最近一個時期以來，數(shù)字地球、數(shù)字中國和數(shù)字城市受到了廣泛的關注。國家有關部門和一些行業(yè)學會、協(xié)會紛紛組織各種形式的技術交流和政策研討。我們認為，無論是數(shù)字地球、數(shù)字中國還是數(shù)字城市，其核心都是數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的服務。這里的數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和更新，同時也包括數(shù)據(jù)的管理與分發(fā)；而基于數(shù)據(jù)的服務覆蓋面更廣，它涉及GIS（地理信息系統(tǒng)）及MIS（管理信息系統(tǒng)）、OA（辦公自動化）、AM/FM（自動設備管理）、CAD（計算機輔助設計）和網(wǎng)絡等系統(tǒng)的設計、開發(fā)、集成與實施的方方面面。
在社會生活中，城市一直是人們普遍關注的焦點。據(jù)統(tǒng)計，截止1999年我國共有668 個設市城市，城市面積約為81.3萬km2，約占國土總面積的8.5%，其中城市建成區(qū)面積約為2.1萬km2，約占國土總面積的0.2%。但城市卻創(chuàng)造了約60%~70%的GDP，容納了約30%~40%的全國人口，集中了約90%以上的科技力量和高等教育，高科技產(chǎn)業(yè)和很多行業(yè)也以城市作為最主要的載體，城市名副其實地成為全國政治、經(jīng)濟、文化、科技和對外交流的中心。城市也理所當然地成為地球空間信息技術最活躍的應用領域。
本文基于最近在全國部分城市進行的一次調(diào)查，擬簡要評介我國城市空間數(shù)據(jù)和GIS應用的現(xiàn)狀，分析21世紀城市發(fā)展對GIS的需求和GIS技術面臨的挑戰(zhàn)，并介紹為主動迎接挑戰(zhàn)已經(jīng)或正在采取的一些行動，最后對未來前景作些展望，不妥之處敬請指正。
現(xiàn)狀
為了掌握我國城市空間數(shù)據(jù)和GIS應用的現(xiàn)狀，在有關部門的組織下，最近我們對全國部分城市的規(guī)劃或建設管理部門及城市測繪院或勘測院進行了一次問卷調(diào)查。調(diào)查的主要內(nèi)容包括以下8個方面：
1）城市基本情況：包括城市類型，建成區(qū)、規(guī)劃區(qū)及整個市域面積等；
2）空間數(shù)據(jù)基準簡要情況：包括城市控制網(wǎng)的覆蓋面積及包括的范圍，等級控制點的數(shù)量及滿足需求狀況，平面與高程控制系統(tǒng)的選擇及使用地方系統(tǒng)的原因等；
3）線劃地形圖件情況：包括各種比例尺線劃圖的覆蓋面積、存在形式及現(xiàn)勢性，數(shù)字形式圖件所占比例及建立數(shù)字地形圖庫情況；
4）數(shù)字正射影像圖情況：包括數(shù)字正射影像圖的比例尺、覆蓋范圍，使用片種及制作時間和主要用途；
5）數(shù)字高程模型（DEM）情況：包括是否建立了DEM格網(wǎng)數(shù)據(jù)，DEM覆蓋面積、格網(wǎng)大小及高程精度，從數(shù)字線劃圖中可否分離提取出DEM數(shù)據(jù)等；
6）管線、地籍、房產(chǎn)、土地利用、規(guī)劃等圖件情況：包括圖的種類、比例尺、覆蓋范圍、存在形式及數(shù)據(jù)庫情況等；
7）城市數(shù)據(jù)與圖件提供部門情況；
8）城市GIS應用系統(tǒng)建立情況：包括系統(tǒng)種類，系統(tǒng)使用部門與主管部門，系統(tǒng)建立時間與運行狀況等。
在已收回的40份統(tǒng)計表中，共涉及38個城市。按填報部門分類，城市規(guī)劃或建設管理部門21個，城市測繪院或勘測院20個，其中2個城市兩類單位分別進行了填報，1個城市由它們共同填報。在這些城市中，直轄市2個，省會城市及計劃單列市24個，其它地級市12個，分別占全國相應等級設市城市數(shù)的50%、 75%和6%。按地區(qū)劃分，東北、華北占29%，華東占29%，中南占18%，西南、西北占24%。由此可見，雖然涉及的城市數(shù)量不多，但仍具有一定的代表性，特別是考慮到直轄市、省會城市及計劃單列市在城市空間數(shù)據(jù)建設和GIS應用方面一般處于前列，該統(tǒng)計也很有意義。下面給出本次調(diào)查的結(jié)果概要和我們的一些初步分析。
（1） 城市空間數(shù)據(jù)情況
就城市空間數(shù)據(jù)基準而言，2/3以上的城市均采用地方系統(tǒng)作為平面基準，其原因按填報頻率的高低依次是顧及投影變形、作為歷史沿續(xù)、為了使用方便和便于資料保密；相反，只有1/3左右的城市高程基準采用地方系統(tǒng)，原因幾乎都是由于歷史沿續(xù)。城市基本控制狀況良好，大多數(shù)城市現(xiàn)有控制網(wǎng)均可以滿足數(shù)據(jù)生產(chǎn)的需求。
線劃圖件目前是城市基本圖件的最主要形式。各城市使用的基本地形圖比例尺主要有1:500、1:1000、1:2000、1:5000和1:10000等5種，少數(shù)城市也使用較小比例尺的圖，如1:25000、1: 50000等。在一個具體的城市，一般只使用其中的2種或3種比例尺，通常是在1:500~1:2000中選1~2種，覆蓋建成區(qū)及部分城市規(guī)劃市區(qū)，圖的現(xiàn)勢性較好；在1:5000和1:10000中選1種，一般覆蓋整個市域范圍，現(xiàn)勢性則相對差些。數(shù)字圖在所有圖件中所占的比例，在不同城市及同一城市不同比例尺間都有較大的差異，各城市的比例在5%~100%之間。從數(shù)字線劃圖建庫情況看，已建、正建和未建的比例分別為27%、55%和18%。
相對于線劃圖，城市數(shù)字正射影像圖和DEM無論是數(shù)量還是種類均少得多。在這些城市中，制作數(shù)字正射影像圖的城市不到一半，而制作的影像圖往往只有一種比例尺，覆蓋的范圍也很有限，制圖比例尺基本上1:1000/1:2000或1:5000/1:10000，基本上為1996年以后才開始制作，所用片種包括黑白、彩紅外、和真彩色3種，主要用途是城市規(guī)劃、土地調(diào)查和更新地形圖。僅有約1/8的城市建立了一定范圍的DEM，使用的格網(wǎng)尺寸為5~25m，格網(wǎng)點高程精度為0.25~1.2m。一些城市認為，他們雖然未專門建立DEM，但從現(xiàn)有線劃圖中可以分離出相應的高程信息。
在城市其它圖件中，地下管線圖件占多數(shù)，其它圖種則參差不齊。這可能與本次調(diào)查的對象主要是城市規(guī)劃/建設管理部門和城市測繪生產(chǎn)單位有關。
城市圖件的供圖部門按照填報頻率的高低，依次是城市測繪院/勘測院、規(guī)劃局、自動化中心和其它部門。
?。?） 城市GIS系統(tǒng)應用情況
本次調(diào)查中，統(tǒng)計的城市GIS應用系統(tǒng)（包括已建和正建）總數(shù)為84個，不同類型系統(tǒng)所占比例分別為：基礎地理信息30%，地下管線21%，城市規(guī)劃管理23%，城市土地管理6%，地籍管理12%，勘察信息管理6%，其它2%。
關于系統(tǒng)的運行狀況，我們在調(diào)查表中預先設置了3個等級，即很好、好和一般。在給出評價的已建的59個系統(tǒng)中，這些等級分別占5%、63%和32%。
（3） 初步分析
與國家基礎比例尺地形數(shù)據(jù)相比，城市空間數(shù)據(jù)具有如下特點：比例尺大，分辨率高；內(nèi)容豐富，信息傳輸效率低；信息老化速度快；數(shù)據(jù)生產(chǎn)與更新的周期長、費用高；各城市多使用獨立的平面參考系統(tǒng)，造成不同城市的數(shù)據(jù)參考基準不一致；數(shù)據(jù)的投資主體是城市政府。
應該說，經(jīng)過最近若干年的努力，我國城市空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)取得了顯著的成績。大多數(shù)城市完成了基本地形測繪，少數(shù)城市甚至進行了幾輪修測，地形圖件基本上覆蓋了城市的建成區(qū)、規(guī)劃市區(qū)和主要市郊，但管線、地籍及房產(chǎn)等數(shù)據(jù)的覆蓋范圍尚十分有限。就數(shù)據(jù)的覆蓋和質(zhì)量狀況而言，從全國范圍講，沿海城市、中心城市明顯好于內(nèi)地城市和一般城市。數(shù)字式數(shù)據(jù)正在成為地形信息的主導形式，但其標準化則相對落后。矢量信息仍然易于被使用者所接受，成為當前的最主要數(shù)據(jù)形式，但數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)正日益受到關注。
城市空間數(shù)據(jù)方面存在的問題主要包括：數(shù)據(jù)種類單調(diào)，現(xiàn)勢性差，可用性低；多數(shù)城市用于數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的資金投入嚴重不足；數(shù)據(jù)生產(chǎn)和提供的現(xiàn)狀仍然不能滿足應用的需求，數(shù)據(jù)依然是GIS和其它相關系統(tǒng)建立與服務的“瓶頸”。在城市數(shù)據(jù)的共享上，一方面，缺乏合適的數(shù)據(jù)；另一方面，已有數(shù)據(jù)并沒有得到充分有效的利用，重復性生產(chǎn)時有發(fā)生。
城市無 疑是GIS應用最早、最為成功和最活躍的領域之一。我國城市GIS的現(xiàn)狀可以簡單地概括為：發(fā)展迅速，成績巨大；問題不少，面臨挑戰(zhàn)。目前，GIS在城市規(guī)劃管理、城市空間基礎信息管理、城市地下管線管理、城市土地管理、城市勘察、城鎮(zhèn)地籍管理以及城市環(huán)境保護、城市供水與地下水資源管理、電力電信設施管理、有線電視信息管理、城市公安、城市交通、旅游規(guī)劃和城市救災等各個方面都有成功的應用；在國內(nèi)目前已建立的各種GIS系統(tǒng)中城市系統(tǒng)的數(shù)量占絕大多數(shù)；城市GIS或GIS相關系統(tǒng)的建設已由過去的“技術驅(qū)動”過渡到現(xiàn)在的“應用牽引”；各級主管部門及廣大用戶逐漸成熟，對GIS系統(tǒng)的認識水平不斷提高?？梢院敛豢鋸埖卣f，城市領域是GIS技術在我國成功應用的典范。
城市GIS的應用與發(fā)展也存在不少問題，主要是：無論是從地區(qū)還是從行業(yè)上講發(fā)展都極不平衡，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)遠遠優(yōu)于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，規(guī)劃管理和空間基礎信息管理方面的應用優(yōu)于其它行業(yè)的應用；重硬軟件、輕數(shù)據(jù)和重建立系統(tǒng)、輕實際應用的現(xiàn)象依然存在；系統(tǒng)應用目標定位欠準確，應用的層次較低、效果不佳；缺乏規(guī)范化的運作模式，系統(tǒng)建設中經(jīng)常碰釘子、走彎路、花冤枉錢；相關政策法規(guī)和技術標準嚴重滯后；仍然存在著來自系統(tǒng)和開發(fā)商的“技術誤導”，GIS的實際效應往往被過分夸大；應用系統(tǒng)的實用性與可操作性差、系統(tǒng)集成水平低；低水平重復性建設現(xiàn)象較多；應用系統(tǒng)五花八門，開發(fā)各自為陣，商家各顯神通，用戶急功近利等等。
需求
人類即將進入21世紀。新世紀的城市必將有巨大的發(fā)展，同時也會面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。城市無疑是社會全面發(fā)展的關鍵，全世界都面對著難以解決的許多城市問題。城市規(guī)劃、建設、管理與服務追求的目標是高起點的規(guī)劃、高標準的建設、高效率的管理和高質(zhì)量的服務。目前，城市規(guī)劃、建筑界以及社會、經(jīng)濟界的許多專家學者和政府官員都在對城市的現(xiàn)狀和發(fā)展進行思考和再認識[1~3]。
我國的城市必須走可持續(xù)發(fā)展的道路，制定城市發(fā)展戰(zhàn)略不僅需要信息支持和信息服務，同時更需要基于信息的科學決策支持。據(jù)估計，人類信息的75%~80%都與地理空間位置有關。顯然，城市發(fā)展需要城市GIS及相關技術的支持。我們認為，GIS在以下諸方面將會大有作為。
1） 城市規(guī)劃、建設與管理
我國的城市規(guī)劃成就輝煌，但城市規(guī)劃的現(xiàn)狀卻并不總是令人滿意；在城市各種基礎設施建設中，事故時有發(fā)生；城市建設的市場不規(guī)范，許多問題急待解決；城市交通、土地、水資源、能源、災害管理和決策的水平急需改善和提高。為尋求解決這些問題的對策，廣大城市規(guī)劃師和城市決策者迫切希望能夠更完整、準確和全面地把握城市及其周邊環(huán)境的動態(tài)空間特征。
2） 城市化與城市可持續(xù)發(fā)展
我國1999年的城市化水平已經(jīng)達到30.9%，進入了城市化的快速發(fā)展時期。城市化是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，它將給社會發(fā)展帶來新的機遇，從而提高我國的總體國力和現(xiàn)代化水平，但城市化同時也將帶來一系列問題[3， 4]，如空間布局混亂、人口膨脹、環(huán)境危機、資源危機、耕地浪費、交通堵塞、災害加劇和人居質(zhì)量惡化等。為了緩解這些危機，必須及時準確地掌握相應的空間信息。
3） 小城鎮(zhèn)規(guī)劃與建設
發(fā)展小城鎮(zhèn)是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的一個大戰(zhàn)略，是實現(xiàn)城市化的必由之路。1998年底，我國已有建制鎮(zhèn)和鄉(xiāng)集鎮(zhèn)近5萬個。小城鎮(zhèn)的規(guī)劃與建設是當前的一項重要工作，引起了國家主管部門的高度重視。諸如小城鎮(zhèn)交通網(wǎng)絡與內(nèi)部道路配置、給水排水系統(tǒng)規(guī)劃、供熱供燃氣規(guī)劃、環(huán)衛(wèi)設施與生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃、防災減災規(guī)劃、土地與水資源合理利用等都急需包括GIS技術在內(nèi)的高科技的支撐。
4） 城市住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展
發(fā)展城市住宅產(chǎn)業(yè)是當前的一大熱點。隨著住房制度改革的深入，城市住宅產(chǎn)業(yè)將有大的發(fā)展，在社區(qū)和住宅的規(guī)劃設計、建設以及住宅營銷和物業(yè)管理等方面住宅產(chǎn)業(yè)信息化的需求十分旺盛。
5） 城市社會與公眾服務
城市信息服務業(yè)方興未艾?；诔鞘锌臻g信息的服務，一方面可為企業(yè)提供信息服務，以提高它們在市場經(jīng)濟條件下的應變能力，公安、消防、金融、保險、通訊等城市特殊行業(yè)對地理信息服務的潛在需求不可低估；另一方面則是為社會公眾提供開放性的資訊服務，從而改善和提高人們的生活質(zhì)量與效率。
上述這些方面都離不開各種城市空間數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)服務的支持。當前擺在地球空間信息科技工作者面前的一個重要課題是城市GIS及相關技術如何為其提供有效的支持和服務。
就城市空間數(shù)據(jù)尤其是大比例尺空間數(shù)據(jù)的獲取與提供來說，“快、準、全、廉”應該是追求的目標。這里所說的“快”，指的是數(shù)據(jù)生產(chǎn)與更新的周期要短，作業(yè)效率要高，數(shù)據(jù)交付應迅速；“準”表示適應用戶需求的數(shù)據(jù)的空間特征、屬性特征和時間特征應準確，也就是說數(shù)據(jù)的幾何精度、屬性精度和現(xiàn)勢性要高； “全”反映的是為滿足用戶需求所生產(chǎn)和提供的數(shù)據(jù)在空間、屬性和時間上要全面、完整。這里有2層含義，一是要保證數(shù)據(jù)的完整性，二是要體現(xiàn)數(shù)據(jù)的真3維和時態(tài)性?！傲敝饕侵附?jīng)濟性，目前數(shù)據(jù)的生產(chǎn)經(jīng)費過低，而數(shù)據(jù)的銷售價格又偏高，這一矛盾如果解決不好，有可能帶來一系列負面效應。
除線劃圖外的一些新類型數(shù)據(jù)正逐步被人們所認識和理解，許多用戶也準備接受這些數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)的實際可用性卻面臨挑戰(zhàn)。數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)具有一系列的優(yōu)越性，許多城市也已開始生產(chǎn)大比例尺數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)。但由于數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)量大，傳輸效率低，最終用戶的使用相當不便，如何尋求高質(zhì)量的快速有效的壓縮與解壓縮技術對于推動數(shù)字正射影像圖的應用至關緊要。此外，3維數(shù)據(jù)是當前的熱點，也是未來的趨勢，但不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的互操作和海量數(shù)據(jù)的存儲與應用等問題需要有新的發(fā)展。
為了實現(xiàn)城市空間數(shù)據(jù)在一個城市、一個地區(qū)以至全國范圍內(nèi)的共享，諸如標準化和空間基準的一致性等技術問題也必須有實質(zhì)性的突破。
就城市GIS而言，如何選準服務的目標和切入點是當前面臨的挑戰(zhàn)。3D GIS、TGIS（時態(tài)GIS）以及WebGIS等技術必須與其最終服務目標統(tǒng)一起來才能真正發(fā)揮作用，過分追求技術的先進性可能會犧牲系統(tǒng)的實用性與可操作性，最終也將降低系統(tǒng)的生命力。各種系統(tǒng)之間如何真正實現(xiàn)無縫集成與無限擴展尚有許多技術問題待解決。凡此種種，都決定了城市地理信息技術的未來任重而道遠。
實際上，除技術因素外，管理、政策和經(jīng)濟方面的因素也是不容忽視的。
行動
面對上述挑戰(zhàn)，政府有關部門和一些企業(yè)已經(jīng)或正在采取一些行動。
作為國家建設行政主管部門，建設部近年來在推動城市空間數(shù)據(jù)發(fā)展和 GIS技術應用方面做了大量工作。1998年，建設部規(guī)劃司等提出了城市空間數(shù)據(jù)發(fā)展的舉措[6]，主要包括：依靠科技進步，推行新技術，鼓勵使用影像圖代替矢量圖或?qū)⒂跋駡D與簡化的矢量圖套合使用；增加政府投入；加快體制改革，實行城市測繪管理與生產(chǎn)的分離；改進管理，利用行政手段促進數(shù)據(jù)開放，結(jié)合工程建設審批和竣工驗收進行圖件更新，并把地形圖更新與地籍圖和房產(chǎn)圖的更新結(jié)合起來等。
在1997年召開的全國城市規(guī)劃行業(yè)新技術應用經(jīng)驗交流會上，建設部規(guī)劃司也提出了城市規(guī)劃GIS的發(fā)展目標[7]，其中至2000年的近期目標是：在大城市，普及數(shù)字化成圖技術；有條件的城市，要建立基礎圖形數(shù)據(jù)庫，并開始對外提供數(shù)字化地圖；部分城市在建立綜合規(guī)劃信息系統(tǒng)上有一定突破，并投入正式運行。到2010年的遠期目標是：多數(shù)大中城市完成城市規(guī)劃地理信息系統(tǒng)的建設，大部分投入實際運行。
最近，建設部計劃在全國范圍內(nèi)啟動“城市規(guī)劃、建設、管理與服務的數(shù)字化工程”項目。該項目的總體目標是：建設適合我國城市規(guī)劃、建設與管理實踐的數(shù)字化系統(tǒng)，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)城市規(guī)劃、建設與管理工作的信息共享和業(yè)務應用，大力提高城市的信息化水平和城市管理的現(xiàn)代化水平；為國家及各級行政主管部門的科學管理與決策提供及時、準確和權(quán)威的信息支持；為各類企業(yè)和廣大公眾提供方便、有效和權(quán)威的信息服務；通過數(shù)字化工程的實施，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動技術進步，保證城市經(jīng)濟、社會、環(huán)境和科技的協(xié)調(diào)發(fā)展。該項目明確地將數(shù)字城市確定為其終極目標?？梢灶A料，該項目的實施，將大大推動城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和城市GIS技術的發(fā)展與應用。
與此同時，眾多企業(yè)也行動起來。除國內(nèi)原有GIS軟件商外，以城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、城市GIS開發(fā)和數(shù)字城市為服務對象的高新技術公司相繼建立，一些大型軟件或系統(tǒng)服務商也已進入城市GIS開發(fā)與集成領域，面向公眾的數(shù)據(jù)服務業(yè)務也已開始起步。一些有實力的企業(yè)甚至準備投入資金介入城市空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與更新。企業(yè)的介入，無疑將給城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和城市GIS的發(fā)展增添新的活力。
前景
我們相信，未來若干年空間數(shù)據(jù)采集和GIS技術將會有新的更大的發(fā)展，從而給城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和GIS應用增添新的生命力。
以信息高速公路和計算機寬帶高速網(wǎng)為代表的國家信息基礎設施（NII）的建設、高分辨率衛(wèi)星影像技術的實用化、數(shù)字攝影測量和空間定位技術的發(fā)展以及超大容量、高速數(shù)據(jù)存儲設備的發(fā)展將給城市空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和GIS應用帶來巨大積極效用。
新的數(shù)據(jù)獲取與更新技術的發(fā)展、新數(shù)據(jù)形式的應用、數(shù)據(jù)共享政策及其實施、國家多尺度空間數(shù)據(jù)基礎設施的建設以及數(shù)字地球和數(shù)字城市的建設都將大大改善我國城市空間數(shù)據(jù)的狀況。
GIS技術的一些最新發(fā)展（如WebGIS、OpenGIS、ComGIS、3D GIS、TGIS等）將在城市得到實際應用，從而提高GIS系統(tǒng)應用的水平。
城市GIS將進一步由技術推動轉(zhuǎn)向應用牽引。面向應用將是GIS的生命，GIS與其它技術的集成將成為主流，應用系統(tǒng)的質(zhì)量將穩(wěn)步提高，用戶的意識和行動將更有利于GIS的發(fā)展，應用將向深層次和大眾化兩極發(fā)展。
21世紀我國的城市將會有更大的發(fā)展，城市的發(fā)展將給城市GIS技術帶來新的機遇。城市GIS雖然面臨挑戰(zhàn)，但未來無限光明。由于GIS本身的特點，過去建立起來的城市GIS系統(tǒng)的實際效益在未來幾年將會逐步顯示出來，人們的認識會進一步提高，城市GIS的生命力將愈加旺盛，并將會發(fā)揮應有的、符合其特點的作用，城市GIS也將真正走向產(chǎn)業(yè)化和市場化。
我們應該從現(xiàn)在做起，從踏踏實實的工作做起，政府、用戶、商家和大眾都應放眼未來，通過有效的合作，促進城市GIS的持續(xù)健康發(fā)展。
本文完成過程中，得到了蔡力群高級工程師的幫助，特此致謝。
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