基于數字城市建設的“一張圖”應用模式研究

孫 穎，張新長，張 維

一、引 言

數字城市是以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶，并運用3S技術、遙測、仿真、虛擬技術等對城市進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述［1］。數字城市建設是城市信息化不可或缺的支撐和保障，對促進城市的科學發展具有十分重要的作用［2］。

國家測繪地理信息局于2006年啟動數字城市地理空間框架示范建設，至2010年底已經在全國150個城市開展了數字城市建設試點和推廣工作［3］。當前數字城市建設的核心內容主要圍繞基礎地理信息數據庫與地理信息公共平臺展開，雖然取得了一系列成果，但是仍然存在許多問題，主要體現在:①基礎數據空間基準和數據格式不統一，各數字區域之間平臺各異、擴展性差，不能實現跨區域、跨部門的有效互通；②信息共享水平不高，信息資源的利用率低，形成了很多信息孤島，造成了巨大的資源浪費；③ 未實現不同建設層面間的聯動，仍然是“幾張皮”，各個系統間彼此獨立，業務協同難度大，制約數字城市深層次應用；④ 沒有建立基礎地理信息數據和GIS系統的動態更新機制，無法解決現勢性的問題，直接影響了數字城市建設的可持續發展。

“一張圖”工程建設的根本目的是要充分發揮已有基礎空間數據的作用［4］，實現基礎地理信息與其他多種專題信息、政務信息的集合，進而為國土資源、城市規劃、城市管理等政務部門及社會公眾提供信息服務。本文根據佛山市數字城市建設實踐，從基礎保障、數據建設、數據管理、應用服務4個層面討論基于數字城市建設的“一張圖”應用模式，在“一張圖”上，實現多比例尺、多時相、多源、異構信息的集成與共享，實現基礎地理信息與政務信息、專題信息的整合，并通過多圖層信息的動態更新與聯動操作，保障數據的鮮活性，促進數字化、網絡化、空間化、協同化的應用與服務。

二、總體思路

本文主要從4個層面構建基于數字城市建設的“一張圖”應用模式:基礎層面保障精準性，數據建設層面使信息具有規范性，數據管理層面體現現勢性與聯動性，應用服務層面則提升應用性與普適性。4個層面的建設既注重循序漸進，又注重互相作用，有效地推動管理應用模式與空間信息服務模式實現創新。整體結構如圖1所示。

三、技術支撐

1.基礎保障建設與集成

包括統一坐標體系、似大地水準面精化、FSCORS等基礎設施建設。

（1）統一坐標體系

1）在利用原有的GPS C級控制網基礎上，與國家GPS A、B級網聯測，布設長約9 km的GPS C級控制網（62個點，并全部重合舊有C級點）。在此基礎上加密平均邊長2～4 km的GPS D級控制網（325個點，重合舊點100個），均勻分布于整個測區；進行嚴密的基線處理和網平差。

2）布設線路總長約1800 km的四等水準網，并聯測GPS C、D級點106個（采用電磁波測距高程代替四等水準測量方法聯測），固定點230個。

3）進行新舊坐標體系的轉換，設計坐標系轉換工具，實現不同坐標系之間的轉換。

圖1 “一張圖”應用模式整體結構圖

（2）似大地水準面精化

確定了分辨率為2＇×2＇，精度達0.008 m的似大地水準面模型。應用該成果，GPS觀測數據經過處理可在全市范圍內取代等外水準測量，在平坦區域可替代四等水準測量和三角高程測量。

（3）FSCORS建設

FSCORS的基準站利用廣東省連續運行衛星定位系統（GDCORS）已建成基準站（高明、順德、三水基準站），增加2個基準站（南山、更合基準站），建立新的控制中心，組成佛山市動態大地基礎框架，實現對佛山區域的基本覆蓋。該系統既能獨立運行，也能與GDCORS聯網運行。

（4）集成技術

針對應用CORS系統流動站用戶只能獲取WGS-84坐標的問題，綜合運用2G/3G無線數據通信等技術，基于常規流動站設備、CORS控制中心軟件、似大地水準面精化、佛山市統一坐標體系參數模型等進行二次開發，實現坐標信息采集的一體化。主要功能如下:

1）流動站可獲取相應的平面和高程坐標，平面坐標包括WGS-84坐標、1980西安坐標、2000國家大地坐標、佛山市統一坐標，并實現平面坐標的精度控制；高程坐標包括大地高、1985國家基準高程。

2）實現對流動站獲取的平面坐標的處理變換。

3）實現高精度、實時、動態的空間定位與測算等功能。

精確的定位與統一的坐標系是多源信息集成的前提，通過基礎保障建設與集成，使基礎地理信息和各種專題信息有了統一的空間參考基準，并且大幅提升數據精度，為數據的標準化建設奠定了基礎。

2.數據建設標準化

數字城市建設的基礎是城市基礎地理信息數據［5］，但佛山市“一市五區”在信息化中地理數據標準不統一。為實現數據共享，開展了標準統一工作，編制了統一的《地理數據規范》方案。將佛山市制定的地理數據規范制作成模板嵌入到體系中，構建了佛山市信息化測繪基礎技術體系，在數據生產、檢查和轉換各個環節作出規范和約束，保證了數據的生產質量。該體系主要包括外業采集系統、統一的符號庫等相對獨立又相互連貫的部分，同時提供數據加解密功能，在數據生產、質量檢查和監理各個環節保證數據的生產質量?？傮w架構如圖2所示。

圖2 信息化測繪基礎技術體系結構

基礎地理信息數據是“一張圖”的底圖，是多源信息綜合和集成的基礎。標準化的基礎地理信息數據建設從源頭規范了數據的一致性，保障了多圖層的動態更新與數據管理順利進行。

3.數據動態更新

空間數據庫的更新是維護空間數據現勢性、提供多元化服務的主要手段。其中，變化信息檢測、更新事件建模和空間沖突檢測等關鍵技術是解決更新的重點內容。

本研究以文獻［6］提出的自適應的矢量數據增量更新方法，實現同級比例尺多圖層數據的更新。該方法主要包含空間對象變化檢測與增量更新、自適應接邊、基于約束規則的空間沖突檢測與處理，利用圖層的變化檢測和沖突處理的方法，建立了多圖層的更新機制，解決了“一張圖”的動態更新問題，保障了各圖層的協調一致性和現勢性。

四、“一張圖”應用服務

“一張圖”應用服務平臺采用面向服務（SOA）的架構，實現了應用上的創新。根據“權威部門維護權威數據，分布存儲、邏輯集中”的原則，公共平臺及基礎地理信息數據部署在市國土資源信息中心；專題數據則存儲于各個職能部門，所有數據通過公共平臺邏輯集中，實現集成應用與共享交換，成為空間地理信息共享的統一平臺。地理信息公共平臺是實現地理空間框架應用服務功能的軟件平臺。它依托地理信息數據，通過網絡在線方式滿足政府部門、事業單位和企業、公眾對地理信息和空間定位、空間分析的基本需求，并具備個性化的應用開發接口。

1.“一張圖”在各部門的應用服務

“一張圖”應用服務如圖3（a）～（h）所示。

圖3 “一張圖”應用服務

1）三舊改造。通過基礎保障技術實現改造范圍精確定位與測算；通過疊加控制性詳細規劃，以及修建性詳細規劃信息進行改造規劃；通過不同時相的矢量圖層、影像圖層間的動態更新和空間對象沖突檢測實施監督檢查。

2）電子政務?；A地理數據標準化建設，為多源數據集成打下基礎，實現國土資源信息空間化；矢量數據動態更新技術，依據業務信息與空間數據聯動，實現以圖管地。

3）基準地價。地價分級的空間化與專題統計圖的制作是系統核心需求，通過基礎保障技術實現地價信息精確定位，以動態更新技術保障地價的現勢性。

4）執法巡查。將統一坐標體系、似大地水準面精化、FSCORS等技術有機集成，并結合PDA，實現了高精度、實時、動態的空間定位與測算等功能；利用GPRS技術實現移動端、客戶端、服務器端的互聯互通。

5）測繪應急保障。利用基礎保障技術實現應急事件的精確定位；標準化數據建設保障應急資源和公共設施的空間可視化，采用多圖層動態更新技術對受災地區進行實時監測。

6）標準地圖網。通過現代測繪基準體系建設保障地圖的準確性；以基礎地理信息數據為底圖，疊加公眾信息點數據、公交線路數據、政務公開數據，構建標準地圖網公眾數據庫；通過標準化數據建設，保障服務內容的規范性；通過多圖層聯動更新機制，保障地圖的現勢性。

7）數字環保。基礎保障技術與標準化數據建設提供準確的基礎地理數據底圖，便于實現空間基礎數據與專題信息的集成。動態更新技術則保障環保平臺空間數據的現勢性。

8）數字城管。FSCORS實現精確定位；多源數據集成，實現城管信息一體化管理；多圖層聯動更新，保障城管的動態性。

2.實施效果

成果應用于“數字城管”，提高了城市管理效率和水平；應用于“數字環?！?，提高了環境管理的科學性；通過“佛山市標準地圖網”服務滿足了企業公眾的地理信息需求；應用于“三舊”改造，加強了“三舊”改造監管力度；應用于公安、國安等部門，提高了安全管理水平；應用于應急管理部門，提高了應急反應能力。

五、結束語

以數字城市建設為驅動，從測繪地理信息的基礎保障、數據建設、數據管理和信息服務4個層面構建了統一、標準和權威的“一張圖”服務體系，實現了從數字城市的建設、管理到應用的一體化模式，且在佛山市數字城市建設中得以實踐。在結構合理、標準統一、數據齊全的“一張圖”本底數據庫基礎上，采用SOA的架構，開發了國土、規劃、城市管理等多行業多部門協同的地理信息公共服務平臺，并將應用服務推廣至三舊改造、基準地價、地質災害、測繪應急保障、數字公安、數字國安等工作中，滿足了各部門對空間信息資源多方面的需求。

［1］ 顧朝林，段學軍，于濤方，等.論“數字城市”及其三維再現關鍵技術［J］.地理研究，2002，21（1）:14-24.

［2］ 徐德明.全力建設數字城市，加快構建數字中國［EB/OL］.［2010-10-26］.http:∥news.163.com/10/1026/18/6JUL8Q1300014JB6.html.

［3］ 鄧軼，趙紅.數字城市地理空間框架建設研究［J］.測繪通報，2011（9）:74-79.

［4］ 孫在宏，吳長彬.基于“一張圖”的土地動態監測系統研究［J］.測繪通報，2012（6）:22-24.

［5］ 梁守宏，方門福.信息化測繪在數字城市建設中的對策［J］.測繪與空間地理信息，2012，35（1）:98-100.

［6］ 張新長，郭泰圣，唐軼.一種自適應的矢量數據增量更新方法研究［J］. 測繪學報，2012，41（4）:613-619.

［7］ 李維森.淺析數字城市地理空間框架建設中的創新［J］.測繪通報，2011（9）:1-5.