数字城市马琛琛刘玉玉.ppt

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1、数 字 城 市,现代城市规划与城市设计理论指导教师：张定青小组成员：刘玉玉 马琛琛,数字城市的基本概念,什么是数字城市数字城市建设涵盖范围数字城市关键技术应用数字城市基本功能,数字城市定义：“数字城市”（digital city）以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。注：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

2、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。,数字城市由来：美国副总统戈尔于1998年1月21日提出了数字地球的概念 中国学者特别是地学界的专家于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 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,解读数字城市 1.“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 2.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

3、作是实现了数字城市 3.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。,数字城市目标 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,数字城市的三项基础 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。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

4、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，

5、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。,数字城市的关键环节 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

6、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。,数字城市的层次“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、

7、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。,数字城市的协调管理“数字城市”是一个庞大的系统工程，搞好组织协凋管理是实现

8、“数字城市”的关键环节，组织协调管理的核心问题是网络资源共享和数据资源共享，这也就是为什么美国政府在1993年和1994年需要克林顿总统签署信息基础设施建设和空间数据基础设施建设的法令，其基本目的是有效地协调解决网络资源共享和数据资源共享问题。数字城市建设不能仅依靠某一个行政部门来组织协调，例如，若仅依靠电信局，至多可以协调网络资源共享问题，依靠规划局，只能解决规划局的信息系统建设，而不能保证其他行业信息系统的健康发展。为了有效地协调建设“数字城市”，应在市政府领导下，设立信息化办公室，并由市长或主管副市长任办公室主任，设立行政管理人员和技术人员组成的工作班子，制定数字城市的发展纲要以及资源共

9、享的政策与标准，解决各自为政，互相封锁等问题。使数字城市在市政府的统一领导下健康发展。,基础先行 建立数字城市首先要搞好基础设施建设，包括网络建设和基础空间数据的生产，这两项可以齐头并进，因为基础空间数据的生产过程是一个既费钱又费时的过程。要首先下大力气尽快完成城市各种比例尺的空间数据的生产，并建立数据更新的机制，保持数据的现时性和权威性。,企业行为中国已进入市场经济时代，IT产业又是一个发展非常迅速的产业，只靠政府行为很难保证数字城市快速健康地发展。所以在筹划建设数字城市时应考虑引入企业行为。政府需要一定的经费投入，政府的经费可分为两个方面，一个是公共信息平台和公用信息数据，如城市的基础数字

10、地图数据的生产费用，这种数据成本高，生产周期长，属于社会公益数据，需要政府投入，政府投入经费的第二个方面是控股公司，政府作为投资方参股，由公司来运作数字城市涉及到的一些大型工程，这种工程投资大，经济效益也高，例如，建立城市实时交通信息系统，它既是城市发展迫切需要，投资也大。若城市的每台车都配备有这样的系统，经济效益也是十分可观的。北京市在数字城市建设的协调管理和企业运作方面，开始了有益的探索。数字北京建设由北京市信息化办公室组织协调，而具体运作由首都信息发展公司承担。最近进行的数字北京的首发工程数字绿化隔离带工程，在管理和技术上都取得了有力的经验。,自我发展虽然数字城市由政府牵头，但是持续发展

11、要靠企业自身的经济效益支持，就是说要创造一个有效的机制和环境，能让承担建设数字城市的企事业单位从中受益，获得明显的经济效益，使自身不断发展。要充分吸收我国网站公司发展的经验教训，既要有效控制不要一哄而上，又要引导企业不要一味烧钱，要想法让企业赚到钱。政府在数字城市的建设中也要从中受益，这种受益除了加快城市发展的社会效益以外，也不能仅为数字城市扔钱，政府也可能得到直接经济效益。建立的土地交易信息系统就是一个政府受益的相当好的例子。2000年，吉奥信息工程公司与东莞市土地局合作开发建立了东莞市土地交易信息系统，开始将土地的无形市场变为有形市场，并且通过网上和计算机竞价，使土地的实际成交价格比政府预

12、先估计的底价高得多，每年可增值几亿元。竞价增值的土地收益，为政府带来了巨大的直接经济效益。如果收益增加的部分用于数字城市的再发展建设，即可形成自我发展的机制。,先易后难数字城市确实是一个复杂的系统工程。由于它与空间数据有关，数据量又大，使人感到比一般的信息系统要复杂得多。目前许多城市都在地理信息系统建设方面投入了大量经费，但是社会经济效益并不明显。作为政府部门，要充分估计到数字城市建设的复杂程度和周期。建设数字城市时要本着先易后难的原则，先建立那些并不复杂、经济效益明显的系统，如东莞市土地交易信息系统、北京市数字绿化隔离带工程，两个系统虽然都不太复杂，但前一个可以带来巨大的土地增值效益，后一个

13、可以为绿化隔离带的拆迁节省大量赔偿费用。,数字城市的体系结构 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

14、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

15、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

16、般包含五种类型：二维矢量图形数据、影像数据、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

17、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。国际协会成立了“联邦摄影遥感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。,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

18、视化或者说虚拟现实技术仍一个难点。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。,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。,数字城市总体规划,数字城市建设前期工作流程,第一部分 数字城市需求分析,1.概念：指应用

19、信息论、系统论、控制论的观点，对数字城市选定的对象与建设范围进行有目的、有步骤的实际调查和科学分析的总称。2.任务：（1）调研目前政府各业务部门的运作流程及信息处理的流程、内容和采用的方法是什么，分析现有运作流程对于政府部门与部门之间、政府部门与公众服务之间造成的问题是什么，分析现行运作流程的局限性和不足之处，找出制约现行运作的“瓶颈”有哪些。（2）调研目前政府各业务部门在城市综合管理和公共服务方面对信息的需求是什么，政府部门之间、政府与公众之间、政府与企业之间需要信息互联互通和数据共享的内容和需求是什么。（3）调研目前政府在城市综合管理和公共服务方面最薄弱的环节是什么，群众最迫切需要解决的问

20、题是什么，政府相关部门打算通过什么手段和方式解决这些问题。（4）调研目前政府各业务部门信息化程度和信息系统配置情况如何，明确本部门与其他业部门在信息共享和业务协同的范围是什么，本部门在信息化建设方面有什么计划和目标。（5）在数字城市上述调研的基础上形成“数字城市需求逻辑模型”。,3.初步调查（1）目标：系统的初步调查是系统分析阶段的第一项活动，调步调查的工作面向整个组织，着重于系统的总体目标、总体功能和发展方向，并对项目目标、规模和内容进行初步的分析。（2）内容：a.系统的外部环境（自然环境、社会经济环境）。b.现行系统的概况（功能、人数、技术条件、技术水平、管理体制、工作效率、可靠性）。c.

21、现行系统的重要性（各部门如何联系，信息收集和传送渠道，哪些部门提出信息要求）。d.对现新系统的情况及新系统的研制持怎样的态度（各级领导、管理部门、基层单位）。e.系统研制工作的资源情况（资金和人力投入、物力、时间）。（3）要点：注意宏观，不陷入细节；注意对组织周围环境调查（上级态度、政策法规、发展前景）；多定量、少定性，收集具体数据。,4.详细调查（1）目标：根据系统的初步调查，进一步规定新系统的目标、范围、规模和要求。明确新系统要做什么WHAT、HOW、WHEN、PROBLEM。（2）原则：真实性、全面性、规范性、启发性。（3）调查的准备：a.熟悉业务（学习业务工作相关理论方法等，了解国内外

22、研究水平和深度）。b.拟定调查提纲。c.确定部门负责人员。业务配合人员。d.确定调查路线（一般采取“从上而下”的调研策略）。e.动员和人员培训。（4）调查的内容：a.输入信息。b.处理过程。c.输出信息。d.信息编码。（4）调查的方式：a.重点访谈方式（针对高层管理人员）。b.现场观察方式。c.座谈会方式（适于需要公众参与）。d.问卷调查方式（科学、准确，但对问卷设计要求高，适于需要公众参与）。,5.效益与风险评估（1）社会和经济效益评估。（2）项目风险评估。a.技术风险评估。b.管理风险评估。c.组织风险评估。6.可行性分析（1）内容：技术上的可行性；操作上的可行性；经济上的可行性。（2）步

23、骤：a.确定系统的规模和目标。b.明确基于城市管理与服务的主要信息需求是什么。c.提出拟建新系统的初步设想。d.审查新系统。e.提出并评估可能的替代方案，并进行可行性研究。f.给出项目做还是不做的选择，同时确定方案。g.制定项目开发计划，包括人、财、物的安排。h.撰写可行性分析报告。i.向用户和专家审查小组或可行性研究指导委员会提交结果。（3）编制可行性分析报告：项目概述；系统目标；项目投资；可行性分析；分析结论。,第二部分 数字城市总体规划设计,1.概念：指数字城市信息系统工程长远发展的规划。数字城市总体规划是将建设目的、实施目标、组织机构、技术应用、实现功能、项目实施计划等所需的信息要素集

24、成为“总体规划方案”，是数字城市纲领性的建设宗旨、目标和实施战略。2.原则：（1）支持数字城市建设的总目标，数字城市建设和发展战略目标是其超大型信息系统规划的出发点。（2）数字城市总体规划必须从顶层自上而下进行，并着眼于高层和综合管理的规划，同时满足各级管理和业务应用的需求。（3）摆脱信息系统对组织机构的依从性，首先着眼于建设的流程，数字城市建设最基本的活动和决策可以独立于任何管理层和管理职责。（4）数字城市系统平台结构具有良好的整体性和集成性（自顶而下规划，自底向上实施）。（5）便于数字城市系统工程实施，总体规划应给后续的工作提供指导，要具有连贯性和整体性。,确定建设目标,规划功能体系,规划

25、系统体系,规划项目实施,信息整合/数据分类,数据库建设,业务平台建设,一级平台建设,数字城市建设成果,规划,实施,3.步骤：（1）确定总本规划编制大纲，包括编制的目标、原则、范围、内容和方法。（2）收集来自本地区城市内部和外部环境与本规划编制相关的各种信息，将收集的各种信息进行归纳和整理，并根据数字城市总体规划编制大纲提出的内容进行数字城市建设需求分析。（3）在数字城市建设需求分析的基础上，结合数字城市建设战略性、可行性的研究，对总体规划编制大纲中提出的建设目标等内容进行全面的研究和论证。（4）定义约束条件（根据财政情况、人力资源、基础设施、信息资源等方面的限制，定义数字城市建设项目的约束条件

26、和相应的支撑政策与法规）。（5）明确数字城市建设战略目标。（6）提供数字城市总体结构体系图。（7）确定数字城市建设项目的分类和分期阶段性实施的战略规划。（8）提出项目实施的进度计划。（9）通过数字城市总体规划。（“总体规划方案”应作为下一步数字城市“总体设计”和“施工图设计”的指导性文件和设计依据。）,3.内容：城市总体规划通常提出35年的中长期计划，也会包括1年内的近实施计划。中长期数字城市建设计划部分指明了建设方向和建设目标，而近期计划部分则为确定近期具体实施的内容和计划完成的工作任务提供依据。一般包括以下内容：（1）数字城市建设总目标规划。（2）数字城市总体结构体系规划。（3）数字城市信

27、息系统分类规划。（4）数字城市建设实施规划。4.数字城市总体规划方法：数字城市总体规划是实施信息系统的关键步骤，以合理的模型与方法作业指导是提高信息系统规划的重要基础。目前比较常用的是“三阶段模型”，此外还有“企业系统规划法（BSP）。在数字城市总体规划中，信息系统规划模型是搭建信息与系统集成和业务应用系统平台最关键的工作。目前有很多模型用于信息系统的规划。采用由B.Bowman、G.B.Davis等人提出的具有普遍意义的、对规划过程和方法论进行分类的“三阶段模型”，较适合数字城市信息系统模型规划。该模型由战略计划、信息需求分析和项目实施资源分配三个一般性的任务组成。,（1）战略计划：内容包括

28、：提出数字城市建设目的和实施目标的战略；确定信息系统平台的任务；估计系统平台开发的环境；制定出信息系统平台的目标和战略。办法：战略集合变换；根据建设组织指定战略；根据组织集合指定战略等。,（2）信息需求分析 内容包括：确定建设过程决策支技、城市运营业务流程、城市管理、公共服务、政府业务管理与日常事务处理中的信息需求。（3）项目实施资源分配 在数字城市建设信息需求分析基础上，确定建设项目的分类、实施内容、分期分阶段计划、时间进度安排、人力资源分配、建设资金计划等资源分配的规划。,写在后面的话,数字城市实质上就是国家信息化在一个城市中的具体体现，其基本概念就是：“在一个城市中将政府信息化、城市信息化、社会信息化、企业信息化，四化合为一体。”数字化城市建设是未来发展的必然趋势，我们做为建筑专业的学生，虽然很少直接参与到其具体规划实施过程中，但随着智能建筑等的高速发展，不久的将来，在建筑设计中可能需要考虑建筑与城市数字系统的接轨，了解数字化城市建设能帮助我们更好地适应建筑科技的发展。另一方面，数字化城市规划的方式方法及其具体操作过程，值得我们学习和借鉴，特别是在城市空间规划和日常的建筑设计前期调研阶段。,谢 谢！,