城市空间信息基础设施建设现状与内容

4.2　城市空间信息基础设施建设现状与内容

4.2.1　国内外建设现状

1.国外建设现状

自20世纪70年代以来，世界各国大体经历了全要素基础地理空间数据和核心要素地理空间数据两个发展过程，目前正在开始构建新一代地理空间数据基础设施。

早期世界各国政府测绘部门主要集中生产矢量型全要素基础地理空间数据，它是把现实地理世界空间实体抽象为平向上的点、线、面空间目标，通过纸质地图手扶跟踪数字化或扫描数字化，或者利用数字摄影测量技术从影像上获取空间目标的矢量数据，并构建点、线、面目标之间的拓扑关系。美国地质测量局从20世纪70年代开始，先后完成了全美国的1∶200万全要素地形数据库、1∶100万地形数据库、1∶10万地形数据库、1∶25万土地利用和土地覆盖数据库、卫星影像数据库和地名数据库，1∶2.4万地形数据库正在建设中，数字高程模型的分辨率分别为30m×30m，2″×2″、3″×3″等不同格网间隔的数据，近些年来又加快了数字正射影像图数据、数字栅格地图数据等数字产品的生产。

欧洲的大多数国家都是根据原有的系列比例尺地图生产相应比例尺的矢量数据并建立数据库。英国军械测量局于1970年开始从事数字化地图制图，先后完成全国范围内1∶25万、1∶5万以及城市地区1∶250、农村地区1∶2500、山区及荒地1∶1万矢量数字地图的生产，提供了道路网中心线、境界线、数字高程模型、地名辞典等数据。德国从1989年开始建设全国地图和地图制图信息系统，包括带拓扑关系的数字景观模型(DLM)和数字制图模型(DCM)，其中，数字景观模型包括数字地物模型和数字高程模型(DEM);数字制图模型是从数字景观模型中导出并经过符号化的;建成了全国1∶25万地形数据库，并利用遥感影像对数据库进行了更新;大多数地区正在将1∶1000比例尺地籍图连同用GPS测定的界址点转换成基于地块的地籍信息系统，主要用于地籍管理和城乡规划。

日本是亚洲最早开展空间信息基础设施建设的国家之一，其数字地图系列中包括覆盖全国的1∶2万矢量地图(86幅)、1∶2万矢量行政界线图和1∶10万数字地图数据;东京、大阪等城市的1∶2500和1∶1万矢量数据，部分地区的1∶2.5万数字正射影像图、1∶20万数字地图和数字正射影像图、数字道路图，其中城市为1∶2.5万，乡村为1∶5万;数字高程模型具有不同的格网间隔，包括5m间隔的数字高程模型(根据1∶2.5万地形图生成)、250m间隔的数字高程模型(根据1∶20万地形图生成)和1km间隔的数字高程模型。

马来西亚的地理空间数据基础设施(Malaysian Geospatial Data Infrastructure MyGDI)，是马来西亚政府为了建设地理空间数据基础设施而积极发起的一个计划，其目的是通过为参与机构提供数据共享，来提高数据有效性意识以及方便地获取地理空间信息，MyGDI作为马来西亚的国家空间数据基础设施，包含技术、政策、标准和协调生产以及共享地理空间信息机构的操作程序。MyGDI为马来西亚各级政府、商业、非赢利部门以及学术界和公众用户提供了空间数据开发、评价、应用的基础。

从20世纪90年代后期起，越来越多的非洲国家将空间信息基础设施建设提到议事日程上。非洲大多数国家的空间信息基础设施建设都是由国际合作项目启动，由政府进行跨部门、跨地区(甚至是跨国)数据、标准的协调。从空间信息获取、处理的信息源和信息标准规范、信息交换的支撑技术系统出发，非洲空间信息基础设施已经形成南部以南非为主导和北部以埃及为主导的两个不同的技术支撑体系。二者大体以撒哈拉沙漠为界，目前南部非洲主要采用美国技术和模式建设空间信息技术设施;以埃及为代表的阿拉伯国家更多采用欧洲模式建设区域性空间数据基础设施。目前，非洲空间信息基础设施的建设进入了一个统筹规划、全面发展的新阶段。作为后发展的非洲各国的空间数据基础设施建设在短短的几年间积累了许多值得我国借鉴的经验;同时，非洲空间信息基础设施的发展也为我国空间信息技术的对外合作提供了机遇。

考虑到全要素矢量空间数据的生产过程复杂、周期较长且费用较高，一些发达国家开始转向只生产核心(框架)要素地理空间数据。例如，美国地质测量局从20世纪90年代初开始生产以数字线划图、数字栅格图、数字高程模型和数字正射影像图为代表的“4D”简化产品，即核心要素数据。其中，数字线划图不包括地形图上的所有要素，而是从中选取若干个核心要素。由于“4D”产品是以数字栅格地图数据作为基本形式，兼容数字矢量线划图、数字高程模型、数字正射影像图，其生产成本较低且可以灵活组合，相互叠加，相互补充。在已有矢量数字地图数据的基础上，可以派生简化的矢量框架数据。例如，英国军械测量局根据已有矢量数据抽取派生出了国家道路地名、邮政编码分区、境界、道路中心线等框架数据。

到目前为止，空间信息基础设施建设都是将具有多维动态特征的现实世界地理空间抽象为二维、静态的空间目标，生成二维或2.5维的地理空间数据，难以反映三维实体及其时空变化。进入21世纪以来，随着国家信息化的逐步深入和普及，人们对地理空间数据的多维、多尺度和动态可视化的需求越来越高，促使人们研究和建立新一代的地理空间框架数据。例如，2001年10月在德国汉诺威召开了包括德国、法国等国专家参与的关于“三维核心数据库”的学术研讨会。发展反映时间变化的时序框架数据、符合人们认识地理环境特征需要的多尺度数据、与自然和社会经济信息关联的多维地理空间框架数据、用于城市三维可视化的城市建筑物三维框架数据、运动服务的导航框架数据等新一代地理空间框架数据基础设施建设，已成为城市空间信息基础设施建设的发展趋势。

2.中国建设现状

中华人民共和国成立以来，我国开展了大规模的地学调查，积累了数量大、系统性强的地球空间信息资源，我国的空间信息基础设施建设也取得了巨大的成绩，已建成世界1∶1400万、1∶500万空间数据库，中国1∶300万、1∶50万、1∶25万数据库，1∶5万数字高程模型数据库和基本框架要素数据库，1∶1万五大江河数字高程模型数据库。

许多城市建立和维护了全市的平面和高程控制网，现有的控制网均可以满足数据生产的需求，1∶500地形图生产和更新以电子平板野外测图取代了传统的小平板作业，解析测图和航测数字测图替代了传统航测综合法成图技术，可以直接生产和更新1∶2000的数字地图，利用扫描矢量化和数字缩编生产更新1∶1000、1∶2000和1∶5000的数字地形图。已建成1∶500、1∶2000、1∶5000地形图数据库，正在采用数据中心与分中心的形式，逐步建成自下向上由数据采集(各种观测台/站)、基层数据汇聚中心、各部门(区、县、市)数据分中心、公共数据中心构成的数字城市的数据存储与管理体系。就空间数据的覆盖和质量状况而言，大、中城市、沿海城市明显好于内地城市和中、小城市。

从总体上看，中国已初步建成全球、国家、省(自治区、直辖市)、市的基础地理空间数据框架，特别是大多数城市已完成了基本地形测绘，地形图件基本上覆盖了城市的建成区、规划市区和主要市郊，数字线划图、数字栅格图、数字正射影像图和数字高程模型及三维景观数据已成为城市地形信息的主要形式，各种图件的现势性较好，实现了动态或定期更新。各专业部门也有相应的专题地图数据，如地下综合管线、地名资料等数据。

3.中国城市空间信息基础设施建设存在的主要问题

目前存在的主要问题表现在以下三个方面:

(1)城市空间数据还不能满足应用的需求。城市管网、地籍及房产等其他基础空间数据的覆盖范围还十分有限，各种图件的现势性则相对较差。在城市空间数据方面存在的问题主要包括数据种类单调、可用性不高，许多城市空间数据的主要形式是大比例尺“全要素”线划图，这种图的生产周期长、老化非常快，很难现势地描述城市地理空间的现实状况;在数字城市建设中，存在着重软硬件、轻数据的现象，用于数据生产和更新的资金投入不足;大批空间数据及其研究成果未能及时转化为应用，数据生产和提供的现状仍然不能满足数字城市建设的需求，空间数据依然是GIS和其他相关系统建立与服务的“瓶颈”。

(2)空间信息资源共享程度不高。目前，许多城市投巨资进行数字城市建设，但出于缺乏合理的引导，存在各自为战、低水平重复开发的现象。由于行业管理、数据安全和政府条块分割的体制等原因，各部门的空间信息资源各自独立、相互屏蔽，缺乏基本的共享机制，无法实现跨领域、跨部门、跨应用的信息资源的交换和共享，也无法实现整个城市信息资源的集成。在城市空间信息资源的共享上，一方面是缺乏合适的数据;另一方面是已有数据并没有得到充分、有效的利用;同时，还没有相应的数据资源共享的机制和体制。

(3)行业GIS系统发展不平衡。自20世纪80年代以来，我国陆续积累了大量空间数据，开发建设了很多基于空间信息的应用系统。但许多城市的GIS应用系统的建设和应用情况相对滞后，除少数部门(如国土资源局、公安局等)的系统投入使用外，大多数对地理信息有需求的部门还没有应用GIS系统。行业GIS发展不平衡，土地管理和基础空间数据管理方面的应用优于其他行业的应用;重硬软件、轻数据和重建立系统、轻实际应用的现象依然存在;系统应用目标的定位欠准确，应用的层次较低、效果不佳，存在低水平重复性建设的现象;应用系统的实用性与可操作性差，系统集成水平低;缺乏规范化的运作模式，相关政策法规和技术标准严重滞后。

4.2.2　中国城市空间信息基础设施建设的需求分析及对策

1.需求分析

(1)对加快专业技术人才尤其是高素质人才队伍建设的需求。由于面临生产体系、管理体系、服务体系的全面转型以及技术手段的根本改变(由模拟产品转向数字产品)，很多专业或部门由劳动密集型向技术密集型转变，由单一技术的使用转向综合技术的应用，跨专业、跨学科的挑战越来越多，因此人才的培养尤其重要，同时各专业人才的组合使用成为用人的关键。

(2)对建立权威的地理信息管理协调机构的需求。明确在空间数据基础设施建设中谁是权威的管理、谁拥有权威的数据、谁控制和谁应用，应尽快建立空间数据基础设施集成和分发服务的信息中心。

(3)对加紧建设城市空间基础数据集的需求。加紧对现有各行业、各部门所拥有的城市基础数据资料的整合，尽快进行城市综合管线的普查和建库工作;建立和完善控制网数据库、地形图数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、地名数据库，以便构成完整的空间数据基础设施的数据集。

(4)对制定基础地理信息的法规与标准的需求。研究制定统一的数据规范、技术质量标准和相应的政策法规体系，研究基于网络平台的集成和应用方案。进一步确定基础测绘的法定地位，即基础测绘的基础性、前期性、公益性和政府行为属性。确定法定测绘成果的法律地位及法定测绘成果的定期或动态更新原则及实施计划投入的原则。在信息标准化方面，要制订统一的基础地理信息数据的技术标准。

(5)对传统测绘技术进行引进改造的需求。为实现传统测绘技术和产业向数字化技术与地理信息产业的转化，需要建立规模化的数字化生产和数据管理机制，切实担负起空间数据的及时获取、处理、加工和提供的重任。同时，由于产品模式和技术手段的全面转型，传统的生产、管理已不适应数字城市建设的要求，必须走技术集成化、管理科学化的技术质量效益的发展道路。

(6)对建立新的数据生产、更新和维护机制的需求。数据生产单位、管理单位可充分利用市场的杠杆作用建立数据生产、更新和维护机制，以“数据”养“数据”，形成良性的信息资源发展机制;以政府和市场需求为导向，形成以“4D”(DLG、DRG、DOM、DEM)为主的多样化产品模式，以需求拉动和促进系统的建设;同时，整个体系建设以工程化管理模式来运作。

2.对策与建议

(1)明确城市空间信息基础设施建设的指导思想、技术方案和保障措施。在数字城市建设中，应加速空间信息基础设施的建设和应用，以GPS、RS和GIS为技术支持，丰富数据形式，提高数据精度，保证快速更新。数字城市建设涉及面广、信息量大，要求空间基础信息完整、精度高，因而其耗资较大，建设周期较长。面对数字城市建设的挑战，有必要在现有工作的基础上，进一步加强国家的宏观组织协调，由国家主管部门会同有关单位建立协调机构进行宏观的规划和引导，将各有关方面的研究和开发统一组织和集成在城市空间信息基础设施建设的开发与应用框架之中，促进我国空间信息资源的高效开发利用和规范化网络共享。

(2)确定城市空间信息基础设施建设的原则。城市空间信息基础设施建设的根本目的在于应用，面向应用应该作为城市空间信息基础设施建设的最基本原则，应根据不同实际应用的需求来确定数据的形式、内容和质量指标。数字城市的建设需要空间信息基础设施作为支持，以便实现专业统计信息、政务信息实时加载和多种空间分析。针对不同的应用需求，空间数据生产单位应提供不同分辨率、不同比例尺、不同信息源的多种空间信息。随着数字城市建设的深入，人们越来越多地要求在真三维空间里来处理问题，传统的二维模型和数字地面模型就显示出其在城市应用中的局限性，因此在空间信息基础设施建设中不仅要定义二维空间对象，也要研究三维空间对象。

(3)建立相对完善的空间数据标准与规范体系。数据标准化改造包括数据分类、编码、空间数据配准、数据格式转换等。我国空间数据标准化严重滞后，难以满足数字城市建设实际应用的需求。目前，在数字城市建设中许多必要的数据标准规范还没有建立起来，导致一些已建成的工程成为演示系统，甚至使建设工作半途而废，造成资源的巨大浪费。因此，当前急需加大标准化工作的力度，在充分采纳、吸收、参考已有国家标准、行业标准、规范以及国际标准规范的基础上，结合我国城市空间基础数据生产、应用的特点，制订相对完善的城市空间数据产品标准和服务标准。在城市空间信息基础设施建设中，应遵照国家有关标准和规范，研究城市空间信息共享与服务构建体系，制定能满足城市地理空间信息基础设施建设需要的城市空间信息基础设施数据管理、应用、网上服务和终端应用总体结构体系，避免建设的重复性和无序性，为信息资源的有序整合和优化配置提供新的手段。

(4)开展城市空间信息基础设施共享技术研究与政策法规制定。空间信息共享目前存在的主要问题是部门所有、相互封锁、重复建设和缺乏信息共享机制等，针对存在的问题提出如下建议:

①选择数字城市建设工作基础较好的城市和部门，开展在规划、国土、城市管理等方面的城市空间信息共享与服务示范工程，进行城市空间信息共享门户的研究，实现城市空间信息的统一注册和管理、服务集成、身份认证、服务访问等功能，实现跨行业、跨部门、跨领域的城市空间信息共享与服务。

②加强测绘部门与经济建设部门，尤其是直接涉及空间信息获取、应用的各部门之间的联系与合作，研究制订城市空间信息共享与服务的专用元数据标准，研究制订城市空间信息共享的服务描述规范，研究制订城市空间信息Web目录服务规范。

③进一步明确部门、单位信息著作权的归属问题，制定信息共享政策法规，包括与信息共享的技术管理有关的政策法规、与信息共享的经济管理有关的政策法规、与信息共享的社会管理有关的政策法规等。

(5)建立城市空间信息基础设施建设人才培养、技术交流机制。目前，数字城市建设市场混乱，空间数据生产单位及人员结构不合理是造成部分空间数据可用性较差的原因之一。空间信息基础设施建设涉及计算机技术、数据库技术、空间信息科学技术等多学科、多领域，规划、建设、维护等技术性很强，因此应规范城市空间信息基础设施建设运作规程，对数字城市空间数据的生产与管理人员进行专业培训。鉴于目前城市与城市之间、城市内部各行业之间、各开发单位之间各自为战的现象严重，造成了资源的浪费和低水平重复建设。要打破这种不利局面，应建立有效的技术交流机制，建设一支强有力的技术队伍。

4.2.3　城市空间信息基础设施建设原则和内容

1.建设目标

(1)构建数字城市的空间基础数据框架。树立开放式基础测绘观念，将基础数据管理和基础测绘进行分离，将基础测绘、数据生产社会化、市场化，引入竞争机制，打破垄断，并加强数据成果的管理，制定数据共享的政策，保证在使用上最有效率，在几何空间、物理空间、动态变化上提供高精度、高分辨率的基础性服务。

(2)为城市政府、企业和公众提供空间信息服务。各部门、企业和居民广泛、深入地应用地理信息技术，享受空间信息基础设施带来的好处。各部门和企业利用地理信息技术建设各自的信息系统，满足城市规划、建设、管理和实现可持续发展的需要，并实现信息资源的充分共享。

(3)组建城市基础地理信息中心。城市基础地理信息中心负责全市基础地理信息资源的开发指导、交换与共享、集成与应用，为综合性应用提供支持。

(4)建成空间信息基础设施的技术标准规范体系。该技术标准规范体系应既适合市情又与国家标准及有关行业标准相接轨。空间元数据标准规范是实现空间数据共享的核心标准之一。在充分采纳、吸收、参考已有国家、行业和地方标准、规范与规程以及一些国际标准规范的基础上，根据我国城市空间基础数据生产、管理和应用的特点，制订比较完善的产品标准、工程标准和服务标准。

(5)逐步形成城市地理空间信息产业。加大基础地理信息资源的开发和利用的深度及广度，建立完善的空间信息应用与服务体系，带动城市地理产业的发展，使地理产业成为城市信息产业的一个重要组成部分，规范管理和发展测绘行业。

(6)建立空间信息基础设施的政策法规及管理制度体系。政策法规和管理制度对城市空间信息基础设施建设十分重要，应根据数字城市建设、维护与应用的特点和需要，制定相应的城市空间信息基础设施建设、管理和服务的政策法规与管理制度体系。

2.建设原则

(1)面向应用原则。面向应用应该作为城市空间信息基础设施建设的最基本原则，是指根据不同实际应用的需求来确定数据的形式、内容和质量指标。

(2)先进性原则。密切关注信息技术、数字化技术和因特网技术的最新发展，总体上要采用符合未来发展趋势并适当超前的、先进的、开放的设计方案，在建设中则采用流行的、成熟的、先进的技术方案。总体设计充分参照国际上的规范、标准，它应支持国内外目前所流行的地理数据、主流网络体系结构和网络运行系统，采用国际上成熟的模式。

(3)数据全面、统一原则。为了满足应用需求，所获取和提供使用的空间信息在内容上应全面、完整，在时空表现上要真实。另外，城市空间信息基础设施是为各行各业提供服务的，必须按规定的标准进行建设，做到比例尺、坐标系统、图号、高程系统、技术标准及信息编码统一，尽量减少冗余。

(4)可靠性、可用性、安全性、实用性和可维护性原则。系统必须运行在坚实的数据、软件和硬件基础上，这是系统能够可靠运行的前提。在此基础上，空间信息系统与操作系统及其他应用软件应有比较明确的接口规范。应用系统要经过严格测试，有较强的容错能力，确保其可靠运行。安全性原则的目的是保障系统的可靠性，以及数据库和数字地图的不被破坏。采用先进技术加强网络安全，为系统集成运行、技术升级提供保证。城市空间信息基础设施的应用是多种多样的，涉及许多相关领域，与地理信息相关的数据分类繁多，数据量庞大，所以必须进行综合考虑，让用户以最为方便、简捷的操作获得最为实用的信息。系统提供良好的人机界面，易学、好用;系统可以帮助管理人员及时、准确了解用户访问信息的需求;系统具有对上述数据进行远程管理和更新维护的能力。

(5)扩展性原则。系统的建设是分期进行的。数据积累、用户需求、功能完善，以及技术进步都要求系统必须具有扩展的余地。它的总体设计要确保系统有充裕的服务能力，保障用户享有充分的服务，并为可预计的功能提供足够的系统容量。根据系统的总体建设目标和业务需求，坚持开放性、标准化原则，既考虑现有的条件和需要，又兼顾未来技术的发展，使系统有较强的可扩展性。

(6)开放性原则。作为面向应用的城市空间信息基础设施，客观上要求它必须具有良好的开放性，必须符合相关的标准，以便充分保障应用系统之间的无缝集成。系统提供开放式网络结构，易于与其他系统连接。

3.建设任务

(1)加强地理空间信息的获取和处理。遵循市场经济规律，发挥政府组织推动、统筹规划与宏观协调的作用，建立和完善信息收集、交换、共享、分析、处理的体制和机制，促进地理空间信息资源开发利用工作的持续健康发展，特别是四种地理空间数据(4D产品)的获取和处理。

(2)建立城市地理空间信息的生产、管理和服务体系。制定地理空间监测、监控制度，生产并及时更新地理空间基础信息，通过建立信息维护和更新的社会化分工合作、地理空间信息维护贡献与回报体系，形成数字城市时空信息框架，最终建立城市统一的空间数据生产、管理和更新的组织体系与管理机制，制定数据规范和技术质量标准，研究基础网络与平台的集成与应用方案。

(3)加强基础性地理信息系统建设。通过数字城市建设，使其对城市各有关部门履行职能起技术支撑作用，提供社会服务能力的信息系统，具有业务化、产业化运营能力，从而提高城市地理空间信息服务和应用水平。在数字城市建设方案的统一规划指导下，分步骤完成城市各类基础性地理信息系统工程，并将其纳入全省、全国的地理信息交换网络体系，形成相应的信息服务能力。

(4)面向社会公众，提供高质量、公益性的信息服务。综合利用基础地理空间信息资源，将科教、旅游、娱乐、交通、医药、卫生、社会服务等信息源和各种公用信息站点进行整合并联网运行，建立信息查询网点，为社会公众提供查询、检索和信息发布服务，以满足公众日益增长的各种信息需求，向家庭信息化、个人信息化过渡。

(5)促进地理空间信息应用系统建设。加大地理空间信息产品的开发力度，形成一批各具特色的地理空间信息产品。拓宽地理空间信息的应用领域，鼓励各部门在传统产业的改造和各类管理信息系统建设中，大力应用地理空间信息。通过应用，发挥城市空间数据基础设施在数字城市中的基础作用，并逐步完善空间数据基础设施。

(6)为决策支持提供地理空间数据支撑。加强对国民经济和社会发展的统计、分析与预警预测的信息支持，对城市的社会经济信息进行全面的分析、研究，建立一套信息资源开发与利用框架模型，为领导决策服务。

(7)建设城市基础地理信息中心。城市基础地理信息中心对全市基础地理空间信息资源开发和利用进行统一规划。依托城市公用数据网络平台，如电信或有线的宽带数据通信网，建立空间信息基础设施信息的管理和发布机制，协调好各个信息系统之间的数据交流，为城市建设和管理各行业、社会经济各部门提供地理信息支持，推动城市各行业各部门的信息化建设。

(8)建立相对完善的标准与规范体系。遵照国家的有关标准和规范，制订符合城市地理空间信息建设需要的标准与规范体系，避免城市空间信息基础设施建设的重复性和无序性，为信息资源的有序整合和优化配置提供新型手段。

4.建设内容

(1)空间基础数据集。空间基础数据集包括地形数据、定位控制数据、土地利用数据、地籍测量数据、遥感影像数据，以及交通、水系、行政境界等与空间位置相关的基本自然和人文信息，是空间信息基础设施建设的核心。

(2)空间数据交换标准。空间数据交换标准包括有关信息共享机制的法规和政策，以及地理信息技术标准，规范政府和各类专业信息系统的建设和应用，是空间信息基础设施建设的基础。

(3) GPS综合服务系统。GPS综合服务系统是空间信息基础设施的重要组成部分，它是获取和采集各类空间信息的位置、时间和与此相关的动态变化的一种基础服务系统。

(4)空间数据协调、管理机构。空间数据协调、管理机构是指提供安全、保密等管理规范并进行权威的管理的领导机构、从事空间数据获取和加工的骨干生产组织和专门从事空间数据维护更新和数据分发的单位，是空间信息基础设施建设的关键。

根据空间信息基础设施的内容、地位和作用，其应用前景体现在以下三个方面:一是成为城市其他信息平台和专业信息系统建设的共享平台;二是为城市政府及各部门、企业及社会公众提供基于空间信息的专业信息发布与交换服务;三是为城市规划、建设和管理提供决策支持。