三维数字城市建设

三维数字城市建设探讨“数字城市”（Digital City）源于“数字地球”（Digital Earth）。

数字地球最早是由美国前副总统戈尔提出来的。

1998年1月31日，戈尔在美国加利福利亚科学中心发表了一篇题为《数字地球：21世纪认识我们的星球》（The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century）的演讲，在各国政府和全球科学界引起了巨大的反响，数字地球和数字城市便成为了一个全新的概念风靡全球，并由此在世界范围内掀起了一场建设数字地球和城市的浪潮。

戈尔在他的文章里指出“我们需要一个‘数字地球’，即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示，可以在其上添上许多与我们的星球有关的数据。

”戈尔的“数字地球”是关于整个地球、全方位的地理信息系统与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。

由“数字地球”引发了“数字城市”的概念。

目前对数字城市的研究风起云涌，虽然对数字城市还没有一个严格准确的定义，但对其都有共性的认识：数字城市以现实城市为基准，是对物质城市的数字模拟和仿真，并以空间信息技术，虚拟现实技术为基础，以地理信息系统为平台，具有智能化、网络化的特点。

但是，通过阅读文献，作者发现目前现有的有关数字城市的研究很多都只是在简单地介绍“数字城市”的概念以及功能，并没有分析我国“数字城市”建设中的难点，更是鲜有学者就如何在中国的国情下建设“数字化城市”提出相应的方案。

针对这一学术界的空白，本文将从比较中外建设“数字城市”的异同入题，提出建设中国特色的“数字城市”的路径——建立我国三维数字城市统一化信息管理平台，并展望路径下的中国特色的“数字城市”的前景。

二．中外数字化城市建设现状比较回顾国际上数字城市发展走过的道路，大体经历了四个阶段。

第一阶段：网络基础设施的建设阶段。

第二阶段：市政府和企业内部信息系统建设。

第三阶段：市政府、企业上下游、相互之间借助互联网实现互联互通。

第四阶段：是网络社会、网络社区、数字城市的形成。

美国、加拿大、欧洲、澳大利亚等国家和地区，已经完成第一轮到第三阶段的基本任务。

而我国仍处于四个阶段并举的局面。

相对而言，通讯基础设施的进展速度比较快；政府和企业内部信息系统建设的进展比较缓慢，水平参差不齐；政府、企业互联互通刚刚起步；网络社会、网络社区和数字城市尚未形成。

政府、企业信息系统的建设和政府、企业信息系统间的互联互通工程的建设有待加强。

以政府网站为例，比之全国3-4万个市、县、镇的总量来说，现已上网的不足3000个政府网站仅占到10%不到。

这与国外还存在很大的差距，本文将就国内外数字城市的地理数据状况，政府网站群状况，信息资源共享状况，规范化、标准化基础的状况进行比较，以找出我国数字化城市建设需要改进的不足之处。

（1）中外数字城市地理数据资源状况比较城市地理数据是建设数字城市的空间数据基础设施。

我国实行国家、省和市的三级管理体系以及特有的地理信息保密制度制约，有别于国外（如美国，加拿大，澳大利亚等国）实行的地理信息管理采用国家和州两级管理：一方面，在我国1：10000以上的小比例的地理数据由国家和省区级生产和管理，1：5000级以下的大比例尺的地理数据由城市的专业部门生产和管理。

而在国外各个城市可以方便地共享国家地理信息，各城市没有城市级的测绘部门，但是，有许多的专业地图网站在通过互联网为政府网站提供专业的地理数据。

另一方面，国内以地理数据为主要服务内容的网站，在现行分级管理和特有的保密制度的制约下，不但要承担城市空间基础地理数据库建设负担，而且无法达到国外同类网站的内容和服务水平。

（2）中外数字城市政府网站群状况比较政府网站群是数字城市功能体现的最主要途径。

政府网站和业务上网的的数量、质量和水平直接影响数字城市功能发挥的实际效果。

一方面，我国政府网站数量巨大，据不完全统计，中央部委、省、市、县、镇各级政府网站总数达到2759个，覆盖全国30个省市区。

但是，我国政府网站处在宣传功能的初级阶段。

大部分网站是介绍政府机构、政府首脑、政策法规、办事程序、统计结果等，政府网上办公水平普遍较低。

总体上看，中央级政府网站刚刚开始政府业务上网，将一些适合网上作业的管理业务移到网上。

而国外政府在上网数量庞大的同时，网上办公、网上服务、宣传和征询民意服务开展的也比较广泛。

目前，国外比较普及的共性网上办公业务有：城市规划管理、城市档案管理、城市审计管理、城市社区管理、城市经济文化旅游协调和服务、城市财政管理、政府采购管理、市政工程管理（供水、废水、垃圾、绿化、环卫）和城市应急管理（警察、火警、急救）。

与此同时，我国城市政府管理覆盖范围比国外宽泛许多。

典型的市级政府无法像国外市政府那样，一个市的网站就囊括本市全部政府部门。

我国市级政府一般需要建立30-50个专业级政府网站才能满足城市管理和服务的业务需要。

（3）中外数字城市信息资源共享状况比较信息资源共享是数字城市成熟度的重要标志。

数字城市从某种意义上说，就是信息化城市，如果没有有效的信息资源共享机制、平台，数字城市建设的可能性和时效性便受到极大的限制。

我国各个城市有强烈的城建信息资源共享的需求，但是目前共享机制平台仍然处在比较低级的发展阶段。

从城市建设领域看，我国城市基础地理信息的管理体系与国外具有本质的区别。

国外只要国家和省级地理信息资源建设到位，全国的市、县、镇政府都可以免费地得到地理信息的服务，无需自行建设本地的地理信息资源。

而我国的城市必须各自独立地建设基础地理信息资源，并且在国家现行的保密制度下，不能实现全国共享，甚至不能实现本市各行业之间的共享。

特别是城市所需的大比例尺的信息资源，只能依靠市政府自建。

仅就城市地理信息而言，我国各个城市处在一个个信息孤岛状态。

与此同时，数字城市建设所需的社会文化经济信息环境不容乐观。

八五、九五期间，我国信息化的重要成果是计划、金融、工商、通讯、统计等行业建设了大量的面向行业主管部门的纵向信息系统。

但是，这些系统相互独立、相互屏蔽。

各城市之间缺乏基本的共享机制和信息交换平台。

而国外几乎每个政府网站都有数量众多的、专业清晰、信息丰富的社会人文、科教文卫和工商经济的行业网站群与政府网站群建立链接。

这些行业网站在各自的信息领域激烈竞争、不断更新、不断提高专业的信息质量和服务质量。

政府网站通过链接就可以不断得到新鲜、专业和丰富的信息资源的服务和支撑。

三．我国数字化城市的发展战略通过上述比较和分析得出结论：我国没有条件、没有时间、没有必要照搬国外的发展模式。

我国必须根据自己的条件和基础，实现跨越式发展。

为此，本文依据上述对中外建设数字化城市的不同背景，提出了以下几个发展中国数字化城市的战略。

（1）跨越式发展战略我国可以根据国情实行三个阶段并举的跨越式发展策略。

在变化如此之快的今天，在知识经济可以有选择地跨越式发展的今天，我国完全可以摆脱按部就班发展的国外模式，针对我国比较落后的通讯基础设施，政府、企业信息系统达国家的差距，大幅提高发展速度。

只有如此，我们才有可能赶上和超越欧美发达国家。

（2）集中式发展战略我国可以根据国情实行重点突破的发展策略。

在我国现行管理体制下，涉及城市基础地理信息生产、使用和共享的部门，全部集中在城市。

这种资源集中、应用集中、权力集中的条件，为数字城市的重点突破创造了条件。

在重点突破策略指导下，我国城市可以集中建设：城市基础地理信息系统、城市规划管理信息系统、城市房管信息系统、城市地下管线信息系统、城建政府网站群等与城市地理信息关系密切、城市发展急需的领域，暂时放弃全面发展的目标。

以便快速展现我国数字城市的面貌，以及在基于空间地理信息的数字城市领域形成局部竞争优势，以达到奠定在国际数字城市竞争中逐渐取得全面优势的技术和应用双重基础的目的。

（3）特色式发展战略我国数字城市的发展必须独具特色。

美国、加拿大、西欧在通讯基础设施，政府、企业信息系统建设，信息系统互联互通，以及网络社会、网络社区四个阶段循序渐进的发展中已经有了相当的积淀。

但是当时4D数据融合集成技术、3维GIS技术、VR技术都没有像今天这样成熟和廉价。

访遍美国、西欧、加拿大、澳洲的城市政府网站，基于4D数据，三维表现，借助虚拟现实技术的凤毛麟角。

针对这一时间和市场的不同所带来的特殊的发展背景，我国必须结合数字城市中三维和VR技术的开发和应用来实施特色化的发展战略。

本文认为中国的数字城市特色应该定位在：建设具有4D数据的城市基础地理信息公共平台；建设以3维和VR技术为主的城市规划、建设和管理业务专业应用系统。

集中抢占数字城市"43VR"的技术应用战略制高点，形成中国数字城市"43VR"的特色，开拓中国数字城市独特的市场空间。

四．实现中国特色数字化城市的途径——三维数字城市统一化信息管理平台基于上述对我国如何发展数字化城市的战略的探讨，本文提出了基于中国背景的实现中国特色的数字化城市的途径——建设三维数字城市统一化信息管理平台。

如果我国各个城市都推行该统一化的平台，将能有效抓住我国跨越式发展机会，以城市为突破口，利用先进的技术，走出一条中国式发展道路。

本文将就数字城市统一化信息管理平台的原理，功能，技术实现方案，及社会及经济效益分析的角度来展开分析。

1. 三维数字城市统一化信息管理平台的工作原理三维数字城市（3D City）统一化信息管理平台将通过宽带多媒体信息网络、三维地理信息系统等搭建的支撑平台，整合影像、高程（DEM）、城市楼宇地物模型，城市专题资源，建立电子政务、电子商务、劳动社会保障等信息系统和信息化社区的基础，实现各个省市乃至全国的信息化。

其工作原理如下（图1）。

在该平台下，客户可以按照自己需求，建立属于自己的专题数字三维城市基础地理信息；支持海量数据，具有管理全球级别的数据负载能力；平台拥有强大的二次开发能力和接口，不仅可以支撑各类城市应用，还可以充分和现有系统挂接。

不仅如此，该统一化信息管理平台将使用先进的数据地图技术集成，并且将兼备三维直观可视化、辅助决策智能化、信息集成共享化、决策快捷网络化、数据集成实时化的特点。

其中平台用到的核心技术主要有：模型流技术、海量数据存储、网络服务分建共享、图形图像处理技术、多源实时数据接入技术等。

图1三维数字城市统一化信息管理平台的工作原理2.三维数字城市统一化信息管理平台功能简介该平台需要集制作、编辑、生成和发布三维地理信息为一体。

可以实现将用户提供的卫星（航空）影像、地理高程经过优化后，处理出一个基于全球地理坐标系的三维地形地貌，并支持导入道路、河流、分类地物等电子地图数据；地面的桥梁、建筑物、花草树木、车船、飞行器等三维模型数据；地下的管道、通讯电力线缆、排污渠等地下管网数据，并最终合成出一个集多种数据源的、全方位立体的该城市（农村）地区真实三维基础地理信息平台（如图2所示）。