浅谈GIS在数字城市建设中的作用

第07卷 第07期 中 国 水 运 Vol.7 No.07 2007年 07月 China Water Transport July 2007

收稿日期：2007-4-17

作者简介：罗伍平 男（1971—） 湖北职业技术学院后勤处 （432000）

邓 锋 男（1974—） 武汉理工大学土木工程与建筑学院研究生 国家注册一级建造师 注册造价师

浅谈GIS 在数字城市建设中的作用

罗伍平 邓 锋

摘 要：数字城市建设的目的是实现城市各种信息的数字化共享。地理空间信息是数字城市建设的基础信息，以GIS 为基础搭建各类城市信息系统的基础平台，构建出一个既能服务于政府进行城市管理，又能服务于城市公民、服务于各行各业的多功能“数字化”信息系统。本文概述了GIS 与构建数字城市的密切关系，并初步分析了其在我国数字城市建设中的重要技术作用。

关键词：地理信息系统（GIS） 数字城市 城市规划

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）07-0076-02

“数字地球”是1998年由美国副总统戈尔在《数字地球－认识21世纪我们这颗星球》的报告中提出的，其核心内容是全球信息数字化，即在三维地球的数字框架上，按照地球坐标集成有关海量空间数据及相关信息。它包括构成体系的数字形式的所有空间数据和与此相关的文本数据，及其涉及到的把数据转换成可理解的信息并可方便地获得它的一切相应的理论和技术。而“数字城市”作为数字地球的一个结点，是指运用遥感、航测、计算机网络、多媒体及仿真、虚拟技术等对城市的基础设施、功能和机制进行动态监测与管理、辅助决策与服务的技术体系。“数字城市”概念的提出，为地理信息系统技术与城市规划理论和方法的结合指出了新的发展方向。

一、GIS 与“数字城市”

自从20世纪60年代有了地理信息系统（Geographic information system）的概念以后，GIS 经过几十年的发展， 从简单的制图、辅助测量、辅助设计发展到现在的 OPENGIS、WEB GIS、四维GIS 等，已经有了飞跃性的发展。

20世纪末，GIS 领域一些专家提出了“GI Services”的概念， 认为 GIS 应以人为本；另一些学者则指出，GIS 是多学科交叉的一门科学，即“GI－Sciences”。随着“数字城市”的提出，GIS 成为了近年来国内城市规划领域的热门话题。一方面，地理信息系统给传统的城市规划理论和方法提供了新的技术手段；另一方面，城市规划理论及其应用，为地理信息系统如何从“System ”向“Sciences”和“Services”转变，成为与计算机科学相区别的、以地理空间为研究对象的信息科学提出了发展思路。

现实中的实体城市是一个复杂的空间地域系统，以物质实体形态存在的要素包括各种建筑物、构筑物、市政工程设施以及它们的承载体－城市土地。城市实体具有两个重要的性状，即他们各处于不同的空间位置及其具有的相应属性。由于地表面相对不可移动性。因此，实体的空间位置是相对

不变的：它们的属性值则按使用和管理的需要可以选用多个。对城市实体的空间位置和属性的虚拟就是将城市对象用点、线、面、体等集合对象，构成数字地图，再将城市实体的相关属性与集合对象相关联，这就是基于GIS 的数字城市。

城市的快速膨胀急需有力的城市空间布局调控、合理的人口密度和疏导、有效的资源配置和使用、灵活的产业和结构调整、持续的交通状况改善、环境质量提高。要解决这些城市发展中急需解决的矛盾，必须改进和提高传统城市规划、城市房产、城市综合管线和城市测绘等行业管理手段，“数字城市”建设的目标就是要建立一个能服务于城市公民、服务于各行各业、服务于市政府的多功能“数字化”信息系统。

二、GIS 在数字城市中的应用

1．在城市规划中的应用。建立基于GIS 的数字城市主要有两方面应用：其一，是用于空间分析决策。在城市与区域规划工作中，需要对人口、产值、资源的空间分布、对城镇的布局及其影响范围进行空间分析，对地面高程、坡度、坡向、视野及洪水淹没、缓冲范围进行分析，分析结果可视化地表达在地图上，规划师可从中发现新知识、并得出新结论。因此，建立在GIS 基础上的城镇规划设计将更为科学、合理。其二，是用于城市规划管理。城市规划管理不同于一般的事务管理和物资管理。城市规划管理是城市规划实施管理，它与地理空间数据有密切关系，也就是说要对规划图进行反复操作。另外，城市规划管理是一种重要的行政许可，有其严格的办公程序与数据管理。因此，将GIS 与传统的MIS 相结合，组成综合管理信息系统应用于规划管理，这以趋势正在我国加速进行。

2．城市实施功能的虚拟实现。城市设施的使用功能可分为两类：一类是为市民提供能量、物质，如供水、供电、供气等；另一类是提供信息服务、教育、文化娱乐等肥物质能量。将城市设施实体的相关功能属性与虚拟对象相关联，形成基于GIS 的各类城市管理信息系统的基础平台，城市救灾

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应急指挥系统，城市规划、公安信息系统。并在其构成的平台上，实现电子政务和电子商务，使各行各业的工作人员能利用到即时信息，实现信息共享，提高工作效率，实现社会事业信息化，包括教育文化、卫生、旅游、出版等社会事业的信息化，通过远程教育、远程保健与医疗服务、数字图书馆等推动服务业的变革。

三、数字城市建设的关键问题

1．基础信息GIS建设。中西部经济欠发达地区的城市占全国668个建制市的一半以上，这些城市由于经济条件、地域条件等的制约，信息化、数字化的水平底，其基础信息还未形成数字化。这对于专门从事数据录入以及开发地图处理软件的企业提供了无限的商机。致力与城市基础信息数据库等的建设，是建设“数字城市”的基础要求，也将对中西部城市的规划管理起着关键性的作用。

2．基础数据的动态更新。这是全国各个城市数字化都要面临的问题。城市在日新月异的发展，GIS数据的更新必须跟上去，才能对进一步的建设和规划起着指导作用。

3．基础数据的维护。随着GIS技术的不断发展成熟，计算机技术的高速发展，原有的数据标准和数据结构已经不再适应现有系统，原来海量的数据需要安全地进行转换与扩展。如何实现现有旧数据顺利迁移、转换以及异构数据的完全融合，对于数据维护与服务商既是挑战也是机遇。要实现数字城市，GIS的维护是很重要的。

4．数据政策的改革。在第三届“城市地理信息系统（UGIS）论坛”（2000年9月）上，香港中文大学的林晖教授认为，现今阻碍UGIS发展的主要因素不再是技术，而更多是现有的数据政策。我国的政策问题由来已久，要改变这种垂直分责、横向分工造成的“资源割据，信息孤岛”的状况，就必须要进行彻底的改革，使数据能走上真正的高速道路。在这一方面，珠海市就走在了前列，其将市国土局、房产局、规划局三者合为一体，去除了冗余，提高了效率；中山市市政府也委托中山市公用事业集团公司共同建设“数码中山”。这都是对数据政策为适应数字城市的建设做出的大胆有效的尝试。

四、数字城市建设的关键技术

数字城市将从根本上解决城市的生活、工作和交流方式、协调政府、企业和公众三大行为主体之间以及人与环境之间的关系。然而，建造数字城市这样一项巨大的工程不是件轻而易举的事情，需要很多高科技来支持，主要有以下六种技术： 1．分辨率卫星遥感技术。高分辨率卫星遥感技术是指高光谱分辨率、高空间分辨率和高时间分辨率。随着信息科学的高速发展，对地观测技术也有了很大的发展，将逐渐实现多时相、多角度和高分辨率化。这一点对大比例尺、高精度的数字城市来说，是非常重要的，是建造数字城市的主要信息来源。

2．海量存储和互动操作、虚拟现实技术。虚拟现实（VR）技术是指通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、数据衣、立体耳机等使人完全沉浸在计算机生成的一种特殊的三维环境中，并且人可以操作控制三维图形环境，实现特殊的目的。虚拟技术使城市各个方面得到数字再现，也可以模拟根本不存在的世界。数字城市的空间数据包括二维数据和三维数据，二维数据的可视化问题已经基本解决，三维数据的可视化目前仍是一个难点。如何高效逼真地显示“数字城市”是我们要尽快解决的一个问题。

3．数据挖掘技术（DM）。数字城市要解决的关键问题就是怎样从海量的数据中提取人们感兴趣的数据，发现数据之间的关系，甚至是潜在的、未知的数据特征，以提供决策支持的需要。利用数据挖掘技术，我们就能更好地认识和分析所观测到的海量数据， 这对城市的规划管理有着很好的指导作用。

4．3S一体化。全球定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）是建立数字城市的三大支撑技术。这三大技术各具特色但又各有缺陷，GPS可在瞬间产生目标定位坐标却不能给出点的地理属性，遥感技术可快速获取区域面状信息但又受光谱波段限制，而且还有众多地物特性不可遥感，地理信息系统具有较好的查询检索、空间分析和综合处理能力，但数据录入和获取始终是个瓶颈问题。数字城市需要综合运用这三大技术的特长。因此，3S一体化技术将是建立数字城市的核心技术之一。

5．计算机网络宽带技术。数字城市应在宽带网上运行，由于数据量大，所以要求有高速度、强功能、高效率的宽带网络，特别是Web GIS和Open GIS技术是实现目标的核心技术。这些技术都是当今的热门话题，对“数字城市”的建设起着决定性作用。

五、结语

地理信息系统（GIS）作为数字地球的技术基础和核心将得到迅速发展，一方面数字城市的研究与建设为地理信息系统（GIS）的发展创造条件，另一方面城市地理信息系统（UGIS）的发展为数字城市建设提供了技术支持。在当前城市GIS建设中，由于缺乏统筹规划、统一标准，管理制度比较落后，城市GIS成果难以满足数字城市建设的需要，因此，在促进数字城市和城市GIS的共同繁荣，在数字城市和城市地理信息系统的建设过程中应注意：城市地理信息系统是数字城市的基础，在制定数字城市的发展规划时，应充分重视空间数据基础设施的规划，认真规划城市地理信息系统的建设；在城市GIS 的开发过程中，应及早具备数字城市这样高层次的思路，用“数字城市”整体战略思想指导自己的发展，深化和提高城市GIS。“数字城市”对城市GIS提出了新的挑战，城市GIS应在数字城市的指导、促进下， 抓住契机，不断深入发展，为早日建成“数字城市”，从而使城市规划管理实现信息化，高效化奠定基础。

参考文献

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