数字城市建设背景与地理信息系统应用

“数字城市”是从“数字地球”这一概念演化而来的，它是城市信息化的战略目标和城市现代化的重要标志。建设“数字城市”，既是城市发展不可逆转的趋势，更是加快城市现代化建设，增强城市综合竞争力的内在要求和必然选择。构建“数字城市”，将会改变人们传统的生产和生活方式，丰富人们的物质文化生活。

1.“数字地球”概念的由来

1998年1月31日，美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表了题为《数字地球：21世纪认识地球的方式（The Digital Earth：Understanding Our Planet in the 21st Century）》的讲演，提出了“数字地球”概念。戈尔指出：我们需要一个“数字地球”，一个可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的、真实地球的三维表示。他还认为，“数字地球”所需要的技术涉及以下几个方面：以建模与数字模拟为特征的计算科学、海量储存技术、高分辨率的卫星图像技术、每秒传送一百万兆比特数据的宽带网络、互操作规范、元数据标准以及卫星图像的自动解译、多源数据的融合和智能代理等。戈尔认为“数字地球”潜在的应用会远远超出我们的想象力，他认为如果看现今主要由工业界和其他一些公共领导机构驱的GIS和遥感数据的应用，就可以从中对“数字地球”的种种可能应用有一个概貌，如指导仿真外交、打击犯罪、保护生态多样性、预报气候变化和提高农业生产率等方面。1998年3月13日，戈尔还在美国麻省理工学院的一次演讲中建议，发射一颗能在电视和因特网上实时反映台风、森林火灾、云图以及其他地球现象的卫星。这项卫星计划被认为是响应戈尔提出的“数字地球”设想的一个具体措施。同年9月又做了“为了健康，建设更美好更舒适的生活小区”（Healthier，More Livable Communities）的报告，进一步推动了“数字化生存”和“智能化住宅与小区”的发展，并很快席卷了全球，为数字城市的发展打下了基础。

2.关于“数字地球”的百家见解

戈尔在1998年1月31日的讲演中认为“数字地球”是一个可以嵌入海量数据的、多分辨率的、真实地球的三维表示。在1998年6月23—24日，陈述彭认为，“数字地球”提出了一个号召，到底这个“数字地球”是什么，可以根据个人的理解去琢磨它。李德仁认为，戈尔比较详尽地阐述了“数字地球”的概念，“数字地球”的概念与空间数据基础设施和空间数据框架基本相同，虽然戈尔提及的“数字地球”也以1M大正分辨率的卫星影像为基础，但是“数字地球”是一个以信息高速公路为基础，以空间数据基础设施为依托的更加广泛的概念。童庆禧认为，“数字地球”是一个全球性的信息综合体系，就是把这些东西都综合起来，形成一个用数字来表达的地球的信息，所以叫信息地球，这种信息用数字来表达，所以叫做“数字地球”。“数字地球”这个词，非常经济地、概括地、科学地表达了大家十分想说的这样一个领域、一个方向：“数字地球”就是把地球搬进实验室和计算机。周成虎认为，“数字地球”包括两个地球概念：一个是我们真实的、即物质的地球；另一个是以政治、军事、经济、文化为主体的抽象地球。“数字地球”有两大技术，即空间技术和数字技术。李琦认为，“数字地球”应该是一个从数字化、数据构模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实，囊括所有这些方方面面的一个领域；“数字地球”是一个开放的、复杂的巨系统。她还提出了“数字地球与绿色发展战略”，分四个专题：①“数字地球”模型与动力学系统研究；②“数字地球”模型模拟；③“数字地球”的神经系统模型和进化机能模拟；④“数字地球”的科学工程。杨崇俊认为“数字地球”是对真实地球及相关现象的统一性的数字化重现与认识；“数字地球”的特点是空间性、数字性和整体性；“数字地球”的组成，至少有一个空间数据、文本数据、操作平台、应用模型；如果从学科方面来看，它应该有理论体系、技术体系、应用体系、工程体系。

综上所述，数字地球的基本概念，可以归纳为以下三个方面：

（1）数字地球指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化与可视化的地球技术系统。

（2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界共同协力参加。实施数字地球计划是社会的行为，需全社会来关心和支持。

（3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展和推动社会经济的进步。

3.数字地球的定义

数字地球是指数字化的地球，更确切地说是指信息化的地球。信息化是指以计算机为核心的数字化、网络化、智能化和可视化的全部过程。数字地球是指以地球作为对象的、以地理坐标为依据，具有多分辨力、海量的和多种数据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多维和动态表达的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的、能为解决复杂生产实践和知识创新、技术开发与理论研究提供实验条件和试验基地、由遥感技术、遥测技术、数据库与地理信息技术、高速计算机网络技术和虚拟技术为核心的技术系统。形象一点地说，数字地球是指整个地球经数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。它代表了当前科技的发展战略目标和方向，是21世纪的重大技术工程，是遥感、遥测、数据库与GIS、全球定位系统、互联网（Internet），万维网（Web）、仿真与虚拟技术等现代科技的高度综合集成和升华，是当今科技发展的制高点。数字地球的核心思想有两点：一是用数字化手段统一处理地球及问题；二是最大限度地利用信息资源。

4.数字地球出现的历史必然性(www.xing528.com)

（1）政治经济背景。冷战结束后，世界的重心由苏美在政治和军事上的全面对峙变为政治多极、市场经济在世界范围内逐步占有主导地位以及经济的全球化。

（2）人类社会的经济形态。由农业经济、工业经济逐步向知识经济过渡，知识经济最大的特点是：不依赖于自然资源，而是以人为本，依托于信息资源。

（3）认知思想背景。人类认识事物的过程，是从数字、文字、文章、文化和从部落、公社、国家这样发展的。信息技术和信息社会又重复这个过程，即数字、文字、图像、图形，从二维到三维；网络应用是从独建独用，到共建共享；人类认识地球的角度和范围从局部、地区、国家，再到一个全球性的“数字地球”的概念。

（4）从学科背景看。地球科学的发展从定性的认识，半定量的描述和分析，到多学科共同协作，各种技术的综合运用来对地球科学的重大事件进行定量和综合研究，数字地球代表这种发展趋势。

（5）从技术背景看。数字地球最直接相关的八个方面（空间对地观测技术、计算机技术、网络技术、通信技术、遥感、GIS、全球定位系统、地学数字技术）发展很快，也逐步与全球化连在一起。

（6）从社会需求看。科技发展、工农业应用、商业经济、军事技术和人民生活等方面对地理信息有了空前巨大的需求。

（7）国家级、地区级和全球性的空间数据基础设施（NSDI，RSDI，GSDI），是数字地球的一个核心，从20世纪90年代初开始已一步一步地向前发展，并已经在世界范围内积累了海量的建立数字地球所需的原始数字化数据和相应的资料，这包括无以数计多种比例尺的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图，所以数字地球反映的核心思想是一种历史的必然。

5.数字地球对百姓的影响

数字地球直接影响到我们的生活。通过虚拟现实技术，我们在家就可以试穿网上时装店里中意的各式时装，试穿效果可以立刻呈现在眼前；如果想买下它，只需轻击一下鼠标或键盘，就有人迅速把订购的衣服送到家来；网上蓬蓬勃勃地开展了很多交互娱乐项目，它给了我们更多的主动性和参与性。“足不出户，可知天下事”，坐在家中，国事、天下事了如指掌，也可以发表自己的观点和意见；数字地球给我们提供的丰富信息，尤其是地理信息，让我们可以方便、轻松地实现我们的旅游愿望，只要想得到的地方，都可以游历到，对它的自然地理状况、人文社会现象等了如指掌；世界各地的图书馆、博物馆、美术馆、艺术画廊和音乐茶座，可以在其中尽情玩赏。方便的信息交流、远程医疗等与我们生活息息相关的事也都变得极其容易了；数字地球直接影响到我们的工作，数字时代的工作将不受时间、地点和空间的限制，是全新的办公模式、管理方式和办公思维；数字地球直接影响到我们的学习，学生通过网络和老师直接交互学习，学生获得了更大的个性发展机会，拥有更多的信息资源，学习的方式也变得多种多样。教学方式有根本性的变化，远程教育使得每个学生都能请到最好的老师。教师的职责将是培养学生的思维、分析、学习能力和传授在数字地球时代获取知识的方法。

21世纪是信息化、网络化、数字化、智能化蓬勃发展、以信息和信息技术为支撑的知识经济的新世纪。运用计算机仿真和虚拟现实技术，将整个城市进行虚拟再现，仿佛置身于真实之中，在身临其境地欣赏城市美丽风光的同时，充分感受到“数字城市”的魅力！