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“数字上海”空间信息基础数据平台建设规划研究

作者:未知 来源:应用文写作网 加入时间:2005-12-29 月光软件站

“数字上海”空间信息基础数据平台建设规划研究  
发布时间: 2003-4-16  作者:佚名  
一、“数字城市”及其应用的现状分析

1、国外“数字城市”基础平台建设的现状分析

1) 空间数据生产、使用的协调和管理

1994年4月13日,美国颁布了12906号总统行政令,实施国家空间数据基础设施(National Spatial Data Infrustructure ,NSDI)计划,正式在美国政府和非政府部门中开展直接协调地理空间数据收集和管理的活动。

英国政府在认识和分析美国NSDI成功和问题的基础上,提出了国家地理空间数据框架(NGDF)发展计划。

澳大利亚联邦空间数据委员会制定了空间数据管理机构与领导机构的权利与责任、联邦公益空间数据转让等政策。

2) 空间数据框架建设

美国FGDC于1995年4月提出了NDGDF实施计划,开始建立包括大地测量控制、数字正射影像、数字高程模型、交通、水文、行政单元以及公用地块地籍数据在内的数据框架。

加拿大Geomatics Canada负责全加拿大国家地形数据库(NTDB),已经完成1:25万地形数据库和南部人口稠密地区的1:5万地形数据库。

欧洲大多数国家版图较小,数字地理空间数据生产基础较好。英国陆军测量局从1970年开始从事数字化制图,已正式向社会提供数字化地图。

法国地理院从1985年起建立1:5万全国地形数据库(BDTOPO),x、y精度为2.5m,z精度为1.0m。

德国内务部原大地测量研究所(IFAG)负责完成全国1:20万DLM和1:100万DKM,各州测量局负责完成1:2.5万DLM和1:2.5万DKM,其地物精度要求为3m。

荷兰于1990年建立了地籍信息(非图形)的联网查询,有2500注册用户,1997年完成全国地籍图数字化。

日本是亚洲地区最早开展地理信息化工作的国家。目前已能向社会提供DEM 数字地图等系列产品。

3) 空间数据标准建设

发达国家的地理信息管理采用国家和地方两级管理体系,在“数字城市”空间数据基础平台的建设中,通常采用自上而下的组织形式,即由中央政府组织相关机构共同推动全国范围统一数据平台的建设。政府在其中主要起到协调政策性事务、组织研究发展、统一数据标准和行业规范等作用。

2、国内“数字城市”基础平台建设的现状分析

我国“十五”计划明确提出:“大力推进国民经济和社会信息化,是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化,发挥后发优势,实现社会生产力的跨越式发展”。作为推进信息化工作的一个重要方面,党和政府的各级领导对“数字地球”给予了高度重视。

1999年11月在首届“数字地球”国际会议上,北京市市长刘淇正式提出了启动“数字北京工程”。2000年初,北京市信息化办公室制定了“‘数字北京’工程总体框架及发展规划”,这份规划对数字北京的概念、内容、目标、重点项目等作了详细的阐述。

山西正处在经济结构调整的重要时期,为加快国民经济和社会信息化,抓住“数字地球”带来的历史性机遇,充分利用现有的信息化基础和优势,确立建设“数字山西”战略目标,建设空间数据基础设施。2000年12月在太原市召开“可持续发展研讨暨空间数据基础设施项目论证会”,通过了《“数字山西”空间数据基础设施项目建议书》及其总体设计方案。

2001年2月陕西省第九届人民代表大会第四次会议审议通过的《陕西省国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》明确提出,要加强基础测绘工作,基本建成“数字陕西”地理空间基础框架。

《福建省国民经济和社会发展“十五”计划纲要》把建设“数字福建”作为“十五”的重点建设项目,并成立了以省长习近平为组长的“数字福建”建设领导小组。

湖南省发展计划委员会于2000年11月,在长沙召开了“数字湖南”框架工程专家论证会,与会专家和代表提出将“数字湖南”基础框架工程纳入省国民经济和社会发展“十五”计划,以利尽快实施。

吉林省计委于2001年4月邀请国内30位专家、学者在长春就“数字吉林”建设问题召开了研讨论证会,专家一致建议政府尽快立项实施。

海南省、湖北省、浙江省、河南省、重庆市、厦门市等地区也通过了数字区域的论证,开展了“数字区域”、“数字城市”空间信息基础设施建设。

3、上海在国内外“数字城市”建设中所处的水平综述

1)上海在“数字城市”领域中相关工作的现状

形成了全国领先的信息化基础设施规模和能力;完成了所有基本比例尺地形图的数字化;进行了城市遥感影像系统应用;探索了数据共享机制和应用标准;开发了多领域的地理信息应用系统。

2)上海在 “数字地球”、“数字城市”领域中的优势和差距

主要优势:一是城市信息化基础设施的规模和能力处于全国领先的地位。二是信息技术普及程度比较高。三是具备比较优厚的经济基础和综合实力。四是具有丰富的人才和技术资源。

主要差距:一是作为“数字城市”核心技术的地理信息系统应用面过窄。二是信息共享困难、行业基础数据库之间互访性差。三是具有“上海特点”的自主技术研发实力尚不突出。

 

二、“数字上海”空间信息基础数据平台的界定

1、关于“数字城市”概念的定义

广义“数字城市”概念:“数字城市”即城市信息化,涉及到城市信息化建设的方方面面,不仅包括各种信息化基础设施的建设,还将涉及信息化过程中所产生的社会经济关系和文化伦理观念的变化与调整。

狭义“数字城市”概念:“数字城市”工程是指利用“数字城市”概念,基于地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统RS等关键技术,深入开发和应用空间信息资源,建设服务于城市规划、建设和管理,服务于政府、企业、公众,服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和应用体系。其本质就是建设空间信息基础设施并在此基础上深度开发、整合、应用、交流和共享城市的各种信息资源。

2、关于“数字上海”空间信息基础数据平台研究范围的界定

1) “数字上海”空间信息基础数据平台的定义

“数字上海”空间信息基础数据平台,是指在上海开展信息化进程中,用以满足各个行业进行与地理空间相关信息的采集、应用、交互、共享,并能提供标准参照数据及运行环境的集合。

2)“数字上海”空间信息基础数据平台的主要内容

“数字上海”空间信息基础数据平台所涉及的基础设施,主要将借助于上海城市信息化基础设施,因此,未列为本课题研究的内容。根据在地理信息系统、遥感信息系统等方面的应用实践。

 

三、空间信息基础数据平台在

“数字上海”中的关系和地位

“数字上海”所涉及的内容、覆盖的领域及对信息交互、共享的要求,比起现有任何信息应用系统都有过之而无不及。空间信息基础数据平台作为“数字上海”的核心数据内容,同其它部分的关系可用下图来描述:


 图中:信息化基础设施就是构架宽带、多媒体信息网络的硬件环境。上海信息网络硬件环境是上海地区信息化公共基础设施,是各类信息应用所依赖的基础运行环境,也是支撑“数字上海”空间信息基础数据平台的基础设施。支撑软件主要包括网络操作系统、开发工具、专业软件等,这里的开发工具和专业软件都与所运行的信息系统有关,相对于其他现有的应用系统,“数字上海”空间信息基础数据平台有其特殊的要求,如地理信息系统、遥感信息系统、分布式数据库系统等。空间信息基础数据是构筑在信息化基础设施、支撑软件环境之上的空间框架性基础数据,它主要包括多种比例尺的数字化地形图、数字化遥感影像图、城市基本地理统计单元、行政区划图以及反映人口状况等数据,是“数字上海”的核心内容之一。政府、企业、公众等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,就应用对象来看可分为两大类,一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、规划管理系统等,以及要求与地理位置相关的其他信息系统;二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。空间信息基础数据平台在“数字上海”建设中的作用和地位主要表现在3个方面:

(1) 空间信息基础数据平台是数字城市的空间参照体系,作为定位参考基准,可供各类用户添加其他与空间位置有关的专题信息。更由于平台是一个统一的、独立的、开放的运行系统,能为各类城市应用系统提供所需的公共基础信息,因此,它是实现全市空间信息共享的地理空间框架公共平台。

(2)以平台中空间基础数据为背景建立的各类专业信息应用系统,在地理位置上不会存在人为的差异,因此,它是行业、专业间应用系统进行数据交换的具有高效率、高精度特点的公共的交换平台,可成为全市基于空间框架的信息交换枢纽。

(3)由于空间基础数据平台既具有“数字上海”的空间地理参照体系,又包含了与城市空间地理相关的基础数据,因此,建立在这同一基础数据源之上的各类专业应用系统,在进行相关的专业统计分析时,其结果将比较公正,可比性也较强,信息的应用价值也会由此得到提高。

如今,上海信息化基础设施的建设已经取得了很大成绩,面向公众的社会信息服务的“中国上海”门户网站已经建成并投入使用,连接上海市各级政府机关的公务网络工程也在建设中,应该说,在硬件设施、网络环境上的建设已经走在了全国的前面。另一方面,经过“八五”和“九五”,管理部门、企事业机构也相继建成了一批具有GIS和RS特点的应用系统,推进了全市信息化、数字化的发展。上海已到了需要建立一个全市统一的空间信息基础数据平台,来解决公共数据重复建设、行业间数据不能交互、共享这一当前突出问题的关键时刻,我们认为,加紧建立地理空间框架性基础数据平台,是“数字上海”的重要核心内容,是全面启动“数字上海”的突破口。有了这个数据平台,信息化应用能力必然会获得大幅度的提升,“数字上海”才会真正深入到政府、企业、公众的日常工作和生活中,更好地为其服务。

 

四、“数字上海”空间信息基础数据平台

建设的目标和指导原则

从进一步提高上海城市信息化水平来实现跨世纪发展的大目标出发,提出实施“数字上海” 空间信息基础数据平台建设的目标和原则。

1、“数字上海”空间信息基础数据平台建设的基本目标

作为上海城市信息化重要组成部分的“数字上海”空间信息基础数据平台,要建成一个“信息内容丰富、更新维护及时、共享交换便捷”的公共基础平台,这个平台将是支撑上海各类管理信息系统的公共服务平台。

“信息内容丰富” 是指该平台数据丰富,具有较强的信息承载能力。

“更新维护及时” 是指平台的信息资源具有明确的时效范围、切实的更新、维护周期,以保证其现势意义。

“共享交换便捷” 是指数据的共享和交换简单易行。平台具有丰富的应用功能、友好的人机界面和有效的提交、分发服务。

2、“数字上海”空间信息基础数据平台建设的指导原则

遵循国家空间信息基础设施建设“加强统筹规划,促进综合利用,避免盲目发展”的指导思想,“数字上海”空间信息基础数据平台的建设的指导原则是“统一、通用、科学、标准、共享”。

“统一” 就是必须在统一领导的前提下,以政府主导来规划、实施、推进,避免低水平盲目重复开发,提高运行环境、信息资源等方面的综合利用率。

“通用” 就是在建设、运行、应用“数字上海”空间信息基础数据平台中,尽可能采用比较常用的、普通的操作系统、工具软件,促进成熟技术的普及应用,同时坚持不断创新,开发通用性强的技术,以满足不同需求。

“科学” 就是面对空间技术、信息技术的快速发展和应用领域的不断扩大的趋势,平台的建设要适应可持续发展的要求,与上海的经济建设和信息产业的发展保持同步。

“标准” 就是在国内外已有标准、规范的基础上,兼顾各种数据格式和技术特征,建立“数字上海”空间信息数据格式、编码、协议等标准体系。

“共享” 就是在标准体系框架的条件下,实现不同系统的数据交换、共享和各项功能的使用。

 

五、“数字上海”空间信息基础数据平台

建设的主要任务

根据“数字上海”空间信息基础数据平台的建设目标,着眼基础数据平台的共享应用,提出如图所示的“数字上海”空间信息基础数据平台框架模型和由此构成的主要建设任务。整个框架由四个部分组成:空间数据交换网络、空间数据框架、空间数据服务体系及空间数据平台运行环境(标准、政策、法规等)。


 1、 空间信息基础数据框架建设

空间信息基础数据框架是“数字上海”空间信息数据基础平台的核心。空间信息基础数据框架包括地理空间基础数据和专题基础数据,对每一种数据又可以是多比例尺和多时相。

地理空间基础数据是具有普遍应用意义的基础数据,美国对地理空间数据的应用研究结果表明:大多数用户所需要的基础空间数据有7种,即大地测量控制、正射影像、数字高程交通、水文、行政单元和地籍数据。

大地测量控制数据--大地测量控制点坐标是获得其它地理特征的精确空间位置的基础,大地测量控制数据包括大地测量控制点的名称、标识码、经纬度和高程。

数字正射影像数据--经过几何校正和正射处理后的数字遥感影像(包括航空和航天影像),数字正射影像是信息提取和制作影像地图的基础。

高程数据--包括陆地高程数据和水深数据。

交通数据--包括各级公路、铁路、水运中心线、机场、港口、桥梁和隧道。

水文数据--包括河流、湖泊和海岸线数据。

行政单元--包括国家、省和县以及乡的行政边界和代码。

地籍数据--土地利用、地籍管理数据。

应用部门在地理空间数据基础上开发专业信息,附加和编辑属性信息。一个部门可以把本部门专题基础数据提供给平台,作为平台的一个专题基础信息,还可从平台中获得其它部门提供的专题基础信息。专题基础数据将包括城市规划数据、环保数据、市政建设数据、人口数据等。

空间信息基础数据平台是建立在分布式网络基础上,空间信息基础数据交换网络把各机构的地理空间数据库连接成松耦合系统,即在物理上是分散的,而在逻辑上是一个整体。空间信息基础数据可以在网络中心节点存储,而各种专题数据可以在远程节点存储,如城市规划数据存放在规划局,环保数据存放在环保局,市政建设数据存放在市政局等,各节点地理空间信息的融合是以共同的几何参照系统、数据模型和标准接口为基础的(图)。


 “数字上海”空间信息基础数据基础平台近期将重点建立:上海地形框架要素库、1:5万数字化遥感信息库、上海行政区划图库、数字化城市基本地理统计单元信息、人口统计分布信息。

2、 空间信息基础数据交换网络建设

空间信息基础数据交换网络是“数字上海”空间信息数据基础平台的物质基础,它由客户端、通信网络和服务器节点组成,是一个由网络上服务器组成的、连接地理空间数据生产者、管理者和用户的、非集中的分布式网络数据系统。

上海已经建成的ATM宽带信息主干网和骨干网络由8个核心节点、90个边缘节点组成的宽带、高速ATM+IP城域网,覆盖全市90%以上的大楼和小区,已具备“千兆到社区、百兆到大楼、十兆到用户”的服务能力,国际出口带宽从几十兆提高到1000兆以上,国内出口带宽已形成两个2500兆的高速通道,实现了大量信息资源的同城异构交互,由此形成了一个在国际也称得上先进的宽带、高速率、大容量的信息网网络平台。上海互联网交换中心(SHNAP)实现了各类ISP和ICP的本地交换,并采用动态路由战略消除了网络传输瓶颈,大大提高了资源的使用效率,为“数字上海”提供了良好的网络环境。此外,作为我国商用计算速度最快的神威计算机在上海超级计算中心的应用更是为“数字上海”提供了更为便利的条件。最近,上海市公务网正在紧张实施,主干千兆、局端百兆、桌面十兆的网络能力,将是空间信息基础数据交换网络的又一途径。我们认为“数字上海”的建设应当而且必须利用上海现有的网络资源,并在此基础上建立具有大容量存储、强交换能力的“数字上海”空间信息基础数据交互中心(IDC),提高数据的互访性和共享性。同时,应研究如何充分发挥超级计算机在“数字上海”建设过程中海量数据的处理过程的作用。

3、空间信息基础数据服务体系建设

空间信息基础数据的服务体系包括:空间数据协调管理、更新与应用保障、提交与处理服务。空间数据服务体系需要设立专门的机构来执行。

空间信息基础数据的协调包括:建立空间数据框架开发的计划、建立优先次序、开发协议和应用实践、协调数据访问方法、标准上的一致性以及提供拓展和教育。空间数据管理是为了保证框架数据的可靠性、完整性和安全性;因此,需要开发和演进数据的定义、设计模型以及其它的技术规范,提供数据档案、备份、检索和灾害恢复。

空间框架基础数据需要保持数据的现势性。数据的更新一般是由数据提供者来完成,但空间数据服务机构要根据城市的实际情况和有效需求确定数据更新的周期,更新的方法(必要时也可以组织力量采集),最终建立起合理、健全、符合市场经济规则的数据更新机制,并对数据生产进行监理和督促。

空间信息基础数据的服务包括:地理空间领域的访问服务、地理空间坐标转换服务、地理注记服务、图像操作处理服务、地理特征操作处理服务、图像开发服务、地理特征分析服务、特征综合服务、影像地图生成服务、地理信息提取服务、图像解析服务等。

空间信息基础数据平台的服务体系如图所示。


 4、空间信息基础数据运行环境

空间信息基础数据运行软环境包括:标准、政策、法规等,是“数字上海” 空间信息基础数据平台运作的外部保障。

1)标准

空间信息基础数据标准的制订有利于实现空间数据的共享和互操作,在“数字上海”空间信息数据基础平台建设中,需要调研已有的和正在制定的与城市空间信息基础数据平台有关的国家标准、行业标准、地方标准以及国际标准。作为“数字上海”的空间信息基础数据平台标准,目前主要内容应包括地理要素分类系统和编码、数据格式、空间坐标系统、元数据等。

(1)地理要素分类系统和编码标准, 国家测绘局以及其它相关部门建立并已发布实施的分类系统与编码标准包括:GB 12409-90 《地理格网》、GB 14804-93 《1:500、1:1000、1:2000地形要素分类与代码》、GB 2260-1995 《中华人民共和国行政区划代码》、GBJ 137-90 《城市用地分类与规划建设用地标准》、GB/T 16831-1997 《地理点位置纬度、经度和高度的标准表示方法》、GB/T 13923-92 《国土基础信息数据分类与代码》、GB/T 14395-93 《城市地理要素-城市道路、道路交叉口、街坊、市政工程管线编码结构规则》等等。上海市也根据城市地理要素编码的国家标准编制了全市道路和街坊的编码。建议近期尽快制定、发布“上海城市地理信息系统标准编码体系结构”、“上海城市地理信息系统行业分类编码标准”等文件。

(2)数据格式标准,就“数字上海”空间信息基础数据平台来讲,涉及的数据类型、格式有许多种,最主要的是关于地理空间框架的图形和属性数据,而图形数据是其中的关键。目前上海常用的地理空间图形数据的类型和格式如:ESRI公司的Coverage和Shapefile、Intergraph公司的DGN、Autodesk 公司的DWG/DXF,可以作为“数字上海”空间信息基础数据中图形数据的标准格式。由于不同的GIS软件往往都不能直接操纵其它GIS软件的数据,从实现地理空间基础数据共享出发,数据格式可以通过三种方式:数据格式转换、制定空间互操作协议、建立地理空间基础数据共享平台来实现图形数据格式标准的一致。

数据格式转换。为了规范和统一起见,许多国家和行业部门制定了自己的数据格式和文件交换标准,要求在一个国家或一个部门采用公共的数据交换格式。空间数据格式转换需要耗费大量人力物力,据统计,发达国家GIS空间数据转换的费用已达30%,即使如此,通过数据转换还是难以做到空间数据的实时更新,保持数据的一致性。建议近期尽快组织制定基于基础数据平台的图形、影像、文字、数字等数据的数据格式标准文件及实施办法。

建立开放性空间数据互操作协议(OGIS)。它的主要目的是制定出一套各方能接受的空间数据操纵函数API。遵循这一标准,各厂商提供一个与这一API函数一致的驱动软件,不同的软件就可以操纵对方的数据,这种协议类似于关系数据库的ODBC。如Intergraph公司推出的GeoMedia可以直接调用ARC/INFO的数据。 虽然这种方式比数据转换方式方便得多,但也存在一些问题。一是由于各种GIS软件存储的空间信息不尽相同,所定义API函数提供的信息可能是最小的;二是各种软件之间虽然可以相互操纵数据,但各个软件都是以它自己的方式进行管理,这样仍然会出现数据的不一致性和影响现势性的问题。建议组织有关管理部门尽快研究制定基于共享的包括方式、协议等内容的数据交换规范性指导文件和实施办法。

建立地理空间基础数据共享平台。即采用Client/Server体系结构,所有的数据都存在Server上,各个应用软件都是一个Client端的程序,通过这一平台向Server中存、取数据。这种结构的优点是:任何一个应用系统所做的数据更新都能及时地反映在数据库中,避免了数据的不一致性问题。这种方式目前实现起来比较困难。只有发展到底层的Server绝对优于其它系统,而这一Server又管理着大量的基础地理数据时才有可能做到共享平台。

(3)空间坐标系统标准,地球上的任何一点都有其相应的空间坐标。空间坐标有两种,一是大地坐标(也称地理坐标),用经纬度坐标进行定位;二是投影坐标,即地球表面上的点投影到平面后的直角坐标(X、Y)。一个国家或地区在建立大地坐标系时,为使地球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面,往往需要选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据,并进行椭球的定位和定向。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。美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系统(World Geodetic System,WGS-84),目前GPS定位所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。工程中实用的大多是国家坐标系,因此要建立WGS-84和国家坐标系之间的转换模型,目前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,进而得到国家坐标系成果。

在我国,地形图系列的比例尺为1:100万、1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5万、1:1万,城市图(及地籍图)系列比例尺为1:500至1:5000。其中大于1:5000的可视情况采用城市局域平面投影(矩形分幅)或城市局部坐标系的高斯-克吕格投影,1:1万至1:50万均采用全球统一分带的高斯-克吕格投影,1:100万地图则采用了与国际1:100万地图相一致的正轴等角割圆锥投影(Lambert投影)。

美国数字制图数据标准特别工作组(DCDSTF)于1988年发表的《美国国家数字制图数据标准》中规定,美国的各种地理信息系统和数字制图系统所允许的地理定位系统是在美国应用最广泛的三种系统中的任何一种:经纬度坐标系统、通用横轴墨卡托投影(即UTM投影)系统和州平面坐标系统(SPCS)。不同于地理坐标系统和UTM投影坐标系统,州平面坐标系统属于区域坐标系统,美国的50个州各自都拥有自己的一个或多个州平面坐标系统。

建议:经纬度坐标系统、高斯-克吕格投影坐标系统和上海地方平面坐标系统均为“数字上海” 空间信息基础数据平台的标准坐标系统,以上海地方平面坐标系统作为平台应用主要的坐标系统,其他坐标系统与上海地方平面坐标系统的转换由平台统一处理。

2)政策

为了更好地实现地理信息共享,必须建立相关的政策,大致需以下几种类型:

(1)鼓励提供地理信息并保护数据拥有者数据拥有权的政策;

(2)确保元数据集信息完整性和精确性的政策;

(3)避免数据重新采集、处理以减少数据维护费用的政策;

(4)有效划分信息共享权利和数据获取者合理权益的政策;

(5)制定有偿信息价格的政策;

(6)促进数据的可使用性和改进数据质量的政策;

(7)提供信息获取能力和改进信息查询性能的政策;

(8)促进数据拥有者和数据获取者之间协调的政策;

(9)其他。

3)法规

作为上海城市信息化的重要组成部分的空间信息基础数据平台,在积极推进应用的同时必然会遇到涉及法律方面各种各样的问题,如:计算机犯罪、软件和数据的版权、网络法律等。这些问题一般都可以参照有关计算机、信息等方面的法律条款,但与通常的信息系统、数据相比,空间信息基础数据有其特殊性。

(1)数据版权。与一般的数据相比,地理空间数据可以有多种获得途径,包括纸质地图数字化、遥感图像解译、测量仪器以及现有数据的模型运算等都可以生成新的空间数据;数据处理的复杂程度也有很大差别,既有简单的坐标变换,又有复杂的专业模型运算;空间数据的应用可以在教学、科研、商业、公共服务、管理等多个领域。因此,在制订空间数据版权保护的法规时,需要综合考虑上述因素。

(2)数据保密。对于空间信息基础数据的保密有两种类型,一是信息本身,如有些比例尺的地形图、有些遥感中的影象图等国家已有明确的密级规定,必须遵守。随着技术手段的提高,获取空间信息的内容、精度等都可能变化,已有的保密法规也需作相应的调整和完善。二是信息操作,如空间信息上网进行交换、共享是必然趋势,但在具体操作过程中应有配套的法规加以保障,否则信息在传输、交换、共享过程中的失密现象将堵不胜堵。对此需要法律专家和地理信息领域方面专家共同努力来制订。

对于标准、政策、法规应该采取:凡是国家已有相应标准、政策、法规的,一律贯彻国家的;凡已列入国家有关标准、政策、法规制定规划的,不再另行制定,急需情况下可先提出有关过渡性文件;对于标准凡是需要制定但一时未纳入制定规划的标准(含规范、指南、约定等),若有相应的国际标准,则应按国家“酌情选用等同、等效、参照三种级别中的一种方式进行制定”的规定办,若无相应的国际标准,则在可能的情况下,参照类似的国外先进标准制定,制定中必须遵守GB/T1.x系列《标准化工作导则》的具体规定。根据上海的实际情况,建议有关管理部门可先制定一些地方性规章,如“空间信息基础数据平台的应用办法”、“关于空间信息基础数据平台共享的若干规定”、“关于实施空间信息基础数据平台的若干意见”等文件。

5、空间信息基础数据平台的应用趋向

根据空间信息基础数据平台所包含的内容、运行环境,其应用趋向可由以下几个方面来体现:

1)成为城市其他信息平台和专业信息系统建设的共享平台。
目前,上海市许多部门都在建设信息系统,其中,大多数系统都以上海地理空间为背景和参照。由于空间信息基础数据平台包含了上海地理空间框架数据,因此,使这些系统能直接在此地理空间框架数据的基础上进行开发、应用,避免了系统开发过程中数据采集重复,从而可大幅度减少系统开发的成本,也避免了因系统中信息定位不一致,造成各应用系统的数据不能相互调用。特别是一些综合性的分析应用,如商业网点合理性布局分析;人口、居住与城市交通设施能力的相关分析;城市基础设施资源的合理配置和科学管理;巡警、银行运钞、公交、出租等车辆动态调度系统及用于城市地面沉降监测、精确定位等GPS应用,更能体现空间信息基础数据平台所具备的共享性优势。

2)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
人类活动所涉及到的信息80% 以上是与空间分布有关。“数字上海”空间信息基础数据平台将依托城市宽带网络提供空间信息网络查询、交换和互操作等服务,政府部门、企业及社会公众既可以从空间信息基础数据平台中获得他们所需的多要素、多层次、多时态的空间信息,也可以向需要的用户提供自身所具有的数据信息。在进行数据交换时,不必连同背景信息一起传输,只要进行相关数据的从传输,就能使接受方直接进行数据的迭加或融入自己的应用系统中,从而可提高网络的运行效率,并产生积极的社会效益和经济效益。尤其在城市建设和管理领域中规划、市政、环保、环卫、房地资源、城市绿化、水务、公共交通、煤气等行业间的数据交换将很频繁,效益将更显著。

3)为城市规划、建设和管理提供决策支持

在城市规划、建设和管理中,经常需要对各种数据进行综合分析,如重大工程的建设、城市交通监察管理、城市防灾救灾等综合类应用,要分析区域性的自然、经济、环境等数据,并进行预测和评价。空间信息基础数据平台不仅是各种空间数据的集合,同时还提供空间数据的集成、融合和处理服务。基于平台建立的各种基础数据和数据处理模型及各类应用系统,将成为城市规划、建设和管理决策中最有力的支持。

 

六、“数字上海”空间信息基础数据平台

分阶段建设的实施步骤

结合上海“十五”期间全面推进城市信息化建设的总体目标,平台建设将按“突出重点、有序推进”的策略,分三阶段进行。

1、第一阶段:建设“数字上海”空间信息基础数据平台的空间信息基础数据库

(1)建立上海地形框架要素库和1:5万遥感影像数据可叠合的基础数据库。

(2)初步制定并试行“数字上海”空间信息基础数据库管理、分发、使用若干办法。

(3)选择一到二个示范区域进行“数字上海” 空间信息基础数据库应用的试点工作。

2、第二阶段:基本建成和实现“数字上海”空间信息基础数据平台的网络交换及其共享功能。

(1)以“数字上海”空间信息基础数据库为核心,增加人口、绿地、环境、城市基础设施、土地利用等基础信息,逐步完善“数字上海”空间信息基础数据平台。

(2)制定基础数据平台数据交换、资源共享、网络通信、质量控制等标准和规范,实现行业间基础信息共享,建立行业间数据交换的标准和操作规范。

(3)确定“数字上海”空间信息基础数据平台基础数据维护机制和数据现势性要求,筹建空间信息应用行业协会,探索并筹建“数字上海”空间信息基础数据平台运作机构。

3、第三阶段:使“数字上海”空间信息基础数据平台成为支撑各类城市管理信息系统的基础,并为社会各行各业服务,推进上海信息化进程。

(1)组建“数字上海”空间信息基础数据平台运作机构,探索市场化运作的方式。

(2)探索、建立“数字上海”空间信息基础数据平台基础数据市场化维护机制,制定数据现势性的指标,扩充、完善“数字上海”空间信息基础数据平台基础数据类型和内容。

(3)增强“数字上海”空间信息基础数据平台信息处理能力,通过信息加工实现增值,促进地理空间信息服务、咨询产业。

 

七、“数字上海”空间信息基础数据平台

建设所涉及的关键技术

1、海量数据的处理技术

“数字上海”空间信息基础数据平台的数据是多时相动态数据,包含着网络环境下数以万计的数据,处理技术包括数据压缩、存储、检索、备份、转换等。“数字上海”空间信息基础数据平台建设应采用一种有效的系统安全和数据安全策略,主要包括下列三个方面:

1)海量数据压缩方法:主要针对大容量影像数据的高效压缩,要求具有压缩比大、速度快、失真小的特点。

2)海量数据快速检索方法:海量数据必须有先进快速的检索和数据提取方法,这是海量数据有效应用的前提。目前基于MrSID、ER Map等影像数据的压缩检索技术具有先进的水平。

3)数据的安全存储、管理和备份技术:海量数据的管理是涉及系统平台稳定运行的关键,必须具有安全、可靠的存储、备份技术。

2、元数据库建设和元数据发布

元数据是关于数据的数据。在地理空间数据中,元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息,可用于包括数据文档建立、数据发布、数据浏览、数据转换等。根据地理空间信息系统应用特点,元数据库建设应针对基础数据平台包含的空间信息基础资料,建立详细的数据背景、内容、质量、状态等档案资料,元数据的动态维护与基础数据的动态维护保持同步。元数据库建设内容可包括元数据内容定义、元数据动态维护机制、元数据发布规则三个方面。

3、空间信息基础数据平台的可视化应用技术

“数字上海”空间信息基础数据平台必须在具备空间数据互操作标准化的基础上,建立可视化应用环境,充分利用现有的软、硬件成熟技术来集成、显示、分析、输出空间信息基础数据。当前需要研究的可视化技术主要有:

(1)矢量数据动态符号可视化技术;

(2)影像数据动态缩放、检索、叠加、像元分析计算显示技术;

(3)三维(包括DEM和建筑模型等)或四维数据叠加显示、模拟显示分析技术;

4、空间数据互操作标准化技术

空间数据互操作就是确定基于数据获取、数据递交、网络支持等技术标准,对多种信息源(跟踪矢量化数据、扫描栅格化数据、遥感栅格图像及GPS数据等)、不同比例尺空间数据及不同的投影方式、不规则空间图形,在平台中复合显示、叠加查询等操作规范,主要工作在于确定使用统一的协议,保持信息不丢失的前提下,具有从一个系统到另一个系统的信息交换并实现不同应用系统(包括软、硬件)之间动态地相互调用的能力。

1)基于单位或个人用于内部应用或管理系统开发的应用。与基础数据平台进行数据交换,包括不同系统间基础空间矢量数据的图形基本要素支持和转换、属性数据的有效转换、影像数据格式的转换、三维(包括DEM和建筑模型等)的支持和转换等,平台可提供市场上通用的GIS格式数据。这种模式下的互操作仅仅涉及数据库的格式转换,应做到系统数据达到无损或尽量减小数据失真,所有数据空间参考坐标系统采用平台的空间坐标系统,便于今后数据库的更新维护和管理。

2)基于利用城域网资源建立Intranet的多部门或单位多源数据的共享和应用开发。这种模式适用于政府和企事业单位范围内虚拟专用网的应用,提供的数据应属于内部资源,要在严格的数据保密安全控制之下进行互操作。数据的安全保密和有效访问权限设置是必要条件,并还需要建立有效的用户管理机制和认证系统,防止非法用户访问内部数据资源。同时建立在Intranet上的空间数据互操作,是利用WebGIS技术来达到多源数据的共享和应用目的,因此还必须有相应的公共数据接口和数据结构协议和防病毒安全措施。

3)基于面向公众和社会开放式浏览的多源数据应用开发。适用于在互联网上面向公众和社会化浏览可公开的数据资源,主要应用WebGIS技术。这种模式也必须保证数据和系统的安全,特别是源数据库和WEB数据库应严格的物理分开。对于公开的数据资源必须要有相应安全措施和数据备份要求,由于是Web方式的数据访问,还应对信息内容的数据量、网上访问速度、表现形式有一定限制。

5、基于现行的城域网资源实现“数字上海”基础数据网络通讯的安全技术。

“数字上海”将充分利用上海的城域网资源,在一定范围、以多种形式构建专用网络系统,从技术上主要考虑分布式操作及跨平台应用时,多源数据间互操作过程中的信息安全和完整性问题。空间信息基础数据网络交换的安全技术,应根据基础数据平台运行的实际情况和技术要求,可采用多种安全技术结合的方式来实现,主要包括:

(1)防火墙技术,包括硬件和软件放火墙技术;

(2)数据加密技术;

(3)用户认证技术;

“数字上海”涉及的关键技术中,有些是平台的建设者必须通过自己的努力来解决。有些是可以通过业界提供的产品、技术来解决,对此应及时跟踪最新的技术和产品或解决方案。还有一些则需要通过产、学、研的攻关来解决。建议:在“数字上海”空间信息基础数据平台的建设中,能用成熟技术和产品的尽量采用成熟技术和产品,同时采取引进消化国际先进技术与自主创新相结合的策略。

 

八、关于组建空间信息建设和共享的协调及

应用的机构设想

为使空间信息基础数据平台顺利发挥作用,有效承载起“数字上海”各类应用数据,在设想机构设置时,应考虑建立“政府监管、行业自律、实体运作”三者的关系。就现状而言,政府是最大的信息资源的权属所有者,绝大多数信息资源来自政府机关及其管理部门,信息系统最主要的应用对象也是政府管理部门,因此,政府及管理部门的监管力度将直接影响到空间信息基础数据平台的发展与推进。世界各国为实现信息共享都成立了专门的组织机构,并且多数以政府授权委员会、中心、协调局等特设机构形式,负责空间数据采集、管理、发布等事项。为保证上海空间信息建设和共享的顺利实现,也应建立相应的空间信息共享管理机构,以保证协调工作的顺利进行,并建立相应的组织体系。结合国家及上海的实际情况提出下列设想:

1、组建“上海市地理空间信息协调管理办公室”

组建具有政府管理职能的“上海市地理空间信息协调管理办公室”(以下简称“协调管理办公室”),业务范畴上与“国家地理空间信息协调委员会”相衔接,职能上统筹“数字上海”的规划、建设和应用推进,主要负责:

(1) 制定“数字上海”的长远规划和近期实施计划;

(2) 筹措、管理和使用“数字上海”过程中需国家投入的相关经费;

(3) 负责制定、颁布关于空间信息基础数据平台建设、应用的有关规定和政策;

(4) 协调解决建设、维护、共享、应用中出现的困难和问题;

(5) 推进“数字上海”空间信息基础数据平台面向社会的应用、更新机制的建立和发展。

政府的监管行为主要体现在制定投资、定价、产权保护等方面的政策、措施,通过这些政策措施来调控、规范提供者、使用者在信息共享、交换及应用中的操作行为,既不要让信息在公益、共享的“旗帜”下随意复制、翻版,造成信息资源浪费、数据质量下降、平台的权威性无保障,也不容许数据持有者在利益驱动下,形成部门垄断、数据壁垒及价格高涨,造成数据重复采集、系统重复投资和重复建设的割据局面。

2、组建“上海市地理空间信息应用协会”

“上海地理空间信息应用协会”(以下简称“应用协会”)是在协调管理办公室指导下,由全市各地理空间信息提供、应用单位自愿参加组成。应用协会的工作任务是推进和实施政府发布的有关规定和政策,协助协调管理办公室规范用户在信息交换及共享中的操作行为。具体为:

(1) 组织研究、起草与地理空间信息应用相关的法规、政策文本;

(2) 组织起草、制定和贯彻、推行空间地理信息共享的标准;

(3) 组织解决空间地理信息共享的技术问题,提出解决方案;

(4) 组织会员开展信息与技术协作的交流,推广先进技术;

(5) 组织有关的软硬件厂商、系统应用开发商与用户间技术与需求的交流。

应用协会可以成为政府与企业间的桥梁和纽带,在“数字上海”空间信息基础数据平台的建设和发展中,应用协会可以协助政府部门做好上述政策、措施的普及、研讨、推进等工作,逐步在行业内形成自律、规范的应用氛围。

3、组织建立相应的运作机构。

为保证空间信息基础数据平台健康、持续、有效地发展,应该配备相应的运作实体,暂称之为“基础数据处理中心”。“基础数据处理中心”的目标主体是受协调管理办公室的委托,完成指定的任务,保证基础数据平台内容的现势性和准确性。在相当的时间段内工作经费主要由政府投入,初期主要工作任务是:

(1)数据采集、处理;

(2)数据整合、转换;

(3)数据发布、分发。

“基础数据处理中心”作为一个完整的自我发展的机构,应在完成主要工作目标的前提下,充分利用数据优势,加强同社会各行业的技术联合,进行新的数据产品开发,以逐渐减少国家的投资和扶持。随着“数字上海”空间信息基础数据平台应用的发展,可以考虑数据、信息采集、处理等操作性层面的工作逐步走向社会、走向市场,以形成竞争,从而达到降低平台运行管理成本的目的。

九、关于“数字上海”空间信息基础数据

平台运作机构的设想

 

相对“数字上海”空间信息基础数据平台建设的艰难程度,“数字上海”空间信息基础数据平台的运作将更是有过之而无不及。本课题从现行的运作情况出发,探索平台建成后的运作实体及运作方式。

1、现行运作机制的三个问题

1)对信息资源的权属关系理解的不准确,造成了行业间“壁垒”和信息“孤岛”。较为普遍的是:工作是本单位做的,由此而形成的信息资源自然就是本单位的,只有本单位才拥有对它的开发权和应用权,其他单位、部门、个人要利用这些信息资源,理所当然地要有偿使用。目前信息资源价格体系还不健全,基本上呈无序状态。为了自身利益,信息资源被严密地保护着。这种“孤岛”效应深深地阻碍了信息资源的利用和共享。

2)管理和运作两位一体,造成了政、事(企)不分,职责不明。普遍存在的现象是:对各类信息资源的管理,既未完整体现政府的管理意志,又无适应实际需要的操作办法,基本“听命”于本单位的业务开展习惯。管理和运作合为一体,往往对信息资源的开发、应用、共享缺乏在全局高度上的考虑与规划,无法满足实际应用的多种要求,无法通过市场化的操作来降低运作成本,提高运作效率。

3)信息资源的建设、管理和维护未被作为本单位的“主业”来抓,人、财投入不到位。就现状而言,具有信息资源的机构、单位,往往都有十分明确的本行业、本单位主要业务,一般不会把在其业务过程中所产生信息的采集、维护等工作,像主要业务那样来对待,也不会在人力、财力和精力等方面给予足够的重视。从根本上说,要让上述机构、单位把本单位的信息资源建设、管理和维护作为主要业务来对待也不现实,我们需要专业性的数据、信息开发和维护企业来完成这项工作。

2、“数字上海”空间信息基础数据平台运作需要四个特性和三个要素

“数字上海”空间信息基础数据平台要能持续发展和共享应用,必须具备下述四个特性:

(1)平台所具有的统一、标准的地理空间框架信息决定了它的基础性;

(2)平台所起的基础作用又决定了它的公益性;

(3)平台所包含的内容决定了它的专业性;

(4)作为支撑平台它还应表现出必须具有的权威性。

目前基础平台建设已具备了一定的优势,要保持并扩大这种优势,必须通过自身良好的运作来实现,要在运作中把握三个要素:

1)要保持基础数据平台的内容最新的现势程度。以目前的条件,基础数据平台还做不到“实时”反映,但必须达到它所提供的数据的现势程度和更新速度在上海是最好的,否则就会失去用户和用户的信任,一旦失去了使用者的信任,也就失去它作为基础数据平台的基础性和权威性,更是失去了它的公益性和专业性,最终将失去的是自身的生命力。

2)要适应社会对基础数据平台多样化的服务要求。作为各类城市管理信息系统的支撑和服务平台,基础数据平台所面对的必然是多种类型、多种用途、多种形式的使用对象,其实质是基础数据平台的服务质量。基础数据平台的服务不能是“卖方市场”,应是“买方市场”。良好的服务质量一能增加用户的数量,二能提高用户使用基础数据的水平,三能收集基础数据平台自身建设所需的反馈信息,从而保持基础数据平台应有的特性。

3)要提供简便、规范、畅通的基础数据输入/出手段。在基础数据平台的实际运作中,输入/出是最频繁的操作之一,也是最难处理好的环节。简便易行的操作方式和过程,不仅体现了基础数据平台与使用者之间友好的界面与亲和的接口,也能反映出基础数据平台自身良好的兼容性能和运行功能,使基础数据平台具备与国内、外的相关应用系统或信息平台相互兼容和交流的条件和能力。

3、关于“数字上海”空间信息基础数据平台运作机构的设想:

1)行政事业性机构

在现有的相关单位的基础上组建一个事业性机构,该机构可以隶属于政府主管部门(如市信息办、市建委等)。平台运作所需经费主要依靠政府行政拨款,信息提供的价格由政府有关部门来定,不以赢利为目的,突出信息资源的公益性,类似于一般的“信息中心”这样的单位。其主要职责为:

(1) 负责空间信息基础数据平台自身的运行和维护。

(2) 负责向政府及相关单位提供信息及服务,逐步面向社会服务。

(3) 建立与信息资源持有单位的信息交换渠道和交流方式。

(4) 主要依靠信息资源提供单位来维护、更新基础数据平台的内容。

2)企业性机构(开放式股份制企业或具有投资主体的股份制企业)

以信息资源的维护、应用、升值服务为主营业务(信息资源的权属关系还在政府)的企业型机构,可以是开放式股份制企业,股东主要是数据资源持有单位,每一行业类信息为一股,数据资源持有单位可以随时加入,企业的股东也随之不断扩大。或以某投资主体单位为主组建股份制企业,投资主体单位可以是政府主管部门或由其指定的单位。股东单位或投资主体单位只参加董事会,不参与企业运作,企业是向董事会负责的独立的运作机构,赢利部分目前主要用于空间信息基础数据平台再建设和扩充(由董事会决定)。其主要职责为:

(1)负责空间信息基础数据平台自身的运行和维护。

(2)数据资源的更新维护,除了信息资源持有单位外,采集、更新数据的工作将逐步走向市场化操作。

(3)建立与信息资源持有单位的信息交换渠道和交流方式(买卖数据资源方式)。

(4)负责向政府及相关单位提供信息及服务,在保证空间信息基础数据平台正常运行前提下逐步面向市场提供服务,如:信息增值服务、综合性咨询服务等。

(5) 逐步扩大股东,增加“本金”实力,视条件走上市公司的道路。

3)建立信息产品交易市场

基于信息资源或经“加工”的信息资源也可以视为产品的认识,可以参照其他有形市场的运作模式,建立地理信息系统的信息产品交易市场。从某种角度讲,通过信息产品交易市场的交易,可以促进信息的流通,而且在流通的过程中,使信息资源的持有单位得到利益上的平衡。但这不能代替信息共享的目标,只是提高了信息交流的频度,当然也有利于信息化的推进。建立信息产品交易市场须注意以下有关事情:

(1)应由政府主管部门或行业组建类似金属、建材等交易市场的机构。

(2)由政府主管部门或行业制定信息产品的和交易规则,发布指导性价格,如建筑业的定额等。

(3)由产品的供、需双方根据各自的需求协商信息产品的价格、介质(如:网络、软硬盘等)、使用范围、使用权归属等问题。

(4)应由政府主管部门或行业指定建立产品交易的仲裁机构、质量检测机构等。

 

结 语

当戈尔向听众描绘“数字地球”美好前景时,就提出:“当今,我们同样面临这一问题,一边是对知识的饥渴,一边却是大量的数据闲置在那里未被使用。”其实这也是 “数字上海”所面临和要解决的主要问题,我们的研究也正是沿着这条主线来展开的,研究中提出的诸如地理空间框架、基础数据平台框架模型、数据和技术标准规范、涉及的关键技术、协调及运作机构设想等一些观点,其中有些是我们多年实践的经验或教训,有些则是我们还在摸索过程中的体会,还有一些是我们想望实现的目标。我们力争从上海的实际能力、条件和基础出发,试图来回答这个问题。然而,“数字上海”毕竟是一项复杂和庞大的系统工程,在推进和实施这项工作的过程中,必然会遇到各种问题:如何打破部门壁垒,消除信息孤岛,在统一、标准的基础数据平台上,实现全社会信息资源共享;如何创建相适应的建设机制、投融资机制以及市场竞争机制,形成全社会共建合力;如何充分利用建设“数字上海”的契机,加快推进产业化发展,壮大信息技术和信息服务业的规模,吸纳优秀人才,制定配套政策,营造良好的氛围……。 “数字上海”决不是一朝一夕、一个工程、一项计划就能完成的工作,而是一种真正体现全社会意志的集体行动。

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。我们正在走前人没有走过的路,我们愿和所有致力于“数字上海”的国内外同行、专家、政府工作人员、企业人士、普通市民共同探索如何数字上海,如何通过“数字上海”的实施来发展上海的信息产业,推进上海城市信息化,在新世纪里切实抓住在“数字地球”建设中实现跨越式发展的机遇。

明天,上海人将在数字化环境中生存。

 

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