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1、数字武汉数字武汉总体框架与发展策略研究作者：张林李 文章来源：数字武汉 更新时间：2007-3-1一、概 述数字城市(Digital City)是数字地球技术系统的重要组成部分。自从美国前副总统戈尔在1998年数字地球-认识21世纪我们的这颗星球报告中提出数字地球（Digital Earth）的概念后，数字地球的研究已经在全球展开。1999年，首届国际数字地球学术会议在中国北京举行，并决定每两年举行一次。作为数字地球技术系统重要组成部分的数字城市，广义上是指城市的信息化，它既是城市信息化总的概述，又是城市信息化的目标。数字城市的核心思想有两点：一是用数字化手段统一处理城市信息和管理等多种问题；

2、二是最大限度地利用信息资源。它不仅为调控城市、预测城市和监管城市提供了革命性的技术手段，而且描述了城市发展方向的一种本质特征。所以，数字城市一经提出就引起了政府、经济界、理论界和科技界的高度关注。目前，数字城市的研究和建设正在全球兴起。各城市纷纷启动数字城市建设工程，以求推动整个城市的信息化建设，进而改善城市的环境、提升城市的综合功能和促进城市的可持续发展。数字城市的应用十分广泛，涉及到军事部门、政府部门（城市规划、交通管理、公众服务等）、企业单位（产品宣传与销售）、个人与家庭（学习，娱乐，等）等等。目前，数字城市的一个主要应用是在城市规划和设计以及市政管理中，如三维城市虚拟规划中的景观分析、

3、城市与企业三维管线设计、三维物业与房产管理等。基于桌面的集VR显示、空间分析和互操作为一体的数字城市可以提供一个动态的环境用以在相应氛围的空间中逼真地显示、管理和创建复杂物体，并为进一步空间分析、决策和信息发布服务。诸如：环境仿真、设施管理、房地产信息发布、市政建设、规划设计、洪水淹没等，从而提高决策质量，减少人为损失。武汉市是华中地区的中心枢纽城市，素有九省通衢之称，使得数字武汉的研究、开发和建设更为重要和迫切。因此，武汉市委市政府明确提出了建立数字武汉，加速城市信息化进程，以信息化推动工业化，实现跨越式发展的战略目标，并将数字武汉建设工程列入了武汉市国民经济和社会发展第十个五年计划。二、数

4、字武汉建设的总体目标与基本框架数字武汉就是用数字化的手段来处理、分析和管理整个武汉市，促进城市的人流、物流、资金流、信息流和交通流的通畅与协调，使武汉全面实现信息化。它是一个由基础层、应用层和决策支持层组成的完整体系，将在武汉市的社会经济建设中发挥基础作用。数字武汉是数字中国的重要组成部分，也是武汉市面向21世纪的战略发展方向和建设目标。1.数字武汉建设的总体目标数字武汉建设的总体目标是：按照把武汉建设成为现代化国际性城市的总体目标，坚持体制创新、环境创新和技术创新，通过信息基础设施的不断完善和数字化工程的逐步应用，建立覆盖全市的信息高速公路和城市空间数据基础设施以及基于这些基础设施的信息资源

5、开发和利用体系，实现政府及有关部门和重点领域的专业信息在空间数据基础设施上的整合，为政府及有关部门的管理、重点工程项目规划建设提供及时可靠的信息服务与技术支持，引导和带动全社会的信息化。由此可见，数字武汉的建设是一项庞大、繁杂、涉及面广、科技含量高和时间跨度长的系统工程，宜分步骤实施。在近十年内，可以分四个阶段研究、开发和建设数字武汉。第一阶段为2001年至2003年，重点研制和建设数字武汉的网络基础设施、空间数据基础设施和计算机应用系统，并辅以急需的软环境。第二阶段为2004至2005年，充实完善信息基础设施，初步建立起数字武汉的基本框架，使武汉市跃入全国信息化建设的先进城市行列；第三阶段为

6、2006年至2007年，形成良好的体制和机制，重点推进应用，促进武汉市的信息化发展，为数字武汉的实际运作创造条件。第四阶段为2008年至2010年，大力发展信息产业，使数字武汉应用在武汉市社会经济的各个领域，真正达到提升城市功能、改善城市环境和促进城市可持续发展的目的，使武汉市的信息化水平整体达到发达国家中心城市平均水平。2.数字武汉建设的基本框架数字武汉是一个由基础层、应用层和决策支持层组成的完整体系，其框架内容如下：（1）基础层城市空间数据基础设施。武汉市城市空间数据基础设施将建立一个无缝的、集成的地理空间数据和服务体系，主要包括城市空间数据框架、空间数据协调管理、更新与分发体系和机构、空

7、间数据交换标准、元数据等。城市宽带网络工程。即武汉市城市信息高速公路，它由中心骨干网、区域骨干网和单位局域网三部分组成。政策与技术保障。包括法律、法规、政策以及技术标准等。（2）应用层面向政府的电子政务系统。包括市委、市政府及各委、办、局的自动化办公系统和政务信息的互通互联。其目的是实现电子政府的建设目标，推进市首脑机关的信息网络化、政务公开化、办公自动化和决策智能化。面向各行业的行业应用。包括城市规划、管理、科教等各行业的信息化，以及为提高办事效率和服务质量，为加速信息化建设而研制的各种专业管理信息系统。如城市规划管理信息系统、人口资源与管理信息系统、资源与土地管理系统、房地产交易系统、生态

8、环境监测工程、以及公安、教育、医疗卫生、智能交通等系统。面向企业的企业应用。包括企业数字化和有关专业信息系统的建立，内容涵盖企业管理和产销活动的数字化、信息化以及调整机制、市场分析、技术创新等决策的科学化和智能化。面向社会的公众应用。即社会服务的数字化，如数字社区、数字科技、数字旅游。面向流通领域的电子商务。（3）决策支持层决策支持层是构筑在基础层和应用层之上的智能化系统，是数字城市向深层次扩展应用的综合体现。它主要是指政府或其他管理部门利用城市各类信息，对综合的或专题事项进行综合分析和辅助决策。三、数字武汉建设的关键技术与标准体系在确定了建设数字武汉的总体目标和基本框架后，就要运用空间科学、

9、信息科学、和地球科学等技术，遵循一定的标准或规范体系来具体实现。可以认为，技术是建设数字武汉的工具，标准是数字武汉共建共享和广泛应用的前提。1.关键技术用于建设数字武汉的技术很多，其中的关键技术主要有：（1）适于地理信息的分布式计算技术地理信息的本质特征是区域空间上的分布性，具有明显的地理参考系统。可以根据行政区划、自然地理区域、坐标系统、地名、地址或数码（邮编、电话、区位编号）予以识别。因为地理数据的分布特征，采集、管理、维护和处理这些区域上的数据并没有因果、从属关系，而是分布的、相对独立的和并行的。在计算技术领域，计算模式经过了几次变迁。随着网络时代的到来，分布式计算正在成为新的计算模式。

10、目前，分布式计算平台采用的体系结构或标准主要有：CORBA共同对象请求代理体系结构、DCOM分布式部件对象模型、DNA分布式网络体系结构、DCE分布式计算环境以及JAVA体系结构等。由于地理信息的分布特性，地理信息的使用部门可能使用完全不同的系统。因此，为了实现地理信息的分布计算，必须采用标准的、开放的和广泛支持的分布式对象体系结构。目前CORBA标准得到广泛支持，因此可以把地理信息的分布式计算建立在CORBA的基础上。（2）地理信息系统的互操作和OpenGIS规范互操作是指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但它们可以相互通信和协作，以完成某一特定

11、任务。这些实体包括应用程序、对象、系统运行环境等。地理信息系统要满足不同领域的应用，必须采用互操作技术，实现地理信息的自由交换以及协作运行地理信息处理软件。OpenGIS规范是由开放地理信息系统协会（OGC）制定的一系列开放标准和接口，它给出了有关地理信息处理互操作的完整定义，以获取地理信息处理市场最大的互操作。（3）GIS软件组件仓库的理论与技术采用软件组件仓库技术的基本思想是把GIS软件的各大功能模块划分为若干组件，建立一个可嵌入的、集成方便的GIS软件组件仓库，每个组件完成不同的功能。各组件之间以及组件与其它非组件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS软件系统

12、。（4）空间数据仓库技术分布在不同地点、不同部门的分布式数据库与信息系统，由高速计算机有线和无线相连接，并组成WebGIS、Object WebGIS和ComGIS，实现同构系统的远程互操作和互运算，通过OpenGIS的标准和规范，实现异构间的远程互操作和互运算。但对于城市海量地理信息数据和频繁交互过程来说，它还需要中间组织的帮助来实现，包括空间数据仓库、空间数据站和空间数据交换中心。空间数据仓库是指支持管理、决策过程的，面向主题的、集成的随时间变化的、持久的和具有空间坐标的数据集合。数据站场的结构与数据仓库相似，区别在于最终用户的侧重点。数据交换中心是指网上数据的集散地，是虚拟的数据仓库。（

13、5）多种数据融合与空间数据挖掘和知识发现（SDMKD）技术多种数据的融合包括多种分辨率数据、多维数据和不同类型数据的融合。多种数据经融合后，不再保留原来数据的单个特征，而产生一种新的综合数据。空间数据挖掘和知识发现（SDMKD,SpatialDataMiningandKnowledgeDiscovery）是从空间数据库中提取隐含的但为人所感兴趣的空间模式、概要关系或摘要数据特征等。具体而言，是在空间数据库的基础上，综合利用统计学方法、模式识别技术、人工智能方法、神经网络技术、粗集、模糊数学、机器学习、专家系统和相关信息技术等，从大量空间的生产数据、管理数据和经营数据中提取人们感兴趣的、隐藏的、

14、事先未知的、潜在有用的知识，从而揭示出蕴含在数据背后的客观世界的本质规律、内在联系和发展趋势，实现知识的自动获取，提供技术决策与经营决策的依据。可见，SDMKD是利用数据发掘方法，按照一定的度量及临界值从数据库中抽取知识以及与之相关的预处理、抽样和数据变换的一个多步骤相互连接、反复进行的人机交互过程，可以归纳为数据准备（了解应用领域的先验知识和应用、生成目标数据集、数据清洗与预处理、数据简化与投影）、数据挖掘和知识发现（数据挖掘功能和算法的选取，在分类规则或树、回归、聚类、序列模式、依赖性以及线性分析等特定的表示形式中搜索感兴趣的模式）、数据挖掘后处理(知识的解释、评价和应用)三部分。（6）仿

15、真-虚拟技术仿真与虚拟现实技术是一种科学计算方法，是数字地球的关键技术之一，是指运用计算机技术生成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉等效果的可交互的、动态的世界，人们可以对该虚拟世界中的虚拟实体进行操纵和考察。主要用于城市景观的仿真虚拟、城市发展历史演进过程的再现、城市景观的真三维描述、城市灾害事故和突发事件的动态模拟、城市基础设施信息和城市综合社会效应的可视化表达等。三维城市在规划中可以模拟建筑物的拆迁、道路的扩建、城市或小区的远景规划、现有的景观分析以及城市污染现象的模拟，从而可以了解到某一景观的过去现在和未来。在移动通信领域利用三维城市模型可以解决移动通讯仍然存在许多盲点或盲区和无线电发射

16、塔的最佳选址进行分析，从而减少和大大消除移动通讯领域盲点或盲区的存在。在房地产部门，利用3D城市模型可以模拟该小区的3D景观，在数据量不是很大的情况下甚至可以对其进行虚拟现实显示，和通讯相结合可以建立起智能化的小区，从而可以在计算机上对房屋的销售进行管理，把该小区的数据放在互联网上，用户如需要了解该小区的情况无需像在传统方式下为获取某些信息东奔西跑费心劳神，信息获取已成为某种意义的休闲活动。只需在工作之余，打开备有网络的计算机，便可轻松浏览该小区的近况。三维管线管理系统可以用于城市，工厂和各类园区的空中和地下的各种管线动态三维显示、管理和辅助规划。该系统的应用可从根本上改变城市建设施工中时常发

17、生挖断或挖坏地下管线,造成漏气、通信中断、停水和停暖等严重事故，节约大量施工和维修费用、减少损失。2.数据规范与标准化体系数字武汉的建设与应用是一个复杂的系统工程，其数据来源非常广泛，数量巨大，又要求相互兼容与沟通，必须建设统一的标准化体系，以达到信息资源的共享。（1）标准编制的基本要求科学性。数字武汉标准体系层次的划分和信息分类标准项目的拟订，必须以GPS、RS和城市地理信息系统（GIS）等空间信息技术及其所涉及的社会经济活动性质和城市综合体为主要思路和科学依据。在行业间或门类间项目存在交叉的情况下，应服从整体需要，科学地组织和划分。系统性。数字武汉标准体系在内容、层次上要充分体现系统性，按

18、数字武汉工程的总体要求，恰当地将标准项目安排在不同层次上，做到层次分明、合理，标准之间体现出衔接配套关系，反映出纵向顺序排列的层次结构。全面性。数字武汉标准体系所涉及的各种技术、管理工作和各类型数据的标准对象，都应制定相应的标准，并列入标准体系中。这些标准之间应协调一致，互相配套，构成一个完整、全面的体系结构。兼容性。在标准的制定过程中，要优先选用国家标准(GB)、行业标准，同时应充分体现等同和等效采用国际标准和国外先进标准的精神，保证数字武汉与国内其他体系和国际体系接轨。为实现行业、地域、全国乃至全球信息资源共享与系统兼容奠定基础。扩充性。在确定数字武汉标准体系与标准项目时，既要考虑到目前的

19、需要和技术水平，也要对未来的科学技术发展有所预见，所以标准体系应具有扩充性，以适应科学技术和系统建设的发展。（2）标准的内容标准的内容包括：地理定位控制标准；图形数据的分类与编码；属性数据编码体系；数据分层方案；数据文件命名规则；统计单元的确定；技术流程和质量控制；元数据标准；网络技术标准；基础标准和功能标准等。（3）标准的实施保障建立全市GIS等空间信息系统建设的立项、评审和验收规则，由专家和管理人员组织的全市GIS基础规划和标准制定组负责实施，没有按全市规范设计和建设的空间信息系统，不能进入立项、评审和验收的各个环节，并予以立法保障。四、数字武汉建设的工作基础武汉城市信息化一直在不断推进之

20、中，近几年力度进一步加大，在网络基础设施、空间数据基础设施及其应用等方面都积累了一定经验，为数字武汉建设奠定了良好前期基础。1.公共网络基础设施建设已有一定基础大容量、高速度宽带网络是建设数字武汉重要的基础设施。近年来，武汉市网络数据通信市场迅猛发展，除传统电信数据通信部门外，本地网络通信资源拥有者和国内其他网络通信发展商等纷纷登陆，形成竞相发展的格局。九五以来，武汉电信网络的规模容量、技术层次和服务水平都发生了巨大变化，综合通信能力明显提高。国家通信网八纵八横光缆干线网中有京广、汉渝、汉宁等5条一级干线贯穿武汉；同时，武汉也是湖北省三纵三横三环光缆通信传输网络中心。本地传输网已建成数十个2M

21、-2.5G的SDH光缆环网，形成了完善先进的SDH自愈光缆环状结构。现有覆盖全市的数字数据网、分组网、帧中继网、N-ISDN网以及多媒体宽带网等网络。武汉电信公司拥有武汉市最多的通信资源，能提供多种数据通信业务，包括ISDN、FrameRelay、DDN、ADSL、ATM等，多媒体用户数已达到25万户。武汉有线电视网主干线为先进的双向750MHz系统，郊区大联网工程已经完成，城区宽带IP网络正在建设中，其端口带宽可达100MB，在全国处于领先地位。武汉三镇干线覆盖率已达95%以上，2000年末用户超过100万户。湖北电视台也铺设了自己的光纤网络，发展自己的收视用户，主要集中在武昌部分地区。此外

22、，由于对进入国际互联网的带宽要求越来越高，国内有实力的公司已开始进行全国网络通信基础设施建设。如长城宽带网络公司，已在武汉一些小区开始以太网建设，网通、联通和吉通等公司也在武汉有所发展。这些都将为武汉数字城市建设提供重要的网络平台。2.空间数据基础设施建设已具雏形国民经济建设和社会发展的实践活动，以及人们在日常生活中所接触和利用的信息，大约有80与地域空间有关。且不说城市规划、建设和交通等与城市地理空间息息相关，就是对于经济发展中的劳动力、资金、生产、市场的空间分布、动态变化及合理布局的分析、判断与决策，都离不开城市地理空间信息的有效支持。因此，地理空间信息框架是城市的一种重要基础设施，即城市

23、空间数据基础设施。数字武汉是在城市空间数据基础设施建设充分发展的前提下实现的，武汉市空间数据基础设施是数字武汉的核心和基础，是发展数字武汉不可逾越的重要阶段。武汉市规划土地局及其下属的相关事业单位，作为武汉市空间数据信息采集、处理、应用和管理的责任部门，在数字武汉空间数据基础设施建设以及以规划、土地管理办公自动化和信息化为主要内容的行业应用方面做了大量工作，已走在了全国的前列。经过长期的努力和工作积累，形成了较雄厚的人才、技术和设备优势，积累了大量的数字武汉空间数据基础资料。其中主要包括覆盖城市规划区的1：2000数字化地形图、城市规划道路网络数据库、工程地质信息数据库、用地现状信息数据库、总

24、体规划信息数据库、控制性详细规划数据库、市政红线数据库、建筑红线与用地红线数据库、地籍数据库以及覆盖全市范围的土地利用及基本农田保护规划数据库。数字武汉空间数据基础设施已具雏形，为启动数字武汉建设奠定了良好的基础。3.人才与技术具有一定优势武汉市是教育大市，武汉地区具有雄厚的技术、科研和人才优势，合并后的新武汉大学、华中科技大学、武汉理工大学和邮科院、709所等全国知名的高等院校和科研院所，在计算机技术、信息技术、遥感技术、数字地球技术等方面居国内领先地位，拥有一大批著名的专家学者。武汉国家光纤通信、多媒体软件、GPS全球卫星定位系统、CAD支撑软件等工程（技术）中心已相继建成，国家测绘遥感信

25、息工程、国家软件工程等重点实验室不断扩建完善，使武汉市创新能力明显增强，为数字城市建设提供坚强后盾。武汉拥有的人才和技术条件完全有能力支撑武汉数字城市建设。如武汉大学的中地公司、吉奥公司在建设数字城市的关键技术GIS、GPS和RS领域，具有很强的研发实力；华中科技大学的水利仿真中心在亚洲都是屈指可数；华软、适普、安鼎公司在软件开发、系统集成和信息安全方面也具备较强的竞争实力；武汉邮科院的IPoverSDH提案被认定为国际标准，这是我国在通信领域内第一项具有自主知识产权的、被国际电联采用的标准等等。另外，湖北省、武汉市正在举全省、全市之力，抢抓机遇，采取有效措施，依托东湖新技术开发区建设武汉中国

26、光谷国家光电子信息产业基地，这必将进一步加大武汉信息产业的发展力度，为建设数字武汉提供产业支持。4.应用系统开发也有了一定基础全市已有68个委办局及区建立了专门的信息机构或信息中心，已建成政府系列计算机信息网络27个，市政务网也完成了一期工程。企业上网活动仍在积极开展，已有200多家大中型企业、1000多家网站与因特网相联，上网用户超过10万。各类电子商务网已达40多家。基于网络的各种新兴服务业使信息服务领域不断拓展，一批面向企业、社会和家庭的ISP、ICP和ASP信息服务机构相继出现。如市规划土地管理局推行了推出了以政务公开、分段办理、计时限时、计算机支持为主要特征的窗口服务制工作模式，实现

27、了网络办公自动化，他们开发的规划土地管理综合应用系统在全国也处于先进水平；东湖开发区、沌口开发区区域性局域网建设已被提上重要日程，数码港建设已经部分开始，将逐步实现宽带到桌面。全市信息化水平的明显提高，使武汉数字城市建设具备了一定的硬件环境和应用基础。综上所述，武汉已具备了建设数字城市的一定基础。但总体而言，尚处于起步阶段，与先进城市相比还存在差距，主要表现在：一是投入不足，建设速度慢。二是协调力度不够，存在部分重复建设、低水平运行现象。三是市场化不够，在投入不足的情况下，没有充分发挥市场调节的作用多渠道吸纳资金，形成信息化建设的良性循环。五、数字武汉建设的基本原则与实施策略数字武汉建设是一项

28、纷繁复杂、涉及面广、科技含量高、时间跨度长的系统工程，应根据总体目标的阶段子目标，按轻、重、缓、急实施，具体应采取如下实施策略。1.政府主导，统一规划，分步实施数字武汉建设是城市经济建设的重要工作内容，必须由政府主导，在政府强有力的支持和协调下进行建设。政府组织制定总体规划和工作方案，然后分步落实。做到统一规划、统一数据标准、统一服务规范，分地区、分行业、分阶段建设和管理。2.打好基础，重点突破，稳步推进在实施数字武汉建设过程中，结合武汉实际，针对其涉及面广、技术新、变化快等特点，对关键技术和关键工程进行重点突破，科学安排，稳步推进。作为数字武汉建设起步的关键工程就是空间数据基础设施和宽带网络

29、平台的建立。空间数据基础设施建设是数字武汉的基础和关键工程之一，必须由政府组织实施。规划土地管理局作为具体承办单位，应在现有工作的基础上，加快补充、更新和完善，为数字武汉建设打好基础。3.以点带面，资源共享，促进应用建立数字武汉的目的就是整合城市各类信息资源，实现有序的共享，促进应用，推动国民经济各部门和社会各行业的发展。因此必须立足应用，以应用需求推进建设，建立科学有效的信息管理、更新与分发机制，制定信息共享政策，实施信息共享。在空间数据基础设施和宽带网络建设取得初步成效的基础上，选择对城市建设、管理有较大影响的部门以及社会关注的热点开展数字武汉建设的应用示范。可在如下几个方面进行数字武汉建

30、设应用示范，以点带面，促进应用：政府管理与决策支持信息系统、城市防洪与综合减灾决策支持系统、城市规划建设管理信息系统、土地资源管理与动态监测系统、生态环境保护监测信息系统、人口资源与管理信息系统工程、房地产交易信息系统工程、旅游资源管理系统、电子商务工程物流信息平台工程、社区服务和社会保障信息化应用工程等。4.广筹资金，加大投入，创造效益数字武汉建设是一项系统工程，而且一定会随着社会的进步而不断发展，因此，需要较大的投入。一方面建议政府要对该工程作财政立项，给予必要的经费投入；另一方面要积极争取国家有关部委的支持，还要调动全市各方面的财力和积极性，并通过对外合作，引入国际、国内合作建设资金，保

31、障数字武汉建设的顺利实施。数字武汉建设初期就要注重其产业化，注重建立信息产业化的良性循环机制。5.立足自我，联合共建，保障先进数字武汉建设要立足自我，使用和培养自身技术和管理人才，发挥各委、办、局及武汉各界、各战线的人才、技术和资源优势。同时，要积极寻求对外合作，充分发挥高校、科研院所和信息产业单位的技术优势，联合共建，以保障数字武汉建设的先进性、科学性和有效性。六、结论数字城市是数字地球技术系统的重要组成部分，它用数字化的手段统一处理城市信息和管理等多种问题，可以最大限度地利用信息资源为国民经济建设服务。因为数字武汉在武汉市的社会经济建设中具有重要基础作用，所以武汉市委市政府明确将数字武汉建设工程列入了武汉市国民经济和社会发展第十个五年计划。武汉市在公共网络基础建设、空间数据基础设施建设、人才、技术和系统开发等方面已经具备了建设数字武汉的一定基础。本文研究认为，数字武汉的开发、建设和应用，工程浩大复杂，设计面广，科技含量高，时间跨