字城市的各系统互联接和互操作为核心Ξ收稿日期:2002205202

作者简介:李佩武(19512),男,河北省人,教授.研究方向:地理信息系统、数字城市、小城镇经济社会发展规划与自然地理.

・70・天津师范大学学报(自然科学版)2002年9月技术,因此要有高速宽带网为支撑的计算机服务系统和网络交换系统,有定义在地理空间的各类数据、数字地图与数字影象,实现数据的共享,实现硬件资源共享.此外,还要建立起相应的机构和规范标准,要不断地对网络系统和数据进行建设、更新、维护,培养管理和使用数字城市的专业人士.

2　数字城市的关键技术分析

数字城市的体系结构,可以说是在计算机、地理信息系统及其网络支持的系统群体,它遵循信息理论,系统理论,具有非线性与复杂性特征,其技术问题涉及面广,且多为高新前沿技术,下面试对其关键技术进行分析.

2.1　计算技术

.,目前的计算机系统,,,但其在智能化方面尚有很大缺陷.因此,、多种数据融化与立体表达技术、适应性与思维联想能力的神经网络计,.

2.2高分辨率遥感与遥测是数字城市的空间数据智能获取技术,其目标是为数字城市空间数据的获取与更新提供高效、稳定、可靠、精确的技术保障[1].数字城市的发展必须要有大比例尺航片与高分辨率卫片等遥感数据的智能获取,包括卫星轨道数据的自动提取、接收轨道的自动计算与选择,参数的自动调整、操作过程的自动调度等智能化接收技术与自动完成图像导航,亚像元几何校正、融合与全数字摄影测量,光谱校正、精确匹配、自动分类与地图分幅镶嵌处理等智能化图像处理技术,以满足数字城市建设的数据需要.

2.3　宽带高速网络

数字城市涉及到大量二维矢量数据、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等多媒体数据,数据量极大,不可能由一个数据库来存储,而是需要分布式数据库来存储,这决定了数字城市的各种服务器需要有高速的计算机网络进行链接.因目前的因特网难以胜任,必须使用传输速度在每秒百万兆以上的宽带高速网络,否则将成为制约数字城市发展的瓶颈.

2.4　海量存储

数字城市的数据是多时相动态数据,其应用系统在网络环境下包含着数百亿甚至千万亿数据,存储采用多服务器、分布式管理.此外,还运行着数以万计的处理进程以及大容量传输通讯要求的海量信息系统,因此,海量数据的存取的无损压缩与复原,纳米与激光全息存贮技术、分形编码技术、查询与空间分析技术与将其有效链接和协调管理是数字城市建设的关键技术之一.

2.5　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之一,在技术上有大量的问题需要解决.目前的数据共享是初步的,即是简接的延时的数据共享.而数字城市需要的是高级共享方法,即是直接的实时的共享,即可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.实现数据共享与互操作需要政策和行政协调与基于网络的、以城市空间信息的管理、开发、处理、应用为目标的技术系统,需要开放、集成、合作的标准和规范的地理信息系统的支撑.

2.6　可视化与虚拟现实

可视化是实现人与数字城市进行交互的窗口,虚拟技术是要创建合适的信息处理环境,为人类观察自然、欣赏景观等各种实体对象提供了身临其境的感觉.虚拟城市系统主要包括场景数据、对象建模、场景引擎、交互模型等内容.目前,数字城市空间数据中的二维数据可视化问题已经解决,剩余的问题属于艺

第22卷　第3期　李佩武:论数字城市建设及其重要意义・71・术加工的范畴.三维数据的可视化问题与虚拟现实技术目前仍在进一步探索之中.虽然,近年来的数字摄影技术利用产生视差、构造立体模型的虚拟技术已经实现,但实现对整个城市进行无缝链接,对三维数据和过程高效逼真地显示还有很大的不足.今后,数字城市在可视化方面,多维动态时空信息可视化理论、无级比例尺数字地面模型生成和显示、数字地面模型智能化信息提取和恢复理论等理论与关键技术方面需尽快研究解决.从一定意义上讲,数字城市是一个庞大复杂的虚拟现实系统,对城市系统的发展与管理将起到巨大的推动作用.

2.7　以地理信息系统为核心的3S技术

地理信息系统(GrographicInformationSystem简称GIS)是地理科学、、遥感科学、空间科学、信息科学、.硬件及网络技术支持下,将地学空间数据与计算机技术相结合,,,对空间数据进行预处理、采集、存储、检索、管理,、宏观决策与多目标开发服务.,、单一、静态、以定性为主的分[2],是目前地学分析、研究与,.

,是在计算机软硬件技术支持下对地理信息(图形数据与属性数据)进行搜集、存储、检索、管理与综合分析,以多种形式输出数据或图形产品的系统.虽然它的外观表现是计算机软硬件系统,但内涵却是由一些计算机程序和各种地学信息数据组织而成的现实空间信息模型,可从视觉、计量和逻辑上对现实空间从功能上进行模拟,对各类信息变化进行仿真,快速模拟自然过程或思维过程的结果.地理信息系统强大的综合处理和分析空间数据的功能也是与其它图形处理系统的根本区别.因此,它是数字城市不可替代的支撑工具.

以GIS为核心的3S的集成,形成了综合的、完整的对地观测系统,提高了人类认识地球的能力,使得人们能够实时地采集、更新与分析数据[3].遥感为地理信息系统快速、准确提供可靠数据的信息源与更新数据的先进技术系统,全球定位系统为遥感实时数据提供空间坐标定位.3S的集成,实现了各系统的功能互补,因而增强了以地理信息系统为核心的综合体系的功能.可以说,以GIS为核心的3S技术为数字城市建设提供了支撑,没有3S数字城市将无从谈起,但数字城市的研究也推动了3S技术的向纵深发展,使3S集成有了明确的发展方向.

3　数字城市对城市发展的重要作用

3.1　促进城市规划手段的全面革新

传统城市规划的方法主要靠经验,在科学性方面有一定的不足.数字城市为城市规划提供了一个全新的手段.大比例尺数字地形图、城市现状用地分类图、和城市现状建筑分类图是城市规划的基础图件.传统的图件制作一般通过大量的人工方法调查得出,误差大、效率低,使城市规划的数据质量得不到有效提高与控制.

数字城市创建后,可通过动态的城市影像信息,用GIS进行高效得数字加工分析处理,提取三维城市的定位信息、拓扑信息、分类信息与属性信息,在经过整合修饰,便可快速、高精度地得出基础图件.在此基础上用GIS进行高效分析、处理、模拟与方案的优化,可根据人们的视觉习惯创建城市,可研究城市园林与建筑物的关系与生态环境的影响,有利于城市规划方案的科学形成、方案影响因素分析和输出等过程.城市管理人员在有准确三维坐标、时间、属性的五维虚拟城市环境中进行规划、决策与管理,其感觉如同在飞机上俯城市或漫步街头一样.显然数字城市对城市规划方案的制定,对城市的发展目标、规模、性质等定位提供了科学依据.

3.2　促进城市管理手段的现代化

数字城市在城市管理手段上有诸多优势,主要体现在以下方面:

・72・天津师范大学学报(自然科学版)2002年9月(1)通过城市系统数据的查询、检索和统计,方便用户获取各类精确信息,有效地进行城市信息的空间分析,支持城市管理工作的深化,快速、高精度地更新城市定位信息,保证城市管理工作中信息的现势性.

(2)为重大项目或工程的选址及优化、工程建设管理提供准确的综合信息服务,为建筑业和房地产经营企业生产、经营和管理提供与专业结合的信息管理服务,改善住宅与社区的环境质量,进行更有效地服务.

3.3　辅助政府决策

数字城市的建立,是政府机关转变管理职能、改变工作方式、转变工作作风,进一步提高工作质量和效率的基础[4],能提高政府的管理决策水平.用GIS为支撑的数字城市辅助政府决策,可以提高管理手段的现代化水平,减少经济决策失误或调控措施不当而引起的损失,,提高工作效率与透明度,促进各行业的廉政建设,的各种信息,、运转协调、行为规范的行政管理体制,.

3.4、连续地获取实时、动态的社会与自然的各种信息,并,使人与自然和谐共生,协调发展,做到经济的可持续发展,生态的可持续发展,社会的可持续发展,数字城市能满足这样的要求.

(1)数字城市具有优化配置城市资源,改善交通系统,调整疏导人口,改善环境质量,模拟人类调控的结果与影响,监测人类调控的反馈,实施有效地监督等革命性的手段.这些都为城市的可持续发展创造了条件奠定了基础.

(2)数字城市是21世纪的生存方式,是城市高度信息化、智能化、虚拟化和敏捷化的具体体现,着眼于从根本上变革城市的生活、工作与交流方式,重朔政府、企业与公众三大城市行为主体的关系,协调人类与环境的关系,实现城市行为的高效与敏捷,从而为促进城市的可持续发展奠定了基础.

参考文献:

[1]　承继成,林珲,周成虎.数字地球导论[M].北京:科学出版社,2001.

[2]　李佩武.地理信息系统基本原理与方法[M].天津:天津科学技术出版社,1998.

[3]　邬伦,刘瑜,张晶.地理信息系统[M].北京:科学出版社,2001.

[4]　赖明.加快建设事业信息化进程,推动传统产业升级改造[J].武汉大学学报(信息科学版),2002,27(增刊):19～25.

TalkingabouttheConstructionoftheDigitalCityandItsSignificance

LIPei2wu

(CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,TianjinNormalUniversity,Tianjin300074,China)

Abstrct:Thepaperintroducesthemeaningandbaseofthedigitalcity,explainstheessentialtechnologyinitsconstruction,andanalysesitsimportanceintheurbandevelopmentandnecessityofitsemergence.Keywords:digitalcity;geographyinformationsystem(GIS);urbanconstruction;essentialtechnology