數字城市

數字城市概念

“數字城市”系統是一個人地（地理環境）關係系統，它體現人與人、地與地、人與地相互作用和相互關係，系統有政府、企業、市民、地理環境等，既相對獨立又密切相關的子系統構成。政府管理、企業的商業活動、市民的生產生活無不體現出城市的這種人地關係。CUDI國際城市發展研究院認為城市的信息化實質上是城市人地關係系統的數字化，它體現"人"的主導地位，通過城市信息化更好地把握城市系統的運動狀態和規律，對城市人地關係進行調控，實現系統優化，使城市成為有利於人類生存與可持續發展的空間。城市信息化過程表現為地球表面測繪與統計的信息化（數字調查與地圖），政府管理與決策的信息化（數字政府），企業管理、決策與服務的信息化（數字企業），市民生活的信息化（數字城市生活），以上四個信息化進程即數字城市。

介紹

數字城市是指利用空間信息構築虛擬平台，將包括城市自然資源、社會資源、基礎設施、人文、經濟等有關的城市信息，以數字形式獲取並載入上去，從而為政府和社會各方面提供廣泛的服務。數字城市能實現對城市信息的綜合分析和有效利用，通過先進的信息化手段支撐城市的規劃、建設、運營、管理及應急，能有效提升政府管理和服務水平，提高城市管理效率、節約資源，促進城市可持續發展。

由於人類生活和生產的信息有80%與空間位置有關，因此數字城市是構築和運行在空間信息平台的基礎上。某種意義上說，空間信息平台是數字城市建設過程中的基礎設施建設，數字城市的各種高端應用都需要通過空間信息平台實現，並受空間信息平台的建設情況制約，空間信息平台與數字城市的關係就如同道路、橋樑與實體城市的關係。

歷史發展

美國副總統戈爾於1998年1月21日提出了數字地球的概念之後，中國學者特別是地學界的專家認識到“數字地球”戰略將是推動我國信息化建設和社會經濟、資源環境可持續發展的重要武器，並於1999年11月29日至12月2日在北京召開了首屆國際“數字地球”大會。從這之後，與“數字地球”相關相似的概念層出不窮。“數字中國”、“數字省”、“數字城市”、“數字化行業”、“數字化社區”等名詞充斥報端和雜誌，成了當前最熱門的話題之一。甚至許多省、市把它作為“十五”經濟技術發展的一個重要戰略來抓。國家測繪局在2000年全國局長幹部會議上明確提出，測繪局系統今後一個時期的主要任務是構建“數字中國”的基礎框架；海南、湖南、山西、福建等省都已正式立項啟動"數字海南"、"數字湖南"、"數字山西"、"數字福建"工程，其他省區的立項也在緊鑼密鼓地籌劃之中，而數字城市的立項更是如火如荼。

據報道：2000年5月13日，中國近百名市長與百名IT精英企業聚首"二十一世紀數字城市論壇"，共商推動中國城市數字化進程大計。

中國建設部部長俞正聲在論壇開幕致辭時指出，所謂"數字城市"與"園林城市"、"生態城市"一樣，是對城市發展方向的一種描述，是指數字技術、信息技術、網路技術要滲透到城市生活的各個方面。建設數字城市能夠制止猖獗的違法建築，並避免制約工程招標和房地產建設中的大量弊端。

科技部官員認為，"數字城市"符合中國目前工業化和信息化并行的經濟生活現狀，在中國城市現代化建設中具有重要意義。他透露，目前正在制訂中的"十五"有關科技攻關計劃和規劃中，城市的規劃、建設和管理，數字化城市工程將是其中的一項重要內容。

中國信息產業部信息化推進司司長宋玲說，實現城市信息化是中國城市融入全球化浪潮的首要和必要條件。中國現已制定了一套衡量信息化水平的比較體系。經過國務院信息化領導小組討論通過將會發布。

建設部、科技部等部委"十五"期間將啟動"數字化城市示範工程項目"，國家準備在"十五"期間共計投入5億元人民幣（地方和企業配套投入40億人民幣），建立5-10個市級綜合應用和20-30個城市行業應用的城市數字化示範項目；30-40個社區和企業的數字化示範項目；2-3個跨省市的行業應用以及20-30個數據處理與系統集成的高技術企業。

與前兩年僅僅炒作"數字地球"的概念不同，"數字省"、"數字城市"則開始進入到實質性的啟動階段。為了積極有效地推進中國"數字地球"戰略的發展，本文以"數字城市"為核心討論有關的基本概念及實現策略，與之相關的"數字省"、"數字化行業"、"數字化社區"也可以此為參考。

2012年9月12日，國土資源部黨組副書記、副部長，國家土地副總督察，國家測繪地理信息局黨組書記、局長徐德明在測繪地理信息發展論壇介紹說：“數字城市建設取得重要成果，全國有270多個地級城市正在推進數字城市建設，其中125個已建成並投入使用，成果在60多個領域得到廣泛應用。”

"數字城市"仍是一個概念，它是"數字地球"的一個組成部分，可以看作是一個系統工程或發展戰略，但不能看作是一個項目或一個系統。它可能包括了很多系統，但是要對它下一個確切的定義是很難的，也難以界定哪些是屬於數字城市的內容，到了什麼樣的信息化水平可以看作是實現了數字城市。但它並不是一個虛擬的東西，也不是一個可望而不可及的東西，它是一個在未來城市建設和城市生活中隨處可見，隨時可用，無處不在的"系統"。"數字城市"是一個城市發展的戰略目標，並有一個逐漸發展的過程，而且在發展過程中將會對城市建設、市民生活、經濟發展逐漸帶來效益和方便。

很難為"數字城市"的目標下個確切的定義，或許可以說"數字城市"建成之時，就是我們通常說的城市"社會信息化"實現之時。其戰略目標是實現城市各種數據的整合，使之便於共享和容易使用，使我們的政府管理部門、企業、社區和個人都能方便有效地進行網上辦公、網上查找信息、網上學習、網上工作、網上休閑……

"數字城市"的基礎主要有三項。第一項是信息基礎設施，要有高速寬頻網路和支撐的計算機服務系統和網路交換系統。也就是說"數字城市"的第一項任務是解決"修路"的問題。但是光有路不行，還必須有第二項基礎-數據，特別是"空間數據"。據統計人類生活和生產的信息有80%與空間位置有關，"數字地球"的基本概念也是定義在地球空間框架上集成和展示各種數據，數字地圖和數字影像是"數字城市"的基礎框架。為什麼我們要叫"數字城市"，而不叫"網路城市"？網路城市只能說明鋪設了多少光纜，而不能衡量城市的信息化水平。衡量"數字城市"的指標，除寬頻網里程以外，另一個重要指標是數據量的大小，特別是各類基礎空間數據的數據量。"數字城市"第三項基礎是人，管理"數字城市"和使用"數字城市"的人。與管理我們的"現實城市"相對應，管理"數字城市"要逐漸建立起相應的機構和規範，要不斷對網路系統和數據進行建設、更新、維護和升級，並協調用戶的訪問。除管理"數字城市"的人以外，培養使用"數字城市"的人也是一項重要的基礎工作。只是建了"數字城市"而沒有人用，是一種浪費，也產生不了社會經濟效益。只有成千上萬的企業，成百萬、上千萬的市民應用"數字城市"才可以產生巨大的社會經濟效益，促進國民經濟的快速發展。前幾年，世界經濟的快速發展，得益於IT產業的硬軟體技術，今後國民經濟的一個重要增長點，將有賴於"信息服務"業。

我們的許多城市已經在大張旗鼓地鋪設光纜，有些城市的許多部門也在建立GIS。為什麼我們要突出"數字城市"的概念，我想，除了"數字城市"作為城市信息化的一個整體戰略目標以外，另一個重要方面就是要實現網路和數據的共享。由於歷史發展的原因，城市內分別鋪設了電話網、有線電視網和Internet網，這實際上已經造成了浪費。我們現在要做的補救工作是三網合一，或者說三網互通，實現硬體資源共享，並為信息共享創造條件。"數字城市"的另一個重要任務是實現數據共享及系統間的聯接與互操作。信息共享涉及到兩個方面，一個是政策方面或者說行政管理方面的因素。如何發揮政府職能，調動各方面的積極性，使數據的生產管理部門及時地為"數字城市"提供數據。信息共享另一個重要方面是技術因素，如何保證生產的數據是符合規範的、有效的，如何實現"數字城市"中的各系統互聯接和互操作，是實現數字城市的關鍵技術問題，該問題將在第四部分詳細討論。

"數字城市"實際上有多個層次。許多城市目前啟動的項目主要局限在政府管理部門，"數字城市"為"現實城市"的管理決策服務，這是一項重要職能，近階段可以說是一項主要職能。但是它還不夠，還要考慮企業、社區和個人這三個層次。將來"數字城市"的核心可能是企業和社區，傳統企業，通過信息技術進行改造升級，新型的信息服務企業大量產生，形成城市的新的經濟增長點。社區是連接政府與個人的紐帶，也是城市走向文明，走向現代化的關鍵，在社區精神文明建設中，"數字化社區"將起重要作用。個人是信息化服務的主體，也是社會消費主體。在設立"數字城市"的建設項目時，一定要列立一些項目，引導個人的信息消費。中國城市的紙質交通旅遊圖每年有上十億的產值，美國一個地圖網站賣了12億美元。中國隨著私人汽車的增長，僅交通旅遊的信息消費都可能達到上百億人民幣。

體系結構

"數字城市"雖然不只含有一個系統，但從廣義上說仍屬於計算機及網路所支持的系統群集。因而它具有計算機信息系統的基本特徵，有比較嚴密的邏輯結構。"數字城市"的一個參考邏輯結構如圖所示：

寬頻網路

"數字城市"涉及到大量圖形、影像、視頻等多媒體數據，數據量非常大，目前的網際網路難以勝任，必須使用寬頻網路。城市寬頻網技術發展很快，據報道，國內已有城市開始建立每秒10G的寬頻網路。這種寬頻網路可以滿足"數字城市"的需要。但是，要特別注意網路的互聯與介面問題。中國城市的寬頻網建設可能會以企業為主，中國電訊放開經營以後，一些有實力的企業都盯住城市寬頻網建設，這樣形成競爭的局面是一件好事，不過它可能會形成美國那樣多家公司的通訊電纜都通到一個小區，小區用戶可以任意選擇一家的電話或網際網路。如果協調得好，這也未嘗不可，但是如果協調不好，它不僅造成電纜資源的浪費，甚至相互封閉，互不聯通，或通過"很遠"的路徑聯通，造成許多不便。所以建立"數字城市"首先要把網路建設規劃和高效聯通的問題協調好，千萬不能造成相互割據的局面。

海量存貯

除了網路外，計算機伺服器與存貯設備是一個至關重要的問題。由於"數字城市"涉及地理數據，數據量大，一個大中型城市的數據可能以TB計算。當前計算機的硬體已經能夠滿足這些要求，多CPU高性能伺服器的價格大幅降低，上千GB的Raid硬碟也相當便宜。"數字城市"的數據存貯可能是採用多伺服器，分散式管理，如何將它們有效連接和協調管理是"數字城市"建設的關鍵技術。

聯邦資料庫

這裡提出的聯邦資料庫（Federated DataBase）的概念有別於分散式資料庫和數據倉庫。分散式資料庫和數據倉庫一般是指同種同類數據的組織管理。這裡的邦聯資料庫除了包含分散式的概念以外，它還指異構資料庫和空間數據的多比例尺資料庫。異構數據有兩個概念，一個是同一種類型的數據，使用不同資料庫管理系統管理，如矢量圖形數據或屬性數據，不同的部門採用不同的系統管理，它們的數據類型相同，只是數據的物理存貯結構不同，形成異構數據；另一個概念是數據的類型也不相同，如DEM數據和影像數據，它們與矢量圖形數據的類型不同。

"數字城市"中的數據一般包含五種類型：二維矢量圖形數據、影像數據、數字高程模型數據、屬性表格數據、城市三維圖形與紋理數據。由於城市各部門的應用不同，它們可能還是多比例尺的和分散式的。所以，"數字城市"需要用到"邦聯資料庫"的概念。

數據共享與互操作

數據共享是"數字城市"建設需要解決的核心問題，除了政策和行政協調方面需要解決的問題外，技術上仍有大量的問題需要解決。數據共享有多種方法，其中最簡單的方法是通過數據轉換，不同的部門分別建立不同的系統，當要進行數據集成或綜合應用時，先將數據進行轉換，轉為本系統的內部數據格式再進行應用。我國已經頒布了"地球空間數據交換格式標準"，使用該標準可以進行有效的數據轉換。但是這種數據共享方法是低級的，它是間接的延時的共享，不是直接的實時共享。建立"數字城市"應該追求直接的實時的數據共享，就是說用戶可以任意調入"數字城市"各系統的數據，進行查詢和分析，實現不同數據類型、不同系統之間的互操作。當然這是一個很難的課題。美國OGC聯盟推出的Open GIS，開始了這方面的探索。國際攝影測量與遙感協會成立了"邦聯資料庫與互操作"工作組，其宗旨就是協調國際間該方面的討論與研究。本文作者作為該工作組組長，正在組織"邦聯資料庫與互操作"的研討工作，歡迎有興趣的學者加盟和參與該工作組。

可視化與虛擬現實

"數字城市"的基礎之一是地理空間數據，這就為空間數據的可視化提供了一個展示豐富多彩的現實世界的一個機會。"數字城市"的空間數據包括二維數據和三維數據。二維數據的可視化問題已基本解決，剩餘的問題屬於藝術加工的範疇，三維數據的可視化或者說虛擬現實技術目前仍是一個難點。如何高效逼真地顯示我們的"數字城市"是我們需要儘快解決的一個問題。虛擬現實技術可以通過三維建模逼真的模擬現在和未來的城市，支持數據分析、方案論證和優化，支持地理信息系統等，通過這些詳實的數據和相關資料可以是直觀真實固化方案評估、審核以及管理等日常工作，更為重要的是它可以為多部門參與和協同工作提供了有效的平台。這也是為什麼虛擬現實在數字城市中得到廣泛應用的主要原因。

超鏈接技術

網際網路得益於萬維網的超鏈技術，它將世界各地的網站通過IP地址超鏈接起來，使我們忽略了空間距離。"數字城市"將來也有很多的系統，或者說很多網站，需要把它們超鏈接起來。從硬體技術和網路協議上說，超文本鏈接的問題已經解決，但是"數字城市"涉及到圖形、圖象等數據，遠沒有超文本鏈接那麼簡單。這裡需要涉及到前面所說的許多技術，特別是互操作技術。當前我們已經進行了一系列研究工作，實現"數字城市"各系統之間的超鏈接已為期不遠。

城市設施的數字化

在統一的標準與規範基礎上，實現設施的數字化，這些設施包括：城市基礎設施——建築設施、管線設施、環境設施；交通設施——地面交通、地下交通、空中交通；金融業——銀行、保險、交易所；文教衛生——教育、科研、醫療衛生、博物館、科技館、運動場、體育館，名勝古迹；安全保衛——消防、公安、環保；政府管理——各級政府、海關稅務、戶籍管理與房地產；城市規劃與管理——背景數據（地質、地貌、氣象，水文及自然災害等）、城市監測、城市規劃。

城市網路化

三網連接：電話網、有線電視網與Internet，三網實現互聯互通；通過網路將分散的分散式資料庫、信息系統連接起來，建立互操作平台；建立數據倉庫與交換中心、數據處理平台、多種數據的融合與立體表達、方正與虛擬技術的數據共享平台。

城市的智能化

城市智能化方面包括：

電子商務：網上貿易、虛擬商場、網上市場管理；

電子金融：網上銀行、網上股市、網上期貨、網上保險；

網上教育：虛擬教室、虛擬試驗、虛擬圖書館；

網上醫院：網上健康諮詢、網上會診、網上護理；

網上政務：網上會議等。

數字城市的應用：數字城市的廣泛應用，對城市的繁榮穩定及可持續發展都有著巨大的促進和推動作用。主要表現在以下方面:

公眾服務平台建設

以三維模擬地圖、矢量電子地圖數據、影像電子地圖數據為基礎，實現三張類型地圖數據的聯動切換和有機結合，整合了城市各類興趣點信息，普通市民通過網際網路及移動網際網路，足不出戶就可以獲得各種生活服務，包括位置搜索、公交查詢、美食、娛樂、旅遊、酒店預訂等，為市民帶來更加豐富的地理信息服務體驗。

2006年以來，國家測繪地理信息局組織開展了一系列關於數字城市及智慧城市建設的研究、探索與試驗。2013年初，國家測繪地理信息局出台《智慧城市時空信息雲平台建設技術指南》，正式開展智慧城市時空信息雲平台的建設及試點工作。目前，各城市進行了市域範圍高質量、高解析度的航空攝影，獲取了高解析度的航天影像，處理了城市多尺度、多類型、多時相的海量基礎地理信息數據，建立了一大批規範、完善的基礎地理信息資料庫，搭建了面向政府和公眾的地理信息公共平台，實現了地理信息與城市其他經濟社會、自然資源和人文信息的互聯互通與整合集成，促進了信息資源的共享與開發利用，避免了各部門的重複建設，解決了城市建設中的重複投入等問題。

公共平台國產軟體測評

為促進我國測繪與地理信息軟體的自主創新，加快測繪科技成果的轉化和推廣，推動地理信息產業的蓬勃發展，受國家測繪局科技與國際合作司、科學技術部高新技術司委託，中國地理信息系統協會、國家遙感中心聯合完成了“數字城市地理信息公共平台國產軟體”測評工作。本次“數字城市地理信息公共平台國產軟體”測評，共42套軟體申報參評，經測評辦公室預審、專家組測評、領導小組審定，測評結果為“優秀軟體”8套、“合格軟體”6套。

一、優秀軟體（8套）

二、合格軟體（6套）

中國科學院、中國工程院院士李德仁院士：數字城市為城市規劃、智能化交通、網格化管理和服務、基於位置的服務、城市安全應急響應等創造了條件，是信息時代城市和諧發展的重要手段。數字地球以空間位置為關聯點整合相關資源(以地理信息系統和虛擬現實技術集成各類數據資源)，實現了“秀才不出門，能知天下事”。根據智慧地球的特徵，智慧城市應具備以下4個特徵：第一，智慧城市包含物聯網。實現全面感知：利用RFID、感測器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息。實現可靠傳遞：通過各種電信網路與網際網路的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。實現智能處理：利用雲計算，模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數據和信息進行分析與處理，對物體實施智能化的控制。第二，智慧城市面嚮應用和服務。第三，智慧城市與物理城市融為一體。第四，智慧城市能實現自主組網、自維護。

中國智慧城市促進會會長李林教授：智慧城市是指數字城市網路化與數字化建設的基礎上，進一步應用自動化與智能化科技，將數字城市中政府信息化、城市信息化、社會信息化、企業信息化有機的整合為一體。通過城市物聯網和雲計算中心，集成整個城市所涉及的社會綜合管理與社會公共服務資源，包括地理環境、基礎設施、自然資源、社會資源、經濟資源、醫療資源、教育資源、旅遊資源和人文資源等，實現更透徹的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化。為城市綜合管理和公共服務信息的共享交換和資源綜合利用，為城市低碳環保與可持續發展，為城市資源在空間上的優化配置，構建和諧幸福社會提供強有力的支撐。

我國數字城市地理空間框架試點建設自2006年啟動，是數字中國地理空間框架建設的重要組成部分。其目標是依託城市基礎地理信息及相關信息資料庫，建立全市統一的、權威的地理空間信息公共平台，促進信息資源的整合、共享和充分利用，加快城市信息化進程，實現中央、省、市信息資源共享。

易絢網與北京靈圖軟體技術有限公司、北京眾信領航科技有限公司簽署戰略合作協議，雙方將在三維可視化地理信息技術方面展開合作。易絢網表示，將幫助兩家科技公司真正解決海量精細的城市模型的來源問題，共同締造一個城市三維數字模型大資料庫。

結合手機地圖、道路線圈記錄的車輛行駛速度和數量，公交車、計程車等運行數據，城市大腦即可在一個虛擬的數字城市中構建演演算法模型，通過機器學習不斷迭代優化。

"數字城市"是一個龐大的系統工程，它是城市發展和社會信息化的必然趨勢，也是城市發展的新的經濟增長點。目前的技術已基本成熟。"數字城市"作為一個戰略目標早啟動、早規劃比晚啟動、晚規劃要好。要抓住網路資源與數據資源共享與互聯這兩個核心環節，作好規劃，解決政策、標準和設計問題，先起動一些投資小見效快的項目，力爭由"數字城市"的項目養"數字城市"工程，加快推進"數字城市"建設。

2012年9月10日從國家測繪地理信息局“數字城市建設專題研究班”上獲悉，目前全國已有270多個地級城市開展數字城市建設，“十二五”期間我國全部地級市將建成數字城市。

我國已有311個地級市開展數字城市建設，其中158個數字城市已經建成並在60多個領域得到廣泛應用，同時最新啟動了100多個數字縣域建設和3個智慧城市建設試點。2013年，國家測繪地理信息局將在全國範圍內組織開展智慧城市時空信息雲平台建設試點工作，每年將選擇10個左右城市進行試點，每個試點項目建設周期為2至3年，經費總投入不少於3600萬元。在不久的將來，人們將盡享智能家居、路網監控、智能醫院、食品藥品管理、數字生活等所帶來的便捷服務，“智慧城市”時代即將到來。

據初步統計，截至目前，全國數字城市建設中央財政以4億元左右的投入，帶動地方投入約60億元，節省財政資金超過100億元，間接拉動服務產值高達300億元。數字省區蓬勃發展，海南、湖北、江西、黑龍江、天津、寧夏等15個數字省區建設順利推進，成效顯著。為進一步推動城市信息化進程，更好地滿足城市運行、管理與服務的自動化、智能化需求，及時有效地為智慧城市探索與建設提供地理信息服務，國家測繪地理信息局提出，將在全國範圍內組織開展智慧城市時空信息雲平台建設試點。試點項目建設完成後，國家測繪地理信息局將會同省級測繪地理信息行政主管部門、城市人民政府共同對項目進行驗收。試點申報工作將於2015年6月底前截止。