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“数字城市”系统是一个人地（地理环境）关系系统，它体现人与人、地与地、人与地相互作用和相互关系，系统有政府、企业、市民、地理环境等，既相对独立又密切相关的子系统构成。政府管理、企业的商业活动、市民的生产生活无不体现出城市的这种人地关系。CUDI国际城市发展研究院认为城市的信息化实质上是城市人地关系系统的数字化，它体现"人"的主导地位，通过城市信息化更好地把握城市系统的运动状态和规律，对城市人地关系进行调控，实现系统优化，使城市成为有利于人类生存与可持续发展的空间。城市信息化过程表现为地球表面测绘与统计的信息化（数字调查与地图），政府管理与决策的信息化（数字政府），企业管理、决策与服务的信息化（数字企业），市民生活的信息化（数字城市生活），以上四个信息化进程即数字城市。
数字城市是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务。数字城市能实现对城市信息的综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展。
由于人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关，因此数字城市是构筑和运行在空间信息平台的基础上。某种意义上说，空间信息平台是数字城市建设过程中的基础设施建设，数字城市的各种高端应用都需要通过空间信息平台实现，并受空间信息平台的建设情况制约，空间信息平台与数字城市的关系就如同道路、桥梁与实体城市的关系。
美国副总统戈尔于1998年1月21日提出了数字地球的概念之后，中国学者特别是地学界的专家认识到“数字地球”战略将是推动我国信息化建设和社会经济、资源环境可持续发展的重要武器，并于1999年11月29日至12月2日在北京召开了首届国际“数字地球”大会。从这之后，与“数字地球”相关相似的概念层出不穷。“数字中国”、“数字省”、“数字城市”、“数字化行业”、“数字化社区”等名词充斥报端和杂志，成了当前最热门的话题之一。甚至许多省、市把它作为“十五”经济技术发展的一个重要战略来抓。国家测绘局在2000年全国局长干部会议上明确提出，测绘局系统今后一个时期的主要任务是构建“数字中国”的基础框架；海南、湖南、山西、福建等省都已正式立项启动"数字海南"、"数字湖南"、"数字山西"、"数字福建"工程，其他省区的立项也在紧锣密鼓地筹划之中，而数字城市的立项更是如火如荼。
据报道：2000年5月13日，中国近百名市长与百名IT精英企业聚首"二十一世纪数字城市论坛"，共商推动中国城市数字化进程大计。
中国建设部部长俞正声在论坛开幕致辞时指出，所谓"数字城市"与"园林城市"、"生态城市"一样，是对城市发展方向的一种描述，是指数字技术、信息技术、网络技术要渗透到城市生活的各个方面。建设数字城市能够制止猖獗的违法建筑，并避免制约工程招标和房地产建设中的大量弊端。
科技部官员认为，"数字城市"符合中国目前工业化和信息化并行的经济生活现状，在中国城市现代化建设中具有重要意义。他透露，目前正在制订中的"十五"有关科技攻关计划和规划中，城市的规划、建设和管理，数字化城市工程将是其中的一项重要内容。
中国信息产业部信息化推进司司长宋玲说，实现城市信息化是中国城市融入全球化浪潮的首要和必要条件。中国现已制定了一套衡量信息化水平的比较体系。经过国务院信息化领导小组讨论通过将会发布。
建设部、科技部等部委"十五"期间将启动"数字化城市示范工程项目"，国家准备在"十五"期间共计投入5亿元人民币（地方和企业配套投入40亿人民币），建立5-10个市级综合应用和20-30个城市行业应用的城市数字化示范项目；30-40个社区和企业的数字化示范项目；2-3个跨省市的行业应用以及20-30个数据处理与系统集成的高技术企业。
与前两年仅仅炒作"数字地球"的概念不同，"数字省"、"数字城市"则开始进入到实质性的启动阶段。为了积极有效地推进中国"数字地球"战略的发展，本文以"数字城市"为核心讨论有关的基本概念及实现策略，与之相关的"数字省"、"数字化行业"、"数字化社区"也可以此为参考。
2012年9月12日，国土资源部党组副书记、副部长，国家土地副总督察，国家测绘地理信息局党组书记、局长徐德明在测绘地理信息发展论坛介绍说：“数字城市建设取得重要成果，全国有270多个地级城市正在推进数字城市建设，其中125个已建成并投入使用，成果在60多个领域得到广泛应用。”
定位
"数字城市"仍是一个概念，它是"数字地球"的一个组成部分，可以看作是一个系统工程或发展战略，但不能看作是一个项目或一个系统。它可能包括了很多系统，但是要对它下一个确切的定义是很难的，也难以界定哪些是属于数字城市的内容，到了什么样的信息化水平可以看作是实现了数字城市。但它并不是一个虚拟的东西，也不是一个可望而不可及的东西，它是一个在未来城市建设和城市生活中随处可见，随时可用，无处不在的"系统"。"数字城市"是一个城市发展的战略目标，并有一个逐渐发展的过程，而且在发展过程中将会对城市建设、市民生活、经济发展逐渐带来效益和方便。
目标
很难为"数字城市"的目标下个确切的定义，或许可以说"数字城市"建成之时，就是我们通常说的城市"社会信息化"实现之时。其战略目标是实现城市各种数据的整合，使之便于共享和容易使用，使我们的政府管理部门、企业、社区和个人都能方便有效地进行网上办公、网上查找信息、网上学习、网上工作、网上休闲……
基础
"数字城市"的基础主要有三项。第一项是信息基础设施，要有高速宽带网络和支撑的计算机服务系统和网络交换系统。也就是说"数字城市"的第一项任务是解决"修路"的问题。但是光有路不行，还必须有第二项基础-数据，特别是"空间数据"。据统计人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关，"数字地球"的基本概念也是定义在地球空间框架上集成和展示各种数据，数字地图和数字影像是"数字城市"的基础框架。为什么我们要叫"数字城市"，而不叫"网络城市"？网络城市只能说明铺设了多少光缆，而不能衡量城市的信息化水平。衡量"数字城市"的指标，除宽带网里程以外，另一个重要指标是数据量的大小，特别是各类基础空间数据的数据量。"数字城市"第三项基础是人，管理"数字城市"和使用"数字城市"的人。与管理我们的"现实城市"相对应，管理"数字城市"要逐渐建立起相应的机构和规范，要不断对网络系统和数据进行建设、更新、维护和升级，并协调用户的访问。除管理"数字城市"的人以外，培养使用"数字城市"的人也是一项重要的基础工作。只是建了"数字城市"而没有人用，是一种浪费，也产生不了社会经济效益。只有成千上万的企业，成百万、上千万的市民应用"数字城市"才可以产生巨大的社会经济效益，促进国民经济的快速发展。前几年，世界经济的快速发展，得益于IT产业的硬软件技术，今后国民经济的一个重要增长点，将有赖于"信息服务"业。
关键环节
我们的许多城市已经在大张旗鼓地铺设光缆，有些城市的许多部门也在建立GIS。为什么我们要突出"数字城市"的概念，我想，除了"数字城市"作为城市信息化的一个整体战略目标以外，另一个重要方面就是要实现网络和数据的共享。由于历史发展的原因，城市内分别铺设了电话网、有线电视网和Internet网，这实际上已经造成了浪费。我们现在要做的补救工作是三网合一，或者说三网互通，实现硬件资源共享，并为信息共享创造条件。"数字城市"的另一个重要任务是实现数据共享及系统间的联接与互操作。信息共享涉及到两个方面，一个是政策方面或者说行政管理方面的因素。如何发挥政府职能，调动各方面的积极性，使数据的生产管理部门及时地为"数字城市"提供数据。信息共享另一个重要方面是技术因素，如何保证生产的数据是符合规范的、有效的，如何实现"数字城市"中的各系统互联接和互操作，是实现数字城市的关键技术问题，该问题将在第四部分详细讨论。
层次
"数字城市"实际上有多个层次。许多城市目前启动的项目主要局限在政府管理部门，"数字城市"为"现实城市"的管理决策服务，这是一项重要职能，近阶段可以说是一项主要职能。但是它还不够，还要考虑企业、社区和个人这三个层次。将来"数字城市"的核心可能是企业和社区，传统企业，通过信息技术进行改造升级，新型的信息服务企业大量产生，形成城市的新的经济增长点。社区是连接政府与个人的纽带，也是城市走向文明，走向现代化的关键，在社区精神文明建设中，"数字化社区"将起重要作用。个人是信息化服务的主体，也是社会消费主体。在设立"数字城市"的建设项目时，一定要列立一些项目，引导个人的信息消费。中国城市的纸质交通旅游图每年有上十亿的产值，美国一个地图网站卖了12亿美元。中国随着私人汽车的增长，仅交通旅游的信息消费都可能达到上百亿人民币。
体系结构
"数字城市"虽然不只含有一个系统，但从广义上说仍属于计算机及网络所支持的系统群集。因而它具有计算机信息系统的基本特征，有比较严密的逻辑结构。
宽带网络
"数字城市"涉及到大量图形、影像、视频等多媒体数据，数据量非常大，目前的因特网难以胜任，必须使用宽带网络。城市宽带网技术发展很快，据报道，国内已有城市开始建立每秒10G的宽带网络。这种宽带网络可以满足"数字城市"的需要。但是，要特别注意网络的互联与接口问题。中国城市的宽带网建设可能会以企业为主，中国电讯放开经营以后，一些有实力的企业都盯住城市宽带网建设，这样形成竞争的局面是一件好事，不过它可能会形成美国那样多家公司的通讯电缆都通到一个小区，小区用户可以任意选择一家的电话或因特网。如果协调得好，这也未尝不可，但是如果协调不好，它不仅造成电缆资源的浪费，甚至相互封闭，互不联通，或通过"很远"的路径联通，造成许多不便。所以建立"数字城市"首先要把网络建设规划和高效联通的问题协调好，千万不能造成相互割据的局面。
海量存贮
除了网络外，计算机服务器与存贮设备是一个至关重要的问题。由于"数字城市"涉及地理数据，数据量大，一个大中型城市的数据可能以TB计算。当前计算机的硬件已经能够满足这些要求，多CPU高性能服务器的价格大幅降低，上千GB的Raid硬盘也相当便宜。"数字城市"的数据存贮可能是采用多服务器，分布式管理，如何将它们有效连接和协调管理是"数字城市"建设的关键技术。
联邦数据库
这里提出的联邦数据库（Federated DataBase）的概念有别于分布式数据库和数据仓库。分布式数据库和数据仓库一般是指同种同类数据的组织管理。这里的邦联数据库除了包含分布式的概念以外，它还指异构数据库和空间数据的多比例尺数据库。异构数据有两个概念，一个是同一种类型的数据，使用不同数据库管理系统管理，如矢量图形数据或属性数据，不同的部门采用不同的系统管理，它们的数据类型相同，只是数据的物理存贮结构不同，形成异构数据；另一个概念是数据的类型也不相同，如DEM数据和影像数据，它们与矢量图形数据的类型不同。
"数字城市"中的数据一般包含五种类型：二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据、属性表格数据、城市三维图形与纹理数据。由于城市各部门的应用不同，它们可能还是多比例尺的和分布式的。所以，"数字城市"需要用到"邦联数据库"的概念。
数据共享与互操作
数据共享是"数字城市"建设需要解决的核心问题，除了政策和行政协调方面需要解决的问题外，技术上仍有大量的问题需要解决。数据共享有多种方法，其中最简单的方法是通过数据转换，不同的部门分别建立不同的系统，当要进行数据集成或综合应用时，先将数据进行转换，转为本系统的内部数据格式再进行应用。我国已经颁布了"地球空间数据交换格式标准"，使用该标准可以进行有效的数据转换。但是这种数据共享方法是低级的，它是间接的延时的共享，不是直接的实时共享。建立"数字城市"应该追求直接的实时的数据共享，就是说用户可以任意调入"数字城市"各系统的数据，进行查询和分析，实现不同数据类型、不同系统之间的互操作。当然这是一个很难的课题。美国OGC联盟推出的Open GIS，开始了这方面的探索。国际摄影测量与遥感协会成立了"邦联数据库与互操作"工作组，其宗旨就是协调国际间该方面的讨论与研究。本文作者作为该工作组组长，正在组织"邦联数据库与互操作"的研讨工作，欢迎有兴趣的学者加盟和参与该工作组。
可视化与虚拟现实
"数字城市"的基础之一是地理空间数据，这就为空间数据的可视化提供了一个展示丰富多彩的现实世界的一个机会。"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基本解决，剩余的问题属于艺术加工的范畴，三维数据的可视化或者说虚拟现实技术目前仍是一个难点。如何高效逼真地显示我们的"数字城市"是我们需要尽快解决的一个问题。虚拟现实技术可以通过三维建模逼真的模拟现在和未来的城市，支持数据分析、方案论证和优化，支持地理信息系统等，通过这些详实的数据和相关资料可以是直观真实固化方案评估、审核以及管理等日常工作，更为重要的是它可以为多部门参与和协同工作提供了有效的平台。这也是为什么虚拟现实在数字城市中得到广泛应用的主要原因。
超链接技术
因特网得益于万维网的超链技术，它将世界各地的网站通过IP地址超链接起来，使我们忽略了空间距离。"数字城市"将来也有很多的系统，或者说很多网站，需要把它们超链接起来。从硬件技术和网络协议上说，超文本链接的问题已经解决，但是"数字城市"涉及到图形、图象等数据，远没有超文本链接那么简单。这里需要涉及到前面所说的许多技术，特别是互操作技术。当前我们已经进行了一系列研究工作，实现"数字城市"各系统之间的超链接已为期不远。
城市设施的数字化
在统一的标准与规范基础上，实现设施的数字化，这些设施包括：城市基础设施——建筑设施、管线设施、环境设施； 交通设施——地面交通、地下交通、空中交通； 金融业——银行、保险、交易所； 文教卫生——教育、科研、医疗卫生、博物馆、科技馆、运动场、体育馆，名胜古迹； 安全保卫——消防、公安、环保； 政府管理——各级政府、海关税务、户籍管理与房地产；城市规划与管理——背景数据（地质、地貌、气象，水文及自然灾害等）、城市监测、城市规划。
城市网络化
三网连接：电话网、有线电视网与Internet，三网实现互联互通；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；建立数据仓库与交换中心、数据处理平台、多种数据的融合与立体表达、方正与虚拟技术的数据共享平台。
城市的智能化
城市智能化方面包括：
电子商务：网上贸易、虚拟商场、网上市场管理；
电子金融：网上银行、网上股市、网上期货、网上保险；
网上教育：虚拟教室、虚拟试验、虚拟图书馆；
网上医院：网上健康咨询、网上会诊、网上护理；
网上政务：网上会议等。
数字城市的应用 ：数字城市的广泛应用，对城市的繁荣稳定及可持续发展都有着巨大的促进和推动作用。主要表现在以下方面:
1．城市交通的智能管理与控制；
5．城市通讯的建设与管理；
2．城市资源的监测与可持续利用；
6．城市人口、经济、环境的可持续发展决策制定；
3．城市灾害的防治；
7．城市生活的网络化和智能化。
4．城市环境治理与保护；
公众服务平台建设
以三维仿真地图、矢量电子地图数据、影像电子地图数据为基础，实现三张类型地图数据的联动切换和有机结合，整合了城市各类兴趣点信息，普通市民通过互联网及移动互联网，足不出户就可以获得各种生活服务，包括位置搜索、公交查询、美食、娱乐、旅游、酒店预订等，为市民带来更加丰富的地理信息服务体验。
中国科学院、中国工程院院士李德仁院士：数字城市为城市规划、智能化交通、网格化管理和服务、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件，是信息时代城市和谐发展的重要手段。数字地球以空间位置为关联点整合相关资源(以地理信息系统和虚拟现实技术集成各类数据资源)，实现了“秀才不出门，能知天下事”。根据智慧地球的特征，智慧城市应具备以下4个特征：第一，智慧城市包含物联网。实现全面感知：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。实现可靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去。实现智能处理：利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析与处理，对物体实施智能化的控制。第二，智慧城市面向应用和服务。第三，智慧城市与物理城市融为一体。第四，智慧城市能实现自主组网、自维护。
中国智慧城市促进会会长李林教授：智慧城市是指数字城市网络化与数字化建设的基础上，进一步应用自动化与智能化科技，将数字城市中政府信息化、城市信息化、社会信息化、企业信息化有机的整合为一体。通过城市物联网和云计算中心，集成整个城市所涉及的社会综合管理与社会公共服务资源，包括地理环境、基础设施、自然资源、社会资源、经济资源、医疗资源、教育资源、旅游资源和人文资源等，实现更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化。为城市综合管理和公共服务信息的共享交换和资源综合利用，为城市低碳环保与可持续发展，为城市资源在空间上的优化配置，构建和谐幸福社会提供强有力的支撑。
"数字城市"是一个庞大的系统工程，它是城市发展和社会信息化的必然趋势，也是城市发展的新的经济增长点。目前的技术已基本成熟。"数字城市"作为一个战略目标早启动、早规划比晚启动、晚规划要好。要抓住网络资源与数据资源共享与互联这两个核心环节，作好规划，解决政策、标准和设计问题，先起动一些投资小见效快的项目，力争由"数字城市"的项目养"数字城市"工程，加快推进"数字城市"建设。
2012年9月10日从国家测绘地理信息局“数字城市建设专题研究班”上获悉,目前全国已有270多个地级城市开展数字城市建设，“十二五”期间我国全部地级市将建成数字城市。
我国已有311个地级市开展数字城市建设，其中158个数字城市已经建成并在60多个领域得到广泛应用，同时最新启动了100多个数字县域建设和3个智慧城市建设试点。2013年，国家测绘地理信息局将在全国范围内组织开展智慧城市时空信息云平台建设试点工作，每年将选择10个左右城市进行试点，每个试点项目建设周期为2至3年，经费总投入不少于3600万元。在不久的将来，人们将尽享智能家居、路网监控、智能医院、食品药品管理、数字生活等所带来的便捷服务，“智慧城市”时代即将到来。
据初步统计，截至目前，全国数字城市建设中央财政以4亿元左右的投入，带动地方投入约60亿元，节省财政资金超过100亿元，间接拉动服务产值高达300亿元。数字省区蓬勃发展，海南、湖北、江西、黑龙江、天津、宁夏等15个数字省区建设顺利推进，成效显着。为进一步推动城市信息化进程，更好地满足城市运行、管理与服务的自动化、智能化需求，及时有效地为智慧城市探索与建设提供地理信息服务，国家测绘地理信息局提出，将在全国范围内组织开展智慧城市时空信息云平台建设试点。试点项目建设完成后，国家测绘地理信息局将会同省级测绘地理信息行政主管部门、城市人民政府共同对项目进行验收。试点申报工作将于2015年6月底前截止。
