1.引言

　　城市歷來是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的焦點和中心。當前一個以數(shù)字城市為旗幟的城市信息化運動正在全國范圍內(nèi)迅速展開。數(shù)字城市是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空間的再現(xiàn)和反映，是以信息（特別是空間信息）為核心、以網(wǎng)絡(luò)為支撐的城市信息管理與服務(wù)體系。數(shù)字城市建設(shè)的任務(wù)就是利用現(xiàn)代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各種信息資源（特別是空間信息資源），建立面向政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾服務(wù)的信息平臺、信息應(yīng)用系統(tǒng)以及政策法規(guī)保障體系等。城市地理空間基礎(chǔ)框架是數(shù)字城市建設(shè)的核心任務(wù)之一，它為城市發(fā)展和信息化建設(shè)提供統(tǒng)一的空間定位與基礎(chǔ)地理信息公共平臺，進而實現(xiàn)城市信息資源按照地理空間位置的整合和共享。城市地理空間基礎(chǔ)框架是“數(shù)字中國”地理空間基礎(chǔ)框架的重要組成部分。應(yīng)該說，我國城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)與提供已經(jīng)取得了巨大成績，但總的來講，空間數(shù)據(jù)從內(nèi)容、形式和質(zhì)量（尤其是現(xiàn)勢性）以及提供等方面都難以滿足應(yīng)用的需求，高質(zhì)量的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一直是城市地理信息系統(tǒng)（GIS）建設(shè)和應(yīng)用的瓶頸。隨著城市信息化進程的加快和數(shù)字城市建設(shè)的推進，城市空間數(shù)據(jù)必將進一步成為關(guān)注的焦點。

　　2.數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的目標與任務(wù)

　　2.1 目標

　　地理空間基礎(chǔ)框架是其它一切地理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)參考框架，它為國民經(jīng)濟和社會信息化提供統(tǒng)一的空間定位與基礎(chǔ)地理信息公共平臺，對于信息資源按照地理空間進行整合和實現(xiàn)信息共享具有十分重要的作用。

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的總體目標為，充分運用遙感、GPS、GIS和計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，制定相應(yīng)的政策法規(guī)和標準體系，建設(shè)多尺度、多分辨率、多種類的城市空間數(shù)據(jù)體系，構(gòu)建統(tǒng)一的城市地理空間基礎(chǔ)基礎(chǔ)平臺，從而為城市政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的基于空間位置的應(yīng)用服務(wù)�！笆�五”期間，全國30％以上的城市建立數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架，其它城市積極籌劃并開始建設(shè)地理空間基礎(chǔ)框架。到2010前后，全國所有城市建立起較為完善的城市地理空間基礎(chǔ)框架，較好地滿足城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)以及未來發(fā)展的需要。

　　2.2 工作重點

　　為實現(xiàn)上述目標，需要重點完成以下幾方面的工作：

　�。�1）隨著我國城市化步伐的加快，城市的數(shù)量及規(guī)模都將有較大的增長，為滿足城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和信息服務(wù)業(yè)發(fā)展的需要，應(yīng)根據(jù)城市的總體規(guī)劃與發(fā)展布局，進一步擴展和完善城市空間數(shù)據(jù)基準。

　�。�2）建立起有效的城市空間數(shù)據(jù)特別是框架數(shù)據(jù)更新機制，努力完善城市空間數(shù)據(jù)的分級、尺度和內(nèi)容體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)形式的多樣化。

　�。�3）建立健全城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的政策法規(guī)和組織機構(gòu)體系，完成若干城市空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品、技術(shù)和服務(wù)方面的國家或行業(yè)標準。

　�。�4）建立城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)和服務(wù)體系，使空間數(shù)據(jù)更好地為數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)建設(shè)服務(wù)。

　�。�5）發(fā)展先進實用的空間信息獲取、更新、管理與應(yīng)用服務(wù)技術(shù)支撐體系，為城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)提供技術(shù)保障。

　　3.城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的內(nèi)容

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架主要包括空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系、政策法規(guī)與保障體系、數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系以及技術(shù)支撐體系等4個方面。

　　3.1 城市空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系

　　3.1.1 城市空間數(shù)據(jù)基準建設(shè)

　　城市平面基準具有一定的特殊性。由于我國幅員遼闊，使用目前國家統(tǒng)一平面基準在許多城市會產(chǎn)生較大的投影變形，無法滿足城市建設(shè)的需要。許多城市都建立了自己的獨立平面控制基準，出現(xiàn)了2種甚至多種平面基準。隨著空間數(shù)據(jù)應(yīng)用與共享需求的增加，多尺度空間數(shù)據(jù)基準的不統(tǒng)一問題已經(jīng)受到關(guān)注。與平面基準相比，在城市統(tǒng)一使用國家高程基準技術(shù)上不存在問題。為了滿足工程測量和城市測量的需要，應(yīng)該逐步建立和精化城市區(qū)域內(nèi)的厘米級大地水準面，為城市GPS高程測量奠定基礎(chǔ)。

　　隨著國家新一代地心、三維、動態(tài)大地測量基準的規(guī)劃和建立，未來城市空間數(shù)據(jù)基準也將朝著三維、動態(tài)方向發(fā)展�，F(xiàn)有平高分離的、靜態(tài)的城市控制基準將被新一代的三維基準所替代。

　　數(shù)字城市將以其對城市卓越的管理和服務(wù)能力體現(xiàn)其非凡的價值和美好的前景�？臻g數(shù)據(jù)服務(wù)在城市領(lǐng)域具有良好的前景。建立城市GPS連續(xù)運行綜合服務(wù)系統(tǒng)，是實現(xiàn)城市快速導(dǎo)航、動態(tài)測繪和數(shù)據(jù)服務(wù)的重要基礎(chǔ)。目前，我國一些城市已經(jīng)或正在建立該系統(tǒng)。

　　3.1.2 城市空間框架數(shù)據(jù)建設(shè)

　　城市空間數(shù)據(jù)的外延十分廣泛，它包括地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、建筑物現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、地籍數(shù)據(jù)、房地產(chǎn)數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)等。就數(shù)據(jù)形式而言，城市空間數(shù)據(jù)最主要的是數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)（DOM）和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）。在進行地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)中，一般都根據(jù)應(yīng)用需要和實際數(shù)據(jù)生產(chǎn)與提供的可能確定框架空間數(shù)據(jù)集。對于城市空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)，一方面應(yīng)從數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期、成本和質(zhì)量的特點上，另一方面從大多數(shù)實際應(yīng)用的需求上，研究確定基本框架數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、形式和尺度，只有這樣才能使建設(shè)的城市地理空間基礎(chǔ)框架真正起到應(yīng)有的作用。在一個城市，可以根據(jù)地域的不同，針對不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式，分別選用不同的比例尺和分辨率。

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)集應(yīng)在大比例尺度下，能完整地描述城市自然和社會形態(tài)的地物地貌信息（如建筑物、道路、水系、綠地等）、管理境界信息（各級行政管理單元邊界，如市、區(qū)、街道辦事處和重要單位界域及地理分區(qū)等）以及它們的基本屬性信息。這里不僅包括城市測繪所關(guān)心的各種地形信息，同時也應(yīng)包含有關(guān)管理境界等信息以及與它們相對應(yīng)的基本屬性信息。為了適合不同的應(yīng)用需求，可以將框架數(shù)據(jù)集進一步劃分為核心框架數(shù)據(jù)和擴展框架數(shù)據(jù)。前者具有一定的普遍性，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需要；而后者則可以根據(jù)各城市的自身特點和需要而增加。目前大多數(shù)城市的DLG均是依據(jù)《城市測量規(guī)范》和地形圖圖式進行測繪的所謂“全要素”圖。事實上，這里的“全要素”也是相對的。在城市，大面積地測繪大比例尺“全要素”DLG并保持其現(xiàn)勢性并不是一件容易的事。以框架DLG及其與DOM的疊加來替代“全要素”DLG可能是一種有效的解決方案，這樣的產(chǎn)品生產(chǎn)周期短、成本低、易于維護，在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。同時，框架DLG、DOM還可以與DEM進行集成，形成城市三維景觀模型。

　　3.2 政策法規(guī)與保障體系

　　3.2.1 政策法規(guī)

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)所具有的公益性、基礎(chǔ)性和權(quán)威性決定了城市政府應(yīng)該是其主體投資者。城市政府應(yīng)該將城市空間數(shù)據(jù)視作如同城市道路、橋梁一樣的城市基礎(chǔ)設(shè)施，投入足夠的資金使數(shù)據(jù)生產(chǎn)者能按照市場行為進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，以滿足城市可持續(xù)發(fā)展的需求。使數(shù)據(jù)被充分利用并為城市發(fā)展帶來巨大的間接效益應(yīng)該是作為投資方的城市政府所得到的回報。目前，數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)更新是我國城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、管理和應(yīng)用的2大難題。實際上，數(shù)據(jù)不能共享的本質(zhì)原因除技術(shù)、標準化和國家安全因素外，最根本的因素是經(jīng)濟問題。因此，解決數(shù)據(jù)共享問題也必須從經(jīng)濟上入手。數(shù)據(jù)更新除涉及技術(shù)問題外，也與政策密切相關(guān)。城市空間數(shù)據(jù)從生產(chǎn)到最終使用，涉及一系列主體，如：所有者、投資者、生產(chǎn)者、管理者、分發(fā)者、代理者和使用者等。為了明確界定各主體在城市數(shù)據(jù)獲取與使用過程中的責(zé)任、義務(wù)，并切實保障他們應(yīng)得的利益，從而使城市空間數(shù)據(jù)的獲取與使用實現(xiàn)可持續(xù)運轉(zhuǎn)必須制定有效的適合我國國情的數(shù)據(jù)政策。制定數(shù)據(jù)政策的基本原則是促進城市空間數(shù)據(jù)共享、鼓勵數(shù)據(jù)公開、發(fā)展基于數(shù)據(jù)的服務(wù)。

　　3.2.2 標準化

　　我國空間數(shù)據(jù)標準化一直難以滿足技術(shù)發(fā)展和實際應(yīng)用的需求。當前急需加大城市空間數(shù)據(jù)標準化工作的力度，在充分采納、吸收、參考已有國家、行業(yè)和地方標準、規(guī)范與規(guī)程以及一些國際組織和國外標準規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、管理和應(yīng)用的特點，制定比較完善的產(chǎn)品標準、工程標準和服務(wù)標準，以促進城市空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、更新、管理、分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)，加速數(shù)字城市建設(shè)和城市地理信息產(chǎn)業(yè)化的進程。

　　城市空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品標準是目前最薄弱的環(huán)節(jié)。我國已制定的一系列測繪類標準規(guī)范，對于最終產(chǎn)品及其質(zhì)量的定義與確認方面的規(guī)定比較模糊，而對生產(chǎn)這些產(chǎn)品作業(yè)過程的規(guī)定則過于瑣細，這也是造成標準總是落后的重要原因之一�？臻g數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展十分迅速，在未來的標準制定中，應(yīng)將重點放在產(chǎn)品標準上。產(chǎn)品標準應(yīng)具有超前性，面向空間數(shù)據(jù)用戶，并在一個較長的時間里保持穩(wěn)定。生產(chǎn)這些產(chǎn)品的工程標準則應(yīng)盡可能簡化，只規(guī)定若干對最終產(chǎn)品質(zhì)量起關(guān)鍵作用的共性內(nèi)容，而更詳細的作業(yè)規(guī)程應(yīng)由生產(chǎn)單位自行制定。許多單位都在推行ISO 9000系列標準體系認證，可以為此提供保證。數(shù)據(jù)服務(wù)標準過去基本上沒有，當前需要重視。

　　3.2.3 組織保障

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)是數(shù)字城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)性工作，其建設(shè)的質(zhì)量和效率對于數(shù)字城市的建設(shè)關(guān)系重大。為了保障基礎(chǔ)框架建設(shè)的順利實施，需要建立必要的組織保障體系。

　　首先，城市地方政府應(yīng)給予足夠的重視。許多城市為了建設(shè)數(shù)字城市，專門設(shè)立了由市長或常務(wù)副市長任組長的數(shù)字城市建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組。建議在該領(lǐng)導(dǎo)小組下設(shè)立城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)協(xié)調(diào)機構(gòu)，吸收涉及城市空間數(shù)據(jù)建設(shè)的有關(guān)部門參加，進行統(tǒng)一規(guī)劃和組織實施，避免重復(fù)和扯皮。

　　其次，各城市有必要建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)管理和分發(fā)機構(gòu)，統(tǒng)一進行各類空間數(shù)據(jù)資源的管理、維護和應(yīng)用服務(wù)，以最大程度地發(fā)揮框架數(shù)據(jù)的作用。

　　3.3 數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系

　　數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系是數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的重要組成部分。其目的是最大程度地挖掘和發(fā)揮空間數(shù)據(jù)的效用，為政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的基于空間信息的服務(wù)。

　　就數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系建立而言，“面向應(yīng)用”無疑是其基本出發(fā)點。這里的面向應(yīng)用指的是根據(jù)不同實際應(yīng)用的需求來確定數(shù)據(jù)的形式、內(nèi)容和質(zhì)量指標。城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系建立的目標和原則應(yīng)是“快、準、全、廉”。所謂“快”，指的是數(shù)據(jù)獲取的周期要短，信息的現(xiàn)勢性要高：“準”表示適應(yīng)應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)的空間特征和屬性特征（即數(shù)據(jù)的幾何精度和屬性精度）應(yīng)準確：“全”反映的是為滿足應(yīng)用需求所獲取和提供使用的數(shù)據(jù)在內(nèi)容上應(yīng)全面、完整，在時空表現(xiàn)上要真實：“廉”則是指經(jīng)濟性，就是說空間數(shù)據(jù)的獲取與使用的經(jīng)濟代價應(yīng)盡可能小。

　　事實上，上述4個原則之間是相互制約的，對于不同的用途，應(yīng)該有不同的側(cè)重。我們可以把城市空間數(shù)據(jù)按用途劃分為3級，它們構(gòu)成城市空間數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)體系，見表1所示。表中的“面向公眾”主要指為廣大企業(yè)和社會公眾提供空間信息服務(wù)，這類服務(wù)的面很廣，對信息的動態(tài)變化非常關(guān)心，對數(shù)據(jù)的準確性和完整性要求相對低一些，要求能以最低的代價獲得所需要的數(shù)據(jù)：“面向管理”指為政府行業(yè)管理部門工作服務(wù)，如城市規(guī)劃管理、土地管理等；而“特殊應(yīng)用”包括少數(shù)對數(shù)據(jù)準確性和完整性有專門要求的應(yīng)用，如大比例尺城市工程應(yīng)用等。

　　數(shù)字城市可以看成是城市各種信息系統(tǒng)的有機集成和融合，信息的開放與共享顯然是其最重要特征。我們認為，城市空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用服務(wù)的實現(xiàn)方式是建設(shè)一個能為數(shù)字城市各種應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的可視化多元異構(gòu)（多數(shù)據(jù)源、多尺度、多分辨率、多時相、多形式、多基準）空間基礎(chǔ)信息服務(wù)的城市空間基礎(chǔ)信息平臺。該平臺的建設(shè)以滿足空間數(shù)據(jù)服務(wù)和共享為基本出發(fā)點，同時兼顧信息管理和維護的需要。

　　3.4 技術(shù)支撐體系

　　城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)離不開高新技術(shù)的支撐。從框架數(shù)據(jù)的采集、更新、加工、處理，到管理、共享、分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)，需要使用和發(fā)展一系列的新技術(shù)和新工藝，以為實現(xiàn)“快、準、全、廉”的目標創(chuàng)造條件。

　　城市空間數(shù)據(jù)采集與更新技術(shù)主要包括航空攝影測量技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、地面測繪技術(shù)、GPS測量技術(shù)以及激光掃描、近景攝影測量技術(shù)等。這些技術(shù)近年來發(fā)展十分迅速，作業(yè)效率不斷提高。盡管數(shù)據(jù)管理與表現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但仍然不能很好地滿足城市空間數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的需求。這里需要進一步發(fā)展和完善多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的挖掘、融合、集成與管理技術(shù)，開發(fā)實用的真三維數(shù)據(jù)管理與表現(xiàn)技術(shù)。在數(shù)據(jù)分發(fā)與應(yīng)用服務(wù)方面，也需要進一步完善基于Internet的數(shù)據(jù)管理、分發(fā)技術(shù)，增強技術(shù)的安全度與可靠性。同時，需要積極研究解決實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的一系列技術(shù)問題。當前人們普遍將數(shù)據(jù)難以共享的原因歸罪于政策和機制問題，實際上即使這些問題解決了，技術(shù)上的許多障礙還會制約數(shù)據(jù)共享的實現(xiàn)。

　　4.數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的原則與步驟

　　4.1 原則

　　數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的基本原則是：統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、合理分工；統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施；統(tǒng)一標準、資源共享。

　　數(shù)字城市無疑是數(shù)字中國的重要節(jié)點。未來的數(shù)字中國應(yīng)該是一個由全部數(shù)字城市以及其它數(shù)字區(qū)域、數(shù)字專題等有機集合而成的一個巨系統(tǒng)。在沒有政府主管部門全局規(guī)劃和引導(dǎo)的狀況下，將目前已建和在建的這些建設(shè)目的和目標各不相同、標準和平臺各不兼容的數(shù)字城市集合成數(shù)字中國，其結(jié)果將是難以設(shè)想的。盡管對于具體城市而言，數(shù)字城市的建設(shè)是這個城市經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的要求和必然，但如何應(yīng)對未來全局性的城市間各類的信息交換和共享的需求，如何將分散的系統(tǒng)整合成一個有機的整體，都不可避免地成為難題。因此，數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)是一項具有整體性、權(quán)威性、復(fù)雜性的系統(tǒng)工程。這就要求政府主管部門在其中必須起積極的規(guī)劃和指導(dǎo)作用。政府主管部門站在全局高度統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)，必將有利于數(shù)字城市與數(shù)字中國地理空間基礎(chǔ)框架的有機整合，避免相互抵觸和沖突。在城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)中，各有關(guān)部門需要在統(tǒng)一的體系下明確職責(zé)，通力合作，共建共享。具體實施時，則必須分清輕重緩急，堅持標準先行，并通過選擇適當?shù)某鞘凶鳛槭痉�，以點帶面，分步實施。

　　4.2 實施步驟

　　首先，國家有關(guān)主管部門應(yīng)盡快出臺相應(yīng)的政策法規(guī)，啟動數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)計劃；

　　其次，建立有效的運行管理機制，以保障數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的順利進行；

　　第三，加快制定若干核心技術(shù)標準，以規(guī)范和約束數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)實踐；

　　第四，選擇幾個有較好基礎(chǔ)且具代表性的城市作為示范城市，實施城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)，檢驗完善標準規(guī)范，積累經(jīng)驗；

　　第五，在總結(jié)示范經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，積極穩(wěn)步地在全國范圍內(nèi)推廣實施。

　　同時，為了保障城市地理空間基礎(chǔ)框架的順利建設(shè)，特別需要從國家、地方甚至企業(yè)等多個層次解決城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)所需資金問題。從某種意義上講，資金問題可能是決定城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)成敗的關(guān)鍵因素。

　　建設(shè)數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架無疑是一項長期的、復(fù)雜的任務(wù)，需要付出艱苦的努力。數(shù)字城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)任重道遠、前景光明。

　　致謝：本文是作者參加的由中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會承擔(dān)的國家測繪科技發(fā)展基金項目研究成果的一部分。完成過程中，得到北京、上海、天津、重慶、廣州、武漢、深圳、寧波、淄博、廈門等城市有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家的幫助；初稿完成后，承蒙胥燕嬰、張輝峰、葉銀虎、孫承志、陳軍、張清浦、董寶青、張遠、施寶湘、孫建中、丁建偉、李宗華、徐曉等先生提出寶貴意見；研究過程中，還得到作者所在單位同事的協(xié)助；特此一并致謝。由于水平有限，文中錯誤之處在所難免，敬請批評指正。

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