总结

1.如何建立数字城市：2.数字城市的关键技术：宽带网络"数字城市"涉及到大量图形、影像、视频等多媒体数据，数据量非常大，目前的因特网难以胜任，必须使用宽带网络。

城市宽带网技术发展很快，据报道，国内已有城市开始建立每秒10G的宽带网络。

这种宽带网络可以满足"数字城市"的需要。

但是，要特别注意网络的互联与接口问题。

中国城市的宽带网建设可能会以企业为主，中国电讯放开经营以后，一些有实力的企业都盯住城市宽带网建设，这样形成竞争的局面是一件好事，不过它可能会形成美国那样多家公司的通讯电缆都通到一个小区，小区用户可以任意选择一家的电话或因特网。

如果协调得好，这也未尝不可，但是如果协调不好，它不仅造成电缆资源的浪费，甚至相互封闭，互不联通，或通过"很远"的路径联通，造成许多不便。

所以建立"数字城市"首先要把网络建设规划和高效联通的问题协调好，千万不能造成相互割据的局面。

海量存贮除了网络外，计算机服务器与存贮设备是一个至关重要的问题。

由于"数字城市"涉及地理数据，数据量大，一个大中型城市的数据可能以TB计算。

当前计算机的硬件已经能够满足这些要求，多CPU高性能服务器的价格大幅降低，上千GB的Raid硬盘也相当便宜。

"数字城市"的数据存贮可能是采用多服务器，分布式管理，如何将它们有效连接和协调管理是"数字城市"建设的关键技术。

联邦数据库这里提出的联邦数据库（Federated DataBase）的概念有别于分布式数据库和数据仓库。

分布式数据库和数据仓库一般是指同种同类数据的组织管理。

这里的邦联数据库除了包含分布式的概念以外，它还指异构数据库和空间数据的多比例尺数据库。

异构数据有两个概念，一个是同一种类型的数据，使用不同数据库管理系统管理，如矢量图形数据或属性数据，不同的部门采用不同的系统管理，它们的数据类型相同，只是数据的物理存贮结构不同，形成异构数据；另一个概念是数据的类型也不相同，如DEM数据和影像数据，它们与矢量图形数据的类型不同。

"数字城市"中的数据一般包含五种类型：二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据、属性表格数据、城市三维图形与纹理数据。

由于城市各部门的应用不同，它们可能还是多比例尺的和分布式的。

所以，"数字城市"需要用到"邦联数据库"的概念。

数据共享与互操作数据共享是"数字城市"建设需要解决的核心问题，除了政策和行政协调方面需要解决的问题外，技术上仍有大量的问题需要解决。

数据共享有多种方法，其中最简单的方法是通过数据转换，不同的部门分别建立不同的系统，当要进行数据集成或综合应用时，先将数据进行转换，转为本系统的内部数据格式再进行应用。

我国已经颁布了"地球空间数据交换格式标准"，使用该标准可以进行有效的数据转换。

但是这种数据共享方法是低级的，它是间接的延时的共享，不是直接的实时共享。

建立"数字城市"应该追求直接的实时的数据共享，就是说用户可以任意调入"数字城市"各系统的数据，进行查询和分析，实现不同数据类型、不同系统之间的互操作。

当然这是一个很难的课题。

美国OGC联盟推出的Open GIS，开始了这方面的探索。

国际摄影测量与遥感协会成立了"邦联数据库与互操作"工作组，其宗旨就是协调国际间该方面的讨论与研究。

本文作者作为该工作组组长，正在组织"邦联数据库与互操作"的研讨工作，欢迎有兴趣的学者加盟和参与该工作组。

可视化与虚拟现实"数字城市"的基础之一是地理空间数据，这就为空间数据的可视化提供了一个展示丰富多彩的现实世界的一个机会。

"数字城市"的空间数据包括二维数据和三维数据。

二维数据的可视化问题已基本解决，剩余的问题属于艺术加工的范畴，三维数据的可视化或者说虚拟现实技术目前仍是一个难点。

如何高效逼真地显示我们的"数字城市"是我们需要尽快解决的一个问题。

超链接技术因特网得益于万维网的超链技术，它将世界各地的网站通过IP地址超链接起来，使我们忽略了空间距离。

"数字城市"将来也有很多的系统，或者说很多网站，需要把它们超链接起来。

从硬件技术和网络协议上说，超文本链接的问题已经解决，但是"数字城市"涉及到图形、图象等数据，远没有超文本链接那么简单。

这里需要涉及到前面所说的许多技术，特别是互操作技术。

当前我们已经进行了一系列研究工作，实现"数字城市"各系统之间的超链接已为期不远。

3.GIS的发展前沿：１）第一是地理认知、地理信息本体论以及概念格。

这个领域目前比较热，地理认知研究很早，它和认知心理学、地理思维、地图认知、地理行为学密切相关。

地理信息本体论，主要是讨论各个专业应用领域概念与语义的相互关系、以及层次性与一致性等，相关研究涉及语义互联网、地理信息系统之间的语义互操作、知识级地理信息共享与知识重用、以及地球科学中的语义建模等。

在地理信息本体研究中，概念格是一个前沿研究方向，涉及概念的内涵与外延等。

２）第二是面向“人”，面向社会的GIS发展。

Harvey J. Miller２００５年讨论“关于人在地理信息科学中的位置（What about people in geographic information science）”的学术问题。

龚建华与林珲从另外一个角度提出面向“人”的GIS，认为传统的GIS是面向“地”的GIS，是侧重于地理生态世界，是以点、线、面为基本表达单位；而面向“人”的GIS，是侧重于生活世界以及社会世界，是以个体、群体、组织为基本表达单位。

地理信息科学中关于“人”的研究，主要包括人的心理（心脑）、生理（身体）以及社会（个体）三个方面。

３）第三是地学模拟、情景决策支持分析。

地学模拟方法近年来越来越受到学界的关注。

相关研究包括基于多智能体的SARS传播模拟分析等。

４）第四是时空过程表达、时空数据模型、时空分析。

例如，扬州市水环境污染时空模型，滑坡过程时空模型，洪水演进过程模型，风暴过程模型等。

随着“数字海洋”的发展，海洋现象动态变化过程时空表达与模型，值得关注。

５）第五是网络环境下的分布式三维可视化、虚拟环境与数字地球。

Google Earth体现了这方面的工作与最新成就。

中科院遥感所的虚拟地理环境研究团队近年来一直在探讨这个问题。

另外，数字地球带来的全球GIS的发展，大家需要关注；６）第六是协同地理信息系统。

过去GIS是单用户的，为一个人设计使用的，但是现在是很多人同时用一个GIS系统。

协同GIS就是一组人在GIS支持下一起解决一个地理问题。

协同GIS，与＂GIS和社会＂以及PPGIS都有关系。

７）第七是移动地理信息系统，移动地理计算。

基于手机的GIS，用户很广，其产业以及相关GIS服务理念影响很大；８）第八是数据挖掘与知识发现。

美国9.11以后，特别成立国家可视化分析中心，专门发展视觉分析学，分析各种各样数据，目前这个方向在可视化领域里是个热点。

９）第九是网络技术发展与网格GIS。

国家“十一五”８６３将要重点发展的领域。

１0）第十是遥感信技术与GIS分析。

宫鹏提出的“声像一体化湿地连续遥感监测技术:平台建设试验”，以及香港中文大学的关于基于声音遥感图像（soundscape ）的应用，都是关于声音遥感的新探索。

11）图形和属性分开管理的数据模型的弱点1)不利于空间数据的整体管理，以保证数据的一致性；2)GIS的开放性和互操作性受限制；3)数据共享和并行处理无保证。

12）面向对象的GIS有待进一步研究的问题1)大对象的操作仍受硬件条件的限制；2)对象的独立性与颗粒度问题；3)矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题。

13）真三维GIS主要研究方向主要包括：1)三维数据结构的研究，包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；2)三维数据的生成和管理；3)地理数据的三维显示，包括三维数据的空间操作和分析，表面处理，栅格图像、全息图像显示，层次处理等。

14）时空GIS主要研究内容时空GIS主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。

目前较常用的做法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性。

在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步的研究。

另外，人们也在研究一种存储和表示四维目标的四维数据模型，Cheng Tao等运用面向对象技术开发出一种面向对象空间 实时模型用于处理四维GIS数据。

15）通用GIS空间分析与各专业模型的主要途径实现通用GIS空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有三种途径：1)松散耦合式，也称为外部空间模型法。

这种方法基本上将GIS当做一个空间数据库看待，在GIS环境外部借助其他软件或计算机高级语言建立专用模型，其与GIS之间采用数据通讯的方式联系。

2)嵌入式，也称为内部空间模型法。

即在GIS中借助GIS的通用功能来实现应用领域的专用分析模型。

3)混合型空间模型法，是前两种方法的结合，即尽可能利用GIS提供的功能，最大限度地减少用户自行开发的工作量和难度，又保持外部空间模型法的灵活性。

16）Internet GIS的两个研究热点1)组件式GIS，即将已有的巨型GIS分解为若干可互操作的自我管理、相互独立的组件，包括数据管理组件、空间查询组件、数据获取组件、专题制图组件和显示组件等。

它们建立在分布式的对象结构基础之上，应用了最新的分布式技术如OMG的CORBA,Microsoft 的OLE/COM以及SUN的Java技术。

这些组件具有与平台和操作系统无关性，GIS应用的开发者可以利用这些组件快速地组装GIS应用软件。

组件式GIS有效地减少了网络传输的负担，实现了获取和管理多数据源数据，提供了分析地图特征和查询、空间分析、专题制图等功能，并方便用户二次开发。

2)Open GIS，即开放式地理信息系统，是为了使不同的GIS软件之间具有良好的互操作性，以及在异构数据库中实现信息共享的途径。

由于Internet GIS用于发布分布式地理信息和处理与分析工具，使得Internet GIS 必须使用已有的多种数据源和各种地理信息分析处理功能，即Internet GIS面临地理信息的互操作性问题，因此，从数据的观点看，Open GIS是未来Internet GIS技术发展的必然趋势。