二、数字城市概念及其结构框架

数字城市是数字地球的一个派生概念，也是数字地球建设的核心内容。目前，数字城市还没有一个明确、统一的定义。不同的城市，由于其规模、结构、功能、经济和信息化水平的不同，对数字城市建设的内容和层次的看法也不尽相同。本节将以系统学、信息科学和城市学的有关理论为基础，根据信息运动的客观规律和特性来描述数字城市，定义数字城市各个组成部分的层次以及它们之间的相互关系。

（一）数字城市的定义与内涵

迄今为止，对数字城市的定义大致可分成两类。一类是广义上数字城市的定义，认为数字城市是信息化的城市，即是一个空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统；另一类是狭义上的数字城市定义，将数字城市定义为：综合运用3S（地理信息系统GIS、遥感RS和全球定位系统GPS）技术、多媒体技术、大规模存储以及虚拟仿真等技术实现对城市的基础设施、功能机制进行自动采集和动态监测管理，并为城市的规划和建设提供辅助决策服务的技术系统。

从两种定义的描述上来看，前者更关注城市功能的实现，即从其内部反映一个城市的面貌；后者则从空间维度来表现一个城市，更侧重于真实反映一个城市的外在面貌。但无论是前者还是后者，最终的目标就是要实现城市信息化。从这个意义上说，两种数字城市的定义是从不同的角度描述城市信息化的两个不同阶段，本质上是一致的。在数字城市中，数字化是信息化的基础阶段，就如同数据与信息的关系一样，数字化的过程支持人类对客观自然的抽象描述与对信息加工的机械化需求。城市信息化的第二阶段是建立在数字化基础上的信息资源加工处理与施效的高级阶段。

数字城市主要研究城市信息的运动和发展规律，它首先应该反映城市的结构和功能；其次，数字城市的主要研究对象是城市中的信息，应该遵循信息运动的客观规律。由于城市结构的复杂性和功能的多样性，城市中的信息也必然呈现多样性和复杂性的特点。根据前述的一般城市的层次结构，城市中的信息可以划分成地理信息、城市基础信息和城市社会经济环境信息三个层次。

信息是一种客观存在，但从本质上讲信息是无形的。信息只有通过一定的媒介载体或一定的符号标志传播时，才表现为某种具体形态。因此，数字城市的建设与实现，首先需要对现实城市中的客观对象进行信息的感知、获取、传播和处理，进而以数字化的形式实现城市的各个功能。

除此之外，数字城市作为数字地球的一个重要子系统，其内容和框架应该与数字地球的概念一致。

综上所述，根据现代城市结构理论和信息科学的信息生命周期理论，以及数字地球的思想，可以将数字城市定义为：数字城市是依靠现代信息和网络技术，实现城市地理空间和社会活动信息的高效采集和处理，并通过信息资源的整合以及深度开发与利用，为城市的规划、建设和管理提供决策与服务功能的开放的城市综合信息系统。

（二）数字城市的结构框架

数字城市的研究对象首先是城市，是数字化的城市。因此，数字城市应该涵盖现代城市各个层次的内容。根据现代城市的功能和前面数字城市的定义，数字城市是一个包括运行机制与保障系统、信息技术系统、信息增值服务活动与产业系统、社会文化系统等层面在内的多层次框架体系，概念模型如表9-1所示。需要提醒的是，这里的概念模型只是从数字城市这个层次本身来探讨的。

总体上看，数字城市分成两个层次：基础层和应用层。其中，基础层主要完成城市系统的数字化描述，构建数字城市运行的综合平台；而应用层主要完成城市信息的施行阶段，即实现城市信息化。

表9-1　数字城市结构框架

1.基础层

数字城市的基础层主要包括信息基础设施、空间数据基础设施、数字城市综合数据平台，以及数字城市基础建设中涉及的技术和保障体系等内容。

城市信息基础设施是国家信息基础的一部分，主要包括网络、数据、技术和保障四个层次，内容如表9-2所示。

表9-2　城市信息基础设施内容

数字城市的空间数据基础设施也包括城市信息基础设施的四个层次，但是，城市空间数据基础设施主要完成城市空间数据的采集、传输、预处理等工作。

城市信息基础设施和空间基础设施建设应该从数字中国，乃至数字地球的全局来考虑和规划，使数字城市真正成为数字地球和数字中国的一个细胞。

数字城市综合数据平台是城市共享数据的管理和交换中心，也是实现城市资源共享的基础，其主要功能是管理城市重要的基础数据，安全地分布存储、科学地预处理加工，并解决来自城市不同领域异源异构数据的集成、开发与利用问题。但是，必须强调的是，数字城市综合数据平台建设必须考虑数字地球和数字中国的长远规划，也就是说，它向上应该能够与数字中国、乃至数字地球实现信息资源的规范化共享，向下能够实现城市内部及其以下各个层次的信息资源共享，这是数字城市综合数据平台建设的目标。

信息资源的共享程度也是数字城市成熟度的重要标志之一。实现城市信息资源的有效共享和利用是城市综合数据平台的核心任务之一，如果没有丰富的信息资源和有效信息资源共享机制，数字城市的建设水平和运行质量就会受到极大的限制。

数字城市是以信息基础设施和空间数据基础设施为依托的一个概念，离开了基础层，数字城市只能是空中楼阁。基础层反映数字城市的基础建设，是城市信息化的重要基础。

2.应用层

应用层是数字城市的信息处理层，也是城市信息的利用和价值实现阶段。根据信息的生命周期理论，信息的价值是通过信息的利用体现出来的。不管是一体化的城市管理还是智能化的生活建设，信息处理的最终目的是为了使用信息。在数字城市这个人机交互系统中，信息运动的最终目标是为城市管理、规划和决策服务，为改善城市居民的生活环境和提高城市居民的生活质量，推动城市经济的持续、快速增长服务。

根据数字城市的层次结构，可以将应用层分成三个层次：地理和基础设施层应用、社会经济环境层应用和决策层应用。

城市地理和基础设施管理的信息化是数字城市的基础应用，其主要目标是实现现代城市中地理层和社会活动层中的基础设施管理的信息化。城市的地理信息是城市发展的重要基础，属于敏感政治信息。实现城市地理信息管理的信息化，一方面可以为城市的规划和走可持续发展之路提供决策依据；另一方面，为实现城市自然、生态和人文环境的和谐统一和协调发展提供了科学的方法和手段。城市的基础设施是城市社会经济活动的基础，城市基础设施管理的信息化是城市信息化的重要基础，是实现城市资源有效共享和合理利用的重要手段。

社会经济环境层应用实现城市社会活动层中社会经济环境的信息化，主要实现城市政治、经济、文化等服务的信息化，为城市各类对象服务，是数字城市应用层的核心内容。可以将这一层次的应用分成三类：政府类应用、企业类应用和公众信息服务类应用。

决策层应用是信息的决策和控制功能的重要体现，也是信息的再生和再利用过程。实际上，数字城市的决策层是在应用层的基础上，抽象出来的一个新的信息应用层次，是实现跨领域、跨区域综合性应用的重要体现。它通过对数字城市各个层次数据的分析、挖掘、提炼，建立决策模型，为城市的管理、规划与发展提供宏观与微观的决策服务。