基于數(shù)字城市建設(shè)的“一張圖”應(yīng)用模式研究

孫 穎，張新長(zhǎng)，張 維

一、引 言

數(shù)字城市是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，并運(yùn)用3S技術(shù)、遙測(cè)、仿真、虛擬技術(shù)等對(duì)城市進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類(lèi)的三維描述［1］。數(shù)字城市建設(shè)是城市信息化不可或缺的支撐和保障，對(duì)促進(jìn)城市的科學(xué)發(fā)展具有十分重要的作用［2］。

國(guó)家測(cè)繪地理信息局于2006年啟動(dòng)數(shù)字城市地理空間框架示范建設(shè)，至2010年底已經(jīng)在全國(guó)150個(gè)城市開(kāi)展了數(shù)字城市建設(shè)試點(diǎn)和推廣工作［3］。當(dāng)前數(shù)字城市建設(shè)的核心內(nèi)容主要圍繞基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)與地理信息公共平臺(tái)展開(kāi)，雖然取得了一系列成果，但是仍然存在許多問(wèn)題，主要體現(xiàn)在:①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)空間基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，各數(shù)字區(qū)域之間平臺(tái)各異、擴(kuò)展性差，不能實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門(mén)的有效互通；②信息共享水平不高，信息資源的利用率低，形成了很多信息孤島，造成了巨大的資源浪費(fèi)；③ 未實(shí)現(xiàn)不同建設(shè)層面間的聯(lián)動(dòng)，仍然是“幾張皮”，各個(gè)系統(tǒng)間彼此獨(dú)立，業(yè)務(wù)協(xié)同難度大，制約數(shù)字城市深層次應(yīng)用；④ 沒(méi)有建立基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和GIS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，無(wú)法解決現(xiàn)勢(shì)性的問(wèn)題，直接影響了數(shù)字城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

“一張圖”工程建設(shè)的根本目的是要充分發(fā)揮已有基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的作用［4］，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息與其他多種專(zhuān)題信息、政務(wù)信息的集合，進(jìn)而為國(guó)土資源、城市規(guī)劃、城市管理等政務(wù)部門(mén)及社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。本文根據(jù)佛山市數(shù)字城市建設(shè)實(shí)踐，從基礎(chǔ)保障、數(shù)據(jù)建設(shè)、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用服務(wù)4個(gè)層面討論基于數(shù)字城市建設(shè)的“一張圖”應(yīng)用模式，在“一張圖”上，實(shí)現(xiàn)多比例尺、多時(shí)相、多源、異構(gòu)信息的集成與共享，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息與政務(wù)信息、專(zhuān)題信息的整合，并通過(guò)多圖層信息的動(dòng)態(tài)更新與聯(lián)動(dòng)操作，保障數(shù)據(jù)的鮮活性，促進(jìn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、空間化、協(xié)同化的應(yīng)用與服務(wù)。

二、總體思路

本文主要從4個(gè)層面構(gòu)建基于數(shù)字城市建設(shè)的“一張圖”應(yīng)用模式:基礎(chǔ)層面保障精準(zhǔn)性，數(shù)據(jù)建設(shè)層面使信息具有規(guī)范性，數(shù)據(jù)管理層面體現(xiàn)現(xiàn)勢(shì)性與聯(lián)動(dòng)性，應(yīng)用服務(wù)層面則提升應(yīng)用性與普適性。4個(gè)層面的建設(shè)既注重循序漸進(jìn)，又注重互相作用，有效地推動(dòng)管理應(yīng)用模式與空間信息服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三、技術(shù)支撐

1.基礎(chǔ)保障建設(shè)與集成

包括統(tǒng)一坐標(biāo)體系、似大地水準(zhǔn)面精化、FSCORS等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

（1）統(tǒng)一坐標(biāo)體系

1）在利用原有的GPS C級(jí)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，與國(guó)家GPS A、B級(jí)網(wǎng)聯(lián)測(cè)，布設(shè)長(zhǎng)約9 km的GPS C級(jí)控制網(wǎng)（62個(gè)點(diǎn)，并全部重合舊有C級(jí)點(diǎn)）。在此基礎(chǔ)上加密平均邊長(zhǎng)2～4 km的GPS D級(jí)控制網(wǎng)（325個(gè)點(diǎn)，重合舊點(diǎn)100個(gè)），均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)；進(jìn)行嚴(yán)密的基線(xiàn)處理和網(wǎng)平差。

2）布設(shè)線(xiàn)路總長(zhǎng)約1800 km的四等水準(zhǔn)網(wǎng)，并聯(lián)測(cè)GPS C、D級(jí)點(diǎn)106個(gè)（采用電磁波測(cè)距高程代替四等水準(zhǔn)測(cè)量方法聯(lián)測(cè)），固定點(diǎn)230個(gè)。

3）進(jìn)行新舊坐標(biāo)體系的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工具，實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

圖1 “一張圖”應(yīng)用模式整體結(jié)構(gòu)圖

（2）似大地水準(zhǔn)面精化

確定了分辨率為2＇×2＇，精度達(dá)0.008 m的似大地水準(zhǔn)面模型。應(yīng)用該成果，GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理可在全市范圍內(nèi)取代等外水準(zhǔn)測(cè)量，在平坦區(qū)域可替代四等水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。

（3）FSCORS建設(shè)

FSCORS的基準(zhǔn)站利用廣東省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GDCORS）已建成基準(zhǔn)站（高明、順德、三水基準(zhǔn)站），增加2個(gè)基準(zhǔn)站（南山、更合基準(zhǔn)站），建立新的控制中心，組成佛山市動(dòng)態(tài)大地基礎(chǔ)框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)佛山區(qū)域的基本覆蓋。該系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行，也能與GDCORS聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

（4）集成技術(shù)

針對(duì)應(yīng)用CORS系統(tǒng)流動(dòng)站用戶(hù)只能獲取WGS-84坐標(biāo)的問(wèn)題，綜合運(yùn)用2G/3G無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，基于常規(guī)流動(dòng)站設(shè)備、CORS控制中心軟件、似大地水準(zhǔn)面精化、佛山市統(tǒng)一坐標(biāo)體系參數(shù)模型等進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)信息采集的一體化。主要功能如下:

1）流動(dòng)站可獲取相應(yīng)的平面和高程坐標(biāo)，平面坐標(biāo)包括WGS-84坐標(biāo)、1980西安坐標(biāo)、2000國(guó)家大地坐標(biāo)、佛山市統(tǒng)一坐標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)平面坐標(biāo)的精度控制；高程坐標(biāo)包括大地高、1985國(guó)家基準(zhǔn)高程。

2）實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)站獲取的平面坐標(biāo)的處理變換。

3）實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的空間定位與測(cè)算等功能。

精確的定位與統(tǒng)一的坐標(biāo)系是多源信息集成的前提，通過(guò)基礎(chǔ)保障建設(shè)與集成，使基礎(chǔ)地理信息和各種專(zhuān)題信息有了統(tǒng)一的空間參考基準(zhǔn)，并且大幅提升數(shù)據(jù)精度，為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2.數(shù)據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)字城市建設(shè)的基礎(chǔ)是城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)［5］，但佛山市“一市五區(qū)”在信息化中地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，開(kāi)展了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一工作，編制了統(tǒng)一的《地理數(shù)據(jù)規(guī)范》方案。將佛山市制定的地理數(shù)據(jù)規(guī)范制作成模板嵌入到體系中，構(gòu)建了佛山市信息化測(cè)繪基礎(chǔ)技術(shù)體系，在數(shù)據(jù)生產(chǎn)、檢查和轉(zhuǎn)換各個(gè)環(huán)節(jié)作出規(guī)范和約束，保證了數(shù)據(jù)的生產(chǎn)質(zhì)量。該體系主要包括外業(yè)采集系統(tǒng)、統(tǒng)一的符號(hào)庫(kù)等相對(duì)獨(dú)立又相互連貫的部分，同時(shí)提供數(shù)據(jù)加解密功能，在數(shù)據(jù)生產(chǎn)、質(zhì)量檢查和監(jiān)理各個(gè)環(huán)節(jié)保證數(shù)據(jù)的生產(chǎn)質(zhì)量?？傮w架構(gòu)如圖2所示。

圖2 信息化測(cè)繪基礎(chǔ)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是“一張圖”的底圖，是多源信息綜合和集成的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)從源頭規(guī)范了數(shù)據(jù)的一致性，保障了多圖層的動(dòng)態(tài)更新與數(shù)據(jù)管理順利進(jìn)行。

3.數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新

空間數(shù)據(jù)庫(kù)的更新是維護(hù)空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性、提供多元化服務(wù)的主要手段。其中，變化信息檢測(cè)、更新事件建模和空間沖突檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)是解決更新的重點(diǎn)內(nèi)容。

本研究以文獻(xiàn)［6］提出的自適應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)增量更新方法，實(shí)現(xiàn)同級(jí)比例尺多圖層數(shù)據(jù)的更新。該方法主要包含空間對(duì)象變化檢測(cè)與增量更新、自適應(yīng)接邊、基于約束規(guī)則的空間沖突檢測(cè)與處理，利用圖層的變化檢測(cè)和沖突處理的方法，建立了多圖層的更新機(jī)制，解決了“一張圖”的動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題，保障了各圖層的協(xié)調(diào)一致性和現(xiàn)勢(shì)性。

四、“一張圖”應(yīng)用服務(wù)

“一張圖”應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)采用面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用上的創(chuàng)新。根據(jù)“權(quán)威部門(mén)維護(hù)權(quán)威數(shù)據(jù)，分布存儲(chǔ)、邏輯集中”的原則，公共平臺(tái)及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)部署在市國(guó)土資源信息中心；專(zhuān)題數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)于各個(gè)職能部門(mén)，所有數(shù)據(jù)通過(guò)公共平臺(tái)邏輯集中，實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用與共享交換，成為空間地理信息共享的統(tǒng)一平臺(tái)。地理信息公共平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)地理空間框架應(yīng)用服務(wù)功能的軟件平臺(tái)。它依托地理信息數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)方式滿(mǎn)足政府部門(mén)、事業(yè)單位和企業(yè)、公眾對(duì)地理信息和空間定位、空間分析的基本需求，并具備個(gè)性化的應(yīng)用開(kāi)發(fā)接口。

1.“一張圖”在各部門(mén)的應(yīng)用服務(wù)

“一張圖”應(yīng)用服務(wù)如圖3（a）～（h）所示。

圖3 “一張圖”應(yīng)用服務(wù)

1）三舊改造。通過(guò)基礎(chǔ)保障技術(shù)實(shí)現(xiàn)改造范圍精確定位與測(cè)算；通過(guò)疊加控制性詳細(xì)規(guī)劃，以及修建性詳細(xì)規(guī)劃信息進(jìn)行改造規(guī)劃；通過(guò)不同時(shí)相的矢量圖層、影像圖層間的動(dòng)態(tài)更新和空間對(duì)象沖突檢測(cè)實(shí)施監(jiān)督檢查。

2）電子政務(wù)?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，為多源數(shù)據(jù)集成打下基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源信息空間化；矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新技術(shù)，依據(jù)業(yè)務(wù)信息與空間數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)以圖管地。

3）基準(zhǔn)地價(jià)。地價(jià)分級(jí)的空間化與專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)圖的制作是系統(tǒng)核心需求，通過(guò)基礎(chǔ)保障技術(shù)實(shí)現(xiàn)地價(jià)信息精確定位，以動(dòng)態(tài)更新技術(shù)保障地價(jià)的現(xiàn)勢(shì)性。

4）執(zhí)法巡查。將統(tǒng)一坐標(biāo)體系、似大地水準(zhǔn)面精化、FSCORS等技術(shù)有機(jī)集成，并結(jié)合PDA，實(shí)現(xiàn)了高精度、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的空間定位與測(cè)算等功能；利用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端、客戶(hù)端、服務(wù)器端的互聯(lián)互通。

5）測(cè)繪應(yīng)急保障。利用基礎(chǔ)保障技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急事件的精確定位；標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)建設(shè)保障應(yīng)急資源和公共設(shè)施的空間可視化，采用多圖層動(dòng)態(tài)更新技術(shù)對(duì)受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

6）標(biāo)準(zhǔn)地圖網(wǎng)。通過(guò)現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)保障地圖的準(zhǔn)確性；以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為底圖，疊加公眾信息點(diǎn)數(shù)據(jù)、公交線(xiàn)路數(shù)據(jù)、政務(wù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)地圖網(wǎng)公眾數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)建設(shè)，保障服務(wù)內(nèi)容的規(guī)范性；通過(guò)多圖層聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制，保障地圖的現(xiàn)勢(shì)性。

7）數(shù)字環(huán)保?；A(chǔ)保障技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)建設(shè)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)底圖，便于實(shí)現(xiàn)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與專(zhuān)題信息的集成。動(dòng)態(tài)更新技術(shù)則保障環(huán)保平臺(tái)空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。

8）數(shù)字城管。FSCORS實(shí)現(xiàn)精確定位；多源數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)城管信息一體化管理；多圖層聯(lián)動(dòng)更新，保障城管的動(dòng)態(tài)性。

2.實(shí)施效果

成果應(yīng)用于“數(shù)字城管”，提高了城市管理效率和水平；應(yīng)用于“數(shù)字環(huán)?！?，提高了環(huán)境管理的科學(xué)性；通過(guò)“佛山市標(biāo)準(zhǔn)地圖網(wǎng)”服務(wù)滿(mǎn)足了企業(yè)公眾的地理信息需求；應(yīng)用于“三舊”改造，加強(qiáng)了“三舊”改造監(jiān)管力度；應(yīng)用于公安、國(guó)安等部門(mén)，提高了安全管理水平；應(yīng)用于應(yīng)急管理部門(mén)，提高了應(yīng)急反應(yīng)能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

以數(shù)字城市建設(shè)為驅(qū)動(dòng)，從測(cè)繪地理信息的基礎(chǔ)保障、數(shù)據(jù)建設(shè)、數(shù)據(jù)管理和信息服務(wù)4個(gè)層面構(gòu)建了統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威的“一張圖”服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字城市的建設(shè)、管理到應(yīng)用的一體化模式，且在佛山市數(shù)字城市建設(shè)中得以實(shí)踐。在結(jié)構(gòu)合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)齊全的“一張圖”本底數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，采用SOA的架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了國(guó)土、規(guī)劃、城市管理等多行業(yè)多部門(mén)協(xié)同的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，并將應(yīng)用服務(wù)推廣至三舊改造、基準(zhǔn)地價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害、測(cè)繪應(yīng)急保障、數(shù)字公安、數(shù)字國(guó)安等工作中，滿(mǎn)足了各部門(mén)對(duì)空間信息資源多方面的需求。

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