_数字城市_GIS总体规划设计研究_戚涛

“数字城市”GIS总体规划设计研究3戚　涛　李利军　李　嘉　张海明(华中科技大学数字化工程与仿真中心　武汉　430074)

摘　要　对“数字城市”GIS进行了总体规划设计,主要针对地理空间数据框架、空间数据交换网络体系、应用服务系统、技术支撑体系、保障体系这五个部分来进行研究。“数字城市”的建设应以GIS的建设为核心。“数字城市”GIS的建设有利于促进城市信息化建设和经济发展,使城市更具有竞争力。关键词　数字城市　数字佛山　GIS　空间数据

1　引言迎合信息技术与信息科学的发展,建立“数字地球”、“数字中国”是目前我们面临的巨大工程,而数字城市的建设是基础性工作,是当务之急。从信息化广义角度看,数字城市即是空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统;而从城市规划、建设和管理的狭义角度看,数字城市则可概括为“43VR”,包括地理数据4D化、地图数据三维化、规划设计VR,这也正是城市GIS建设的要求。作为数字城市建设过程中的主要技术支撑之一的GIS,是城市数字化的必要手段,在数字城市建设过程中,几乎所有应用系统均与GIS有着密切的关系。因此,“数字城市”建设应以GIS建设为核心。本文正是以广东省佛山市为背景,针对狭义角度的“数字城市”(GIS部分)所进行的总体规划研究。2　佛山市信息化建设现状佛山市位于广东省中南部,珠江三角洲腹地,经济发展保持着良好的态势。在信息化建设方面,佛山市一直把信息化作为本世纪可持续发展的重要途径,以信息化推动工业化,实现城市的跨越式发展,经过不断的努力,其信息化建设水平已处于全省乃至全国地级市的前列。通过对佛山市各相关单位实际调研了解到:佛山市已具备了建立数字城市的基础条件,但同样存在着某些制约因素。空间数据建设和标准体系建设作为佛山市信息化建设的基础,具体情况如下:(1)空间数据建设方面。佛山城市空间数据生产与提供已经取得了巨大成绩,其中禅城区(不包括南庄)、顺德区、南海区发展起步较早,已基本建成1:500基础地形图库,相应软硬件也已配套。但佛山市目前的空间数据从内容、形式和质量以及提供等方面都难以满足日益增长的应用需求,高质量的空间基础数据一直是佛山市地理信息系统建设和应用的瓶颈,在利用现有数据的同时应该尽可能的增加获取空间数据的途径,改善空间基础数据的质量。(2)标准体系建设方面。佛山市正加快编制

该市信息化标准体系,重点制定信息化基础设施、网络系统、信息资源、信息服务业等方面的标准。但佛山市在区域调整前存在着遗留下来的各自为政、各区投资建设不平衡等问题,为各方面标准的建设带来一定困难。因此,应更大力度加强信息化标准体系建设,以适应佛山市信息化建设的快速发展。

3　“数字佛山”GIS总体规划设计“数字佛山”GIS是一个不断成长的复杂系统,它是佛山市信息化的公共平台,具有基础性、公益性、权威性等特点。针对佛山市现有条件及制约因素,本着统一领导、合理分工、统筹规划、分布实施、统一标准和资源共建共享等基本建设原则,本文对“数字佛山”GIS的整体框架及其密切相关的各个重要组成部分进行了总体规划设计。3.1　体系结构“数字佛山”GIS的整个框架将围绕地理信息资源整合为核心进行建设,其由五个部分组成:地理空间数据框架、空间数据交换网络体系、应用服

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3收到本文时间:2006年5月15日作者简介:戚涛,硕士研究生,主要研究方向为空间信息科学与技术。务系统、技术支撑体系、保障体系。具体结构如图1所示:

图1　“数字佛山”GIS总体体系结构图 首先需要构建的是整个体系结构的基础:佛山地理空间数据框架和空间数据交换网络体系;然后在此统一的平台上,整合和建立数字行业的各种应用服务子系统,为佛山市政府、企业、个人提供服务;“数字佛山”GIS建设与应用始终贯穿着数据获取与更新、数据处理与储存、信息提取与分析等各种技术的支持,始终贯穿着软件开发工程实施以及标准与规范、法规与制度的健全与保障。3.2　地理空间数据框架城市空间数据框架是整个系统体系结构的“根基”部分,为满足各类应用需求的专业信息应用系统及综合性应用系统都必须以其为基础。城市空间数据框架建设主要包括佛山市空间数据基准和佛山市空间数据库的建设。(1)佛山市空间数据基准。通过调研我们了解到,目前佛山市存在的最大问题就是禅城区、顺德区、南海区、三水区、高明区这五大组成区域的平面坐标基准不统一,这给数据的整合及共享带来了极大困难。在佛山市空间数据基准建设中,首先应当通过适当转换方法,将佛山市各区域的平面坐标基准统一起来,并根据自身城市特点,建立一套适宜的、与国家基准可相互方便转化的平面基准系统;与大地平面基准相比,在佛山统一使用国家高程基准技术上不存在问题,但也应当充分考虑与其实际情况相结合。因此,佛山市可考虑大地平面基准采用80西安坐标系、以113。000′为测区中央子午线的高斯-克吕格投影,高程基准采用85国家高程基准的这套统一标准体系。在未来,佛山市不断完善其空间数据统一基准体系的同时,也应当考虑建设一整套城市GPS连续运行综合服务系统,以实现快速导航、动态测绘和数据服务,使其空间数据基准朝着三维、动态方向发展。(2)佛山市空间数据库。佛山市空间数据框

架应使用较大比例尺度的,能完整地描述城市的地物地貌、管理境界、社会经济形态、自然资源、生态环境等各方面空间信息以及它们的基本属性信息。而这些空间信息又可大致分为基础地理信息和专题地理信息两大类。根据相关调研了解到:佛山市目前已拥有部分市区地形图、正射影像图、航拍影像图、城市规划、土地利用、地下管线、行政界线、地名等城市基础地理信息以及植被、矿产资源、公用设施、人口和社会经济等城市专题地理信息。其中部分数据有专门的数据库存储,而部分则仅为纸制记录并没有数字化入库存储;存储这些城市空间信息的数据库也是多种多样,它们之间没有统一的接口;各种数据分散于各相关单位,相互之间信息共享困难。为了确立全市统一的空间信息共建共享机制,必须在统一的平台上为各类城市空间信息建立一套标准的佛山城市空间数据库体系。这样便于将各行业及部门获取与更新的实时或历史城市空间信息数据,采用标准统一的处理与存储手段,分门别类地保存到相应的数据库中。因此,佛山市地理空间数据框架

041 戚　涛等:“数字城市”GIS总体规划设计研究 第35卷总体规划的重点便是对其空间数据库体系结构的设计。本文所规划的佛山市空间数据库体系结构如下图所示:图2　“数字佛山”GIS空间数据库体系结构图佛山城市空间数据库主要包括基础地理信息数据库、专题地理信息数据库和元数据库。其中,元数据是关于数据的描述性信息,建立元数据库的作用是可以通过它检索、访问各类数据库,佛山市元数据库正是对基础地理信息数据库和专题地理信息数据库中数据的描述。3.3　空间数据交换网络体系为了使政府、企业内部及它们相互之间更好地进行数据交换和信息服务,必须以佛山市的信息网络基础设施为基础,采用相应成熟的网络技术装备和信息传输通道,建成统一的广域互连传输平台,即建立一整套佛山市空间数据交换网络体系。作为“数字佛山”GIS建设的基础,对于佛山市空间数据交换网络体系的总体规划主要是从宏观上确立其要用到的关键技术及构建方案。佛山市空间数据交换网络体系将采用的关键网络技术有:虚拟专用网(VPN)技术和MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitching)多协议标记交换技术。虚拟专用网(VPN)技术是利用公众网来构建专用网络。使用VPN,单位和企业内部资源享用者只需连入本地ISP的接入服务提供点,即可实现相互安全通信。VPN技术已成为业内标准,并代表了当今网络发展的最新趋势,它综合了传统数据网络的性能优点(安全和QoS)和共享数据网络结构的优点(简单和低成本)。因此,基于目前佛山市网络的建设成果以及VPN技术的发展,VPN毫无疑问成为了佛山市规划信息系统网络基础结构的最优选择。MPLS属于第三代网络架构,是新一代的IP高速骨干网络交换标准,拥有安全性高、扩展性强、业务融合行强、控制策略灵活以及强大的管理功能等优点。因此,佛山市空间数据交换网络,将采用MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitching

)

多协议标记交换技术。本文所规划的采用MPLS技术的三层VPN网络结构如下图:

图3　“数字佛山”GIS

网络体系结构图

从图示可以看出,三层MPLS

BGPVPN组网方案包含下列组件:

PE:骨干网边缘路由器,存储VRF(Virtual

RoutingForward2ingInstance),处理VPN-IPv4路由,是MPLS三层VPN的主要实现者。CE:用户网边缘路由器,分布用户网络路由。Prouter:骨干网核心路由器,负责MPLS转发。VPN用户站点(site):是VPN中的一个孤立的IP网络,一般来说,不通过骨干网不具有连通性,例如政府部门内部网络等。基于VPN虚拟网技术,建设合理的空间数据交换网络的总体框架需要从两个方面来准备:各级基础地理信息数据交换中心、数据传输网络。(1)“数字佛山”GIS需要建设空间数据交换

中心,它是各类专用网络以及公众网络上的空间数据集散地,是一个虚拟的空间数据数据仓库,是连接分布式空间信息数据库网络的管理中心。所有用户通过交换中心搜寻、获取空间数据。各类空间数据的生产和拥有者按标准格式为交换中心提供元数据,交换中心建立面向全市的基础与专用空间信息的元数据库,建立基于WEB的空间数据目录以及数据集与数据的指向,并可根据用户的权限提供网上的查看、搜寻、获取等空间信息服务。(2)数据传输网络系统基础平台主要由计算

机通信网络、网络安全、系统运行安全组成。在空间数据交换中心及各个部门内部网络的基础上,采用VPN技术将空间数据交换中心以及所有部门等网络部分连接起来。3.4　应用服务系统在“数字佛山”GIS的建设中,一些与政府、企业、社区和公众密切相关的系统,即城市GIS行业应用服务系统,是佛山市GIS作用发挥的核心

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