“数字社区”的产生背景

　　“数字社区”的产生和发展决不是偶然的，而是有着其深刻的经济、社会和技术发展背景。

　　其一、全球信息化正从一场技术革命引发为一场产业革命，这场产业革命既在推动传统产业的升级换代，又在培育以信息的加工处理和传播为特征的新兴产业，从而使知识经济在全球成为主导的社会经济形态，这意味着人类社会的发展已迈入了一个崭新的时代——信息时代。在信息时代，生产力的发展，已不再仅依赖生产资料(原材料、机器)、劳动力和资金，而主要依靠包括知识与技术在内的各种有用信息。如今，我们一方面拥有大量的各种有用信息，但另一方面又没有对这些信息充分加以利用。在新的历史时期，信息已成为人类社会发展生产力的基本要素，人们如何获取和利用各种有用的信息也已成为经济发展的动力。社区人对国内外各种有用信息的迫切需要，为“数字社区”的产生创造了必要的条件”。

　　其二、社区是人口、资源、环境和社会经济等要素高度集中的地区，是人们从事经济、政治和文化等活动的中心，是人流、物流、资金流和信息流聚集和扩散的基地。随着社区发展的进程加快，由此而带来的负面效应也日益凸显：人口膨胀、住房短缺、交通拥挤、环境污染、基础设施供给不足以及疾病、失业、犯罪等等，这一切都成为困扰社区发展的难题。如何应对这些难题的挑战，严峻的形势要求我们充分运用先进的科技手段，尤其是信息化的手段，深入地分析研究“社区病”问题，合理地配置社区的各种资源，科学地协调发展与环境的关系，全面地提高社区规划、建设与管理的水平，努力营造一个适合社区人长期工作、学习和生活的家园。实现社区经济与社会的可持续发展，为“数字社区”的产生起到了催化作用。

　　其三、随着信息技术的不断发展，全球定位系统(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)已成为人们对社区进行科学研究的重要技术手段。目前，全球定位系统技术已达到很高的水平，其定位精度静态可达到米级，若采用差分方法，定位精度还可提高到厘米级；遥感技术已形成从卫星遥感到航空遥感的对地观测系统，其空间分辨率可从4000米到厘米级，波段覆盖从紫外线到超长波的240个波段，探测周期能从每隔十多天一次到每天数次；地理信息系统技术已具备对大量数据进行有效存储和管理的能力，并且还可对这些数据进行查询、统计、分析和显示输出的处理。将以上3S技术融为一体并综合性地应用，可实现对社区地理事物的定位、定性和定量描述与分析，从而为“数字社区’，的产生奠定了重要的技术基础。

　　正是在这样一种经济背景、社会背景和技术背景下，人们呼唤并期盼着“数字社区”的诞生。

　　 “数字社区”的关键技术

　　“数字社区”是一个庞大的系统，其建设需要多学科合作，需要现代高科技支撑。信息科学技术是“数字社区”建设的基础，一些关键技术对实现“数字社区”起着至关重要的作用。

　　全球定位系统全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)是由美国国防部提出并实施的第二代卫星导航系统。该系统从1973年开始研制，历经20余年的开发，于1994年全部建成。全球定位系统在研制初期主要用于军事目的，它是用来为美国军方提供高精度的导航与定位服务。自1993年起，美国政府出于商业需要，宣布将该系统向全球民用用户免费开放，并逐步开始向民用用户提供一般精度的导航与定位服务，从而使得这项高新技术在全世界得以推广应用。全球定位系统除了军事用途外，还可广泛用于航天、航空、航海、车辆导航与监控、智能交通、医疗救护、工程测量、大地测量、地质勘探以及气象预报等诸多领域。全球定位系统发展到今天已形成一个新兴的产业，它的优异性能也已引起各行各业的广泛兴趣，人们越来越意识到其作用的重大和应用领域的广阔。

　　全球定位系统主要由导航卫星、地面站组和用户设备三大部分组成。其中导航卫星有24颗，21颗为工作卫星，3颗为备用卫星，卫星分布在6个等间隔的轨道面上，每个轨道面有4颗卫星，卫星的轨道为近圆形，离地面的平均高度为2万多公里，运行周期为12小时(见图2.1)。这样的布局使得在地球上的任何地方、任何时刻至少可以同时看到4颗GPS导航卫星，便于地面设备进行实时定位。

　　全球定位系统具有全球性、全天候、精度高和应用广等特点，是迄今为止性能最好的导航与定位系统。“数字社区”与城市空间地理位置密切相关，全球定位系统能为社区空间地理信息的定位与测量提供先进手段，它是“数字社区”建设中空间定位与测量的关键技术。

　　遥感遥感(Remote Sensing，简称RS)的科学含义有广义和狭义两种解释：

　　广义的解释为：一切与目标物不接触的远距离探测；

　　狭义的解释为：运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物的特征、性质及其变化规律。遥感是20世纪60年代发展起来的一门对地观测技术。自20世纪80年代以来，遥感技术有了长足的发展，遥感的应用也日趋广泛。随着遥感技术的不断进步和遥感应用的不断深入，遥感在经济建设中的作用已显得越来越重要。

　　遥感作为一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，更需要多学科的参与和配合，因此遥感也是一个集成的技术系统。根据遥感的定义，遥感系统主要是由信息源、信息获取、信息处理和信息应用四大部分组成。

　　地理信息系统地理信息系统主要由硬件、软件、数据和用户四大部分组成。其中硬件是一组电子设备，它通常包括中央处理器(CPU)、磁盘存储器、示器、绘图仪、数字化仪和扫描仪等，这些硬件用来输入、储存、理和显示输出数据;软件是一个含若干程序模块的软件包，它主要包括数据输入与格式转换模块、数据编辑模块、数据管理模块、数据作模块、数据显示输出模块及应用程序模块等，这些软件负责地理空间及其相关数据的组织、管理、分析和表达；数据是与空间地理要相关的数据，它按类型可分为空间数据和属性数据，空间数据通常为几何图形或图像，属性数据通常为表格或文档，此外，它按内容又可分为基础数据如：地质、地貌、地形数据，专题数据如：规划，房地产、交通、环保、公用事业、公安和消防等数据；用户是使用GIS的操作者，这些操作者必须受过严格的培训，具有GIS的基本知识，熟悉专业的管理业务，具备通用的计算机操作能力，能够在实际工作中运用GIS来处理管理中的日常事物。

　　元数据和海量数据处理元数据(Metadata)是关于数据的数据，它被用来说明数据的内容、质量、状况及其它有关特征。在构成“数字社区”的各类信息系统中，储存有大量的、各种类型的数据，如何对这些数据进行有效的管理、共享和更新维护是信息系统建设中的突出问题，元数据正是为了解决此类问题而应运而生的。从本质上讲，传统的图书馆卡片、磁盘和磁带的标签以及纸质地图的图例等都是元数据。上述形式的元数据是可读的，用户通过它可以非常容易地确定这些产品是否能满足自己的需要。元数据最根本的作用是数据检索，它通过对数据内容、质量、状况及其它有关特征的描述，来帮助人们查询、获取、使用、管理和更新维护各类信息系统中的海量数据。

　　“数字社区”涉及的数据巨大而浩瀚，它不仅有空间数据，而且有非空间数据，这些数据来源广泛、种类繁多、形式各异、结构复杂并且数量十分庞大，其数据量至少要以Tb级来计算，因此，人们把如此大量的数据比喻作海量数据。海量数据处理技术是对海量数据进行快速、高效地存取、运算和传输的技术，它是实现“数字社区”的重要基础，也是支撑“数字社区”的关键技术之一。近年来该项技术的研究与开发已取得了较大的进展。目前，直接针对海量数据处理的技术解决方案有两种：一种是硬件的解决方案，它是采用高性能的并行计算机，通过多个CPU的并行计算来提高数据处理的速度。另一种是软件的解决方案，它是采用基于小波变换的算法，通过对数据的高效压缩与解压来提高数据处理的效能。此外，针对海量数据处理的辅助技术解决方案也有两种：一种是数据组织的解决方案，它是采用分布式存储管理，通过将集中式数据存取化为分散式数据存取来提高数据存取的效率；另一种是通讯网络的解决方案，它是采用超高速光纤网，通过大幅度增加通信信道的带宽来提高数据传输的速率。上述海量数据处理的各种技术解决方案，仅单一地运用其作用是有限的，必须综合起来运用才能发挥最佳的效果。

　　数据仓库数据仓库是20世纪90年代发展起来的一种数据存储、管理和集成的技术。对于数据仓库的定义，著名的数据仓库专家W.H.Inmon作了如下的描述：数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合，用于对管理决策过程的支持。根据数据仓库的定义，数据仓库具有以下四个特征：第一，数据仓库的数据可以根据用户的需求来组织。第二，数据仓库对数据的组织是在较高层次上对多个异构的数据源进行概括和聚集。第三，由数据仓库集成的数据一般不作修改并被长期保存。第四，数据仓库中的数据通常包含时间标识。数据仓库与数据库的区别在于前者是由后者通过网络的链接，构成面向分析型处理并可用于决策支持的数据库系统。从本质上讲，数据仓库就是具有在线分析处理能力的网络数据库。

　　数据挖掘也叫知识发现，它是指从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中，提取隐含在其中的、人们不知道的、但又是潜在有用的知识的过程。人们将概念、规则、模式和规律等看作是知识，而数据则是知识的表达方式，也是形成知识的源泉。原始数据可以是结构化的，如关系数据库中的数据；也可以是半结构化的，如文本、图形和图像数据；甚至是分布在网络上的异构数据。发现知识的方法可以是数学的，也可以是非数学的；可以是演绎的，也可以是归纳的。发现了的知识可以被用于查询检索、信息浏览、决策支持和过程控制。因此，数据挖掘是一门广义的交叉科学。随着计算机应用越来越广泛，数据的积累正呈爆炸性地增长，运用数据挖掘技术从大量的数据中找出“金子”来是很有价值的。

　　数据融合与虚拟现实随着高速计算机的出现，利用虚拟现实技术可以模拟一些不能观测到的自然现象和人文现象，同时利用这种技术能帮助科学家更容易地理解模拟用的数据，尤其是过去难以理解的数据。虚拟现实是指运用计算机技术生成一个逼真的，具有视觉、听觉和触觉等效果的、可交互作用的动态虚拟世界，人们对该虚拟世界中的虚拟实体能进行操作和观察。虚拟现实系统具有以下特点：1. 利用计算机生成一个逼真的虚拟实体，具有三维视觉、立体听觉和手感触觉的效果。2. 用户可以通过五官和四肢与虚拟实体进行交互，并产生符合物理、力学和生理原理的行为与感觉。3. 具有从外到内或从内到外以及在不同空间进行漫游的立体观察特征。4. 往往需要借助三维传感技术(如数字头盔、手套及外衣等)为用户提供一个可操作的环境。虚拟现实是计算机进行科学计算和多维表达的重要方面，它能向人们提供一种身临其境漫游世界的环境，从而为人类认识世界和改造世界提供强大的武器，具有广泛的应用前景和极高的科学价值。

　　互操作与超链接互操作是信息共享和系统集成的基础，它是指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、基于的模型和执行的环境不同，但它们都可以相互通讯和协调运行，以完成某一特定的任务。这些实体包括应用程序、处理对象和系统运行环境等。互操作是一个比较复杂的问题，它既需要基础理论的研究与核心技术的开发，又需要各个组织机构之间的协调与配合。互操作对软件业来说意味着界面的开放，它要求软件的生产者开放其数据的内部结构，以便系统的建设者能够开发用于互操作的接口。在地理信息系统领域，OpenGIS的规范是开放界面的重要进展。互操作对用户来说意味着在各系统之间可自由地交换数据，并能协调地进行数据处理。互操作的技术问题可以从网络链接、数据模型和应用程序三个方面来说明。网络链接涉及到传输介质、交换设备和通讯协议，它的互操作须解决各通讯协议之间的接口问题。数据模型既有同构数据又有异构数据，它的互操作须解决异构数据之间的转换问题。各系统的应用程序是多种多样的，它的互操作须解决在网络环境下各应用程序协调进行数据处理的问题。互操作在“数字城市”的建设中占有显著地位，它是“数字城市”实现信息共享和系统集成的重要技术途径“’。

　　超链接起源于万维网，它是万维网的精华和魅力所在。因特网的普及得益于万维网的超链接技术，它将世界各地的网站通过IP地址超链接起来，建立了分布在不同地点各网站之间的联系，把本来处于孤立状态的大量信息点组成一个有机的整体，使人们在任何时间、任何地点都能共享网站上的信息资源。超链接的概念是定义一个定位点，它指明了一个网页的确定位置，便于超链接跳转时的定位。超连接就象一个信息向导，它带领访问者在万维网里浏览用户所需要的信息。万维网能够超链接的是超文本信息。未来的“数字社区”将拥有庞大的信息资源，它也需要超链接技术将这些资源联系起来。从硬件技术和网络协议上来说，超文本链接的问题已经解决，但是“数字社区”涉及的信息种类繁多，结构复杂、环境各异，特别是地理空间信息，它的超链接远没有超文本链接那么简单，还需技术人员对现有的超链接技术作进一步地开发，以便用户能利用新的超链接功能在“数字社区”的信息海洋中尽情遨游。如此看来，超链接是人们对“数字社区”进行信息浏览的重要技术支撑。

　　 “数字社区”的基本概念

　　“数字社区”的概念来源于“数字地球”，它是“数字地球”的理念在社区的引用、延伸和拓展。由于在理解层面和切入角度上的差异，目前仍很难对“数字社区”的内涵作确切的定义。但随着对“数字社区”理论与技术的研究及应用探索的不断深入，人们对它的认识将会逐渐趋向统一，并形成对它的标准定义。

　　从广义上讲，“数字社区”是指信息化的社区，它与社区国民经济和社会信息化的概念是一致的。所谓“数字社区”或社区的信息化是指在社区的生产、生活等活动中，利用数字技术、信息技术和网络技术，将社区的人口、资源、环境、经济、社会等要素数字化、网络化、智能化和可视化的全部过程。“数字社区”或社区信息化的本质是要将数字技术、信息技术和网络技术渗透到社区生产、生活的各个方面，通过运用这些技术手段，把社区的各类信息资源整合起来，再根据对这些信息处理、分析和预测的结果来管理社区，以促进社区的人流、物流、资金流和信息流的通畅和高效运转。从社区经济和社会可持续发展的角度讲，“数字社区”是指运用以信息技术为主的各种现代高科技手段，充分地挖掘、采集和整合社区中自然与人文、经济与社会以及环境等方面的信息资源，构筑面向政府、企业、社区和公众的信息服务平台，开发涵盖社区生产、生活等领域活动的应用系统，通过信息的服务与利用，使人们正确地处理当前与长远的关系，社区与郊区的关系，生产与生活的关系，经济建设与自然资源和生态环境的关系，并从整体上统筹地解决“社区病”问题，促进社区经济和社会的可持续发展。

　　从社区规划、建设和管理的角度讲，“数字社区”是指在社区的规划、建设和管理活动中，利用数字技术、信息技术和网络技术，建立对社区的基础地理、基础设施、基础资源和基础功能进行信息自动采集、动态监测、辅助决策和科学管理的信息化应用系统。这个应用系统可为人们监管社区、预测社区和调控社区提供重要的决策依据和革命性的管理手段，并能积极促进政府决策的科学性、前瞻性，提高社区规划、建设和管理的效率和水平。

　　从技术的角度讲，“数字社区”是指整个社区经数字化处理后由计算机、数据库和通讯网络来管理的巨型信息系统。这个信息系统是以宽带城域网为基础，以社区基础地理空间数据为依托，以全球定位系统、遥感、地理信息系统以及虚拟现实、数据融合和动态互操作等现代高科技为技术支撑，以社区中自然和人文的事物与现象为应用对象，构成具有多源、多尺度海量数据的融合，能用多媒体和虚拟现实技术进行多维表达的数字化虚拟社区。

　　“数字社区”概述

　　自“数字地球”的概念被提出以来，已经引起了世界各国的广泛关注，并受到了多国政界、学术界和产业界的热烈响应。从那以后，与“数字地球”相关的概念层出不穷，“数字国家”、“数字区域”、“数字社区”、“数字行业”、“数字社区”等名词频繁见于报刊和杂志，成了当今时尚的话题之一。“数字社区”是从“数字地球”这一概念演化而来的，它是社区信息化的战略目标和社区现代化的重要标志。

　　建设“数字社区”要先从建设“数字社区”开始。建设“数字社区”，既是社区发展不可逆转的趋势，更是加快社区现代化建设，增强社区综合竞争力的内在要求和必然选择。构建“数字社区”，将会改变人们传统的生产和生活方式，丰富人们的物质文化生活，从而达到服务人、发展人和保障人的目的。