城市空间信息基础设施建设技术体系

4.3　城市空间信息基础设施建设技术体系

4.3.1　总体框架

数字城市在逻辑层次上总体表现为:在数字城市的信息基础设施和支撑环境平台上建立数字城市空间信息基础设施的总体信息体系。包括基础地理空间信息数据库、地理空间信息共享与管理平台、地理空间信息应用服务平台，并在此基础上建立数字城市各种公用信息平台、专业应用、综合决策支持地理信息系统，面向数字城市内、外的各种信息实体和用户实体提供数字化、网络化、虚拟化、智能化的应用和各种服务(见图4.1)。

图4.1　空间数据基础设施总体框架

城市空间信息基础设施建设是个规模庞大、技术复杂且时间跨度很大的系统工程。要保证这样复杂的系统工程能够充分发挥效用，必须在系统顶层设计方面进行全面研究。其中，体系结构的设计是最为重要的部分，要以应用需求为依据。设计体系结构时应重点考虑内容有:

(1)空间信息资源的广泛共享与互操作。

(2)实时动态的网络空间信息应用服务。

(3)空间信息应用服务集成和系统互操作。

(4)空间信息及应用服务的发布、发现和调用。

4.3.2　城市基础地理信息平台和服务系统建设

空间信息基础设施建设是数字城市的基础和核心，它包括空间数据基准和框架、地理基础数据、信息共享技术和机制、空间数据管理、分发体系和机构。城市空间信息基础设施建设的内容主要包括研究建立全市空间数据生产、管理和更新的组织体系与管理措施;建立市区范围基础地理信息数据库;制定数据规范和技术质量标准;针对政府和社会关注的领域，建设重点应用系统的示范工程;建立空间信息基础设施集成和分发服务中心，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。

1.城市基础地理信息平台

1)应用领域

城市空间基础数据管理与应用服务的实现方式是建设一个能为数字城市各种应用系统提供统一的可视化、多元异构空间基础信息服务的信息共享平台。该信息平台应具有标准化、开放性、可扩展性、先进性、实用性和安全性。信息管理及服务既要具有全局观念，又要有市场机制的促进。政府应制订统一的数据标准和规章制度，数据生产、管理单位可充分利用市场的杠杆作用建立数据生产、更新机制，以数据“养”数据，形成良性的信息资源发展机制。

基础地理信息平台就是利用“3S”(GIS、GPS、RS)技术，实现对城市各种路网、管网和地表建筑物等设施的定位，建立全市统一、完备的空间地理信息数据平台，建立覆盖全市范围的、海量的、动态的空间地理数据库，为政府决策、国土规划以及城市管理提供数字化的基础数据，使之成为全市各类应用信息系统的基础平台。本着空间信息资源集约利用的原则，进行全市统一的基础地理信息平台建设，从而可以实现空间数据的统一管理和数据共享，并与办公自动化系统相连接，为城市综合决策支持系统提供平台和支持。

与地理信息相关的城市问题包括经济建设、房屋建筑、市政设施、环境保护、公共交通等方面。可以说，城市建设的各个领域都有对地理信息资料的需求。

一个功能完善的基础地理信息平台，是能够按照空间位置对城市各种基础地理信息进行输入、存储、更新、查询、分析、应用、显示和制图的技术系统。为满足不同层次对地理信息的不同需求，应该包括的内容有:

(1)实现城市基础设施、资源、环境的信息化，满足公众对城市地理信息的一般需求。

(2)建立基于空间信息的城市管理功能，满足政府相关职能部门管理工作对地理信息的需求。

(3)建立基于上述空间信息分析系统的统计分析和辅助决策模型，辅助决策者做出决策。

城市基础地理信息平台能够为政府部门、企业、社区和公众提供不同层次的应用服务，具体情况如图4.2所示。

2)建设内容

城市基础地理信息平台的建设包括基础地理信息数据库、空间数据管理与共享平台、空间数据应用服务平台等主要内容。

(1)基础地理信息数据库。基础地理信息数据库包括大多数部门经常共同使用的基础地理空间数据集合。基础地理信息数据库致力于提供有共同格式、共享的基础地理数据，以便使用户能够集中精力在自己的数据应用和其他事务上。这种使用最多、每个人都能共享、按照一种公用标准维护的基础地理数据，可称为核心数据。由用户添加和应用、不需要广泛共享、不必拘泥于共同标准的数据可以称为应用数据。

图4.2　城市基础地理信息平台的应用领域

基础地理信息数据库提供了一个地区最普遍和共同需要的基础地理数据集合以及支持这些数据开发和应用的环境。换句话说，它代表了“你能信赖的数据”，即在一个地区里最好使用、经过共同标准认证、标准化和有说明的数据。它们为不同用户在其应用上添加自己的数据、编辑其他来源的数据，提供了一个规范化的公共基础，从而避免了重复建设、数据不一致等问题。

①建设目标。建设一个统一、标准、完善的数据源，它能提供城市最有用的数据，即最新、最完整、最精确的数据;用户必须能够很容易地把自己的数据集成到基础地理数据上去，给基础地理数据提供反馈和改正意见。

访问基础地理数据应该把费用减少到尽可能低的程度，数据的使用和分发在保证基础地理空间信息安全的条件下不应该再受任何限制，基础地理数据是一种公共资源。各部门与单位之间重复性的数据生产应该减少到最低限度。共同负担基础地理数据的开发与维护，降低单个用户生产数据的成本。基础地理数据应该建立在合作的基础上。

②数据库内容。空间地理信息数据主要包括基本地形数据、控制测量数据、遥感影像数据以及其他与空间位置相关的自然人文信息等数据集。在城市空间信息基础设施建设中，需要建设11类数据库，包括元数据库、控制测量数据库、基础地图数据库、正射影像数据库、高程数据库、三维模型库、交通数据库、水文数据库、综合管网数据库、地理编码和地名数据库、经济社会基本单元数据库。

③空间坐标系统是确定空间目标平面位置和高程的空间参考。我国采用了两种不同的大地坐标系，即1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系，属于参心坐标系;自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系，属于地心坐标系。美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系统(WGS-84)。目前GPS定位所得出的结果都属于WGS-84坐标系统，属地心坐标系。目前我国工程中使用的大多是属于参心坐标系的国家坐标系，因此要建立WGS-84和国家坐标系之间的转换模型，现已有坐标转换模型可求得WGS-84和国家坐标系之间的转换参数。正式采用属于地心坐标系的2000中国大地坐标系后，要着手实施原有测绘成果向2000中国大地坐标系的转换。高程系统应采用国家高程系统(1985年国家高程基准)。

(2)空间数据管理与共享平台。空间数据管理与共享平台是基础性的空间信息应用平台之一。数据提供者用它来对要发布的空间数据集产生相应的元数据库，并管理、更新和维护元数据库。用户通过元数据查询检索系统来查询、检索元数据库，以获取相应的空间数据集。

空间数据管理与共享平台主要由空间元数据编辑器、服务器管理工具、元数据服务器、空间数据分发服务器、空间元数据网关和元数据库组成。空间元数据编辑器依照NSII空间元数据标准，以友好的用户界面让用户来编辑相关元数据，并以多种格式输出。然后，用户用元数据索引模块来为元数据建立索引，并将其加载到元数据库中。

空间数据管理与共享平台采用Client/Server(简称C/S)与Browser/Server(简称B/ S)混合的体系结构，其具有严格的平台和操作系统无关性。空间元数据查询检索系统由元数据浏览器、WWW服务器、空间元数据查询服务器、元数据库组成。

(3)空间数据应用服务平台。建设空间数据应用服务平台，包括地图应用服务器、空间数据服务引擎、空间数据应用集成服务器、空间应用服务管理器。遵照流行的Web Service技术规范，为各专业应用系统、公用信息平台、决策支持系统，为在建和已经建成的电子政务系统、电子商务系统、地理信息系统，定义数据标准，提供接口，实现信息共享，从而避免重复建设。

B/S架构的应用程序需要摆脱独立方案的实现模式，需要舍弃复杂系统连接的实现方法。一个有效的应用绝对不应该是仅仅基于程序员以及那些复杂的代码。传统的、由程序员主导的由里向外的开发模式应当被即时的、快速的应用装配所取代。同时，这样的应用应该具备高可定制性。

使用Web服务(Web Service)，企业能够通过抽象和混合将自身的业务逻辑组件化。这种组件是被一次性部署到因特网，就可以使用和集成Web服务。通过采用Web服务，可显著降低开发的代价。同时，随着新的Web服务技术的出现，Web服务在运行时态和动态装配方面将成为现实，同时每个用户甚至可以应用户的要求而进行实时装配。

从外部使用者的角度来看，Web服务是一种部署在web上的对象/组件，它具备以下特征:完好的封装性;松散耦合;使用协约的规范性;使用标准协议规范;高度可集成能力。

2.公众空间信息服务平台

公众空间信息服务平台是向社会公众提供空间定位信息和位置服务的平台，是数字城市面向公众信息服务和应用的窗口。其核心是基于位置的服务。

建设公众信息服务平台，将其作为窗口向公众提供基于位置的信息服务，具有重大的意义。第一，把现有的数据资源同位置信息系统融合在一起，把现有的各行各业的业务数据通过地理信息应用系统的独特关联技术将其有机地联系起来，为实现城市的信息资源的共享、交换、整合、调度与集成应用提供技术支撑。第二，基于位置的服务是信息可视化技术提供的基本服务，它为信息资源的最终使用者和最终受益者——社会公众提供了高效率地、直观地使用信息、掌握信息的有力工具。这将充分发挥信息资源在社会公众参与社会活动、经济活动时的作用，使信息资源真正为社会公众服务。这将为数字城市的建设和发展建立坚实的社会基础，从而大大提高其社会效益和经济效益，使城市的信息化建设走上良性发展的道路。

建设公众空间信息服务平台，就是通过WebGIS向公众提供基本的空间信息服务。WebGIS是因特网技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，互联网用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据，并制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。WebGIS技术是GIS系统与互联网技术相结合的成果。通过利用互联网技术，GIS能够更灵活、方便地为用户服务。早期的WebGIS由于互联网技术交互能力的局限，并没有太多的利用上C/S技术，仅仅是一个信息发布中心。尽管目前的WebGIS软件提供的空间分析功能很难满足专业应用的需要，但是随着技术的发展，利用“Objectweb”技术将真正地把这两种技术结合在一起，发挥出各自的优势。WebGIS必然带领GIS技术进入一个革新的时期。WebGIS终将取代传统的GIS。

3.GPS综合服务系统

城市GPS综合应用服务系统是城市空间数据基础设施的重要组成部分，它是获取和采集各类空间信息位置、时间和与此相关的动态变化的一种基础设施。

GPS综合服务系统是要在全省GPS C级网的基础上，在城市范围内建设若干个永久性连续运行的GPS卫星定位基准站，组成高精度三维大地测量控制网，为城市建设、工程建设等提供技术支持和定位基础。通过数据通信网络，如互联网和广播网等向各类需要测量和导航的用户提供按照国际通用格式标准的基准站站址坐标和GPS测量数据，以满足各类不同行业、用户对精密定位、快速和实时定位、导航的要求。

为了避免不同单位各自建立独立使用的差分基准站、基准站布局不合理、数据不能共享和盲目竞争客户等弊端，由政府统一协调，在基础地理信息中心下面建设一个GPS系统监控和用户服务分析中心，负责整个系统的运行维护，并通过通信网络为政府部门提供监测服务，以及面向社会用户为其提供不同精度的定位差分信号。

除了要满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控等多种现代化管理的社会需求外，GPS综合服务系统还要向企业和公众用户提供基于地理定位信息的服务，它是一个庞大的地理位置信息服务体系，可用于以下三个方面:

(1)个人导引。无论何时何地，都可以按照你要求的方式向你提供地理信息和位置信息的服务。

(2)商业应用。地理信息服务在商业中也可被广泛应用，如定位客户的位置、计算客户群的分布、潜在客户的居住群分析、基于位置信息的广告宣传等。

(3)自导航。在定位信息服务的导航领域中，人们通常的需求有线路的引导、实时路径分析、交通路况提示。

4.城市业务应用系统建设

建设城市业务应用系统需要基础地理信息平台支持，是空间信息基础设施应用的重要体现，是城市规划、建设、管理与服务数字化工程的重要组成部分。只有具备了性能优良、通用性强的业务应用系统，才能使城市规划、建设、管理与服务的基础数据库得到及时的更新和合理的利用，进而提高政府管理部门的工作效率和决策能力，提高企业的管理、服务水平和经营能力。

城市业务应用系统是建立在公共信息基础设施和运行环境上的信息系统，就应用对象来看可将其分为两大类:一类是建立在空间信息基础数据平台之上，为满足各类应用需求的专业信息应用系统，如房地产信息系统、规划管理信息系统等，以及要求与地理位置相关的其他信息系统;另一类是建立在空间信息基础数据和各类专业数据基础之上的综合性应用系统，如城市应急决策指挥系统、经济社会发展综合决策支持系统等，需要进行指标统计、资料整合、预测分析等，是比前一类层次更高的，可为政府管理部门、咨询服务机构等提供科学依据和辅助决策的信息系统。

不管是哪一类应用系统，一般都需要地理空间数据作为支撑，并据此整合各种社会经济、资源环境和管理信息，通过可视化表达等技术，为有关领导和部门提供综合的、实时的信息服务和决策支持，实现决策过程的自动化、科学化和信息化。

4.3.3　城市空间数据中心和分中心建设

数据基础设施采取分布式数据库技术，分别由城市空间数据中心和数据分中心来进行管理。

城市空间数据中心主要管理包括自然资源与地理空间数据库、宏观经济数据库、人口基础数据库、法人单位数据库和企业基础数据库在内的城市基础库，并通过城市信息中心的信息交换共享平台解决各个跨部门应用的数据交换、信息共享、信息传递问题，以数据交换的方式实现政府内部所有公共业务数据的共享，为综合查询及业务应用系统提供全局的、透明的数据访问。

城市空间数据中心，承担对城市空间数据基础设施进行管理和维护的任务。该中心是城市规模化基础地理空间数据生产单位，是权威的基础空间数据更新、存储、处理和分发服务中心，是国家空间数据基础设施的组成部分之一。其职能包括以下几个方面:

(1)主持研究确定城市大部分GIS系统共同需要的基础地理单元实体及主要属性，对这些数据的保密等级、保密类型和有偿数据的价格区间提出建议。

(2)通过规范的测绘手段确定公共定位数据，并组织扩充测绘数据以外的有共同需要的专题基础数据，生成统一格式的数字化产品。

(3)承担以上基础数据的定期维护、更新，建立稳定的更新渠道与手段。

(4)对有关空间基础数据建设、使用与更新的法规政策提出建议。

城市空间数据分中心设在各部门、各区(县、市)，分别管理包括城市规划管理、人口(户籍)管理、土地(地籍)管理、综合管网管理、环境管理、金融管理、文化管理、灾害管理、治安管理、服务管理、医疗卫生管理、园林管理、旅游管理、社会保障管理、社区管理等在内的城市综合管理数据库。这些专业数据都通过城市信息中心的信息交换共享平台，同城市基础地理空间数据集成，即定位在空间数据框架内，使专业数据具有空间定位或空间分布特征，并在各部门、各行业之间进行数据交换和信息共享。

1.城市空间数据中心建设的主要内容

根据空间数据中心的建设目标和要求，城市空间信息数据中心建设的主要内容包括建设基础地理信息资源管理系统和基础地理信息资源共享机制。

1)基础地理信息资源管理系统建设

基础地理信息资源管理系统是城市地理信息的基础平台和统一管理、查询和交换平台;对全市基础地理信息可共享的重要信息进行编辑、备份与灾难恢复;对全市基础地理信息进行登记注册与数据更新管理。

基础地理信息资源管理系统的建设目标是，构筑以数据库/数据仓库为载体的，结构有序化、网络化、安全可靠的基础地理信息资源服务平台，并以此为基础构造地理信息资源开发和地理信息产品的生产体系、地理信息产品的营销和服务体系，以及地理信息资源的管理体系。

基础地理信息资源管理系统分数据层、管理层和服务层(见图4.3)。数据层实现城市地理空间信息获取、建库、更新和维护;管理层实现城市多源信息集成、融合与管理，并为全市基础地理空间信息应用服务提供支持;服务层实现面向政府、企业和公众的地理空间信息查询和为各类应用服务提供接口。每一层都通过相应的规范和协议来保障功能目标的实现。

图4.3　基础地理信息资源管理系统框架图

2)基础地理信息资源共享机制建设

目前，地理空间信息基础设施建设投资巨大，但其存在计算环境异构、数据格式和编码方案不同，以及语义模糊、静态、非用广化等问题，因此需要研究空间信息共享机制。

空间信息共享，是指地理空间数据的社会化应用，就是数据生产部门、用户和数据经销部门之间以一种规范化、稳定、合理的关系使用地理空间数据及相关服务机制。空间信息共享深受信息相关技术的发展水平、相关标准化研究及其所制定的各种法规、保障制度的制约。空间信息共享是建立城市空间信息基础设施的必然结果。

高质量、可共享的空间信息是数字城市建设和应用的“瓶颈”。目前，我国数字城市建设受到信息资源共享的制约，存在的问题主要有:

(1)各职能部门的信息化建设发展不平衡。由于缺少空间信息资源体系支撑，相当一部分职能部门还处在低级建设和应用阶段，城市基础地理数据库建库成本高，使城市空间信息资源严重缺乏，数据种类比较单调，现势性较差，可用性低。

(2)由于行业管理和数据安全等原因，空间信息资源各自独立、相互屏蔽、条块分割。缺乏基本的共享机制，无法实现跨领域、跨部门、跨应用的信息资源共享，也无法实现整个城市资源的集成。

(3)城市空间信息基础设施建设的重复性、无序性和低效性的矛盾十分突出。

(4)标准化程度低。空间信息通常具有比较复杂的结构，不同的GIS产品采用不同的数据模型来描述空间信息，由于GIS产品在服务接口上的各异性和局限性，很难满足基于网络的空间数据互操作的需求。

基础地理信息资源共享机制建设应着重考虑以下三个方面:

(1)统一规划。在全面调查分析城市政府部门信息资源现状的基础上，制定城市信息资源开发利用总体规划，作为城市信息资源开发利用的指导性文件和具体实施纲要。

(2)统一标准。制订城市信息资源共享的相关规范和技术标准。市级各部门、各区(市、县)在数据库开发和政务网络建设时必须遵守这一规范和标准，并在数据资源开发完成后，向信息资源管理系统登记注册，提供数据查询的路径指引。

(3)建立利益共享机制。信息资源中心与各信息源单位可以通过利益共享机制实现信息共享。一是实行会员制，各信息源单位向信息资源管理系统无偿提供数据，成为信息资源的共享会员，并无偿获得信息资源中心的相应服务，未经信息资源中心授权，会员单位不得将获得的数据用于商业目的;二是参股建设，信息源单位以货币资金和经评估后的信息资源作为资本金，参股建设信息资源管理系统，享有相应的投资收益，并承担相关义务;三是各信息源单位通过信息资源中心按信息查询者的身份和查询内容收取一定的信息费用，信息资源中心为信息源单位提供有偿服务。

2.城市空间数据中心和分中心的关系

各个部门数据分中心应按信息共享的要求向空间数据中心提供数据;空间数据中心应完成实现各类信息数据的共享、交换和编辑，并对各部门可共享的重要数据进行备份;根据授权，信息使用者可以通过空间数据中心访问各部门信息分中心的数据(见图4.4)。

4.3.4　城市空间数据更新机制

空间信息基础设施是政府管理的、重要的基础设施，实施城市空间信息基础设施更新机制，必须将基础测绘纳入城市国民经济和社会发展年度计划，设立专项，列入财政预算，确定基础测绘定期更新的周期。城市的建设和发展不断改变着城市的面貌，这就要求我们建立合理的空间数据更新机制，把这些变化及时反映到城市空间数据基础信息库中。根据国家空间数据基础设施的总体框架要求，结合城市各行各业信息化建设对城市空间数据基础信息的基本需求，城市空间数据基础信息的主要内容包括:①大地控制测量数据;

图4.4　信息资源中心与各部门信息分中心的关系

②系列比例尺地形图数据;③数字正射影像数据;④行政单元;⑤地政地籍数据;⑥地名数据库;⑦地下管线数据;⑧城市地质数据;⑨其他各类专题数据。

空间信息的生产和更新，应依托现有基础地理信息数字产品规模化生产基地的产业队伍;各专业部门按照统一的地理框架和数据标准填充本部门的专业性数据。各部门分别负责维护和更新自己生产的数据。这些数据可以是分布式管理，也可以是集中式管理，通过数据交换网络实现信息资源共享。

空间信息数据库是一个多数据源、多分辨率、多时相、多尺度、多维、无缝、动态的数据库。影像数据直观、信息丰富，可实现无损加工，并且生产周期短，数据来源多，有多种分辨率的卫星遥感图像和航空摄影图像;采用核心矢量要素，而不是全要素，主要是基于核心要素可以实现数据库的快速更新，既能满足空间操作的要求，又能对影像所不能表达的地理信息进行补充;数字高程模型数据主要用于虚拟现实的构造。城市空间信息采集与更新技术主要包括航空摄影测量技术、高分辨率卫星遥感技术、地面测绘技术、GPS测量技术，以及激光扫描，近景摄影测量技术等。这里值得关注的是，基于轻型飞机和高分辨率数码相机的低空摄影测量技术在城市空间信息更新方面具有巨大的应用潜力。

利用历史资料也是建设城市空间信息基础设施的重要方法。这里所说的历史资料主要是以传统方法测绘的各种比例尺地形图、各种公共设施的分布网以及专题图等。这些资料对了解城市的发展过程，特别是各项基础设施在城市的空间分布，对于更好地管理好城市，都是最宝贵的资料。在建设城市空间信息基础设施时要对这类资料进行整理、加工、分类。采用扫描矢量化、数字化方式制作矢量图，然后整理入库。

局部地物补测，可以采用GPS或内、外业一体化的方式获取有关信息。在当今的数字化时代，一个更有效的更新手段就是仅经常更新最大比例尺的地图，然后利用自动综合的技术从该大比例尺地图中导出小比例尺地图，以保持多尺度地理空间数据的一致性。空间信息更新技术手段和工艺的选择主要取决于数据源、产品种类和设备配置。

数据是GIS的血液，而更新则是保持GIS活力的源泉。当前GIS的核心已从数据生产转为数据更新，数据更新关系着GIS的可持续发展。根据数据生产者所提供的更新信息内容，GIS空间数据更新服务可分为两种方式:批量式更新服务和增量式更新服务。所谓批量式更新服务是指在主数据库更新完成后，生产者直接通过数据拷贝的方式，将整个新版数据的副本提供给用户。所谓增量式更新服务是指在主数据库更新过程中或更新完成之后，只记录或提取新版数据中发生变化的要素及相关信息，然后将这些信息以增量文件的方式提供给用户，并集成到原来客户数据库中的过程。

如何实现数据更新及以什么形式进行数据更新，是数据库管理者要重点考虑的问题之一。目前，普遍采用的是对数据存储单元内的数据进行整体替换的方法来实现对数据的更新，即用新的数据来替换旧的数据。影像数据库的更新一般不会直接对数据库中某一数据单元内的局部数据进行增加、删除、修改等操作，而是在外部事先把要更新的数据制作完毕后再导入数据库中，即对数据库的数据进行更新操作，它只是一个数据替换的过程。

近年来，国内外基础地理数据库更新的学术研究和交流不断，但在总体上还处于探索阶段，且研究内容大部分为基础地理数据，鲜见专题数据更新研究。白易(2011年)提出城市地理空间数据更新机制中的重点问题，包括更新策略的确定;获取变化信息、采集变化信息;质量检查;现势数据与历史数据的集成融合;安全控制。建立了一套城市地理空间数据完整的更新流程，包括获取采集变化信息、更新元数据、质量检查、现势数据生产。

目前，数据更新仍然存在许多不足:更新依赖的各种数据源本身“不完美”(多源空间数据的不一致、不完整和不准确性);更新的智能化程度不高;更新过程对多种数据源整合、充分利用的程度不高;整个更新过程缺乏系统科学的过程控制。为此，安晓亚等(2010年)引入数据同化技术以解决上述数据更新过程中，对多种数据源利用程度不高的问题;提出了“地理事件—条件—动作”规则驱动下数据同化的地理空间数据主动更新机制，以提高地理空间数据更新的自动化和智能化水平。在Microstation V8平台上用MDL语言开发了数据同化的基础地理信息数据更新实验系统，并以1∶50万基础地理信息数据库的更新进行实验。

4.3.5　城市空间数据管理模式

数字城市建设的重要任务是将国民经济建设各部门的专业信息数据与基础地理空间数据相结合。因此，必须建立一种在互相提供数据的基础上的信息资源整合与共享机制，实现地理空间数据的共建共享。

空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。空间数据具有空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、海量数据特征、非标代数运算特征。通常空间数据管理方式有三种方式:文件管理方式;文件-数据库混合管理方式;空间数据库管理方式。对空间数据管理采用数据库模式管理已经成为地理信息系统发展的一种趋势。

地理信息系统(GIS)作为一个信息管理系统，其核心任务之一就是要求数据库系统不仅能够存储属性数据，而且还要能够存储空间数据，并加以管理。空间数据存储管理质量的好坏直接影响着GIS处理的效率。GIS空间数据存储结构发展至今，从基于文件系统存储一直演变到对象关系型数据库，经历了五代演变:文件系统存储、混合数据库存储、关系数据库存储、面向对象数据库存储、对象关系型存储。

但是上述种种数据模型在管理空间数据时，均有不足之处。不同时期出现的数据库技术也各有优点与缺点，在管理模式上也存在多种形式，针对城市地理空间数据管理目前主要采用“集中+分布”的模式(见图4.5)。该模式的主要思路是:数据库由一个统一机构集中管理，各数据生产部门通过网络对相应的数据进行更新维护，数据集成应用系统从一个系统中读取数据，采用高速网络进行数据传输。即建立一个由市级基础地理信息中心和多个部门或行业级信息分中心组成的数据中心群，实现由数据管理机构、数据提供者、数据使用者、数据集成者和数据分析者组成的多节点的分布式网络系统。这是一种集中建库管理、分布式更新维护的管理模式，这种模式对数据进行集中管理，可以有效地集中人员和财力优势。数据建库由一个专门的部门来负责，其他部门只负责各自数据的维护，保障数据的及时更新。这种模式可以充分满足不同行业之间对其他专业信息的需求。这一网络模式体现出分布与集中相结合的优势，保证了数据采集的及时性、完备性和连续性。

图4.5　“集中”+“分散”的管理模式示意图

4.3.6　城市空间信息共享与管理平台

随着信息化的发展和数据生产部门与应用部门的分离，数据共享成为空间信息基础设施建设的重要目标之一。城市的各个部门，包括政府、企业、社区、个人都需要使用基础空间数据库中的数据，特别是使用空间位置信息和属性信息，如规划数据、地籍数据、基础地形数据，这些数据使用频繁，数据变化较快。在这种情况下给各部门提供数据服务，要考虑到数据的保密性和现势性，需要确立城市空间信息基础设施数据管理、应用逻辑、网上服务和终端应用总体结构体系，建立数据共享平台来实施城市空间信息的发布，进一步完善基于因特网的数据管理、分发技术，增强技术的安全性与可靠性。城市空间信息共享的关键是建立信息共享与管理的平台。各个部门可使用这个平台请求所需的数据，也可以向平台发布自己的最新数据。信息共享与管理平台由信息中心进行统一管理。各部门的信息应用系统根据授权，可以直接访问城市空间信息共享与管理平台，也可以通过信息中心提取所需数据后形成数据包发送。

信息必须按照统一的标准和格式组织起来，才能实现共享，而共享才是信息时代的基本特征。空间信息的标准化和规范化是实现空间信息共享的关键。空间信息标准是通过对地理对象进行抽象与概念化，用定性或定量的方法描述它的本质。国家正在建立和完善国家空间数据基础设施的法规和技术标准。城市也要在国家空间数据基础设施的总体框架下，建立适合自身特点的城市空间信息基础设施建设的法规和技术标准体系。主要的法规和技术标准包括空间信息术语标准、数据共享机制、数据生产的分工与协作、数据更新机制、空间模式标准、时间模式标准、应用模式标准、数据字典标准、数据质量标准、数据转换标准、元数据标准等。

下面介绍空间数据共享与管理平台的两个关键问题:

1.系统功能

空间数据共享与管理平台要实现空间数据集和空间信息这两个层次上的共享，应具有以下功能:

(1)系统采用互联网连接各节点。各分布式节点具有相同的体系结构，独立生成、管理和维护自己的空间数据库和相关的空间元数据。

(2)空间元数据编辑器具有友好的用户界面，遵守空间元数据标准，并且可以实现多种存储方式的转换。

(3)各分布式节点均遵守Z39.50协议，能满足用户在整个分布式网络系统中查询、检索空间元数据库的需求，使系统具有极大的互操作性和开放性。

(4)系统具有友好的元数据查询，检索界面，支持基于时间、位置、题目、关键词或其他查询要素的查询或联合查询，查询界面支持通用浏览器。

(5)系统的元数据管理系统具有启动、停止、配置Z39.50服务器的功能，可以简单地实现添加、连接和管理各个节点。

(6)系统具有空间数据浏览功能。当用户查询、检索到特定的空间数据后，系统提供WebGIS浏览的服务功能。

(7)系统提供多种数据获取方式。当用户查询、检索到特定空间数据后，可选择系统提供的数据获取方式进行数据获取。

(8)系统提供空间数据转换功能。依照空间数据转换标准实现空间数据集的语义无损的转换，以满足用户的需要。

(9)系统的空间数据仓库子系统具有依照系统集成方案从分布式空间数据源中抽取、融合信息的功能，以支持空间信息分析和模型分析。

2.系统结构

空间数据共享与管理平台是基础性的空间信息应用平台之一。数据提供者用它来对要发布的空间数据集产生相应的元数据库，并管理、更新、维护该元数据库。用户通过元数据查询、检索系统来查询、检索元数据库，以获取相应的空间数据集。

空间数据共享与管理平台主要由空间元数据编辑器、服务器管理工具、元数据服务器，空间数据分发服务器、空间元数据网关和元数据库组成。空间元数据编辑器依照NSII空间元数据标准，以友好的用户界面让用户来编辑相关元数据，并以多种格式输出。然后，用户用元数据索引模块来为元数据建立索引，并将其加载到元数据库中。

空间数据共享与管理平台采用C/S与B/S混合的体系结构，具有严格的平台和操作系统无关性。建立在空间数据交换中心的元数据服务器与空间数据库以星形结构实现网络连接。

地理信息系统基础平台元数据管理信息系统的编辑器运行在各分布式空间数据库系统中，由该数据库系统的管理员负责向空间数据库系统中添加、更新、维护元数据，并实现与数据集的关联。以维护元数据与数据集的一致性、完备性和有效性。无发布能力的用户可通过编辑器将元数据提交给地理信息系统基础平台元数据服务器，由元数据服务器对其进行管理、维护。

空间元数据管理信息系统是实现网络环境下空间数据共享的关键。只有实现有效的空间元数据管理，才能实现空间数据源的抽取、集成和浏览导航，从而实现真正意义上的空间数据共享。

针对城市空间数据共享与管理技术，一些学者进行了相关研究。王勇等(2006年)在研究网格计算、空间元数据、开放网格服务体系及互操作等技术基础上，利用Wrapper/Mediator方法，给出基于开放网格服务体系(open grid service architecture，OGSA)城市空间信息共享技术的总体架构。该框架解决了多源系统间的互操作问题，为城市地理信息系统建设中空间数据共享提供一种全新的理论指导。传统数字城市空间信息平台的封闭性和自身服务器的性能限制了进一步的应用。网格技术能够实现数据访问透明、一体化应用服务、计算吞吐量极大。田茂义等(2006年)提出了一套基于网格计算的数字城市空间信息平台框架，并对数据网格中的单个计算节点作了基于J2EE三层体系结构的实现。