（建设部综合勘察研究设计院/建设部遥感制图中心，北京100007）
摘要： 基于最近在全国部分城市进行的一次调查，本文首先评介了我国城市空间数据和GIS应用的现状，然后分析了21世纪城市发展对GIS的需求和GIS技术面临的挑战，进而介绍了为主动迎接挑战已经或正在采取的一些行动，最后对未来前景做了初步展望。
关键词： 城市；空间数据；GIS；数字城市

引言
　　最近一个时期以来，数字地球、数字中国和数字城市受到了广泛的关注。国家有关部门和一些行业学会、协会纷纷组织各种形式的技术交流和政策研讨。我们认为，无论是数字地球、数字中国还是数字城市，其核心都是数据和基于数据的服务。这里的数据不仅包括数据的生产和更新，同时也包括数据的管理与分发；而基于数据的服务覆盖面更广，它涉及GIS（地理信息系统）及MIS（管理信息系统）、OA（办公自动化）、AM/FM（自动设备管理）、CAD（计算机辅助设计）和网络等系统的设计、开发、集成与实施的方方面面。
　　在社会生活中，城市一直是人们普遍关注的焦点。据统计，截止1999年我国共有668个设市城市，城市面积约为81.3万km2，约占国土总面积的8.5%，其中城市建成区面积约为2.1万km2，约占国土总面积的0.2%。但城市却创造了约60%~70%的GDP，容纳了约30%~40%的全国人口，集中了约90%以上的科技力量和高等教育，高科技产业和很多行业也以城市作为最主要的载体，城市名副其实地成为全国政治、经济、文化、科技和对外交流的中心。城市也理所当然地成为地球空间信息技术最活跃的应用领域。
　　本文基于最近在全国部分城市进行的一次调查，拟简要评介我国城市空间数据和GIS应用的现状，分析21世纪城市发展对GIS的需求和GIS技术面临的挑战，并介绍为主动迎接挑战已经或正在采取的一些行动，最后对未来前景作些展望，不妥之处敬请指正。

现状

　　为了掌握我国城市空间数据和GIS应用的现状，在有关部门的组织下，最近我们对全国部分城市的规划或建设管理部门及城市测绘院或勘测院进行了一次问卷调查。调查的主要内容包括以下8个方面：
　　1）城市基本情况：包括城市类型，建成区、规划区及整个市域面积等；
　　2）空间数据基准简要情况：包括城市控制网的覆盖面积及包括的范围，等级控制点的数量及满足需求状况，平面与高程控制系统的选择及使用地方系统的原因等；
　　3）线划地形图件情况：包括各种比例尺线划图的覆盖面积、存在形式及现势性，数字形式图件所占比例及建立数字地形图库情况；
　　4）数字正射影像图情况：包括数字正射影像图的比例尺、覆盖范围，使用片种及制作时间和主要用途；
　　5）数字高程模型（DEM）情况：包括是否建立了DEM格网数据，DEM覆盖面积、格网大小及高程精度，从数字线划图中可否分离提取出DEM数据等；
　　6）管线、地籍、房产、土地利用、规划等图件情况：包括图的种类、比例尺、覆盖范围、存在形式及数据库情况等；
　　7）城市数据与图件提供部门情况；
　　8）城市GIS应用系统建立情况：包括系统种类，系统使用部门与主管部门，系统建立时间与运行状况等。
　　在已收回的40份统计表中，共涉及38个城市。按填报部门分类，城市规划或建设管理部门21个，城市测绘院或勘测院20个，其中2个城市两类单位分别进行了填报，1个城市由它们共同填报。在这些城市中，直辖市2个，省会城市及计划单列市24个，其它地级市12个，分别占全国相应等级设市城市数的50%、75%和6%。按地区划分，东北、华北占29%，华东占29%，中南占18%，西南、西北占24%。由此可见，虽然涉及的城市数量不多，但仍具有一定的代表性，特别是考虑到直辖市、省会城市及计划单列市在城市空间数据建设和GIS应用方面一般处于前列，该统计也很有意义。下面给出本次调查的结果概要和我们的一些初步分析。
　　（1） 城市空间数据情况
　　就城市空间数据基准而言，2/3以上的城市均采用地方系统作为平面基准，其原因按填报频率的高低依次是顾及投影变形、作为历史沿续、为了使用方便和便于资料保密；相反，只有1/3左右的城市高程基准采用地方系统，原因几乎都是由于历史沿续。城市基本控制状况良好，大多数城市现有控制网均可以满足数据生产的需求。
　　线划图件目前是城市基本图件的最主要形式。各城市使用的基本地形图比例尺主要有1:500、1:1000、1:2000、1:5000和1:10000等5种，少数城市也使用较小比例尺的图，如1:25000、1:50000等。在一个具体的城市，一般只使用其中的2种或3种比例尺，通常是在1:500~1:2000中选1~2种，覆盖建成区及部分城市规划市区，图的现势性较好；在1:5000和1:10000中选1种，一般覆盖整个市域范围，现势性则相对差些。数字图在所有图件中所占的比例，在不同城市及同一城市不同比例尺间都有较大的差异，各城市的比例在5%~100%之间。从数字线划图建库情况看，已建、正建和未建的比例分别为27%、55%和18%。
　　相对于线划图，城市数字正射影像图和DEM无论是数量还是种类均少得多。在这些城市中，制作数字正射影像图的城市不到一半，而制作的影像图往往只有一种比例尺，覆盖的范围也很有限，制图比例尺基本上1:1000/1:2000或1:5000/1:10000，基本上为1996年以后才开始制作，所用片种包括黑白、彩红外、和真彩色3种，主要用途是城市规划、土地调查和更新地形图。仅有约1/8的城市建立了一定范围的DEM，使用的格网尺寸为5~25m，格网点高程精度为0.25~1.2m。一些城市认为，他们虽然未专门建立DEM，但从现有线划图中可以分离出相应的高程信息。
　　在城市其它图件中，地下管线图件占多数，其它图种则参差不齐。这可能与本次调查的对象主要是城市规划/建设管理部门和城市测绘生产单位有关。
　　城市图件的供图部门按照填报频率的高低，依次是城市测绘院/勘测院、规划局、自动化中心和其它部门。
　　（2） 城市GIS系统应用情况
　　本次调查中，统计的城市GIS应用系统（包括已建和正建）总数为84个，不同类型系统所占比例分别为：基础地理信息30%，地下管线21%，城市规划管理23%，城市土地管理6%，地籍管理12%，勘察信息管理6%，其它2%。
　　关于系统的运行状况，我们在调查表中预先设置了3个等级，即很好、好和一般。在给出评价的已建的59个系统中，这些等级分别占5%、63%和32%。
　　（3） 初步分析
　　与国家基础比例尺地形数据相比，城市空间数据具有如下特点：比例尺大，分辨率高；内容丰富，信息传输效率低；信息老化速度快；数据生产与更新的周期长、费用高；各城市多使用独立的平面参考系统，造成不同城市的数据参考基准不一致；数据的投资主体是城市政府。
　　应该说，经过最近若干年的努力，我国城市空间数据的生产取得了显著的成绩。大多数城市完成了基本地形测绘，少数城市甚至进行了几轮修测，地形图件基本上覆盖了城市的建成区、规划市区和主要市郊，但管线、地籍及房产等数据的覆盖范围尚十分有限。就数据的覆盖和质量状况而言，从全国范围讲，沿海城市、中心城市明显好于内地城市和一般城市。数字式数据正在成为地形信息的主导形式，但其标准化则相对落后。矢量信息仍然易于被使用者所接受，成为当前的最主要数据形式，但数字正射影像数据和DEM数据正日益受到关注。
　　城市空间数据方面存在的问题主要包括：数据种类单调，现势性差，可用性低；多数城市用于数据生产和更新的资金投入严重不足；数据生产和提供的现状仍然不能满足应用的需求，数据依然是GIS和其它相关系统建立与服务的“瓶颈”。在城市数据的共享上，一方面，缺乏合适的数据；另一方面，已有数据并没有得到充分有效的利用，重复性生产时有发生。 
　　城市无疑是GIS应用最早、最为成功和最活跃的领域之一。我国城市GIS的现状可以简单地概括为：发展迅速，成绩巨大；问题不少，面临挑战。目前，GIS在城市规划管理、城市空间基础信息管理、城市地下管线管理、城市土地管理、城市勘察、城镇地籍管理以及城市环境保护、城市供水与地下水资源管理、电力电信设施管理、有线电视信息管理、城市公安、城市交通、旅游规划和城市救灾等各个方面都有成功的应用；在国内目前已建立的各种GIS系统中城市系统的数量占绝大多数；城市GIS或GIS相关系统的建设已由过去的“技术驱动”过渡到现在的“应用牵引”；各级主管部门及广大用户逐渐成熟，对GIS系统的认识水平不断提高。可以毫不夸张地说，城市领域是GIS技术在我国成功应用的典范。
　　城市GIS的应用与发展也存在不少问题，主要是：无论是从地区还是从行业上讲发展都极不平衡，经济发达地区远远优于经济欠发达地区，规划管理和空间基础信息管理方面的应用优于其它行业的应用；重硬软件、轻数据和重建立系统、轻实际应用的现象依然存在；系统应用目标定位欠准确，应用的层次较低、效果不佳；缺乏规范化的运作模式，系统建设中经常碰钉子、走弯路、花冤枉钱；相关政策法规和技术标准严重滞后；仍然存在着来自系统和开发商的“技术误导”，GIS的实际效应往往被过分夸大；应用系统的实用性与可操作性差、系统集成水平低；低水平重复性建设现象较多；应用系统五花八门，开发各自为阵，商家各显神通，用户急功近利等等。

需求

　　人类即将进入21世纪。新世纪的城市必将有巨大的发展，同时也会面临着严峻的挑战。城市无疑是社会全面发展的关键，全世界都面对着难以解决的许多城市问题。城市规划、建设、管理与服务追求的目标是高起点的规划、高标准的建设、高效率的管理和高质量的服务。目前，城市规划、建筑界以及社会、经济界的许多专家学者和政府官员都在对城市的现状和发展进行思考和再认识[1~3]。 
　　我国的城市必须走可持续发展的道路，制定城市发展战略不仅需要信息支持和信息服务，同时更需要基于信息的科学决策支持。据估计，人类信息的75%~80%都与地理空间位置有关。显然，城市发展需要城市GIS及相关技术的支持。我们认为，GIS在以下诸方面将会大有作为。
　　1） 城市规划、建设与管理 
　　我国的城市规划成就辉煌，但城市规划的现状却并不总是令人满意；在城市各种基础设施建设中，事故时有发生；城市建设的市场不规范，许多问题急待解决；城市交通、土地、水资源、能源、灾害管理和决策的水平急需改善和提高。为寻求解决这些问题的对策，广大城市规划师和城市决策者迫切希望能够更完整、准确和全面地把握城市及其周边环境的动态空间特征。
　　2） 城市化与城市可持续发展
　　我国1999年的城市化水平已经达到30.9%，进入了城市化的快速发展时期。城市化是社会经济发展的必然趋势，它将给社会发展带来新的机遇，从而提高我国的总体国力和现代化水平，但城市化同时也将带来一系列问题[3，4]，如空间布局混乱、人口膨胀、环境危机、资源危机、耕地浪费、交通堵塞、灾害加剧和人居质量恶化等。为了缓解这些危机，必须及时准确地掌握相应的空间信息。 
　　3） 小城镇规划与建设
　　发展小城镇是我国经济社会发展的一个大战略，是实现城市化的必由之路。1998年底，我国已有建制镇和乡集镇近5万个。小城镇的规划与建设是当前的一项重要工作，引起了国家主管部门的高度重视。诸如小城镇交通网络与内部道路配置、给水排水系统规划、供热供燃气规划、环卫设施与生态环境保护规划、防灾减灾规划、土地与水资源合理利用等都急需包括GIS技术在内的高科技的支撑。
　　4） 城市住宅产业发展
　　发展城市住宅产业是当前的一大热点。随着住房制度改革的深入，城市住宅产业将有大的发展，在社区和住宅的规划设计、建设以及住宅营销和物业管理等方面住宅产业信息化的需求十分旺盛。
　　5） 城市社会与公众服务
　　城市信息服务业方兴未艾。基于城市空间信息的服务，一方面可为企业提供信息服务，以提高它们在市场经济条件下的应变能力，公安、消防、金融、保险、通讯等城市特殊行业对地理信息服务的潜在需求不可低估；另一方面则是为社会公众提供开放性的资讯服务，从而改善和提高人们的生活质量与效率。
　　上述这些方面都离不开各种城市空间数据和基于数据服务的支持。当前摆在地球空间信息科技工作者面前的一个重要课题是城市GIS及相关技术如何为其提供有效的支持和服务。
　　就城市空间数据尤其是大比例尺空间数据的获取与提供来说，“快、准、全、廉”应该是追求的目标。这里所说的“快”，指的是数据生产与更新的周期要短，作业效率要高，数据交付应迅速；“准”表示适应用户需求的数据的空间特征、属性特征和时间特征应准确，也就是说数据的几何精度、属性精度和现势性要高；“全”反映的是为满足用户需求所生产和提供的数据在空间、属性和时间上要全面、完整。这里有2层含义，一是要保证数据的完整性，二是要体现数据的真3维和时态性。“廉”主要是指经济性，目前数据的生产经费过低，而数据的销售价格又偏高，这一矛盾如果解决不好，有可能带来一系列负面效应。
　　除线划图外的一些新类型数据正逐步被人们所认识和理解，许多用户也准备接受这些数据，但这些数据的实际可用性却面临挑战。数字正射影像数据具有一系列的优越性，许多城市也已开始生产大比例尺数字正射影像数据。但由于数字正射影像数据量大，传输效率低，最终用户的使用相当不便，如何寻求高质量的快速有效的压缩与解压缩技术对于推动数字正射影像图的应用至关紧要。此外，3维数据是当前的热点，也是未来的趋势，但不同系统间数据的互操作和海量数据的存储与应用等问题需要有新的发展。
　　为了实现城市空间数据在一个城市、一个地区以至全国范围内的共享，诸如标准化和空间基准的一致性等技术问题也必须有实质性的突破。
　　就城市GIS而言，如何选准服务的目标和切入点是当前面临的挑战。3D GIS、TGIS（时态GIS）以及WebGIS等技术必须与其最终服务目标统一起来才能真正发挥作用，过分追求技术的先进性可能会牺牲系统的实用性与可操作性，最终也将降低系统的生命力。各种系统之间如何真正实现无缝集成与无限扩展尚有许多技术问题待解决。凡此种种，都决定了城市地理信息技术的未来任重而道远。
　　实际上，除技术因素外，管理、政策和经济方面的因素也是不容忽视的。

行动

　　面对上述挑战，政府有关部门和一些企业已经或正在采取一些行动。
　　作为国家建设行政主管部门，建设部近年来在推动城市空间数据发展和GIS技术应用方面做了大量工作。1998年，建设部规划司等提出了城市空间数据发展的举措[6]，主要包括：依靠科技进步，推行新技术，鼓励使用影像图代替矢量图或将影像图与简化的矢量图套合使用；增加政府投入；加快体制改革，实行城市测绘管理与生产的分离；改进管理，利用行政手段促进数据开放，结合工程建设审批和竣工验收进行图件更新，并把地形图更新与地籍图和房产图的更新结合起来等。
　　在1997年召开的全国城市规划行业新技术应用经验交流会上，建设部规划司也提出了城市规划GIS的发展目标[7]，其中至2000年的近期目标是：在大城市，普及数字化成图技术；有条件的城市，要建立基础图形数据库，并开始对外提供数字化地图；部分城市在建立综合规划信息系统上有一定突破，并投入正式运行。到2010年的远期目标是：多数大中城市完成城市规划地理信息系统的建设，大部分投入实际运行。
　　最近，建设部计划在全国范围内启动“城市规划、建设、管理与服务的数字化工程”项目。该项目的总体目标是：建设适合我国城市规划、建设与管理实践的数字化系统，实现全国范围内城市规划、建设与管理工作的信息共享和业务应用，大力提高城市的信息化水平和城市管理的现代化水平；为国家及各级行政主管部门的科学管理与决策提供及时、准确和权威的信息支持；为各类企业和广大公众提供方便、有效和权威的信息服务；通过数字化工程的实施，改造传统产业，推动技术进步，保证城市经济、社会、环境和科技的协调发展。该项目明确地将数字城市确定为其终极目标。可以预料，该项目的实施，将大大推动城市空间数据生产和城市GIS技术的发展与应用。
　　与此同时，众多企业也行动起来。除国内原有GIS软件商外，以城市空间数据生产、城市GIS开发和数字城市为服务对象的高新技术公司相继建立，一些大型软件或系统服务商也已进入城市GIS开发与集成领域，面向公众的数据服务业务也已开始起步。一些有实力的企业甚至准备投入资金介入城市空间数据的生产与更新。企业的介入，无疑将给城市空间数据生产和城市GIS的发展增添新的活力。

前景

我们相信，未来若干年空间数据采集和GIS技术将会有新的更大的发展，从而给城市空间数据生产和GIS应用增添新的生命力。
　　以信息高速公路和计算机宽带高速网为代表的国家信息基础设施（NII）的建设、高分辨率卫星影像技术的实用化、数字摄影测量和空间定位技术的发展以及超大容量、高速数据存储设备的发展将给城市空间数据生产和GIS应用带来巨大积极效用。
　　新的数据获取与更新技术的发展、新数据形式的应用、数据共享政策及其实施、国家多尺度空间数据基础设施的建设以及数字地球和数字城市的建设都将大大改善我国城市空间数据的状况。
　　GIS技术的一些最新发展（如WebGIS、OpenGIS、ComGIS、3D GIS、TGIS等）将在城市得到实际应用，从而提高GIS系统应用的水平。
　　城市GIS将进一步由技术推动转向应用牵引。面向应用将是GIS的生命，GIS与其它技术的集成将成为主流，应用系统的质量将稳步提高，用户的意识和行动将更有利于GIS的发展，应用将向深层次和大众化两极发展。
　　21世纪我国的城市将会有更大的发展，城市的发展将给城市GIS技术带来新的机遇。城市GIS虽然面临挑战，但未来无限光明。由于GIS本身的特点，过去建立起来的城市GIS系统的实际效益在未来几年将会逐步显示出来，人们的认识会进一步提高，城市GIS的生命力将愈加旺盛，并将会发挥应有的、符合其特点的作用，城市GIS也将真正走向产业化和市场化。
我们应该从现在做起，从踏踏实实的工作做起，政府、用户、商家和大众都应放眼未来，通过有效的合作，促进城市GIS的持续健康发展。
　　本文完成过程中，得到了蔡力群高级工程师的帮助，特此致谢。

参考文献

[1] 建设部“跨世纪中国城市发展战略”课题组，经济全球化与中国城市发展对策，城市规划，1999（7）
[2] 吴良镛. 城市世纪、城市问题、城市规划与市长的作用. 城市规划. 2000（4）
[3] 李秉仁. 关于我国城市可持续发展若干问题的思考. 城市发展研究. 1999（4）
[4] 陈述彭，周成虎，曾杉. 我国城市化问题与城市地理信息系统的紧迫任务. 见：林珲主编. 城市地理信息系统学术论坛，香港：地球信息科学联合实验室出版. 1998
[5] 中国城市规划设计研究院，我国城市地理信息系统应用现状与发展战略研究，1998年9月
[6] 建设部规划司等. 信息技术在城市规划中的应用的调查及建议. 1998年4月
[7] 建设部规划司等. 全国城市规划新技术应用经验交流会文件汇编. 1997年12月
[8] 王丹. 城市空间基础信息、城市GIS与城市地理信息产业化. 城市勘测. 1998（4）
[9] 王丹. 数字城市与城市地理信息产业化——机遇与挑战. 遥感信息. 2000（2）
[10]王丹，蔡力群. 我国城市空间基础数据的现状与发展. 城市规划. 2000（6）
（载《工程勘察》01/2001）