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1、第五章第五章数字城市数字城市(第一讲第一讲)教学内容：教学内容：5.1数字城市概述数字城市概述5.2数字城市的内容数字城市的内容教学时间：教学时间：2课时课时教学目的：教学目的：1、让学生了解数字城市的产生及数字城市的概念、让学生了解数字城市的产生及数字城市的概念2、让学生熟悉和掌握数字城市的主要内容及数字城市的、让学生熟悉和掌握数字城市的主要内容及数字城市的框架结构框架结构教学重点：教学重点：数字城市的概念及数字城市的主要内容数字城市的概念及数字城市的主要内容教学难点：数字城市的框架结构教学方法：讲授法多媒体教学法谈话法案例法本次课教学涉及的学术前沿：智慧城市智慧地球引言伴随着计算机、GIS
2、、RS、GPS、通信、城市规划、市政建设等理论和技术的进步，UGIS正处在一个快速发展的时期，一方面UGIS正以前所未有的速度在各个城市取得广泛的应用，另一个方面UGIS技术日新月异地前进，不断地有新技术产和和实用化，推动着城市信息化建设可持续发展。本章主要探讨对城市信息化产生深远影响的数字城数字城市技术体系市技术体系，它是UGIS、计算机、通信等技术发展和融合的产物，涵盖了几乎所有的UGIS的最新发展。在此基础上，探讨组成数字城市地理空间框架和数字城市地理空间信息公共平台以及数字城市发展的高级阶段智慧城市。51数字城市概述数字城市概述1998年1月31日美国前副总统戈尔在开放地理信息系统协会
3、（OpenGISConsortium,OGC）发表了题为“数字地球：21世纪理解我们行星的方式”（TheDigitalEarth:UnderstandingOurPlanetinthe21stCentury)的报告，明确提出了“数字地球”的概念及其目标、支持技术等重要内容。数字地球戈尔指出：“数字地球，是一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率的、海量数据的和多维现实的虚拟系统”。实质上数字地球就是信息化的地球，它是与国家信息化概念相一致的。ESRI公司推出的数字地球城市城市城市是社会经济文化中心。国民经济产值（GDP）的80%以上集中在城市。在发达国家。80%左右的人口集中在城市。我国
4、最近提出了农村城镇化的倡议，城市化已经成为当前的大趋势。特别是我国在城市化过程中，面临着人口多、用地少、经济层次低等问题，如何全面提高城市规划、建设、管理的水平成为城市化进程中的重要课题。城市信息化是提高城市建设水平的重要手段，已受到人们的重视。“数字城市”作为城市信息化建设的热点和前沿，是“数字地球”在城市化区域的具体化的扩展，亦是它的重要节点之一。数字城市数字城市(Digitalcity)或称为数码城市或称为数码城市(Cybercity)1广义的数字城市广义的数字城市是指：综合运用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决
5、策服务的技术系统。通俗一点说，“数字城市”就是指在城市规划建设与运营管理以及城市生产与生活中，充分利用数字化信息处理技术和网络通信技术，将城市的各种信息资源加以整合并充分利用。它包括电子政府、电子商务企业、建设信息化社区等子系统。2狭义的数字城市狭义的数字城市狭义的数字城市是指：利用“数字地球”理论，基于3S(GIS、GPS、RS)技术等关键技术，建设服务于城市规划、建设、管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。其本质是建设空间信息基础设施，并在此基础上深度开发和整合应用各种信息资源。这是目前空间信息系统研究的重点。数字城市示范工程技术
6、导则数字城市示范工程技术导则数字城市是以网络电信基础设施平台、基础空间信息共享平台、非空间信息共享平台、基础空间信息共享框架标准、地理编码标准和信息安全为基础，以基于空间信息、关联空间信息和参考空间信息等三类行业应用信息系统为核心，以政府信息门户网站、社会网站和各类信息化终端为服务和表现手段，以组织领导、政策法规和运营机制为保障环境的城市数字化规划、建设、管理和服务的完整体系。建设部信息化工作领导小组办公室建设部信息化工作领导小组办公室(2004年年6月月)服务层基础层应用层城市政府信息门户网站社会网站信息终端基于空间信息关联空间信息参照空间信息规划管理系统国土管理系统房产管理系统综合管线系统
7、政务办公系统公安管理系统交通管理系统数字社区系统社会管理系统经济管理系统文化管理系统科研管理系统基础测绘系统基础空间信息共享框架标准地理编码标准非空间信息共享平台空间信息共享平台组织领导 政 策 法 规 经 营 机 制信息安全网络电信基础设施平台小结：从数字城市的含义不难发现，UGIS是实现“数字城市”的主要手段之一，是否具备和使用先进的UGIS已经发展成为衡量城市管理水平和政府信息化程度的重要标志。有关数字城市的补充介绍有关数字城市的补充介绍1）国外）国外“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状1994年年4月月13日，美国颁布了日，美国颁布了12906号总统行号总统行政令，
8、实施国家空间数据基础设施（政令，实施国家空间数据基础设施（NationalSpatialDataInfrustructure，NSDI）计划，）计划，正式在美国政府和非政府部门中开展直接协调地理空间正式在美国政府和非政府部门中开展直接协调地理空间数据收集和管理的活动。数据收集和管理的活动。美国美国FGDC于于1995年年4月提出了月提出了NDGDF实施计划，实施计划，开始建立包括大地测量控制、数字正射影像、数字高程开始建立包括大地测量控制、数字正射影像、数字高程模型、交通、水文、行政单元以及公用地块地籍数据在模型、交通、水文、行政单元以及公用地块地籍数据在内的数据框架。内的数据框架。1998年
9、年1月月31日日美国前副总统戈尔在开放地理信美国前副总统戈尔在开放地理信息系统协会（息系统协会（OGC）发表了题为）发表了题为“数字地球：数字地球：21世纪世纪理解我们行星的方式理解我们行星的方式“的报告，明确提出了的报告，明确提出了”数字地球数字地球“的概念及其目标、支持技术等重要内容。的概念及其目标、支持技术等重要内容。1）国外）国外“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状加拿大加拿大GeomaticsCanada负责全加拿大国家负责全加拿大国家地形数据库（地形数据库（NTDB），已经完成），已经完成1：25万地形数据万地形数据库和南部人口稠密地区的库和南部人口稠密地区的1
10、：5万地形数据库。万地形数据库。欧洲大多数国家版图较小，数字地理空间数据生产欧洲大多数国家版图较小，数字地理空间数据生产基础较好。英国政府在认识和分析美国基础较好。英国政府在认识和分析美国NSDI成功和问成功和问题的基础上，提出了国家地理空间数据框架题的基础上，提出了国家地理空间数据框架（NGDF）发展计划。英国陆军测量局早从发展计划。英国陆军测量局早从1970年开始从事数字年开始从事数字化制图，已正式向社会提供数字化地图。化制图，已正式向社会提供数字化地图。法国地理院从法国地理院从1985年起建立年起建立1：5万全国地形数万全国地形数据库（据库（BDTOPO），），x、y精度为精度为2.5m
11、，z精度为精度为1.0m。1）国外）国外“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状德国内务部原大地测量研究所（IFAG）负责完成全国1：20万DLM（数字线化模型）和1：100万DKM（数字地物模型），各州测量局负责完成1:2.5万DLM和1:2.5万DKM，其地物精度要求为3m。日本是亚洲地区最早开展地理信息化工作的国家。目前已能向社会提供DEM（数字高程模型）、数字地图等系列产品。1）国外）国外“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状在空间数据标准建设方面，发达国家的地理信息管理采用国家和地方两级管理体系，在“数字城市”空间数据基础平台的建设中,通常采用自上而
12、下的组织形式，即由中央政府组织相关机构共同推动全国范围统一数据平台的建设。政府在其中主要起到协调政策性事务、组织研究发展、统一数据标准和行业规范等作用。2）我国）我国“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状我国“十五”计划明确提出：“大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展”。作为推进信息化工作的一个重要方面，党和政府的各级领导对“数字地球”给予了高度重视。1999年11月在首届“数字地球”国际会议上，北京市市长刘淇正式提出了启动“数字北京工程”。2000年初，北京市信息化办公室制定了“数字北京工
13、程总体框架及发展规划”，这份规划对数字北京的概念、内容、目标、重点项目等作了详细的阐述。2）我国）我国“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状2000年初上海启动了“数字上海工程”，经过几年努力，已形成了在全国领先的信息化基础设施规模和能力，完成了所有基本比例尺地形图的数字化，进行了城市遥感影像系统应用，探索了数据共享机制和应用标准，开发了多领域的地理信息应用系统。山西正处在经济结构调整的重要时期，为加快国民经济和社会信息化，抓住“数字地球”带来的历史性机遇，充分利用现有的信息化基础和优势，确立建设“数字山西”战略目标，建设空间数据基础设施。2000年12月在太原市召开“可持续
14、发展研讨暨空间数据基础设施项目论证会”，通过了“数字山西”空间数据基础设施项目建议书及其总体设计方案。2）我国）我国“数字城市数字城市”基础平台建设的现状基础平台建设的现状2001年2月陕西省第九届人民代表大会第四次会议审议通过的陕西省国民经济和社会发展第十个五年计划纲要明确提出，要加强基础测绘工作，基本建成“数字陕西”地理空间基础框架。湖南省在长沙召开了“数字湖南”框架工程专家论证会，与会专家和代表提出将“数字湖南”基础框架工程纳入省国民经济和社会发展“十五”计划，以利尽快实施。“十五”期间，我国其它省、市区也都通过了数字区域的论证，开展了“数字区域”、“数字城市”空间信息基础设施建设。3）
15、我国在）我国在“数字城市数字城市”领域中的优势和差距领域中的优势和差距主要优势：一是起步迟，发展快，城市信息化基础设施的规模和能力处于全世界中等地位。二是信息技术普及程度比较快。三是已具备比较优厚的经济基础和综合实力。四是具有丰富的人才和技术资源。五是招商引资力度大，世界信息百强企业已在我国扎根落户。3）我国在）我国在“数字城市数字城市”领域中的优势和差领域中的优势和差距距主要差距：一是作为“数字城市”核心技术的地理信息系统应用面过窄。二是信息共享困难、行业基础数据库之间互访性差。三是具有“中国特点”的自主技术研发实力尚不突出。四是广大农村的信息化发展缓慢。5.2数字城市的内容数字城市的内容5
16、.2.1数字城市的框架结构数字城市的框架结数字城市的框架结构包括如下三层构包括如下三层:1.城域物理网络层城域物理网络层2.公共信息平台公共信息平台3.行业信息系统行业信息系统根据我国的建设经验，数字城市的建设内容基本上可以根据我国的建设经验，数字城市的建设内容基本上可以分为三个相互联系、相互支持的层次：分为三个相互联系、相互支持的层次：1)基础平台层o基础平台层指城市空间基础设施(SpatialDatalnfrastructure，SDl)，图82中所示的下面三层就是进行城市GIS建设的基础，各种专业空间数据就是建立在这些基础之上的。一方面，数字城市的建设需要包含网络、数据管理系统等构成的软
17、硬件；另一方面，需要制定对城市基础地理、自然资源、社会资源和人文资源等各种信息的数据标准，保证数据能够在宽带网上多用户进行安全的、无信息损耗的城域范围的共享，并进行数字化采集和存储，分别建立相应的资料(信息)库，提供全市基础信息的共享和服务。2)专业和区域应用层专业和区域应用层专业层是领域数字化框架，区域层指区域数字化框专业层是领域数字化框架，区域层指区域数字化框架。它是在城市的各个行业和城市于区域范围内构架。它是在城市的各个行业和城市于区域范围内构建行业和部门统一的局域网，并按照城市信息化的建行业和部门统一的局域网，并按照城市信息化的统一要求和规范，制定数据共享和互操作的标准，统一要求和规范
18、，制定数据共享和互操作的标准，建立各个部分的管理和办公自动化系统，并把这些建立各个部分的管理和办公自动化系统，并把这些子系统搭载到基础平台之上，通过共同的信息平台，子系统搭载到基础平台之上，通过共同的信息平台，实现各部门之间信息的彼此共享、交流和协作。实现各部门之间信息的彼此共享、交流和协作。3)综合决策层综合决策层综合决策层是跨领域、跨区域的综合性应用框综合决策层是跨领域、跨区域的综合性应用框架。它主要分为专家分析和领导决策两大部分，前架。它主要分为专家分析和领导决策两大部分，前者为后者提供技术支持，而后者是城市管理的指导。者为后者提供技术支持，而后者是城市管理的指导。在数字城市基础平台上，
19、综合分析和研究城市在数字城市基础平台上，综合分析和研究城市基础地理、自然资源以及社会、经济等各个领域的基础地理、自然资源以及社会、经济等各个领域的不同信息，在市政府各职能部门和企事业单位的专不同信息，在市政府各职能部门和企事业单位的专业信息处理和分析的基础上，通过虚拟现实技术将业信息处理和分析的基础上，通过虚拟现实技术将城市在计算机上实现仿真、模拟和重现，建立优化城市在计算机上实现仿真、模拟和重现，建立优化城市运行的计算机模型，供专家为政府最后决策提城市运行的计算机模型，供专家为政府最后决策提供可视化的现代辅助工具。供可视化的现代辅助工具。服务层基础层应用层城市政府信息门户网站社会网站信息终端
20、基于空间信息关联空间信息参照空间信息规划管理系统国土管理系统房产管理系统综合管线系统政务办公系统公安管理系统交通管理系统数字社区系统社会管理系统经济管理系统文化管理系统科研管理系统基础测绘系统基础空间信息共享框架标准地理编码标准非空间信息共享平台空间信息共享平台组织领导 政 策 法 规 经 营 机 制信息安全网络电信基础设施平台5.2.2数字城市建设的主要内容数字城市建设的主要内容1城市设施的数字化城市设施的数字化在统一的标准与规范的基础上，实现基础地理设施的数字化，需要的在统一的标准与规范的基础上，实现基础地理设施的数字化，需要的设施包括：设施包括：(1)基础测绘数据。有空间定位控制数据、地
21、形框架数据等，表现形式有基础测绘数据。有空间定位控制数据、地形框架数据等，表现形式有数字正射影像图数字正射影像图DOM(DigitalOrthophotoMap)、数字高程模、数字高程模型型DEM(DigitalElevationModel)、数字栅格地图、数字栅格地图(DigitalRasterGraphic)、数字线画地图、数字线画地图(DigitalLineGraphic)。(2)城市基础设施。有建筑设施、管线设施、环境设施等。城市基础设施。有建筑设施、管线设施、环境设施等。(3)交通设施。有地面交通、地下交通、空中交通等。交通设施。有地面交通、地下交通、空中交通等。(4)金融业。有银行
22、、保险、交易所等。金融业。有银行、保险、交易所等。(5)文教卫生。有教育科研、医疗卫生、博物馆、科技馆、迹等。文教卫生。有教育科研、医疗卫生、博物馆、科技馆、迹等。(6)安全保卫。有消防、公安、环保等。运动场、体育馆，名胜古安全保卫。有消防、公安、环保等。运动场、体育馆，名胜古(7)政府管理。有各级政府、海关税务、地籍管理与房地产等。政府管理。有各级政府、海关税务、地籍管理与房地产等。(8)城市规划与管理。有背景资料城市规划与管理。有背景资料(地质、地貌、气象，水文及自然灾害等地质、地貌、气象，水文及自然灾害等)监测、城市规划等。监测、城市规划等。2城市网络化(1)三网连接。电话网、有线电视网
23、与三网连接。电话网、有线电视网与Internet三网实现三网实现互连互通。互连互通。(2)通过网络将分散的分布式数据库、信息系统连接起来，通过网络将分散的分布式数据库、信息系统连接起来，建立互操作平台。建立互操作平台。(3)建立资料仓库与交换中心。建立资料仓库与交换中心。(4)数据处理平台。如多种资料的融合与立体表达、仿真数据处理平台。如多种资料的融合与立体表达、仿真与虚拟技术、资料共享平台等。与虚拟技术、资料共享平台等。3.城市的智能化城市的智能化比尔比尔盖茨提出的数字神经系统与网络生活方式的新构想，盖茨提出的数字神经系统与网络生活方式的新构想，应用于城市管理与城市行为方式的智能化研究。应用
24、于城市管理与城市行为方式的智能化研究。城市智能化方面包括如下方面：城市智能化方面包括如下方面：(1)电子商务。如网上贸易、虚拟商场、网上市场管理等。电子商务。如网上贸易、虚拟商场、网上市场管理等。(2)电子金融。如网上银行、网上股市、网上期货、网上保电子金融。如网上银行、网上股市、网上期货、网上保险等。险等。(3)网上教育。如虚拟教室、虚拟实验、虚拟图书馆等。网上教育。如虚拟教室、虚拟实验、虚拟图书馆等。(4)网上医院。如网上健康咨询、网上会诊、网上护理等。网上医院。如网上健康咨询、网上会诊、网上护理等。(5)网上政务。如网上会议等。网上政务。如网上会议等。4.城市可视化数字城市采用多维度、多分辩率、多时相的数据在计算机上进行虚拟显示，可以供人们进行游览。通过可视化手段可以改变计算机信息系统专业的单调、面目难看的界面，从而把人们吸引到计算机里来，同时可视化是友好界面的重要基础，人们接受图形化的信息远远快于文本信息。可视化主要包括(1)地理环境。包括DEM地形虚拟。(2)灾害模拟。包括模拟洪水、火灾、地震等各种自然和人为的灾害。(3)旅游景点模拟。人们通过网络就可以对旅游景点进行交互式游览等。课后复习1.名词解释:数字城市2.简述数字城市的框架结构3.简述数字城市建设的主要内容课后情况记载