天津市勘察院、天津市星际空间地理信息工程有限公司 邓世军周泽兵王力窦华成
摘 要：本文基于城市综合体的概念，结合城市多元信息管理和应用特点，提出城市信息综合体的概念，分析其特点，并给出基于层级地理编码技术、地理空间动态匹配技术的城市信息综合体空间属性一体化管理模型，提出基于城市信息综合体模型的时态化数据管理方案，并将模型应用于三维数字城市建设。
关键词：城市信息综合体时空一体化
0、引言
数字城市建设需要适应多个部门、多个行业的应用，需要管理基于时间序列的数字成果，反映城市建设、管理在不同时期的历史数据资料，也需要管理地上建筑、建设用地、楼宇经济等不同的来源的数据，这就需要建立一种有效的数据组织、机制，按照地理信息的统一集成管理模型，有效地组织不同来源、不同时态的地理空间数据，为不同行业的应用提供科学的解决方案。
由于三维数字模型具有真实、直观反映城市立体空间的优势，比二维地形图等具有更加丰富的信息，因此，其应用应该具有更加广阔的范围。但是，三维数字模型的主要应用就是用于展示城市建设、规划成果，表现其建筑的形态、色彩等，在其它领域的应用范围与深度则较为有限，未充分发挥三维数据的优势。
1、城市信息综合体的提出
城市综合体是指城市中多种单一功能的建筑被有机组合在一起的建筑组群，它们的特点是相互依存、有机联系。城市综合体与多功能建筑的差别，多功能建筑是数量与种类上的积累综合，这种综合不构成新系统的产生，局部增减无关整体大局。而城市综合体则是各组成部分之间的优化组合，并共同存在于一个有机系统之中。城市综合体的四大典型特征：1）超大空间尺度：城市综合体是与城市规模相匹配，与现代化城市干道相联系的，因此室外空间尺度巨大。2）通道树型交通体系。3）现代城市景观设计：应用现代城市设计、环境与行为理论进行景观与环境设计是城市综合体的重要特征。4）高科技集成设施：城市综合体既有大众化的一面，同时又是高科技、高智能的集合。5）地标式的城市建筑：城市综合体一个显著特点就是均在所在城市矗立了地标式建筑。
城市信息综合体的概念源于城市综合体。城市信息综合体指一定空间范围内各领域时空特征信息依据其内在联系形成的有机集合，它以空间地理数据为载体，使用地理位置匹配、地理层级编码、时态化数据综合管理等技术整合城市各领域的非空间数据（如人口、经济等数据）。城市信息综合体具有可扩展、空间属性一体化、多元数据逻辑一体化和时态化的特点。
2、 城市信息综合体实现城市多元信息时空一体化管理
城市综合信息数据体系涉及到海量来源不一、种类繁多的信息资源，如何将这些异源异构数据纳入到统一的数据库平台中，实施逻辑一体化管理，并充分共享与交换，是能否准确有效反映城市全貌的关键。这里我们综合应用基于时态的地上、地下一体化海量城市数据管理模型，综合应用异源异构数据的整合与集成、地理位置匹配技术、层级地理编码等关键技术，以二维地理信息为纽带，实现城市综合信息一体化管理，使得多层次数据形成一个有机整体。
2.1 基于层级地理编码技术的城市信息综合体空间属性一体化管理模式
在城市信息综合体中，采用层级地理编码技术实现空间数据与非空间属性数据一体管理。采用一定的规则对空间进行多个层级的划分，如以城市行政区划的划分方法，建立起区（县）、街道（乡镇）、街坊（村）、地块、建筑物的五级空间数据层级结构金字塔模型。在这里，每一个空间区域可以看作一个城市信息综合体结构：
逻辑一体化：在该空间划分的基础上，同一级别相同区域范围的空间数据、非空间数据具有统一的地理编码，可以当作一个对象物体进行存储管理。如规划建设方案与地块具有同一个编码，规划方案逻辑上是地块的一个属性数据。
相互依存：空间数据、非空间数据具有高度的相互依赖性。如当建筑物的编码发生变化时，其上的法人单位地理编码也跟着发生变化。
相互独立：在应用中，非空间数据与空间数据具有一定的独立性。如可以将依附于建筑物的经济数据与建筑物进行分离，满足经济分析统计的需求。
可扩展性：上述空间划分可以进行进一步的扩充，如根据人口管理需要，可在建筑基础上扩展户、人口二级编码；根据法人管理需要，可在建筑基础上扩展法人一级编码；根据社会经济管理的需要，在法人基础上扩展税收一级编码。
表1 层级地理编码示例
级别 | 划分依据 | 名称 | 编码 | 非空间数据层级编码分类 |
| 第一级 | 区县 | 河东区 | 120102 | |
第二级 | 街道 | 鲁山道街道 | 120102012 | 宏观经济 |
第三级 | 街坊 | 荔枝园社区 | 120102012007 | 统计人口 |
第四级 | 地块 | 绿萱园地块 | 120102012007001 | 建设项目、规划方案 |
第五级 | 建筑 | 3号楼 | 120102012007001003 | 法人单位、楼宇经济 |
通过地理层级编码方法，建立起以空间数据为基础的地理空间信息框架体系，使得空间区域与社会经济、人口、公共卫生等信息之间具有逻辑的关联关系，从而满足空间数据与多元城市管理相关的非空间数据的一体化管理需求。
2.2 基于城市信息综合体的地理空间动态匹配技术
层级编码技术是以二维地理空间的划分为基础的，为了实现三维空间数据与属性数据的无缝集成，在城市信息综合体中引入了地理空间位置匹配的方法。即在建立城市三维模型库时，将每个模型赋以唯一标识码，该唯一标识码与二维地理信息中的唯一标识码保持一对一的映射关系，实现二、三维空间数据的一对一的映射关系，从而确保三维空间数据与人口、经济、卫生等属性的映射查询，这样就将城市信息综合体中三维数字模型和二维地理信息进行了无缝集成与一体化管理。
在应用时，二维地理信息与三维模型无缝集成管理相得益彰，可以有机地结合二维地理信息系统的宏观性、整体性和三维虚拟场景的高精度、真实性、直观性的优点。实现二者的无缝集成后，从三维虚拟场景中获得详细的、直观的要素信息，而二维地理信息展现整体性特征，这样就可以克服二维地理信息的抽象多义性，所以运用地理空间匹配技术，可能实现数字城市三维可视化环境下的查询定位、空间分析等功能。
2.3 基于城市信息综合体模型的时态化数据管理
城市信息综合体的一个重要特征是时态性，它能够将一定空间范围内各领域信息进行时态化管理。基于城市信息综合体的时空数据管理，其核心是采用空间属性一体化管理模式，实现空间、非空间数据的时态化组织与管理。在层级地理编码的基础上，每个空间数据和非空间数据存储有时间特征。该时间特征描述了数据的有效生命周期，包括数据产生、消亡的过程。
①空间数据的时态信息管理：在空间数据库，如三维空间数据、二维空间数据库中，按照上述地理层级划分后的空间区域A进行存储时，采用层级对象编码的同时，该特征还存储有空间实体的时态化生命周期属性信息。
②空间数据历史变迁信息管理：在如下图所示的新建、分割、合并、变化、删除等历史过程中，为记录空间数据的历史变化过程，在数据记录中增加了历史变迁的记录。每一个空间数据记录其上一历史周期阶段的变化来源数据的地理编码。
③非空间数据的时态化管理：非空间数据作为城市信息综合体的组成，与空间数据一致，在非空间数据本身和所依附的空间数据发生变化同时，需要同时记录其生命周期的变化数据。
利用时态化三维空间数据组织与管理技术，不仅能够查看城市信息综合体中任意时刻的数据，还能统计不同时态数据的各项指标，并对其进行比较分析，以挖掘各项时态数据之间的内在逻辑联系，充分发挥它们的潜在价值。
3、 应用实例
针对三维数据结构复杂、信息集成与应用困难的问题，在三维数字城市建设中提出以三维空间数据为基础的城市信息综合体模型，采用二三维地理位置匹配和层级地理编码的方法，实现了与人口、社会、经济等数据的无缝集成与三维数据动态更新，满足不同行业的广泛应用需求。
在天津市三维数字城市建设中，按照城市信息综合体模型建设了以天津市中心城区精细三维模型库为基础的城市综合信息库，实现城市综合信息时空一体化管理，为城市规划、建设、管理和政府宏观决策提供综合、详实、精准、科学、高效的时态化、可视化、智能化服务，形成了三维数字城市信息管理和应用的动态维护模式，扩大了三维数字的应用范围，提升了三维数字成果的价值。
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