- 数字技术
- 作者简介：史永亮，工作单位为衡阳市规划委员会办公室，武汉大学硕士研究生，研究方向为数字城市与城市规划。邮编：武汉，430079。
刘革生，注册城市规划师，工作单位为衡阳市规划管理局工作。
- 基于数字城市的城市可持续发展决策支持
- The Urban Sustainable Development Decision Supporting Based on Digital City
- 浏览量：
- 史永亮 刘革生
- Shi Yongliang; Liu Gesheng
- 摘要：
从分析数字城市与可持续发展的关系入手，探讨了数字城市支持城市可持续发展决策的可能性，提出了基于数字城市的城市可持续发展决策支持系统的构建方法与关键技术。 - 关键词：
数字城市；可持续发展；决策支持；信息技术； - Abstract: This paper starts with analyzing the relationship between digital city and urban sustainable development, approaches the possibility of digital city supporting urban sustainable development decision making, raises the composing way of decision supporting system for urban sustainable development based on digital city and the key technique to it.
- Key words: digital city; sustainable development; decision supporting; information technique
- 聚集人类文明的城市日益严重的资源匮乏、环境污染、空间拥挤问题，使人们不得不反思依靠掠夺资源而获得的城市社会经济增长并不断寻求一种新的城市发展方式。《21世纪议程》使可持续发展成为人类共同的行为准则，城市发展主题因此明确。城市可持续发展的核心是从时空角度合理公平地分配资源，强调城市社会、经济、环境的协调发展，要求城市具有自我认知、自我适应、自我调控能力。作为一种全新的、由各种高新技术集成的数字城市通过信息的提取与处理，及时探知城市各个系统的变化，并自动生成决策模型，便于决策者及时采取有效的应对手段从而使城市可持续发展能力增强。随着数字城市建设的迅速展开，人们己逐渐意识到：可持续发展是城市主题，而数字城市是使这个主题得以永恒的工具。决策是一种对城市可持续发展影响最大的经常性城市行为，研究基于数字城市的城市可持续发展的决策支持途径与方式，已成为全社会共同关注的话题。
1 数字城市与城市可持续发展
数字城市是以城市为对象和基面的3S技术、网络技术集成。作为数字地球的一个重要应用层次，数字城市具有数字地球的共性即“可嵌入海量地理数据，多种分辨率的三维对象表达。”它以数字的形式表现或虚拟城市，给决策者及居民以城市的全面直观印象。数字城市不仅包含城市各类与空间位置有关的信息如地形地貌、建筑物等，也包括人口、经济、教育水平等非空间信息。数字城市的主要内容为城市设施数字化、城市通信网络化、城市功能智能化、城市环境可视化。数字城市强大的信息获取、处理、传输能力给城市的自我认知、自我调节和各子系统的协调发展以有力的支持。
2 数字城市支持城市可持续发展决策的可能性
2.1 城市发展的传统决策模式
城市是一个由各种物质、非物质要素构成的复杂的系统，它涉及领域的广泛性和各种要素变化的不确定性和决策结果的不可逆性，使城市发展决策成为一种艰难的过程，传统的城市发展决策一般在“智囊团”的支持下进行，即由各领域专家组成围绕某一课题开展工作的机构，按“费米流程”即“问题——专业分解—分析—综合—结论”得到决策模型。这种决策支持模式至少有三方面的不足：（1）滞后性：资料的繁浩和处理手段的欠缺，使有用信息获取的周期延长，在城市迅速发展、环境瞬息万变的今天，由此方式得出的解决方案可能无法匹配己发生变化的原有问题；（2）分离性：各领域专家形式上虽是协同解决问题，但由于个性的差异和对城市理解程度的不一，加之综合分析人员对各种因素的权重和之间的联系紧密程度不能做出正确判断，因而得出的结论往往仅是“拼盘”，整体性欠强；（3）主观性：“智囊团”决策支持形式较之个人的“拍脑袋”决策是一大进步，但它仍摆脱不了专家主观经验和情绪的影响，只能停留于经验而非理性的阶段。
2.2 数字城市是支持城市可持续发展决策的最优工具
城市可持续发展决策应基于对城市自身环境和自身的外环境（区域）的准确认知，取决于相关信息的及时获取、处理和传输，
统计表明，城市信息80%以上与地理位置有关，这实际上给具有强大空间信息处理能力的数字城市支持城市可持续发展决策提供了可能。
2.2.1 数字城市支持决策的优势
快捷性：数字城市采用超大型计算机和分布式数据库及metadata、网络等技术，可快速完成对城市信息的分析、处理和传输，以适应城市多变环境的需要。
集成性与综合性：数字性城市以卫星遥感为主体获取的数据包括了城市资源、环境、社会、经济等方面，并针对某一问题由具有人工智能、综合了城市各领域知识的专家系统进行分析处理，具有较强的综合性。
客观性：数字城市的基础地理数据由分辨率高的卫星遥感或GPS即时获取，结合及时更新的社会经济数据，成为城市发展决策的基础资料，资料的现势性和处理方式的快速性使城市决策模型的客观性强、可信度高。
2.2.2 数字城市支持城市可持续发展决策的途经
数字城市可用来分析城市可持续发展能力，评估可持续发展过程，对城市发展趋势进行预测、模拟，通过对城市社会活动和环境资源的反馈、评价和调控达到使城市健康运转、可持续发展的目的，它的作用途径为：
城市变化的监测：通过遥感、遥测、GPS及其他常规方法对城市资源、经济、环境变化实施监测；
城市可持续发展能力的分析、评估和预测：对照城市可持续发展指标体系，通过模型库、知识库和信息技术，对城市的发展过程和趋势进行模拟，评估城市可持续发展能力。
面向各部门各层次的城市可持续发展咨询和决策支持：数字城市是一个开放的系统工具，它不仅服务于政府，也以亲切的界面支持市民、房地产开发商等城市活动主体的关于城市发展的咨询或决策。
3 基于数字城市的城市可持续发展决策支持系统的实现
城市的特殊复杂性决定了构建基于数字城市的城市可持续发展决策支持系统的必要性。
3.1 系统的功能分析
目标系统应具备以下功能以满足城市可持续发展决策支持需要：
(1) 强大的空间数据提取、分析功能和城市社会经济活动的评价分析功能，及时反馈城市发展问题；
(2) 实现城市发展全过程的数字动态管理，包括图形、图像、文本等信息的实时查询与更新；
(3) 实现城市高效的信息服务机制和高水平的信息管理机制；
(4) 为政府、市民以及投资者提供城市环境与城市发展规划的咨询；
(5) 提供给城市决策者（政府）一个科学的决策分析工具；
(6) 保证信息的准确性、权威性、现势性、完备性，使之满足城市发展决策要求。
3.2 系统的总体设计
3.2.1 城市发展决策特点分析
信息类型的复杂性：城市可持续发展决策需要的信息有现状的，也有未来的；有动态的，也有静止的；有空间的，也有属性的；有文本的，也有图像的；
决策技术的综合性：对象信息的复杂性决定了城市可持续发展决策只凭数据和逻辑推理无法完成，需要定性、定量、定位分析相结合的技术；
决策过程的迅捷性：城市事件的突发性、紧迫性要求决策者迅速完成决策过程；
决策内容的广泛性：政府、企业、房地产开发商、市民都要从系统中得到不同层次的决策支持资料，包括城市发展趋势预测、发展问题的解决方案、投资环境的分析等。
3.2.2 系统的总体结构
横向结构：就系统的功能而言，可分为城市可持续发展的评价与监控体系、模拟与预测体系、咨询与决策体系三部分；纵向结构：指系统的物理环境组织结构。终端是人机界面；信息与模型调用处于核心与枢纽位置，由网络实现；基础性设施含数据库、图形图像库、模型库及知识系统，由GIS、RS、GPS、AI（人工智能）实现（见图1）。
需要指出的是，横向结构与纵向结构只是对系统不同角度的分析，并非截然分开的两部分，它们是虚（功能）与实（功能实现）的关系。
3.2.3 系统逻辑结构
系统按“问题发现—分析—求解”的逻辑结构进行设计，着眼于对城市可持续发展决策中的问题进行求解而支持决策行为（见图2）。
问题发现子系统尤其要注意城市可持续发展指标体系的建立，当系统通过遥感资料及社会统计等途径获得的城市专题信息超出指标体系阈值时，则提示问题发生。可持续发展指标体系相当是一个参照系。
问题分析及推理子系统中的数据库作用是输入、输出、查询、统计有关待解问题的数据，含社会、经济、生态等方面的现状和目标信息；模型库包括基本经济模型、系统动力学模型、网络区位模型等；知识库基于人工智能建立，含有显式的各城市领域的知识模块，包括事实库、规则库、法律及地方性法规等。
问题求解子系统：基于问题分析与推理得到的结果仅是对独立问题的初步解决。尚应将其置于求解子系统进行城市总体仿真，经过评估比较后得出最优方案。
3.2.4 系统集成
现在城市部门的微机一般使用Windows OS图形，具有较强的图形、图像、三维动画、多媒体处理能力，其存储空间也能满足城市可持续发展决策支持的要求，故客户端可充分利用现有硬件在Windows 2000平台上开发。系统采用Client/server结构，由图形服务器、图形客户机、文本服务器、文本客户机组成，文本与图形通过开放式数据（ODBC）集成（见图3）。
3.3 系统实现的关键技术
3.3.1 城市可持续发展决策模式确定
明确基于数字城市的城市可持续发展决策模式是成功实现决策支持系统的前提（见图4）。
3.3.2 数据的获得和共享技术
城市可持续发展决策所需要的数据涉及城市的社会、经济、环境各方面，可通过卫星遥感技术获取宏观数据，同时结合日益广泛应用于测绘、城市规划、城市交通管理的GPS技术获取精确、多维的城市空间信息，现代发达的网络通信则使非空间信息的获取变得容易。数据的共享是基于数字城市可持续发展决策支持系统的另一个重要问题，现阶段可采用webGIS技术实现空间数据在分布式环境中的定位、访问和提取而达到共享的目的，方法是用网关接口（CGI）应用程序建立web服务器与GIS服务器的联系，最后在浏览器上显示栅格图像。当然，这个过程需要以完善的城市空间信息基础设施为条件（见图5）。
3.3.3 基于人工智能（AI）、GIS的决策支持模型技术
人工智能的目标是用计算机来完成人所做的智能工作。复杂多变的城市决策环境要求可持续发展决策支持系统具有一定的人工智能。现阶段通常以城市现象的数学抽象模型和逻辑推理达到这一目的，常用的模型有城市土地利用模型、系统动力学模型、人口迁移模型、网络区位模型等。空间分析模型技术如缓冲区分析、网络分析、叠置分析则在GIS平台上完成。
3.3.4 Web GIS技术的应用
GIS强大的存储、检索、分析和处理空间数据及多种形式输出空间信息的能力使其成为数字城市的首选基础平台。web GIS可初步达到城市可视化、网络化和智能化的目的，因此有学者称“WebGIS是数字城市的内核”（李琦，1999）。WebGIS以实现空间数据的交互为目的，借此可使分布式环境下的模型库、数据库调用变得容易从而使不同部门、不同层次的协作成为可能，因此，WebGIS技术是实现基于数字城市的城市可持续发展决策支持系统的不可缺少的一部分。WebGIS有多种实现途经，可基于AutoDesk的Map Guide设计而成，其体系结构见图6。
4 结语
数字城市是城市实现可持续发展的必然选择。我国数字城市建设尽管还处于起步阶段，但来势强劲、前景广阔，各界普通认同数字城市建设是加快国家信息化步伐、增强综合国力的重点与突破口，是推进城市可持续发展并带动区域发展的必要手段。数字城市特有的高技术集成性使之成为支持城市可持续发展决策的首选工具，建立基于数字城市、具有评估城市可持续发展状况、预测城市可持续发展趋势、调控城市可持续发展过程功能的决策支持系统，必将对现代城市发展产生深远影响。
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