“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)方法

丘小春，何燕君，徐 軍

（1.廣西第一測繪院，廣西 南寧 530023； 2.南寧市國土資源局，廣西 南寧 530021）

“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)是地理空間框架建設(shè)的重要部分，也是“數(shù)字城市”的生命力所在[1]?！皵?shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用是以地理信息技術(shù)為支撐、以地理信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)、以地理信息服務(wù)為中心的一系列地理空間數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)的一種城市發(fā)展模式[2]。其應(yīng)用系統(tǒng)是針對各個部門單獨(dú)開發(fā)的管理系統(tǒng)，功能應(yīng)滿足部門工作需要，符合部門業(yè)務(wù)流程，各部門通過地理信息公共平臺完成與其他用戶的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)信息的資源共享。隨著我國“數(shù)字城市”建設(shè)的不斷深入，“數(shù)字城市”地理空間框架建設(shè)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，在“數(shù)字城市”地理空間框架建設(shè)基礎(chǔ)上的示范應(yīng)用的廣度和深度也逐漸擴(kuò)大[3]。

1 建設(shè)目標(biāo)

“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)的目標(biāo)是，結(jié)合政府各部門和各行業(yè)企業(yè)的業(yè)務(wù)辦理實(shí)際情況，利用“數(shù)字城市”地理空間框架提供的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和空間信息技術(shù)，在高速寬帶網(wǎng)的支持下，把各部門和各行業(yè)的業(yè)務(wù)辦理中涉及到的各類要素以信息化的方式表現(xiàn)，通過整合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)專題信息庫，建立各部門專題信息空間數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的專題信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)專題信息的管理、查詢、統(tǒng)計、分析、顯示和發(fā)布[4]。

2 建設(shè)方法

根據(jù)“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)單位現(xiàn)有的信息化建設(shè)現(xiàn)狀，對于信息化建設(shè)相對落后的單位，建設(shè)專題信息空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)；對于信息化建設(shè)相對先進(jìn)的單位，完善和擴(kuò)充已有專題信息數(shù)據(jù)庫信息，對其相關(guān)目標(biāo)對象進(jìn)行準(zhǔn)確空間定位，形成專題空間信息數(shù)據(jù)庫，并建設(shè)已有業(yè)務(wù)系統(tǒng)與“數(shù)字城市”地理空間框架的系統(tǒng)接口[5]。

2.1 建設(shè)步驟

“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)大體分為5個步驟，見圖1。

圖1 建設(shè)流程圖

1）實(shí)地調(diào)研，明確需求。對“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)單位進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，了解部門現(xiàn)有的業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)情況和業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)情況，明確示范應(yīng)用建設(shè)需求。

2）分析需求，制定方案。根據(jù)需求分析的結(jié)論，制定出示范應(yīng)用建設(shè)方案。對于還沒有建設(shè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的單位，制定業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)建設(shè)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)方案；對于已經(jīng)建設(shè)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的單位，制定現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)與“數(shù)字城市”地理空間框架的系統(tǒng)接口建設(shè)方案。

3）設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，建設(shè)專題信息空間數(shù)據(jù)庫。對于還沒有建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的單位，通過實(shí)地采集和資料收集的方式制作專題數(shù)據(jù)，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，建設(shè)專題信息空間數(shù)據(jù)庫；對于已建有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的單位，對沒有空間定位信息或已有空間定位不夠準(zhǔn)確的專題數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的空間定位，形成專題信息空間數(shù)據(jù)庫。具體步驟如下：

①準(zhǔn)備工作。收集、整理、分析完成項(xiàng)目任務(wù)需要的資料，根據(jù)專題目標(biāo)對象相關(guān)檔案中的位置描述制定調(diào)查計劃，確定調(diào)查路線；根據(jù)已有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)情況制作外業(yè)調(diào)查底圖，按劃定調(diào)查區(qū)域?yàn)楦髡{(diào)查小組分配調(diào)查任務(wù)。

②外業(yè)調(diào)查采集。按照制定的調(diào)查計劃對專題目標(biāo)對象的空間位置和相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)地調(diào)查采集。根據(jù)收集到的相關(guān)資料中的位置描述信息，分區(qū)域進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和采集。

③內(nèi)業(yè)加工處理。以業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)功能設(shè)計為依據(jù)，對于空間數(shù)據(jù)，對紙質(zhì)版和電子版數(shù)據(jù)分別進(jìn)行掃描數(shù)字化和加工預(yù)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)GIS數(shù)據(jù)；對于非空間數(shù)據(jù)，對紙質(zhì)版和電子版數(shù)據(jù)分別進(jìn)行掃描和預(yù)處理，形成規(guī)范化專題數(shù)據(jù)。

④內(nèi)外業(yè)成果整合。將外業(yè)調(diào)查采集成果和內(nèi)業(yè)加工處理成果進(jìn)行整合，形成專題信息空間數(shù)據(jù)庫，既能滿足業(yè)務(wù)專題信息管理要求，又能滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行要求。

4）設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)需求對業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計，編寫系統(tǒng)開發(fā)總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，制定開發(fā)計劃，實(shí)施系統(tǒng)開發(fā)，結(jié)合建設(shè)好的專題信息空間數(shù)據(jù)庫，建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

5）安裝部署與運(yùn)行。在“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)單位或市基礎(chǔ)地理信息中心GIS服務(wù)器上安裝部署專題信息空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，通過政務(wù)專網(wǎng)鏈接“數(shù)字城市”地理空間框架服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和功能接口的調(diào)用；通過系統(tǒng)試運(yùn)行，對系統(tǒng)安裝和運(yùn)行中的一些問題進(jìn)行調(diào)試與解決[6]。

根據(jù)建設(shè)單位機(jī)房和硬件設(shè)備情況，一般采用2種方式對業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行安裝部署。一種是分布式，將專題信息空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)直接部署在建設(shè)單位服務(wù)器上，適合于機(jī)房建設(shè)和硬件設(shè)備滿足系統(tǒng)運(yùn)行條件的單位；另一種是托管式，將專題信息空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)托管在市基礎(chǔ)地理信息中心服務(wù)器上，適合于機(jī)房建設(shè)和硬件設(shè)備不滿足系統(tǒng)運(yùn)行條件的單位[7]。

2.2 技術(shù)路線

“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用建設(shè)主要包括專題信息空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)2部分，總體技術(shù)路線見圖2。

圖2 總體技術(shù)路線圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 3S技術(shù)

在數(shù)據(jù)采集與建庫處理階段，RS技術(shù)實(shí)現(xiàn)工作區(qū)域內(nèi)高分辨率遙感影像的快速獲取，通過對遙感影像的幾何糾正處理和圖像增強(qiáng)處理，提取各類地物的空間特征和屬性信息，并制作承載各類專題要素的地理底圖；GPS技術(shù)對專題要素進(jìn)行全天候、實(shí)時、快速和精確定位；GIS技術(shù)對專題要素信息和基礎(chǔ)空間信息整合和集成，形成專題空間數(shù)據(jù)，并對專題空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索、空間分析計算和綜合處理，滿足“數(shù)字城市”地理空間框架示范應(yīng)用系統(tǒng)對示范應(yīng)用建設(shè)部門專題數(shù)據(jù)的要求。

3.2 WebGIS技術(shù)

“數(shù)字城市”地理空間框架各類示范應(yīng)用系統(tǒng)都是部署在政務(wù)網(wǎng)、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中，對于龐大的數(shù)據(jù)量和用戶群來說，各類空間分析和信息處理十分占用系統(tǒng)資源，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬限制下，系統(tǒng)運(yùn)行的效率將大打折扣。采用WebGIS技術(shù)，將基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫部署在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，各類空間分析和信息處理部署在應(yīng)用服務(wù)器，用戶可從Internet的任意節(jié)點(diǎn)瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖、進(jìn)行各種空間信息檢索和空間分析操作，實(shí)現(xiàn)暢通共享。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)包括二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)。二維數(shù)據(jù)的可視化問題已基本解決，三維數(shù)據(jù)的可視化或者說虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前仍是一個難點(diǎn)。如何高效逼真地顯示“數(shù)字城市”是我們需要盡快解決的一個問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展必須有大容量的數(shù)據(jù)存儲、快速的數(shù)據(jù)處理和寬頻信息通道的技術(shù)支撐，只有上述條件具備，才能推動“數(shù)字城市”工程項(xiàng)目[8]。

3.4 元數(shù)據(jù)技術(shù)

傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式都比較封閉，不同應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲格式不同，針對不同的應(yīng)用，人們關(guān)心的屬性也不同。要實(shí)現(xiàn)空間信息共享，還需依賴于一種特殊的數(shù)據(jù)——元數(shù)據(jù)，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他特性的描述性信息，可用于數(shù)據(jù)文檔建立、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等多方面。

3.5 空間數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)

空間數(shù)據(jù)倉庫是數(shù)據(jù)倉庫的一種特殊形式，是WebGIS的核心技術(shù)之一。它支持管理，決策過程，面向主題，是集成的、隨時間而變化的、持久的和具有空間坐標(biāo)的，即地球數(shù)據(jù)的集合。要實(shí)現(xiàn)“數(shù)字城市”地理空間框架應(yīng)用建設(shè)，整個城市的基礎(chǔ)地理空間信息和專題信息（矢量數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和各類專題數(shù)據(jù)）是海量的，要把這些數(shù)據(jù)利用起來進(jìn)行空間分析和決策，必須建立空間數(shù)據(jù)倉庫。空間數(shù)據(jù)倉庫利用多維分類機(jī)制組織大量的空間數(shù)據(jù)，建立三維或多維數(shù)據(jù)模型[9]。

[1]承繼成，李琦，林琿，等.數(shù)字城市: 理論、方法與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社， 2002

[2]喻建平，謝維信.數(shù)字城市及其關(guān)鍵技術(shù)[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2002，27(4)：33-36

[3]呂志平，李健，杜鵬,等.數(shù)字城市建設(shè)規(guī)劃與方案[M].北京:測繪出版社，2008

[4]李林.數(shù)字城市建設(shè)指南(上冊)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010

[5]CH/T9003-2009.地理空間框架基本規(guī)定[S].

[6]CH/Z9001-2007.數(shù)字城市地理空間信息公共平臺技術(shù)規(guī)范[S].

[7]呂長廣，楊玉坤.數(shù)字城市建設(shè)實(shí)施戰(zhàn)略[J].測繪與空間地理信息,2011，34(5):62-64

[8]曹蕾.數(shù)字城市基本框架及關(guān)鍵技術(shù)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2009,52(2):44-46

[9]高大利,吳清江,孫凌.數(shù)字城市及其關(guān)鍵技術(shù)[J].甘肅政法成人教育學(xué)院學(xué)報,2004,52(1):131-132

[10]王建虎,吳昊.數(shù)字城市關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技資訊,2012(17):10-11