讲义城市数字化管理_城市管理学讲义

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第1章 绪论

随着城市建设发展，数字技术、信息技术、网络技术渗透到城市生活的各个方面。以数字化推动城市建设发展，符合中国目前工业化和信息化并行的经济社会发展现状。将大数据等数字技术融入城市生活和管理的各个方面，才能真正建成数字城市，使城市的各项数据均能得到整合，令政府治理、企业发展、社区规划和个人生活都将更为方便、快捷、有序。带来城市管理方式的转型。以丽江为例，当地政府以旅游为切入口，打通旅游业数据“孤岛”，接入旅游综合治理大数据平台，通过各监管部门之间的数据融合共享与开放，平台融合全网数据，具备全时监测、分析预测预警、联动处置决策、联动应急指挥、综合治理优化五大功能。1.1数字化城市的相关定义（1）数字城市

在城市规划建设与运营管理以及城市生产与生活中，利用数字化信息处理技术和网络通信技术，将城市的各种数字信息及各种信息资源加以整理、合并充分利用。城市的规划者和管理者可以在有准确坐标、时间和对象属性的五维虚拟城市环境中，对城市进行科学的规划，决策和管理。

数字城市在广义上指城市信息化。数字城市工程通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息资源、建立电子政务、电子商务、劳动社会保障等信息化社区，逐步实现全市国民经济和社会信息化。

综合运用地理信息系统、数据管理系统、网络、多媒体等技术，以包括城市空间数据库和城市基础数据库的数据仓库为基础，电信网、有线电视网、城域网三网为骨架，政府、企业、公众数字应用系统和数字小区为终端，城市中的任何元素都有其对应的坐标、时间和对象属性的五维数字虚拟城市。

对物质城市及其相关现象（经济社会特征）统一的数字化重现和认识，是用数字化手段来处理、分析和管理整个城市，促进城市的人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅、协调。充分利用数字化及其相关计算机技术和手段，对城市基础设施与生活发展相关的各方面内容进行全方位的信息化处理和利用，具有对城市地理、资源、生态、环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字网络化管理、服务与决策功能的信息体系。

（2）城市数字化管理

一类观点认为城市数字化管理是城市管理的新模式； 一类观点认为城市信息化在城市管理领域的体现。

我们认为—分权制衡为基本理念；信息技术应用实践；与之适应的城市管理体制，机制，流程和方法；目的在于构建现代城市治理结构；精细，快捷，高效处置城市问题；竞争力，公平，可持续发展的城市。1.2 数字化城市管理模式构成分析 1.2.1 管理手段及其技术构成分析（1）万米单元网格管理法分析（2）城市部件管理法分析（3）专用信息采集通讯工具（4）城市管理信息平台分析

1.2.2 数字化城市管理模式管理流程分析（1）数字城管具体工作流程分析（2）数字城管管理流程特点分析

1.2.3 数字化城市管理模式的管理体制结构（1）数字城管监督轴分析（2）数字城管指挥轴分析（3）数字城管处置机构分析

1.2.4 数字化城市管理模式的管理理念分析（1）以人为本的理念（2）信息化的理念（3）系统的理念

1.3 数字化城市管理模式的行政生态环境分析 1.3.1 数字化城市管理模式的外部环境分析（1）数字城管的经济环境分析（2）数字城管的社会环境分析（3）数字城管的沟通网络分析（4）数字城管的符号系统分析（5）数字城管的政治构架分析

1.3.2 数字化城市管理模式的内部环境分析（1）机构和职能的重叠性（2）群众参与和监督的形式主义（3）管理理念和管理方式的异质性 1.4数字化城市管理的优点

（1）发现问题的能力显著提高（2）问题的处置效率快速提高（3）城市综合管理水平明显提升

1.5数字化城市管理实施过程中存在的问题（1）体制机制问题（2）推进主体问题（3）队伍建设问题（4）参与主体问题

课外阅读：数字化城市管理绩效评价体系建设状况 1 国外政府城市管理中的绩效管理经验 2 数字化城市管理绩效评价指标体系的设计 3 数字化城市管理职能绩效评价的决定因素 4 数字化城市管理绩效评价体系的构建分析 5 数字化城市管理绩效评价指标权重的确定 6 数字化城市管理绩效评价体系建设案例分析 7 国际主要发达国家数字化城市管理经验借鉴

思考题：美国数字化城市管理发展概况？新加坡数字化城市管理发展概况？国外数字化城市管理发展对我国的影响？

第2章 城市数字化管理系统 2.1相关概念

2.1.1两个轴心的管理体制

城市管理监督中心是整个城市管理体制的信息枢纽与集散地，负责城市管理状况的监督与评价，负责管理和调配城市管理监督员。

• • • • • 工作内容

对城市管理实施全时段监控和问题信息实时采集功能； 对城市管理问题的处理情况进行实时监督功能； 客观评价城市管理各部门工作功能； 沟通市民群众参与监督城市管理的渠道。

城市管理指挥中心为调度、指挥和协调中心，领导各专业管理部门，对城市管理工作全面负责。

• • • • • • • 工作内容

统一指挥、调度各专业管理部门处理问题； 负责城市管理的统一决策、规划和部署； 受理城市管理监督中心送报的任务单；

根据任务单情况派发任务单，并提出任务完成标准； 收到各专业部门的完成任务信息，反馈给城市管理监督中心； 接收领导的督办单后，向各专业部门进行催办。

2.1.2万米单元格管理法

指在城市的1/500或1/1000等大比例尺的地形图上，划分的边界清晰的、多边形的、面积约为一万平方米的闭合图形。通过确定网格的两个责任人（监督责任人和管理责任人），对网格内部件、事件实施管理的方法。2.1.3城市部件事件管理

（1）城市部件：即物化的城市管理对象。主要包括道路、桥梁、水、电、气、热等市政公用设施及公园、绿地、休闲健身娱乐设施等公共设施，也包括门牌、广告牌匾等部分非公共设施。

（2）事件：为非部件类的城市管理事件。主要有7大类：大件废弃物，私搭乱建，垃圾碴土，宣传广告，街面秩序，工地管理，环境卫生。二．工作流程 案例教学：

1.采集员通过城管通上报问题； 2.南山区城管监督中心完成案件登记； 3.南山区城管监督中心立案； 4.南山区城管监督中心完成派遣； 5.市水务集团处理完毕前反馈信息； 6.两次督促采集员核查； 7.采集员完成核查反馈； 8.事件处理完毕；

9.南山区城管监督中心结案；

可见，在空间管理、对象管理、人员管理、过程管理以及目标管理上基本实现了高效率、精细化。三．构成1.监管数据无线采集子系统 2.呼叫中心受理子系统 3.协同工作子系统 4.地理编码子系统 遵循建设部标准

 《CJ/T 213-2005 城市市政综合监管信息系统单元网格划分与编码规则》  《CJ/T 214-2005 城市市政综合监管信息系统管理部件和事件分类与编码》  《CJ/T 106-2005 城市市政综合监管信息系统技术规范》对“地理编码子系统”的要求

实现资源信息与地理位置坐标的关联，建立起地理位置坐标与给定地址的一致性 通过对自然语言地址信息的语义分析、词法分析，自动和标准地址库匹配，确定出精确的地理坐标： 地名数据管理 地址数据管理 地址模型管理 地址匹配查询 地址内插计算

5.大屏幕监督指挥子系统 6.综合评价子系统

7.构建与维护子系统--四大模块？各个模块对应什么功能？ 8.基础数据资源管理子系统

--使用基础信息资源管理子系统进行空间数据管理和维护；--实现对空间数据资源的管理、维护和扩展功能，--对空间数据的显示、查询、编辑和统计功能进行配置。9.数据交换子系统

--实现与市级城市监管信息系统以及区共享信息平台等系统进行数据交换，交换信息可包括城市管理问题信息、业务办理信息、综合评价信息、共享的业务信息、共享分析信息等。10.统一消息平台

四．标准规范体系

为了更好地在全国推广数字化城市管理模式，建设部组织相关专家和机构，编制了数字化城市管理新模式四个国家行业标准，由建设部批准颁布，于2005年8月1日起在全国实施。2007年，根据各地经验总结，修改完善了部分标准，并准备增加评价考核相关标准。

第3章 相关支撑技术 第1节 导引：支撑技术概述 1.数字城市支撑技术 天空地一体化的空间信息快速获取技术 海量空间数据调度与管理技术 空间信息可视化技术 空间信息分析与挖掘技术 网络服务技术

2.智慧城市支撑技术

（1）数字城市管理支撑技术（2）物联网技术

（3）云计算技术--云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供。云计算支撑信息服务

社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。

云计算促进了软件开发商之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算，为智慧城市时代为机器增加了可以思考的大脑。3.智慧城市时代的空间基础设施（1）位置云

将手机接收到的导航卫星信号与其他定位相关的传感器信息传输到云计算中心，通过实时解算，实现室内外高精度的手机连续位置定位(分米级精度)。（2）遥感云

将海量遥感数据，复杂的遥感处理与分析方法放在远程的云计算平台中，利用云计算平台弹性的计算能力，用户无需搭建专用环境，只需要选择数据和算法后即可获取最终结果。（3）视频与GIS集成（4）空天地一体化传感网与GIS集成将被动的接收数据-分析数据-使用数据为用户需求-分析数据所需观测平台及参数-主动观测获取数据，按照用户需求制定卫星轨道及观测角度等，从而快速响应用户需求。

（5）室内与地下导航定位

室内与地下空间等无卫星信号覆盖区域的定位，可以利用射频、蓝牙、蜂窝基站等无线信号，以及陀螺仪、加速度计、电子罗盘等传感器进行室内与地下的导航定位。

（6）智能手机被开发为传感器

智能手机作为广泛接入的传感器，可以使得人人也成为移动的传感器，人们可以随时随地移动的、多方位地采集实时信息，包括位置、影像、声音、视频、移动方向及速度，重力加速度等,需要开发相应的软件。

（7）空间数据与视频数据挖掘

城市中数十万个视频传感器，海量的实时影像和视频信息，对重点地区，重点人群，重点事件进行实时监控，设置例如徘徊、逗留、遗留物等规则实时预警，在保护隐私的前提下提高安全等级和数据的智能应用,并将大量的无用数据及时删除。

第2节 物联网

引导问题：

作为城市管理专业学生，为什么在掌握城市数字化管理系统后，还要关注物联网及其发展？

关于物联网你都接触过哪些定义? 一．定义

是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

作为交叉学科，涉及：电子、计算机、测控、通信、信息系统等多领域专业知识。物联网强调全面感知及其能力，应该是对物的动态、连续、实时、在线的自动化的、智能化的全面感知，而不仅仅如RFID和二维码等静态、离线、非实时的局部感知。感知与控制(反馈)是一个闭环，感知是因，控制是果。感知与控制(反馈)是物联网区别于互联网的重要特征。二.物联网的基本架构

一、感知层：数据采集与感知

采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。涉及传感器、RFID、多媒体信息记录与传输、二维码和实时定位等技术。

传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。

特点：感知与反馈控制一体，输出与输入交互。

二、网络层（接入网+中间件）技术

实现物-物互连，能把感知信息精确、无碍、可靠性、安全性地传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相互融合。（云计算、云平台的关系在此体现）

具体而言：

接入层由各类有线与无线节点、固定与移动网关组成各种通信网络与互联网的融合体。可用网络包括互联网、广电网络、通信网络等。

中间件层实现对应用层的支持。该层的发展是物联网管理中心、资源中心、云计算平台、专家系统等对海量信息的智能处理。

三、应用层技术

包含应用支撑和应用服务子层，支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能；包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

三.物联网的涉及的五个关键技术(一)RFID技术

---利用射频信号及其空间耦合和传输特性进行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动识别，并进行数据交换的一种识别技术。射频识别系统包括射频标签和识读器两部分。射频标签悬挂或安装在产品或物体上，由射频识读器读取存储于标签中的数据。

具有识读距离远（相对于条形码）、识读速度快、不受环境限制、可读写性好、可同时识读多个物品等优点。

（二）无线传感网

通过传感器和无线网络的结合，可自动感知、采集和处理其覆盖区域中被感知对象的各种变化的数据，让远端的观察者通过这些数据判断对象的运行状况或相关环境发生的变化，以决定是否采取相应行动，或由系统按相关模型的设定自动进行调整或响应等。

（三）嵌入式技术（Embedded Intelligence）

将硬件和软件结合、组成嵌入式系统的技术。嵌入系统是将微系统嵌入到受控器件内部，为实现特定应用的专用计算机系统。

嵌入式技术广泛应用于工业控制、交通管理、智能建筑、信息家电等诸多领域。(四)纳米与微机电技术?

（Nanotechnology and Micro Electro Mechanical Systems）

为让各种对象都具备联网及数据处理能力，芯片微型化和精准度的重要性与日俱增。在微型化上，利用纳米技术开发出更细微的机器组件，或创造出新结构与材料，以应对各种恶劣的应用环境；在精准度方面，微电技术已有突破性进展，在接收自然界的声、光、震动、温度等模拟信号后转换为数字信号，再传递给控制器响应的一连串处理的精准度上提升了许多。

(五)分布式信息管理技术

四、物联网的起源

五、我国物联网发展的特点 课外阅读：

（1）物联网信息资源架构--EPC标识体系（2）物联网基础技术

第3节 GPS技术 1.定位原理

GPS 采用交互定位的原理。已知几个点的距离，则可求出求未知所处的位置。对 GPS 而言，已知点是空间的卫星，未知点是地面某一移动目标。

卫星的距离由卫星信号传播时间来测定，将传播时间乘上光速可求出距离。R=vt 其中，无线信号传输速度为 v=3X10 8 m/s, 卫星信号传到地面时间为 t（卫星信号传送到地面大约需要 0.06s）。

最基本的问题是要求卫星和用户接收机都配备精确的时钟。但一般为降低成本，用户接收机都用石英钟。卫星上则采用原子钟——用金属元素制作的金色钟（耗资达 100 万美元）。

由于光速很快，要求卫星和接收机相互间同步精度达到纳秒级，由于接收机使用石英钟，因此测量时会产生较大的误差，不过该意味着在通过计算机后可被忽略。同时，因为每颗卫星之间的时钟同步性十分精确，只要同时跟踪 4 颗 GPS 可见卫星后训能解算出经度、纬度、高度及接收机钟差。这是典型的由 4 个方程求解 4 个未知数的数学运算。

一个 GPS 接收机必须同是接收 4 颗卫星才能进行三维定位。对于实时厘米级定位精度，则要求同时接收 5 颗以上的卫星。在理想情况下，因为 GPS 系统有 24 颗卫星环绕地球运动，通常在水平角 10 度以上都能观测到 7 颗卫星。但如果附近有山、建筑物或其他遮挡物，则所能观测到的卫星会更少，这样接收机就很难定位，故有些应用还要与惯性导航技术相结合。

2.定位方法

GPS 定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。GPS 定位方法可依据不同的分类标准，做如下划分。（1）观测值定位

在 GPS 定位中，经常采用下列观测值中的一种进行数据处理，以确定也待定点之间的基线向量。

• L1 载波相位观测值

• L2 载波相位观测值（半波或全波）• 调制在 L1 上的 C/A 码伪距 • 调制在 L1 上的 P 码伪距 • 调制在 L1 上的 P 码伪距 • L1 上的多普勒频移 • L2 上的多普勒频移

GPS 定位时，除大量使用上面的观测值进行数据处理外，还经常使用一些特殊观测值，如宽巷观测值（Wide-Lane）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟的观测值(Ion-Free)来进行数据处理。这些特殊观测值是由前面的观测值通过某些组合形成的。

（2）伪距定位

伪距定位所采用的观测值为 GPS 伪距观测值，所采用的伪距观测值既可以是 C/A 码伪距，也可以是 P 码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位；其缺点是观测值精度低，C/A 码伪距观测值的精度一般为 3m，而 P 码伪距观测值的精度一般在 30m 左右，从而导致定位精度低。另外，若采用精度较高的 P 码伪码观测值，还存在精度的问题。

（3）载波相位定位

载波相位定位所采用的观测值为 GPS 的载波相位观测值，即 L1，L2 或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，其缺点数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。

（4）静态定位 进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。

四、GPS 定位的误差因素和提高精度的方法 1 GPS 定位的误差因素

在利用 GPS 进行定位时，会受到各种各样因素的影响。这些因素可以分为以下 大类。

• 卫星星历误差，在进行 GPS 定位时，在某时刻计算 GPS 卫星所在的卫星 参数是通过各种类型的星历提供的；但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，就是是所谓的星历误差。

• 卫星钟差，是 GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时间与 GPS 标准时间之间的误差。

• 卫星信号发射天线相位中心偏差，是 GPS 卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。

• 与传播途径有关的因素

• 电离层延迟。由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得 GPS 信号的传播速度发生了变化，这种变化称为电离层延迟。电磁波受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上的电子总含量有关。

• 对流层延迟。由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得 GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。电磁波受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。

• 多路径效应。由于接收机周围环境的影响，使得接收机接收到的卫星信号中还包含各种反射和折射信号，这就是所谓的多路径效应。

• 与接收机有关的因素 • 接收机钟差。接收机钟差是 GPS 接收机所使用的钟的钟面时与 GPS 标准时之间的差异。

• 接收机天线相位中心偏差。这是 GPS 接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。

• 接收机软件和硬件造成的误差。在进行 GPS 定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制系统所用软件和硬件等的影响。

• 其他因素

• GPS 控制部分人为或计算机造成的影响。

• 由于 GPS 控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。• 数据处理软件的影响。

• 数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。2．提高 GPS 定位精度的方法

（1）差分 GPS（Differential GPS）

针对美国有关政策，各国在 GPS 应用中为提高定位精度，都采用了差分技术。根据差分运算配置的位置不同可将其分为前向差分和后和差分（又称逆向差分）。

前向差分是以广播方式不断将差分估算，计算出自身的差分位置信息，并将该传给监控中心。广播差分基准信号的间隔时间直接影响多个移动目标的定位精度。间隔时间长，有些移动目标的差分运算定位精度就低。一般每 5s 广播一次差分基准信号，以保证定位精度在 10m~15m 的范围内。

后向差分占用各移动目标把 GPS 接收机接收的定位信息、星历、时间等传输到监控中心，再经中心结合差分基准站的住处由计算机进行差分运算。

前向差分占用无线信道多，中心工作量较小，并且一般 GPS DEM 板都具有差分运算的功能，不需另增投资。后向差分信道利用率高，中心系统计算机工作量增加，所以一般在常规通信 GPS 专用网情况下，采用前向差分方式。在集群通信，特别是公用移动通信网情况下，采用后向差分方式。这样有得于提高系统可靠性和系统效率，但要增加投资，技术难度也较大，并且需要建立差分运算的数学模型和修正系数。根据差分运算方法的不同，差分又可分为位置差分、伪距差分、多狭义相位差分和广义相位差分。位置差分精度低，相位差分精度高，但技术难度大，造价高，因此一般采用伪距差分。

位置差分的方法是建立一个固定点的坐标信号作为参考基准信号，让移动目标的 GPS 接收机接收到定位信息，利用位置的相对关系，消除测量中的系统误差，以提高精度。把参考信息用 SN+S 表示，其中 SO 是基准站的位置信息，为误差。移动目标的定位信息用 SN+S 表示，进行差分求出，并消除误差。这种方法要求差分基准站和移动目标 GPS 接收机接收相同的卫星信息，否则误差还是很大。这样就要求移动目标的活动范围要小，否则离中心太远，要使两个 GPS 接收机接收相同的卫星信号是不可能的。

伪距差分的方法也要依靠差分基准信号，但它不要求差分基准站和移动目标的 GPS 接收机接收相同的卫星信号。

GPS 接收机的时钟与卫星参考时间不同步，并且精度不高，所以 C/A 码的移动量中既包含 GPS 接收机于卫星的距离，又包含接收机钟差的偏移量，这样的实际测量结果被称为伪距，不是真实的距离。利用伪距差分运算出的定位精度可达 10m 左右，有时甚至能达到 1m~5m。

• 采用 GPS+GLONASS 定位可使精度提高一倍以上 • GPS 数字化系统，便于数字化设备构成系统； • 采用标准化总线 RS232，可方便与电脑连接使用； • GPS 早于 GLONASS 投入市场；

• 技术得到广泛应用，使 GPS OEM 产品大批量生产，价格大大下降，性能也相应提高；

• 设备性能稳定，寿命长。