数字城市的框架体系与实施战略探讨，本文主要内容关键词为：框架论文,体系论文,战略论文,数字论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 数字城市的科学发展观
20世纪80年代末以来，世界经济社会发展日益表现出信息化、全球化、网络化及其相互连结、累积增进的态势，不管是企业、城市、区域还是国家，其生产力与竞争力越来越依赖于信息或知识的生产、处理和使用。伴随信息化、全球化和网络化带来的影响，人们生活方式、经济生产形式乃至社会空间组织正在发生巨大的变化。正是在这样一个信息时代的背景下，美国前副总统戈尔于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心OGC会议上提出了“数字地球”的概念[1]，并得到了许多国家高层领导人和科学家们的积极响应。在我国，“信息化带动工业化，带动国民经济增长”已成为国家发展的基本国策，江泽民同志1998年两次接见部分两院院士时提及“数字地球”，更是在国内掀起了“数字地球”、“数字中国”和“数字城市”研究和建设的热潮[3-6]。
目前，对数字城市主要有两种不同的理解和定义，一种是源于对已在国内开展多年建设的城市地理信息系统(UGIS)的扩展与延伸，亦称为“狭义”的数字城市。此观点认为“数字城市”是综合运用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、功能机制进行信息自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。持此观点的主要为地理信息领域的专家，国家十五攻关项目“城市规划、建设管理与服务的数字化工程”即以此为基本定位。另一种观点是将数字城市与城市信息化范畴基本等同，但不甚强调空间基础框架，也不区分空间信息与非空间信息的层次结构关系，亦可称为“广义”的数字城市，IT界与信息化领域人士则更多持这一观点。
数字城市的科学发展观，就是要从城市持续发展对城市信息化的需求，以及数字地球、数字城市和区域信息化的内在关联及其对城市发展的作用这两个方面来客观地认识本质与规律。
伴随经济飞速发展，我国的城市普遍面临着来自自身和国内外经济社会发展的挑战，特别是受到土地和空间、能源与水资源、人口、环境容量等难以为继的严重制约，面临着节约型社会与效益城市建设的需求、土地资源集约利用和区域可持续发展的需求、建设和谐社会和提高区域核心竞争力的需求，应对这些问题的关键和首要前提是准确及时地掌握基于空间的城市信息，加强空间管制，优化资源配置。只有依据数字地球理论进行信息化建设，才能高效地整合资源、环境、经济、社会、人口等各领域信息，并提供新型高效的规划决策手段和管理工具，支持城市循环经济建设，提高城市居民的生活质量和城市的综合竞争能力，支撑城市的高速可持续发展。数字城市与城市信息化是城市发展的必由之路，是城市现代化水平的重要标志和可持续发展的必要保障。
作为数字地球理论在城市应用领域的具体实现和数字地球网络系统中的神经元，数字城市建设是国家信息化与信息社会建设的主要组成部分，是国家电子政务的重要信息支撑，也是数字地球和数字中国战略目标的主要内容之一。狭义数字城市是城市信息化发展的重要基础与必由途径，广义数字城市是城市信息化发展的终极目标，但需要以地理空间为基本框架和“出发原点”。
数字城市是从数字地球的原则和理念出发，在高速宽带城市通讯网络基础设施、城市空间数据基础设施、城市信息安全基础设施建设的基础上，以地理空间为框架，进行信息共享与系统集成，整合城市资源、环境、经济、社会、人口等各领域的海量空间与非空间信息，连接城市信息化孤岛，通过地理信息系统技术、遥感技术、网络技术及虚拟现实等技术手段以及对信息的处理、存储、集成、共享，开展面向政府、企业、公众的个性化、多样化综合信息应用服务，促进城市领域(行业)信息化建设，形成实体城市与虚拟城市的有机融合以应用于城市规划、建设、管理和生活的各个方面，服务于城市的经济建设和社会发展的宏大的信息工程系统。
“数字城市”是未来城市不可或缺的重要基础设施之一，是现代城市物质文明和精神文明建设的主要标志，是信息社会中人民生活内容的重要组成部分和生活质量水平的体现。通过数字城市建设，可以切实落实以信息化带动工业化、实现社会经济跨越式发展的方针，促进传统产业结构调整，优化城市产业结构、生态结构与城市规划，促进城市化、工业化与信息化的持续协调发展。数字城市是信息时代构建和谐社会的重要基础，是从信息化角度，对信息时代城市状态的形象化表征。它表征在工业城市、园林城市、生态城市等城市文明基础之上，一个新的信息化基础设施完备、信息资源丰富、信息化应用与信息产业发达、工业化与信息化持续协调发展、人居环境舒适、信息化生活水平与质量不断提高的良性城市发展状态与时代的到来。
2 数字城市研究与建设现状和认识
2.1 现状与问题
在国际上，自“数字地球”、“数字城市”概念提出以来，数字城市作为城市发展的基础设施已经越来越被重视。美国是数字地球和数字城市的发源地，据不完全统计，目前美国约有50多个城市正在建设数字城市。澳大利亚的昆上兰区域信息战略规划、日本的东京都地域情报化基本计划、新加坡的智能城市计划、中国香港地区的数码港计划、中国台湾地区台北市和高雄市的资讯城市计划等都正在制定和实施中。
在国内，数字城市得到了国家部委、各地方政府、学界和企业界的广泛关注与重视，“十五”期间组织了一系列的高峰论坛和学术会议，并积极推动数字城市相关的研究和建设工作。1999年4月北京市长刘淇在访问北大时提出了建设“数字北京”的战略构想，并于1999年11月29日在北京举行的首届“数字地球国际会议”上宣布了这一设想[2]；1999年12月，在中共北京市委八届四次会议上正式提出的“首都248重大创新工程”中，数字北京工程名列八大工程之首；1999年建设部组织专家编写数字城市“十五”项目计划；2001年初，由建设部牵头的“城市规划、建设、管理与服务数字化工程”获得国家“十五”重点科技攻关立项，从标准规范与政策法规、技术研究与软件开发和应用示范工程等方面开展数字城市的研究与建设，同年建设部发文将数字城市列为建设领域两大重点之一；2001年6月，由建设部组织专家对第一批申请数字城市国家“十五”计划示范城市进行审批论证。众多城市的政府部门也非常重视数字城市建设，如上海、深圳、苏州、厦门、广州、重庆、沈阳、杭州、南京、合肥、梅河口等，都制定了数字城市的发展规划并开展数字城市建设。“十五”期间，国内120多个城市建设了城市规划管理信息系统，400多个城市建设了房产管理信息系统，100多个城市建设了综合或专业管网管理系统，100多个城市正在建设空间基础信息系统，部分城市开始建设城建电子政务系统，部分城市开始建设城市交通管理信息系统。在国家“十五”重点科技攻关项目推动下，建设部领导制定了数字城市示范工程技术导则、城市建设管理信息化示范工程技术导则、城市规划管理信息化示范工程技术导则、房地产业管理信息化示范工程技术导则、建筑业管理信息化示范工程技术导则、建设企业信息化示范工程技术导则、数字社区示范工程技术导则、建设领域信息产品产业化示范基地技术导则，并建设完成了15个数字社区示范工程，21个企业信息化应用示范工程，8个产业化基地示范工程，城市规划、房地产管理、城市建设管理和建筑业管理等方面21个行业应用示范工程，还在北京市东城区、石景山区、广州市荔湾区等5市区进行了数字城市综合应用示范工程。
“十五”期间对数字城市的研究和建设工作进行了有益的探索和实践，较“十五”前期有了长足的进步，关键技术水平提高明显，示范应用百花齐放，“数字城市”的影响也渐入人心，为“十一五”期间数字城市进一步的研究和大规模的建设打下良好的基础，但是也应该看到，因为种种原因，数字城市建设中仍然存在一些问题和困难，需要加以深刻认识：
(1)数字城市的研究和建设仍然处于“初级阶段”，应用典范基本出自城市的某个行业或者某个领域，至今还没有完整建成数字城市的成功案例。
(2)各行业部门“各自为战”、各城市区域“各自为战”现象普遍，上升到考虑与“数字中国”、“数字地球”衔接层面者更少。一些信息“荒岛”改变了旧貌，虽然不“荒凉”了，却成了“孤岛”，后续的建设将面临更大的障碍与挑战。这些现象的存在反映现有技术体系还有待完善，但更多还是因为规划与组织的问题。
(3)总体来说认识和投入不足，主观原因造成的“形象口号”和“面子工程”不在少数，或者虽然列为“一把手”工程，又由于种种客观原因流于形式，信息化工作与日常管理工作脱节，成为“两张皮”工程。
(4)信息资源规划和目录编制、共享制度与更新机制建设工作普遍欠缺或滞后，信息资源建设缺乏统一协调，甚至有标准规范不依，重复建设，信息混乱、资源浪费现象比较严重。
2.2 对数字城市建设的理解与认识
对数字城市建设需要重新理解与认识，尤其要强调：
(1)数字城市建设是一种理念：数字城市建设首先需要实现观念的转变，数字城市是城市建设的一个新的时代，要同时处理好数字城市建设与物质城市建设，数字城市建设与已有信息化建设的关系。数字城市并不是要抛弃城市原有的信息化成果而完全另起炉灶，而是在城市发展到一定阶段，信息化工作达到一定水平后的螺旋上升，它是在城市现有信息化工作的基础上，站在新的认识的高度进行科学的规划与合理的布局，通过统一的空间地理坐标整合改造现有的信息资源，扩展新的信息资源，建设统一的城市信息基础设施，实现城市信息资源的充分交流和共享，并在此基础上进行深度开发和综合分析决策，从而服务于城市的发展战略。
(2)数字城市建设是一个过程：就像物质城市建设一样，“罗马不是一天造就的”，数字城市建设也不可能一蹴而就，更不能急功近利，它需要一个长期的发展过程和巨大的投入，通过与城市发展战略相结合，在城市发展过程中不断调整和完善，并更好地服务于城市的发展。
(3)数字城市建设是一个巨大和完整的体系：这个“大而全”的体系既需要完整科学的规划，也需要先进创新的技术、严格规范的管理实施；既包括建设过程中涉及的网络基础设施、信息资源、基础平台和应用系统建设，也包括配套的法律法规、管理体制、人力资源、标准规范等保障设施的建立与完善。只有这样，数字城市建设才能通过统一框架将城市各个部分有机地结合起来，并最终服务于城市发展战略，促进和谐社会的建立和城市的可持续发展。同时，每个城市在进行数字城市建设时，不仅要结合自身的特点和需求，开展内容建设，更要注意遵循统一的标准和框架，为“数字中国”预留接口。
(4)数字城市建设不是(或主要不是)纯技术问题：数字城市不仅涉及到全面妥善的技术解决方案，更涉及城市规划、城市管理和城市生活的方方面面，尤其涉及到各方的利益。进行数字城市建设所遇到的最大困难和阻力往往不是技术问题。随着信息化带来的工作流程的变化、信息透明度的提高、管理环节的规范化、利益格局的变化，将产生所谓“信息化革命”。在这一过程中，技术体系只是相对比重不大的必要条件，而领导的决策与重视，行政管理观念的改变，社会全民意识的提高，强有力的政策法规与组织实施等保障体系则是更为关键的充分条件。
3 数字城市总体框架
数字城市是一个完整的体系，它包括目标层和内容层(见图1)。应当根据城市的发展战略规划目标层，并设计完善的保障体系和统一的技术框架作为建设内容层。
图1 数字城市总体框架
数字城市保障体系主要包括组织机构、政策法规、规范标准和人力资源等几个部分，它们从多方面保障数字城市建设的顺利实施和健康发展。其中，通过组织机构建设，建立数字城市专家顾问团、数字城市工作小组和城市信息资源交换与管理中心等机构，并实施CIO制，可以对数字城市进行科学规划，具体落实和协调数字城市建设工作的各个方面，使得数字城市建设高效进行；通过修改或建立相应的法律法规，建立完善的城市信息资源生产管理制度、信息资源目录管理制度和信息资源交换管理制度，可以确立数字城市建设的法律地位，规范建设过程；通过建立或应用元数据、地理编码、信息资源分类、信息资源交换与共享等国家或行业标准，可以推动城市信息资源的整合和共享进程；通过引进人才、聘请专家、继续深造、短期培训和科技论坛等方式，可以培养数字城市建设所需要的各个层级的人才，为数字城市建设打下坚实的人力资源基础。
数字城市技术框架包括网络层、数据层、服务层和应用层四个部分[7-10]，参见图2。
图2 数字城市的技术框架
3.1 网络层
网络层是数字城市运行的网络基础设施，包括通讯网络、有线电视网络和无线通信网络。通过加强各种网路间的互联互通和网路安全建设，可以为数字城市的信息交流和共享提供高效和安全的物理通道。
3.2 数据层
数据层主要的空间信息资源及共享平台，包括各类城市信息资源数据库以及建立在此基础上支持城市信息资源整合和共享的服务平台。
如同物质生产与消费，城市信息资源也存在生产——流通——消费的过程。在数字城市的信息生产——消费模型中，各政府部门、企业和公众可能既是信息的生产者，又是信息的消费者，它们以空间信息资源数据库及共享平台作为信息流通的通道：国土、规划和测绘等部门生产大量的信息供其它政府职能部门、企业和公众消费，而使用较少的信息，更多地扮演信息生产者的角色；工商税务等部门既生产信息，又消费信息，在信息生产和消费方面比较均衡；而企业、公众消费的信息远较其生产信息多，更多地扮演信息消费者的角色。
要对城市各职能部门，企业和公众所生产的各种信息进行充分利用和共享，首先必须解决城市信息资源的整合问题。80％以上的城市信息都与空间相关。因此，在数字城市建设中，应当以统一的空间坐标为参照，通过城市地理编码数据库对其它城市信息资源进行地理编码，以遥感影像数据、基础地形数据和地籍数据等城市基础地理数据为基础，叠加人口数据、社会经济数据、行业数据和政务信息数据等其它数据，尤其要发挥地籍产权图充分反映“人地关系”的作用，结合地理编码，实现非空间数据空间化，从而实现城市信息资源的高度统一与整合，为城市信息资源的共享交流与综合决策提供良好基础(见图2)。
除了进行城市信息资源的整合外，空间信息资源数据库及共享平台还要在城市信息生产——消费过程中扮演类似于物质生产和消费过程中间商的角色，即面对纷繁复杂、种类繁多且分布于城市各地的数据，提供必要的服务以协助用户发现并获取自己需要的信息。要实现这一目标，必须建立城市空间信息资源目录数据库。空间信息资源目录是信息组织的一种方式，它以元数据为核心，以各种业务(包括政务)分类表和主题词为控制词表，对空间信息资源进行网状组织，是从分类、主题、应用等多个角度对城市空间信息资源进行管理、识别、定位、发现、评估与选择的工具。一般而言，用户所生产的信息分为私有数据和共享数据，其中私有数据保存在本地私有数据库中。当用户生产共享数据时，如果是基础共享数据，即这些数据为多数部门使用，则提交到城市中央共享数据库，如果是一般共享数据，即仅为少数部门使用，则存放在本地共享数据库，都要向城市信息资源目录数据库提交该数据的元数据——包括数据的名称、生产部门、分类、获取方式、权限等信息；当用户发出数据请求时，首先通过本地数据代理将请求分解为本地数据请求和全局数据请求，并将全局数据请求发送到全局数据网关，在通过权限验证后，全局数据网关从信息资源目录数据库获取所请求数据的元数据，并根据数据的相关信息，分别从中央共享数据库或各个部门的本地共享数据库(通过各个部门的本地数据代理)获得所需要的数据，最后对数据进行集成，返回给用户。基于城市信息资源目录和元数据维护的数据生产、更新和消费过程见图3。
图3 基于城市信息资源目录和元数据维护的数据生产、更新和消费过程示意图
3.3 服务层
服务层主要是城市空间信息服务平台，它通过构建政务信息服务平台、公众信息服务平台、企业信息服务平台和位置信息服务平台，为应用提供空间信息基础服务、应用业务流程服务和应用解决方案支撑服务。当建设新的基于数字城市的应用系统时，可以根据需要从信息服务平台中选择合适的服务进行组合作为系统的支撑环境，从而实现数据和软件的重用。这大大降低了基于数字城市的应用系统建设的门槛，使开发者可以将更多的精力投入到具体业务应用的开发中，从而减少开发成本，缩短开发周期，避免信息资源和系统的重复建设。
3.4 应用层
数字城市应用层包括面向政府的应用、面向企业的应用、面向公众的应用和面向区域的应用几个部分，这些应用基于数字城市框架，建立在空间信息资源数据库及共享平台和空间信息服务平台的基础上。在进行建设时，应当首先选择与城市发展和人民群众生活密切相关的领域建设若干应用。
4 数字城市战略实施的原则和核心内容
根据数字城市的科学发展观，数字城市战略实施应坚持总体规划、分步实施，法规标准、先行制定，以人为本、需求驱动，协调发展、重点建设，整合资源、适当超前，政府主导、多方参与以及市场运作、带动产业等原则。依据上述原则和数字城市的特点、内涵和发展规律，战略实施中最为关键的环节就是要确定整个建设的核心基础内容，后续工程均为中心来生长扩展。
4.1 数字城市战略实施原则
(1)总体规划，分步实施的原则：数字城市战略的实施与城市发展密切相关，同时又涉及政府的各个部门，涉及企业和广大人民群众，是一个长期、复杂的系统工程，不可能一蹴而就，因此，要建设数字城市，必须进行科学的总体规划，并按照实际情况制定分步实施的方案。
(2)法规标准，先行制定的原则：数字城市战略的实施要求各个部门遵循统一标准，协调行动，进行充分的信息交流和共享，以避免信息资源的浪费。而目前我国数字城市的标准和规范建设还有所欠缺，因此进行数字城市建设时，必须在严格遵循国家及有关部委的法规、政策、标准及规范的前提下，先行制定必要的、具体的法规及标准规范，保障数字城市建设规范、顺利地进行并与“数字中国”接轨，避免在消除小“孤岛”的同时形成更大的“孤岛”。
(3)以人为本，需求驱动的原则：要以广大人民群众的切身利益为出发点，根据城市特点和发展需要，因地制宜，在统一标准的前提下建设有特色的“数字城市”。
(4)协调发展，重点突出的原则：数字城市涉及面广，基本涵盖了城市生活的各个领域，与政府部门、企业和人民群众都有密切联系，同时又包含保障体系、网路基础设施、基础平台和应用等多个方面，因此在进行数字城市建设时，既要保持各方面的协调发展，又要突出重点，根据城市发展的需要和数字城市自身各部分的建设顺序，分优先级、分阶段开展建设工作。具体实施时，要协调保障措施、网络基础设施、基础服务平台和应用系统的关系，由政府主管部门重点进行保障设施、网络基础设施和基础服务平台的建设，由业务部门和企业根据自身业务的需求进行应用系统建设；要协调好各个应用领域的关系，优先建设城市规划与管理、环境保护、能源、交通、物流、人口等与城市发展以及人民群众生活密切相关行业和领域的应用，并兼顾其它领域。
(5)整合资源，适当超前的原则：数字城市战略实施的关键在于转变思路，根据城市实际情况和城市发展战略，对城市现有的信息资源进行整合，同时要密切跟踪数字地球和数字城市研究与实施的最新发展，在进行规划和建设时应适当超前，保证数字城市研究与实施的最新进展，在进行规划和建设时应适当超前，保证数字城市建设的可持续性。
(6)政府主导，多方互动的原则：为了保证数字城市建设的顺利进行，充分调动社会各界的积极性，发挥各方优势，数字城市发展战略必须坚持以政府为主导，积极调动社会各界力量，实现官产学民媒等多方参与，多方互动，相互支持、相互交流、相互监督，最大限度地推进数字城市建设进程。
(7)市场运作，带动产业的原则：必须在政府主导的基础上，充分利用市场机制促进数字城市战略的实施，并以此带动城市传统产业升级和产业改造，促进高科技、高附加值产业的发展，实现城市快速协调发展[11-14]。
4.2 数字城市战略实施的内核“1+1+X”工程
基于上述考虑，数字城市战略实施的核心内容和首期任务可以归纳为“1+1+X”工程，即一个城市信息资源交换与管理中心、一个城市空间信息基础设施以及若干(X)个重大应用示范工程。
(1)一个CIO负责制下的城市信息资源交换与管理中心。结合城市的实际情况，在市政府数字城市领导小组之下，设立CIO负责制，并成立城市信息资源交换与管理中心，具体负责数字城市空间信息基础设施的规划、建设、协调与管理工作，使一把手工程得以具体落实。城市信息资源交换与管理中心可以通过设立全新机构方式建立，也可以依托现有城市基础地理信息管理机构，如规划、国土等部门的信息中心来建立。
(2)统一的数字城市空间信息基础设施。空间信息基础设施是数字城市的核心部分，包括以空间数据为基础的城市空间信息数据库共享平台和空间信息服务平台。结合城市信息资源建设现状和城市应用需求，以城市基础地理框架为基础，选择或者建设系列高时效、高精度和低成本的城市基础地理数据库，通过城市地理编码数据库实现城市信息资源的共享与综合利用；建设空间信息服务平台，以实现城市信息资源管理、共享和交流，并为应用提供支撑。
(3)依托“数字城市”空间信息基础设施，选择若干个与城市发展和国计民生密切相关的领域建设应用示范工程，并以此检验并推广数字城市的建设成果，保证数字城市建设更好地为城市发展战略服务。示范应用当面向政府、企业、公众和区域管理等部门和领域，其中城市规划与城市管理、城市安全与应急联动、土地利用与环保等可考虑作为示范工程的重点。
5 讨论与建议
数字城市是一个庞大复杂的系统，数字城市建设一定要先行进行科学合理和完善的规划。在数字城市规划中，信息资源的规划与整合、基于数据流的设计、政策法规与标准规范体系、相关业务的梳理，相关机构调整与建立(如信息资源中心)，保障机制与数据基础建设是关键问题。
数字城市建设要采用先进实用的框架结构与技术体系，如：基于元数据和信息资源目录的信息共享平台；与3S高度集成的MIS、OA技术系统；基于分布式计算与协同处理的新一代GIS系统；高度融合而又条块分明的专业与区域系统；基于3S的空间数据库和源于数字社区和业务前端的数据采集体系；地理编码与非空间信息空间化技术；全新的数据采集(前端采集)、更新、共享、综合、决策与分布网络模式等。建议国家科技攻关、863、973等继续立项大力支持我国数字城市的研究与建设，尤其要从国家层面统一考虑并研究数字城市建设与数字中国建设的接口问题，以免形成城市级的“大孤岛”。
数字城市是庞大的、全社会的系统建设工程，必须要有认识坚定的领导小组、强有力的CIO负责制与完备的组织实施体系作为保障，并积极培养公众的参与意识。数字城市建设规划要通过城市人大审批列入城市长远国民经济发展计划，并将其作为市政府有关部门及其责任人的具体任务，制定相应的具体考核指标，按年度进行绩效考核。
数字城市是一个长期建设任务，长期目标和近期任务要统筹考虑，分步实施。近期工程要抓住重点、体现特点，战略部署要合理(如“1+1+X”工程)，要选准主要突破方向，坚持应用先导、急用先行(如应急联动、环境应用、物流应用等)、项目带动、分期建设、滚动发展的原则，最终全面达到城市信息化战略目标，实现城市的持续发展。
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