（建設部綜合勘察研究設計院/建設部遙感制圖中心，北京100007）
摘要： 基于最近在全國部分城市進行的一次調查，本文首先評介了我國城市空間數據和GIS應用的現狀，然后分析了21世紀城市發展對GIS的需求和GIS技術面臨的挑戰，進而介紹了為主動迎接挑戰已經或正在采取的一些行動，最后對未來前景做了初步展望。
關鍵詞： 城市；空間數據；GIS；數字城市

引言
　　最近一個時期以來，數字地球、數字中國和數字城市受到了廣泛的關注。國家有關部門和一些行業學會、協會紛紛組織各種形式的技術交流和政策研討。我們認為，無論是數字地球、數字中國還是數字城市，其核心都是數據和基于數據的服務。這里的數據不僅包括數據的生產和更新，同時也包括數據的管理與分發；而基于數據的服務覆蓋面更廣，它涉及GIS（地理信息系統）及MIS（管理信息系統）、OA（辦公自動化）、AM/FM（自動設備管理）、CAD（計算機輔助設計）和網絡等系統的設計、開發、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。據統計，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%，其中城市建成區面積約為2.1萬km2，約占國土總面積的0.2%。但城市卻創造了約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，高科技產業和很多行業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查，擬簡要評介我國城市空間數據和GIS應用的現狀，分析21世紀城市發展對GIS的需求和GIS技術面臨的挑戰，并介紹為主動迎接挑戰已經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。

現狀

　　為了掌握我國城市空間數據和GIS應用的現狀，在有關部門的組織下，最近我們對全國部分城市的規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查。調查的主要內容包括以下8個方面：
　　1）城市基本情況：包括城市類型，建成區、規劃區及整個市域面積等；
　　2）空間數據基準簡要情況：包括城市控制網的覆蓋面積及包括的范圍，等級控制點的數量及滿足需求狀況，平面與高程控制系統的選擇及使用地方系統的原因等；
　　3）線劃地形圖件情況：包括各種比例尺線劃圖的覆蓋面積、存在形式及現勢性，數字形式圖件所占比例及建立數字地形圖庫情況；
　　4）數字正射影像圖情況：包括數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）數字高程模型（DEM）情況：包括是否建立了DEM格網數據，DEM覆蓋面積、格網大小及高程精度，從數字線劃圖中可否分離提取出DEM數據等；
　　6）管線、地籍、房產、土地利用、規劃等圖件情況：包括圖的種類、比例尺、覆蓋范圍、存在形式及數據庫情況等；
　　7）城市數據與圖件提供部門情況；
　　8）城市GIS應用系統建立情況：包括系統種類，系統使用部門與主管部門，系統建立時間與運行狀況等。
　　在已收回的40份統計表中，共涉及38個城市。按填報部門分類，城市規劃或建設管理部門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的50%、75%和6%。按地區劃分，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據建設和GIS應用方面一般處于前列，該統計也很有意義。下面給出本次調查的結果概要和我們的一些初步分析。
　　（1） 城市空間數據情況
　　就城市空間數據基準而言，2/3以上的城市均采用地方系統作為平面基準，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、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，原因幾乎都是由于歷史沿續。城市基本控制狀況良好，大多數城市現有控制網均可以滿足數據生產的需求。
　　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，覆蓋建成區及部分城市規劃市區，圖的現勢性較好；在1:5000和1:10000中選1種，一般覆蓋整個市域范圍，現勢性則相對差些。數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，城市數字正射影像圖和DEM無論是數量還是種類均少得多。在這些城市中，制作數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，主要用途是城市規劃、土地調查和更新地形圖。僅有約1/8的城市建立了一定范圍的DEM，使用的格網尺寸為5~25m，格網點高程精度為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，其它圖種則參差不齊。這可能與本次調查的對象主要是城市規劃/建設管理部門和城市測繪生產單位有關。
　　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、規劃局、自動化中心和其它部門。
　　（2） 城市GIS系統應用情況
　　本次調查中，統計的城市GIS應用系統（包括已建和正建）總數為84個，不同類型系統所占比例分別為：基礎地理信息30%，地下管線21%，城市規劃管理23%，城市土地管理6%，地籍管理12%，勘察信息管理6%，其它2%。
　　關于系統的運行狀況，我們在調查表中預先設置了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據相比，城市空間數據具有如下特點：比例尺大，分辨率高；內容豐富，信息傳輸效率低；信息老化速度快；數據生產與更新的周期長、費用高；各城市多使用獨立的平面參考系統，造成不同城市的數據參考基準不一致；數據的投資主體是城市政府。
　　應該說，經過最近若干年的努力，我國城市空間數據的生產取得了顯著的成績。大多數城市完成了基本地形測繪，少數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、規劃市區和主要市郊，但管線、地籍及房產等數據的覆蓋范圍尚十分有限。就數據的覆蓋和質量狀況而言，從全國范圍講，沿海城市、中心城市明顯好于內地城市和一般城市。數字式數據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據形式，但數字正射影像數據和DEM數據正日益受到關注。
　　城市空間數據方面存在的問題主要包括：數據種類單調，現勢性差，可用性低；多數城市用于數據生產和更新的資金投入嚴重不足；數據生產和提供的現狀仍然不能滿足應用的需求，數據依然是GIS和其它相關系統建立與服務的“瓶頸”。在城市數據的共享上，一方面，缺乏合適的數據；另一方面，已有數據并沒有得到充分有效的利用，重復性生產時有發生。 
　　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的現狀可以簡單地概括為：發展迅速，成績巨大；問題不少，面臨挑戰。目前，GIS在城市規劃管理、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、城鎮地籍管理以及城市環境保護、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、旅游規劃和城市救災等各個方面都有成功的應用；在國內目前已建立的各種GIS系統中城市系統的數量占絕大多數；城市GIS或GIS相關系統的建設已由過去的“技術驅動”過渡到現在的“應用牽引”；各級主管部門及廣大用戶逐漸成熟，對GIS系統的認識水平不斷提高。可以毫不夸張地說，城市領域是GIS技術在我國成功應用的典范。
　　城市GIS的應用與發展也存在不少問題，主要是：無論是從地區還是從行業上講發展都極不平衡，經濟發達地區遠遠優于經濟欠發達地區，規劃管理和空間基礎信息管理方面的應用優于其它行業的應用；重硬軟件、輕數據和重建立系統、輕實際應用的現象依然存在；系統應用目標定位欠準確，應用的層次較低、效果不佳；缺乏規范化的運作模式，系統建設中經常碰釘子、走彎路、花冤枉錢；相關政策法規和技術標準嚴重滯后；仍然存在著來自系統和開發商的“技術誤導”，GIS的實際效應往往被過分夸大；應用系統的實用性與可操作性差、系統集成水平低；低水平重復性建設現象較多；應用系統五花八門，開發各自為陣，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展，同時也會面臨著嚴峻的挑戰。城市無疑是社會全面發展的關鍵，全世界都面對著難以解決的許多城市問題。城市規劃、建設、管理與服務追求的目標是高起點的規劃、高標準的建設、高效率的管理和高質量的服務。目前，城市規劃、建筑界以及社會、經濟界的許多專家學者和政府官員都在對城市的現狀和發展進行思考和再認識[1~3]。 
　　我國的城市必須走可持續發展的道路，制定城市發展戰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。據估計，人類信息的75%~80%都與地理空間位置有關。顯然，城市發展需要城市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） 城市規劃、建設與管理 
　　我國的城市規劃成就輝煌，但城市規劃的現狀卻并不總是令人滿意；在城市各種基礎設施建設中，事故時有發生；城市建設的市場不規范，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境的動態空間特征。
　　2） 城市化與城市可持續發展
　　我國1999年的城市化水平已經達到30.9%，進入了城市化的快速發展時期。城市化是社會經濟發展的必然趨勢，它將給社會發展帶來新的機遇，從而提高我國的總體國力和現代化水平，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、環境危機、資源危機、耕地浪費、交通堵塞、災害加劇和人居質量惡化等。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） 小城鎮規劃與建設
　　發展小城鎮是我國經濟社會發展的一個大戰略，是實現城市化的必由之路。1998年底，我國已有建制鎮和鄉集鎮近5萬個。小城鎮的規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。諸如小城鎮交通網絡與內部道路配置、給水排水系統規劃、供熱供燃氣規劃、環衛設施與生態環境保護規劃、防災減災規劃、土地與水資源合理利用等都急需包括GIS技術在內的高科技的支撐。
　　4） 城市住宅產業發展
　　發展城市住宅產業是當前的一大熱點。隨著住房制度改革的深入，城市住宅產業將有大的發展，在社區和住宅的規劃設計、建設以及住宅營銷和物業管理等方面住宅產業信息化的需求十分旺盛。
　　5） 城市社會與公眾服務
　　城市信息服務業方興未艾。基于城市空間信息的服務，一方面可為企業提供信息服務，以提高它們在市場經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量與效率。
　　上述這些方面都離不開各種城市空間數據和基于數據服務的支持。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。
　　就城市空間數據尤其是大比例尺空間數據的獲取與提供來說，“快、準、全、廉”應該是追求的目標。這里所說的“快”，指的是數據生產與更新的周期要短，作業效率要高，數據交付應迅速；“準”表示適應用戶需求的數據的空間特征、屬性特征和時間特征應準確，也就是說數據的幾何精度、屬性精度和現勢性要高；“全”反映的是為滿足用戶需求所生產和提供的數據在空間、屬性和時間上要全面、完整。這里有2層含義，一是要保證數據的完整性，二是要體現數據的真3維和時態性。“廉”主要是指經濟性，目前數據的生產經費過低，而數據的銷售價格又偏高，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據正逐步被人們所認識和理解，許多用戶也準備接受這些數據，但這些數據的實際可用性卻面臨挑戰。數字正射影像數據具有一系列的優越性，許多城市也已開始生產大比例尺數字正射影像數據。但由于數字正射影像數據量大，傳輸效率低，最終用戶的使用相當不便，如何尋求高質量的快速有效的壓縮與解壓縮技術對于推動數字正射影像圖的應用至關緊要。此外，3維數據是當前的熱點，也是未來的趨勢，但不同系統間數據的互操作和海量數據的存儲與應用等問題需要有新的發展。
　　為了實現城市空間數據在一個城市、一個地區以至全國范圍內的共享，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。3D GIS、TGIS（時態GIS）以及WebGIS等技術必須與其最終服務目標統一起來才能真正發揮作用，過分追求技術的先進性可能會犧牲系統的實用性與可操作性，最終也將降低系統的生命力。各種系統之間如何真正實現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、政策和經濟方面的因素也是不容忽視的。

行動

　　面對上述挑戰，政府有關部門和一些企業已經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據發展和GIS技術應用方面做了大量工作。1998年，建設部規劃司等提出了城市空間數據發展的舉措[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將影像圖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的分離；改進管理，利用行政手段促進數據開放，結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圖的更新結合起來等。
　　在1997年召開的全國城市規劃行業新技術應用經驗交流會上，建設部規劃司也提出了城市規劃GIS的發展目標[7]，其中至2000年的近期目標是：在大城市，普及數字化成圖技術；有條件的城市，要建立基礎圖形數據庫，并開始對外提供數字化地圖；部分城市在建立綜合規劃信息系統上有一定突破，并投入正式運行。到2010年的遠期目標是：多數大中城市完成城市規劃地理信息系統的建設，大部分投入實際運行。
　　最近，建設部計劃在全國范圍內啟動“城市規劃、建設、管理與服務的數字化工程”項目。該項目的總體目標是：建設適合我國城市規劃、建設與管理實踐的數字化系統，實現全國范圍內城市規劃、建設與管理工作的信息共享和業務應用，大力提高城市的信息化水平和城市管理的現代化水平；為國家及各級行政主管部門的科學管理與決策提供及時、準確和權威的信息支持；為各類企業和廣大公眾提供方便、有效和權威的信息服務；通過數字化工程的實施，改造傳統產業，推動技術進步，保證城市經濟、社會、環境和科技的協調發展。該項目明確地將數字城市確定為其終極目標。可以預料，該項目的實施，將大大推動城市空間數據生產和城市GIS技術的發展與應用。
　　與此同時，眾多企業也行動起來。除國內原有GIS軟件商外，以城市空間數據生產、城市GIS開發和數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服務商也已進入城市GIS開發與集成領域，面向公眾的數據服務業務也已開始起步。一些有實力的企業甚至準備投入資金介入城市空間數據的生產與更新。企業的介入，無疑將給城市空間數據生產和城市GIS的發展增添新的活力。

前景

我們相信，未來若干年空間數據采集和GIS技術將會有新的更大的發展，從而給城市空間數據生產和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為代表的國家信息基礎設施（NII）的建設、高分辨率衛星影像技術的實用化、數字攝影測量和空間定位技術的發展以及超大容量、高速數據存儲設備的發展將給城市空間數據生產和GIS應用帶來巨大積極效用。
　　新的數據獲取與更新技術的發展、新數據形式的應用、數據共享政策及其實施、國家多尺度空間數據基礎設施的建設以及數字地球和數字城市的建設都將大大改善我國城市空間數據的狀況。
　　GIS技術的一些最新發展（如WebGIS、OpenGIS、ComGIS、3D GIS、TGIS等）將在城市得到實際應用，從而提高GIS系統應用的水平。
　　城市GIS將進一步由技術推動轉向應用牽引。面向應用將是GIS的生命，GIS與其它技術的集成將成為主流，應用系統的質量將穩步提高，用戶的意識和行動將更有利于GIS的發展，應用將向深層次和大眾化兩極發展。
　　21世紀我國的城市將會有更大的發展，城市的發展將給城市GIS技術帶來新的機遇。城市GIS雖然面臨挑戰，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，并將會發揮應有的、符合其特點的作用，城市GIS也將真正走向產業化和市場化。
我們應該從現在做起，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的持續健康發展。
　　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。

參考文獻

[1] 建設部“跨世紀中國城市發展戰略”課題組，經濟全球化與中國城市發展對策，城市規劃，1999（7）
[2] 吳良鏞. 城市世紀、城市問題、城市規劃與市長的作用. 城市規劃. 2000（4）
[3] 李秉仁. 關于我國城市可持續發展若干問題的思考. 城市發展研究. 1999（4）
[4] 陳述彭，周成虎，曾杉. 我國城市化問題與城市地理信息系統的緊迫任務. 見：林琿主編. 城市地理信息系統學術論壇，香港：地球信息科學聯合實驗室出版. 1998
[5] 中國城市規劃設計研究院，我國城市地理信息系統應用現狀與發展戰略研究，1998年9月
[6] 建設部規劃司等. 信息技術在城市規劃中的應用的調查及建議. 1998年4月
[7] 建設部規劃司等. 全國城市規劃新技術應用經驗交流會文件匯編. 1997年12月
[8] 王丹. 城市空間基礎信息、城市GIS與城市地理信息產業化. 城市勘測. 1998（4）
[9] 王丹. 數字城市與城市地理信息產業化——機遇與挑戰. 遙感信息. 2000（2）
[10]王丹，蔡力群. 我國城市空間基礎數據的現狀與發展. 城市規劃. 2000（6）
（載《工程勘察》01/2001）