发布时间：2023-03-24 15:14:18
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的操作系统论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
一、课程教学难点
1.理论性强
该课程教学内容理论性强、概念抽象、涉及知识面广,学生时其整体实现思想和技术往往难以理解,学习时有较大难度,大部分学生有一种畏难情绪。因此学生很容易陷入疲于记忆的状态,忽略了对课程各部分间关系和课程教学目标的把握。因而该课程是计算机专业中教师“最难教”,学生“最难学”的课程之一。
2.学习效果见效不快
很多学生对学后有立竿见影效果的课程兴趣较大,如程序设计语言,学生学会了便很快可以就某个问题编写程序上机运行,颇有成就感;而对诸如操作系统这样原理性强,实验要求高,设计一个操作系统又不现实的课程,一些学生因感觉学习后效应不会立即显现而对课程重视度较低。
二、教学目标
操作系统是目前最复杂、技术含量最高的软件,在计算机专业软、硬件课程的设置上起着承上启下的作用,其中的许多设计思想、技术和算法都可以推广和应用到大型的、复杂的系统设计,以及其他领域。因此,其教学目标应重在培养学生理解和掌握计算机操作系统的基本工作原理、设计技术及设计方法,培养学生开发系统软件和大型应用软件的意识和能力,同时还要让学生了解现代操作系统的新思想、新技术和发展研究动向。
三、课程知识体系设计
鉴于以上课程教学难点,教师若能从繁杂抽象的理论中理出一个脉络清晰的课程知识体系呈现给学生,将为有效达到教学目标要求起到事半功倍的作用。该课程教学内容有纵、横两条主线,纵线主要指操作系统各功能的设计思想、处理机制,横线主要指功能实现的具体技术方法、不同环境下的实现差异。因此,整个课程知识体系可按纵、横两条线展开,遵循知识、能力、素质协调发展的原则,从知识模块、知识单元和知识点3个层次来设计。其中知识模块代表特定学科子领域,可包括若干知识单元;知识单元代表知识模块中的不同方向,可包括若干知识点;知识点代表知识模块中单独的主题,是教学活动中传递教学信息的基本单元。
1.纵向功能线
本文的纵向功能线是从资源管理功能出发来设计,通过基于操作资源管理功能的知识建构,学生能明确所学内容在知识体系中的层次、位置、关系。此处为使结构更清晰,按操作系统资源管理功能出发的纵向功能线细化为进程管理、处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口六个知识模块,由此设计的纵向功能线知识结构如下:
(1)进程管理知识模块包括进程概念、进程调度、进程互斥、进程同步、进程通信、进程死锁各知识单元。进程概念包含进程特征、进程状态与转换、进程控制各知识点;进程调度包含调度时机、调度算法、调度过程各知识点;进程互斥包含与时间有关的错误、临界资源与临界区、临界区使用原则、临界区互斥访问的解决途径、临界区互斥访问的解决途径各知识点;进程同步包含信号量同步机制、生产者与消费者问题、读者与写者问题、哲学家进餐问题各知识点;进程通信包含忙等待策略、睡眠和唤醒策略、消息传递策略各知识点;进程死锁包含产生原因、必要条件、解决途径各知识点。
(2)处理机管理知识模块包括分级调度、调度算法、算法评价各知识单元。分级调度包含作业调度、交换调度、进程调度各知识点;调度算法包含作业调度算法、进程调度算法各知识点;算法评价包含作业调度算法评价、进程调度算法评价各知识点。
(3)存储器管理知识模块包括存储管理功能、存储管理方案各知识单元。存储管理功能包含内存分配与回收、地址映射、内存共享、内存保护、内存扩充各知识点;存储管理方案包含分区存储管理、页式存储管理、段式存储管理、段页式存储管理各知识点。
(4)设备管理知识模块包括数据传送控制方式、并行技术各知识单元。数据传送控制方式包含程序直接控制方式、中断方式、DMA方式、通道控制方式各知识点;并行技术包含通道技术、中断技术、缓冲技术、分配技术、虚拟技术各知识点。
(5)文件管理知识模块包括文件结构、文件存储空间管理、文件目录管理、文件存取控制各知识单元。文件结构包含文件逻辑结构与文件存取、文件物理结构与存储设备各知识点;文件存储空间管理包含空闲文件目录、空闲块链、位示图各知识点;文件目录管理包含文件目录形式、文件共享与保护、目录检索各知识点;文件存取控制包含文件存取控制方法。
(6)用户管理知识模块包括命令接口和系统调用知识单元。命令接口包含脱机控制命令、联机控制命令知识点;系统调用包含设备管理类命令、文件管理类命令、进程管理类命令、存储管理类命令、线程管理类命令各知识点。
2.横向技术线
操作系统知识点看似繁杂,但究其原理,在对不同系统资源功能进行管理时,所采取的策略和方法有很多是相同的。因此通过对重要方法和机制进行贯穿式的横向技术线,可使被条块分割的教学内容有效关联起来;通过横纵交错的连接,可使看似离散的知识有稳固而紧密衔接的结构。从操作系统四种重要实现技术出发的横向技术线包括中断技术、共享技术、虚拟技术和缓冲技术。当然,有些技术在其它相关课程中已有介绍,也可看出其在整个计算机系统中的重要程度,由此设计横向技术线知识结构如下:
(1)中断技术知识模块是实现程序并发执行与设备并行操作的基础,它包括中断类型、中断优先级、中断事件各知识单元。中断类型知识单元包括外中断、内中断知识点;中断优先级知识点在不同的系统中有不同的规定;中断事件知识单元包括进程创建与撤消、进程阻塞与唤醒、分时时间片、缺页中断与缺段中断、I/O操作、文件操作各知识点。
(2)共享技术知识模块是提高资源利用率的必然途径,它包括处理机共享、存储共享、设备共享、文件共享各知识单元。处理机共享包含进程的并发执行;存储共享包含外存储器共享、内存储器共享知识点;设备共享包含SPOOLing系统;文件共享包含便于共享的文件目录。:
(3)虚拟技术知识模块是把一个物理实体变为若干面向用户的逻辑单元,使资源的用户使用与系统管理相分离,从而提高资源利用率和安全性方,它包括虚拟处理机、虚拟存储器、虚拟存储器方法、虚拟设备、虚拟文件各知识单元。虚拟处理机包含多进程管理;虚拟存储器包含地址转换、中断处理过程、置换知识点;虚拟存储器方法包含页式管理、段式管理、段页式管理各知识点;虚拟设备包含设备共享;虚拟文件包含文件共享。
(4)缓冲技术知识模块是异步技术的实现前提,可大大提高相关资源的并行操作程度,它包括存储管理缓冲技术、设备管理缓冲技术、文件管理缓冲技术各知识单元。存储管理缓冲技术包含快表;设备管理缓冲技术包含硬缓冲、软缓冲、SPOOLing系统中的输入/输出井知识点;文件管理缓冲技术包含记录成组技术、文件表的打开。
四、课程知识体系操作
知识体系的设计显然要有必要的操作作为支持才能使其与学习者间进行互动,形成交流并达到知识的内化。依据上述的知识体系设计,该课程教学可采用以下两个步骤进行操作,一是以“核心拓展”的方式进行纵向功能学习,二是以“小组学习和共同学习相结合”方式进行横向技术综合学习。
“核心拓展”方式中核心指六大知识模块,它们也是该课程的核心内容,教师应结合具体系统的具体实例以讲授方式进行,讲授过程中对于一些关键算法一定要以具体实例加以讲解,不能照本宣科。“小组学习和共同学习相结合”方式可采用将多次出现的具体技术单独提出来,讨论哪些功能应用了该技术。分小组,一个小组负责总结一项技术,然后以小组宣讲共同讨论的方式来加深技术对功能的应用。
通过这两个步骤的操作,整个课程的知识体系便可以横、纵两条线的形式清晰地呈现在学生面前,为培养学生从离散到系统性的学习和思维习惯创造条件。
参考文献:
关键字组件重用操作系统OSKit
1引言
当前，操作系统的功能不断扩展，操作系统的类型呈现出多样化的趋势。一个小规模的开发小组已经不可能完全从头开始实现一个实用的操作系统，而一般情况下，研究人员只对操作系统的一些特定领域感兴趣，而对于另外一些元素,如启动加载代码、核心启动代码、设备驱动程序和内存分配代码等往往不感兴趣，但是一个可运行的原型系统又必须包含这些内容。编写这些基础结构延缓了操作系统研究项目的进度，同时也增加了进行操作系统研究的代价。为了解决这一问题，犹他大学的FLUX研究小组开发了OSKit，它提供了一个框架和一组模块化的、具有简单接口的库以及一组清晰的、可重用的OS组件。OSKit可以用来构建操作系统内核、外层服务和其他核心OS功能模块。OSKit提供了各种功能模块，诸如简单自举，一个可用于内核的最小化POSIX环境、与物理内存和其约束一致的内存管理、广泛的调试支持，以及高层子系统如协议栈和文件系统。开发者可以根据自己的研究兴趣或所要考虑的性能来使用这些模块，或用他们自己的模块来替代标准的OSKit模块。
OSKit公开了它内部的实现细节，允许用户从成熟的操作系统中不加修改地提取代码，然后通过一小部分经过仔细设计的粘接代码将它们合并到一起，隔离它们的依赖性，并输出良好定义的接口。OSKit使用这一技术整合了许多稳定而成熟的源代码，包括设备驱动、文件系统、网络协议等等。实践表明，使用组件软件架构和重用技术会给操作系统实现领域带来大的影响。
2组件技术简介
组件技术是一种较新的软件开发技术。到目前为止，还难以确定组件技术的明确定义。比如，对组件技术的常见说法有以下这些：“二进制软件单元”、“任意场合可部署的软件”、“特别适合第三方开发”和“规范定义的接口”等等。大致上可以这样理解：所谓组件，其实就是一种可部署软件的代码包，其中包括某些可执行模块。组件单独开发并作为软件单元使用，它具有明确的接口，软件就是通过这些接口调用组件所能提供的服务，多种组件可以联合起来构成更大型的组件乃至直接建立整个系统。组件的实现必须支持一种或者多种其用户所希望获得的接口。实现组件并不一定需要采用面向对象语言。为了构造新应用程序，软件开发人员找出适当的组件，将这些组件加入到正在开发中的应用程序，同时对应用程序进行测试并保证应用程序的组装工作按照预定的规划正常进行。采用组件技术能降低开发、测试和维护成本,提高可靠性和稳定性。
3Oskit组件综述
OSKIT的组件库提供了一般情况下更高层的功能，它通常只对外开放一些相关的公用调用接口。目标系统通过OSKit的面向对象的COM接口来与这些组件进行交互。以下几节概述了OSKit所提供的组件。
3．1引导程序
大多数操作系统多有自身的启动加载机制，彼此互不兼容。这种加载机制的多样性并不是由于每个OS所要求的自举服务不同而引起，而是由于构建启动加载器的特定方式造成的。因为从操作系统研究的立场来看，启动加载器是一个令人不敢兴趣的领域，因此OS开发者通常进行一个最小化、快捷的设计。由于设计理念和要求的轻微差别，每个启动加载器都不适用于下一个OS。为了解决这个问题，OSKit直接支持多启动标准，这一标准是由几个OS项目的成员共同设计的，它的目的是提供一个简单而通用的启动加载器与OS内核间的接口，从而允许一个启动加载器加载任何兼容的OS。
在进行操作系统研究时，多启动标准非常有用，这其中的主要原因是启动加载器在加载内核自身的同时还具有加载附加文件或者启动模块的能力。这里的一个启动模块只是一个普通文件，启动加载器不以任何方式解释它，而仅仅把它随同内核映像一起加载到保留物理内存块中。在启动内核时，启动加载器提供给内核以下内容：物理地址的列表、所有已加载的启动模块的大小，以及与每个模块相联系的由用户定义的字符串。这些启动模块和与它们相联系的用户定义的字符串由内核解释。这样做的目的是为了通过提供内核启动时需要的数据，诸如初始化程序、设备驱动和文件系统服务器，来减轻内核启动的负担。
3．2核心支持库
OSKit核心支持库的主要用途是让客户OS更容易访问硬件设施。它包含了一个较大的实用函数和符号定义的集合，该集合对于管理模式代码是非常具体的。与此相对应，OSKit的大多数其他库在用户模式代码中通常很有用。和OSKit的其余部分所不同的是，多数核心支持代码必须是针对特定系统结构的，而这些特定机器的细节对客户OS也是有用的。例如，在x86机器上，核心支持库包含一些函数，用来创建和操纵x86页表和段寄存器。其他OSKit组件通常提供建立在这些低层机制上的与体系结构无关的设施，但是为了提供最大的灵活性，与特定结构相关的接口始终可以被访问。
OSKit核心支持库在x86体系结构上尤为重要，因为该体系结构的OS级编程环境特别复杂和模糊。核心支持库仔细地设置了一个基本的32位执行环境（为了与MS-DOS兼容，x86处理器通常以16位模式开始）,初始化段和页转换表，安装一个中断向量表，并提供缺省的陷阱和中断处理程序。当然，客户OS能够修改或重载这些行为。然而，在缺省情况下，核心支持库自动地做所有必要的工作，以便使处理器进入一个方便的执行环境，此时中断、陷阱、调试以及其他标准设施已经如预期的那样开始工作。该库在缺省情况下自动地定位所有随内核加载的启动模块，并保留它们所在的物理内存。接下来，应用程序可以很容易使用它们。客户OS只需以标准C语言风格提供一个main()函数。一切都设置好以后，内核支持库将用所有参数和由启动加载器传递过来的环境变量来调用它。
3．3内存管理库
如同在一个标准C语言库中实现的malloc()一样，内存管理代码典型地用于用户空间。通常并不适用于内核。设备驱动常常需要分配特定类型的内存，并伴随具体的调整属性。例如，对于内建的DMA控制器只能访问最初的16M物理内存。为解决这些内存管理问题，OSKit包含了两个简单而灵活的内存管理库：(1)基于队列的内存管理器（或称LMM）,它提供了功能强大且高效的原语来进行分配管理，并支持在一个池中管理多种类型的内存。(2)地址映射管理器（或称AMM）被设计用来管理不必直接映射到物理内存或虚拟内存的地址空间，它对OS的其他方面提供了类似的支持，诸如进程地址空间、分页、空闲块或IPC名字空间的管理。尽管这些库可以很容易地应用在用户空间，但实际上它们是被特别设计用来满足OS内核的需求。
3．4最小C语言库
成熟的OS内核一般都包含着相当数量的仅仅用来重新实现基本的C语言库函数如printf()和malloc()的代码。与此形成对比的是，OSKit提供了一个最小化C语言函数库，它围绕着最小化依赖性而不是最大化函数性和性能的原则来设计。
3．5调试支持
OSKit的一个最实用的好处是：给定一个适当的硬件设置，它立刻就能提供给OS开发者一个完全源代码级的内核调试环境。OSKit内核支持库包括一个可用于GNU调试器（GDB）的串行存根模块，它在客户OS环境中处理陷阱，并使用GDB的标准远程调试协议通过一个串行程序与运行在另一台机器上的GDB通信。甚至当客户机OS执行自己的陷阱处理时，OSKit的GDB存根模块也是可用的。如果客户OS提供适当的钩子，它甚至支持多线程调试。除了基本的调试器支持，OSKit也提供了一个内存分配调试库，它可以跟踪内存分配并检测一般的错误，如缓冲区溢出和释放已释放的内存。这个库提供了与许多普通应用程序调试器相似的功能性，所不同的是它运行在由OSKit提供的最小内核环境中。3．6设备驱动支持
在OS开发和维护中最艰巨的一个任务是支持多种多样的I/O硬件。这些复杂的设备常会含有潜在的错误，而新硬件的又常常伴随着不兼容的软件接口。由于这些原因，OSKit采用了为现有内核开发的稳定的、经过充分测试的驱动程序。OSKit使用了一种封装技术，将现有的驱动程序代码基本上未加修改地合并到OSKit中。这些现有的驱动程序被一个OSKit粘结代码层所包装，从而使得这些驱动程序可以在与开发它们的环境完全不同的环境中工作。目前，来自Linux的大多数以太网卡、SCSI和IDE磁盘的设备驱动程序被包括进来，总数超过了五十种。用同样的方式，来自FreeBSD的八个字符设备驱动程序也被包含了进来，它们支持标准PC控制台和串口及不同的多串口板。由于OSKit把这些驱动仔细地进行了包装，FreeBSD驱动程序可以与Linux驱动程序一起工作。
3．7协议栈
OSKit提供了一个完整的TCP/IP网络协议栈。如同驱动程序一样，有关网络的代码也可以通过封装机制被合并进来。OSKit当前可以从Linux中获取网络设备驱动程序，它们是PC平台可获得的最大的免费资源。OSKit的网络组件继承于FreeBSD4.4,它通常被认为具有更多成熟的网络协议。这显示了使用封装机制将现有软件包装成灵活的组件的第二个优点：即从不同的资源中获取最好的组件，并让它们一起被使用。
3．8文件系统
通过使用封装技术，OSKit吸收了NetBSD的基于磁盘的文件系统代码。NetBSD之所以被选择为首要资源库，是因为在可用的系统中，它的文件系统代码被最清晰地分离了出来，而FreeBSD和Linux的文件系统与它们的虚拟内存系统结合的更紧密。当前，OSKit也把Linux文件系统合并了进来，以便能够支持多种类型的文件系统格式，如Windows95、OS/2和SystemV的文件系统格式等等。
OSKit文件系统输出的COM接口类似于许多Unix文件系统所使用的内部VFS接口。这些接口具有很好的粒度，使我们可以不必接触OSKit文件系统的内部。例如，OSKit接口只接受简单的路径名组件，允许安全封装的代码执行适当的访问许可检查。
4OSKit的现状
自从在1996年6月了OSKit的第一个公开发行版以来，OSKit已经更新了多次，每次更新都增加了一些算法，并修正了一些错误。最新的发行版是2002年3月的版本。由此可见，OSKit一直处于操作系统开发平台的前沿，其自身也在不断完善和发展。
5结论
作为一个操作系统研究与开发的平台，OSKit大大减轻了操作系统研究与开发者的负担。它可以让开发人员避开复杂的底层，而把兴趣集中与他们所感兴趣的领域。开发者可以用自己编写的组件来取代OSKit中的部分组件，以满足自己特定的需要，从而丰富了操作系统的应用层。总之，OSKit满足了实际客户系统的需求，有助于操作系统的研究与开发。
参考文献
(1)汤海京基于面向对象操作系统开发平台（OSKit）的分析与程序设计www-/developerWorks/linux/kernel/oskit/part1/index.shtml
(2)MichaelHohmuthUsingtheOSKitasabaseforL4applications
关键词：计算机科学导论；教学方法；考核方式
《计算机科学导论》课程是计算机专业的引导性课程，为计算机专业的新生提供了关于该专业学科的入门介绍。使学生能够全面掌握计算机的基础知识，并了解该专业的学生在该领域工作应具有的职业道德和应遵守的法律准则。《计算机科学导论》课程在大一第一个学期开设，新生虽然具有计算机的基本使用能力，但在计算机理论知识上的专业性不够，大部分的知识对新生来说都是第一次接触。如果一味地想把如此广的知识介绍给学生，理解上的难度会影响他们学习的积极性，效果并不好。根据该课程近几年的教学实践，笔者总结出了教学中存在的一些问题，并对教学内容的选取、教学方法和考核方式给出思考。
教学中存在的问题
计算机科学导论的教学内容虽然相对浅显，但是涵盖的知识面很广，几乎包括计算机领域所有的理论知识，应用技术、热点研究问题等。在授课中不仅要把基本的概念介绍清楚，还要对最新的专业动态有所介绍。在教学过程中主要存在以下几个问题。
1.合适教材难以选择
我国的计算机科学导论教材非常多，按其内容主要有以下三种：一、内容为计算机各种办公软件的使用，使学生具有使用计算机的初步能力，和非计算机专业开设的《大学计算机文化基础》课程等同[1]；二、将计算机专业学生大学四年要学的专业核心课程进行了浓缩，内容涉及面广；三、计算机和计算的本质属性用高度抽象的数学模型来刻画[2]，内容进行系统化、形式化的概括。由于目前中小学已开始开设了相关的课程，新生都具有不同程度的使用计算机的能力。所以选择第一种教材对于计算机专业的学生会过于简单，失去“专业引导”课程的本质属性；第二种教材在广度和深度上是比较难以把握的；第三种教材过于抽象，教师难讲，一般院校的学生难以理解。再加之计算机科学技术和应用技术的发展变化非常快[3]，可谓日新月异，许多教材内容的更新速度严重滞后。
2.理论教学过于复杂
新生非常渴望专业知识，计算机专业的新生对第一学期开设的计算机科学导论课程抱有很大的期望。教师希望通过讲授该课程给学生初步建立整个学科的框架，指明计算机专业学习的方向，激发他们的学习兴趣。但是把如数据结构，操作系统，数据库系统，编译原理等专业课浓缩为一章进行叙述[4]，叙述方式上又较少考虑新生的知识背景和理解能力。理论教学中勉强把计算机科学系统知识精装到学生的知识结构中[5]，不断出现的新概念、新理论和新知识使学生难以真正理解，又要求他们在短期内消化吸收，这样不但起不到很好的专业引导，反而使学生对计算机的学习望而生畏。
3.实验内容与理论教学相对独立
本课程配有相应的实验内容，但一般是以Windows操作系统和常用办公软件的操作为主，与理论教学相对独立。
4.考核方式传统化
对学生来说，最熟悉的考试方式是闭卷考试，这种考试方式注重对知识的记忆、理解和应用。在大学学习期间，很多课程没有单元测试、期中考试，采取的是直接的期末考试。学生到了期末死记硬背搞突击，平时很少去细细思索所学内容。本课程不只是介绍一些计算机专业的知识，更应该引导学生思考相关的一些问题。
教学的几点思考
1.教材内容和补充新信息相结合
教材的内容对基本知识介绍得比较全面，但为了提高教学质量和教学的有效性，在教学内容上教师需要适当地选择一些专业领域的新知识进行补充，如计算机技术和产品的最新发展、新成果、未来发展趋势等[6]。学生在掌握计算机基本知识的基础上对专业新知识有所了解，紧跟时代的新发展，与学生实际生活中接触到的产品和概念有所共鸣，这样可以激发他们学习本专业知识的兴趣。
2.构建启发式教学模式
传统的教学模式是非常封闭的，教师讲解学生听课，两者的交流比较少。学生的这种被动局面制约了他们学习主动性的发挥。启发式教学模式就是让学生的学习方式从被动变为主动。教师在对基础知识的介绍过程中，根据相应的知识点设置相关问题，对学生进行分组选择相应问题；进行前期的文献查找，撰写论文培训后，让学生自己去查阅相关资料，提炼内容，形成一份综合的材料，并在课堂上讲解给同学们；教师及时对学生所讲内容进行总结评述。把课堂的某些时间让学生掌控，教学中充分调动教师和学生的交流，在问题中探讨学习，在参与中掌握相关知识。在这个过程中让学生学会检索文献，整理资料，初步阅读计算机专业文献等；鼓励学生从问题出发，去钻研去思考，逐步训练专业的创新能力；在团队中学会合作；锻炼学生的表达能力；提高办公软件的使用能力；培养学生专业自信心；充分发挥学生的主动性。
3.适当增加理论教学的实验
Windows操作系统和常用办公软件的操作这些操作技能需掌握，但课堂上讲到的有些内容最好配合相应的实践，给学生实实在在的接触，这样能使理论教学的效果更理想。
4.改变考核方式
大学的课程在考核上一般采取期末考试成绩和平时成绩相结合的方法。计算机导论课程内容多，授课中若不采取传统的教学方式，而是结合专题讲座、学生参与教学的方式，该课程的部分考核可以在教学过程中完成。例如，可采取分组合作课题和独立选题论文相结合的考核形式。分组合作课题在授课中完成，学生按所在分组，分工合作完成相关课题，上台讲演，并通过各小组之间的评比给出相应成绩，这项成绩在教学中完成；独立选题论文，学生自主选取与计算机领域相关的选题，以论文形式上交，培养学生独立思考能力，这项考核在结课后一定时间内完成。两者结合，不增加学生记忆的压力，又给了学生充分的自。
结束语
《计算机科学导论》课程在专业知识整体介绍的同时要激发学生学习本专业的兴趣，发挥学生学习的主动性。课程难度和广度不容易把握，教师要不断更新教学内容，改进教学方法，使《计算机科学导论》课程真正起到引导的作用。
参考文献：
[1]许晴媛.《计算机导论》课程内容探索与改革[J].宁德师范学院学报（自然科学版），2011，23（3）：303-306.
[2]何昭青.《计算机导论》课程内容体系构建的研究与实践[J].湖南第一师范学院学报，2010，10（5）：63-66.
[3]李明东，等.《计算机导论》课程内容及体系结构改革研究[J].四川师范学院学报（自然科学版），2003，24（1）：6-8.
[4]薄树奎.“计算机导论”课程教学方法初探[J].郑州航空工业管理学院学报（社会科学版），2011，30（4）：182-184.
论文摘要:文章通过对管理演变、现行行政管理误区剖析、新时期行政管理科学化的走向等方面的理论分析,阐述了科学管理新趋势,并深刻揭示新时期行政管理须注意的几个环节。
论文关键词:行政管理演变科学化走向
随着社会化大生产的深入展开,对日常行政的指挥、监督、控制成为强烈的必需,科学化管理的需求日益上升。实践证明管理者素质的高低,在极大程度上影响着政务效率与质量。因此,对新时期行政管理科学化问题的探讨具有十分重要的意义。
一、行政管理的演变
管理是一个历史范畴,其作为实践是历经无数人的努力,步步演变,才走向科学化的。从最初的经验管理发展到工业化时期的泰罗制和福特制管理,管理开始进入科学管理时期。泰罗在其《科学管理原理》中指出,科学管理是由组织、协调、合作、发挥每个人最高的效率,实现最大的富裕等多种要素结合而成的。这使人们对科学管理开始关注,特别是现代行为科学的诞生,为管理注入了新的心理因素,而系统论的发展,为系统管理的实施提供了强有力的理论指导。此时,以梅奥为代表的以人为本的管理思想开始占据主导地位,管理不仅仅是追求有序化、合理化,同时也追求人的需要的满足,而且谋求管理的整个系统功能的优化。这就是管理的科学化问题。
现代行政管理正在发生一系列的趋势性变化。首先是从流行程序管理变为倡导目标管理。程序管理要求管理者对被管理者明确行动的目标,且交代每一个行动的操作步骤,而目标管理仅需对被管理者明确目标及其工作要求,具体步骤由被管理者、操作层次的人自行解决。当然,不同的被管理者应运用不同的管理方式,但在人力资源素质不断提高的今天,仍一味奉行程序性管理是过于落后了。
其次,从单一管理发展为分层管理。系统论中的结构——层次——功能理论开始在管理中发挥作用。不同人员结构的系统(单位)要运用不同的管理模式,不同层次的管理者,其管理方法不能相同。高层次的管理者仅仅关注战略性决策,而日常程序性决策都授权于低层次管理者操办。不同的管理者其管理半径不一样,其控制力、监督能力也不一样。
再次,从刚性管理发展为柔性管理。刚性管理强调硬性行政命令约束,管理思维是非此即彼,容不得权变。而柔性管理认为管理存在弹性,管理者往往根据不同的被管理者和不同的情境而采取不同的管理方法,从而达到理想的管理效果。管理者注重对管理“柔性”因素的控制如管理风格、沟通、文化等。
第四,从无风险管理发展为危机管理。传统的管理强调对被管理者的激励与约束的对称即所谓的奖惩机制的建立。通过表扬的手段、树立典型的效应来带动一批人前进,不谈忧患,不提危机,害怕被管理者受刺激过度,产生惧怕心理,影响工作及效率。危机管理在一些特殊情况下有其独特、甚至令人意想不到的作用。如急中生智,置之死地而后生,都说明危机管理具有独特功能。更值得注意的是,现在危机管理似乎有演变为一种经常性管理模式的趋势。如微软公司总裁比尔·盖茨在管理中强调“最好的软件公司离真正破产永远只有18个月”。正是有这种危机管理技能的运用,微软公司才会日益强盛。
不仅仅是管理模式在变,而且管理的指导思想也在变。如鲶鱼效应和木桶原理,学习型组织的理论的兴起等。鲶鱼效应是指在一批沙丁鱼的远途运输中,如果掺入几只凶猛的鲶鱼,反而会使沙丁鱼的死亡率降低,这是因为有了逃生的竞争,使沙丁鱼游动频率增高,从而生存力增强。同样,在管理中,如果多引入一些不同类型的人才,则会使单位的生命力愈加旺盛,这破除了传统的“一山难容二虎”的理念。木桶原理是指一只由几十块木板拼接而成的大木桶,其容量取决于最短一块木板。这给管理者的启示是:面对被管理者的差异与管理环节、问题的差异,其实是最薄弱的那一个环节,可能会导致管理上的麻烦与致命伤。因此,一名优秀管理者应从最薄弱环节改进入手,去提升整体的管理绩效。只有经常性检查,经常性抓落实,抓责任制的贯彻才会获得满意的管理效果。现代管理科学还告诉管理者,如何将自己所管理的组织发展成为一个学习型的组织,已是十分迫切的问题。传统的管理认为,被管理者一次充电,受益终生,知识、才能运用只须储备一次,便可应付全部的挑战。而在信息、知识经济时代,这一管理理念落伍了。只有带领组织成为持续学习型的组织,摆脱单纯的模仿,且成员之间相互学习,具有共同的愿景,一个单位、组织才会生机勃勃,不断发展,不断拓展成长空间,不断超越同行,取得成功。
二、现行行政管理的误区剖析
当前,一些人戏称流行的行政管理模式为“领导就是开会、管理就是收费、协调就是喝醉”,一些管理人士甚至将其作为管理的金科玉律。这其实是行政管理庸俗化的表现,是明显的认识误区,在这种指导思想下进行管理将贻害无穷。
首先,将开会布置任务,理解为可替代科学决策,这首先是管理者的悲哀。这种错误的认识容易造成“会海”连绵,管理者开了会就等于任务布置了,事情完成了,长此以往,落实工作成为顽症。而没有落实的政策、措施等于一切都是空的,管理的效能无从体现。
其次,管理的中心任务是什么,仅仅是收费吗?把管理权限混同于单项财权行使、赚钱的所为,这是将管理极端简单化的表现。的确,好的管理可以产生经济效益与社会效益,但管理不是为了收费了事,这是管理导向的错误,会造成管理可有可无,机构形同虚设,人浮于事,最终断送了事业。
再次,协调就是喝醉,这是将管理极端庸俗化的表现。当然,协调是需要将方方面面的利益进行平衡,对各方倾向、意见进行妥协,但决不是一喝了事。管理既要协调管理者与被管理者,使二者利益、愿望与目标等大体相一致。做到上下同心,形成组织的凝聚力。要协调长远利益与眼前利益,最终目标与近期目标之间的关系。也要协调管理者与工作任务相适应,还要协调被管理者与工作任务相适应,达到1+1>2的系统功能效应。还有一种管理误区就是一味多订制度,认为有了制度就有了管理,从而导致规章多如牛毛,有否贯彻执行则无人问津。这种错误的认识容易造成“文山”现象,管理者须签阅大量的文件,哪有时间、精力去真正管理呢?其实,有了制度不等于就有了管理,有了制度,只是为管理准备了一些基本前提、准备了一些条件,这只是管理的开始,实际上,被管理者是否自觉执行这些规章,是需要监控、需要调研的,这都是管理的题中之义。制定过多的规章等于没有规章,因此规章过滥也会影响管理的效能。
三、新时期行政管理的科学化走向
决策的科学化。作出一项正确而充分的决策,有赖于准确而充分的信息,也需有一套动力机制去刺激决策付诸实施。传统的管理以领导者“拍头脑决策”为主,凭经验、凭主观决策,容易导致决策失误,导致严重后果。因此,我们必须寻求决策的动力机制,健全为决策服务的信息系统。
办公的自动化。办公系统是决策系统与操作系统的衔接环节,是落实决策的重要一环。制度、决策的落实在于执行,它涉及到办公环节的启动,传达贯彻、督办决策的实施到位。传统管理中的这些环节都已齐备,但缺乏的是高科技手段。现代管理就是要借助于办公自动化技术,成倍地提高政务效率,建立督办网络体系,使事中、事毕都存在可测性与可控性,使决策者、管理者随时能得到确切、全面的信息反馈,以便实现全程动态管理。
管理的信息化。无论是决策,还是日常管理监督,都需要管理的信息化。提供全面、准确的信息是决策的前提,反馈实施信息是管理的要求,总结反映、宣传信息是管理效能的体现。因此,信息化管理是走向科学化的必然要求。通过重视信息反馈,不断改进管理方式。在管理过程中注意管理效果的信息反馈,以便随时调整管理的目标和方式,达到优化。
【关键词】教学主客体；网络教学平台；交互
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B【论文编号】1009―8097 (2008) 08―0085―04
美国学者布兰斯福特（1999）认为，许多新技术都具有交互性，可以更容易地创建教学环境，在这种环境中学生能够通过实践来学习、获得反馈和不断地改进他们的理解以及建构新知识。以网络和多媒体为基础的网络教学必须而且只有具有丰富的交互机制，才能真正实现网络教学的目标，才能激发学生探索知识的欲望和动力，才能直观形象地提供学习内容。网络教学平台具有丰富交互性是网络教学的需要，是发挥网络教学有效性的必然要求。如何充分认识和设计网络教学平台的交互机制，已经成为设计、开发和评价网络教学平台的重要内容。目前，对于网络教学平台的交互研究大都集中在从技术角度分析如何设计和开发交互手段，较少从教学应用层面分析网络教学平台交互的含义和特性。本文在结合教学有效性探讨的基础上，从教学主客体关系角度分析网络教学平台交互的涵义、分类和影响因素。
一 网络教学交互的含义和要素分析
1 网络教学交互的含义
国内外有关网络环境下教学交互的研究中，其涵义的解释和描述主要包括：
（1） Merrill，L I & Jones(1990) 认为，学习中的交互是教学系统与学生之间，包括相关信息交换在内的，实时的、动态的、相互的给予――提取过程。
（2） Gilbert和Moore(1998）认为，以计算机为媒体进行教学的交互性Interactivity是指学生和技术之间的信息交换。
（3） Wagner教授认为，交互是在相互影响的个体和群体之间的一种相互影响和信息交换，需要两个主体和两种活动之间的互动。
（4） 北京师范大学远程教育研究中心陈丽认为（2004），教学交互是一种发生在学生和学习环境之间的事件，它包括学生和教师，以及学生和学生之间的交流，也包括学生和各种物化的资源之间的相互交流和相互作用。
综合上述描述，可以归纳出网络教学交互的定义：网络教学交互是在网络环境下，为实现网络教学目标，所发生的学生、网络教学资源和教师之间的相互影响的互动事件。既包含作为主体的学生和教师之间的社会交流以及他们与作为客体的网络教学资源之间的互动和交流，也包括网络教学资源本身的动态变化过程。
2 网络教学交互的要素分析
任何一个教学系统都包括教师、学生和课程资源三大要素，其中课程资源包括教学媒体和教学信息。网络教学系统作为一种特殊教学系统，其要素也可以归纳为三大要素：教师、学生和网络教学平台。网络教学交互其实就是指教师、学生和网络教学平台之间的相互作用和关系。如图1表示网络教学交互的各要素关系。
图中，网络教学平台涵盖了网络教学媒体以及承载与其上的教学信息，网络教学交互主要有生机交互、师机交互、生生交互、师生直接交互、师生间接交互和资源内部交互，其中除了师生直接交互与传统教学中面对面交互相似之外，其他所有教学交互形式都与网络教学平台有关。网络教学平台的交互显然成为网络教学交互研究中最重要的课题，如果将师生直接交互排除在网络教学交互范围内的话，网络教学交互从技术上讲就是网络教学平台的交互。
3 网络教学平台交互的概念
网络教学平台交互的定义可以描述为：网络教学过程中，网络教学平台自身教学信息的动态呈现和生成以及与学生和教师之间由于相互作用形成的信息和情感交流活动。具体实现关系如图1。
网络教学平台交互的目的是使学生在网络学习过程中，通过相互交流和相互作用，能改变自身行为，从而实现网络教学目标。当这种交互活动对学生的反应能够使学生的行为朝着教学目标方向发展时，网络教学是有效的。因此，网络教学平台交互重点是关注交互活动如何对学生学习的意义产生作用，如怎样在网络教学平台上设计与现实实验环境相仿的虚拟实验场景和操作步骤；当学生学习过程遇到挫折是如何实时给予帮助和矫正；如何监控学生的学习状况等。
二 基于教学主客体关系的网络教学平台交互要素分析
1 网络教学过程中的教学主客体关系
网络教学是一个有机的社会活动系统，其要素也可以归纳为三大要素：教师、学生和网络教学平台（包含各种技术手段以及运行于其上的教学信息等）。其中教师和学生是系统的主体，网络教学平台是系统客体。它们之间相互联系、相互作用。传统教育中师生之间的关系比较紧密，教学交互总是离不开师生交互，总是将教师和学生之间的作用关系放在同等地位进行研究，而在以“学为中心”的思想影响下，由于网络教学过程中教师和学生的联系相对比较“松散”，对于网络教学理论和实践研究的重点和中心很容易偏向与学生，容易忽略教师的主导和参与作用，特别是教师对网络教学资源的整合利用作用。因此，网络教学过程中，只有教师和学生共同参与网络教学平台的交互，才能真正达到网络教学的和谐发展，才能提高网络教学的有效性。
（1） 师生“双主”之间相互联系，相互依存，形成主体结构，成为网络教学的动力系统，从而促进和推动网络教学活动的进行。有人认为，网路教学不需要教师，只要有学生和平台就可以实施网络教学。这种想法首先否认了网络教学平台中教学资源的建设问题，其次否认了网络教学的教学设计问题，这两个方面都必须要教师参与才能进行和开展。只有教师设计和维护好网络教学平台才能保证学生能得到丰富而适合的交互内容，网络教学平台的交互内容也只有通过学生的交互才能使之真正发挥作用，达到教学效果。教师和学生之间是和谐平等的。
（2） 主体支配客体，客体制约主体。网络教学的师生主体对教学平台客体的支配作用主要表现在：教师根据需要设计制作网络教学资源，选择教学策略，改变教学内容顺序，对学习内容进行管理等；学生选择学习内容，个性化学习界面，设置学习书签等
（3） 客体是两个主体联系的桥梁。网络环境下，虽然教师和学生都属于主体地位，但与它们出现在统一空间或时间范围内，这是网络教学区别于传统教育最显著的地方。网络环境下，网络教学平台是教师和学生进行交互的中介手段，师生可以通过留言板、BBS、站内短消息、QQ等方法进行练习和对话。
2 基于教学主客体关系的网络教学平台交互要素
根据以上分析，网络教学的交互不仅指学生和学生之间、学生和平台、学生和教师之间的交互，还包括教师对教学平台的操作和交互控制作用。网络教学平台的交互要素如图2.
三 基于教学主客体关系的网络教学平台交互分类
从系统论角度看，网络教学平台交互的对象可以分为主体和客体两大要素，主体对象包括教师和学生，他们是交互系统的核心部分，客体对象包括网络教学平台以及作用于在其上的交互手段，它们是交互系统的必要条件。
从教学有效性角度看，网络教学平台交互可以看作是网络教学系统的缩影，也可以将这个系统看作是主体和客体的作用关系系统。这种交互可简化为图3。
根据主体和客体之间所建立的交互功能，可将网络教学平台交互分为以下三类。
1 导航类交互
指网络教学平台如何呈现教学内容及其关系，包括前台学生主体如何浏览和选择信息，后台教师主体如何控制教学内容的结构和框架等。这类交互的作用是使学生通过前台快速掌握学习内容的知识结构、学习路径和具体学习内容，教师利用导航清晰的后台快速生成网络学习资源。
2 反馈强化类交互
指网络教学平台与学生主体之间的控制机制，当学生输入某一信息后，系统能根据输入情况作反馈响应。反馈响应可以是显性的，也可以是隐性的。显性响应表现为学生能通过操作界面看到响应结果，如学生测试结果反馈、学习状况反馈等；隐性响应表现为系统将响应结果传输到后台数据库保存或处理，它并不直接操作界面上显现出来，学生不能直接看到响应结果，如学生学习过程跟踪、学习步调和学习内容控制策略等。
3 功能操作类交互
指提供给学生主体操作网络教学平台的方法和操作界面的显示技术交互，使学生熟悉网络学习的基本方法和技术，降低学生计算机操作难度，增强交互界面的友好性。如网络课程中帮助模块、特殊教学资源的播放插件交互下载等。
四 教学主客体对网络教学平台交互的影响
网络教学过程作为一个双向传播的过程，教学主客体的各种因素都会影响教学交互的效果。如师生特征、学习材料类型、网络自身特性、交互内信息的深度和广度以及可能出现的种种外界干扰都会影响交互的效果。
1 学生主体的特征
网络教学的交互离不开学生的参与，学生是网络教学交互的主体之一。网络教学交互不是随意设计和制作的，而是依据教学设计的方法和步骤特意地设计到教学中的。学生的学习动机、初始能力、学习风格、个性特征等因素都将直接影响到网络教学平台的交互设计。
（1） 学习动机
所谓动机，就是指引发并维持活动的倾向。在学习活动中，学生只有积极参与，才能完成知识意义的建构。学习动机与学生的兴趣和学习期望具有直接关系。因此，网络教学平台的交互策略要有利于激发和维持学生的学习兴趣，交互内容要符合学生的学习需要。学生的学习动机因素是网络教学平台交互设计的中心任务。
（2） 初始能力
此处的初始能力包括学生在网络环境下的虚拟交际能力和计算机操作预备技能。前者指学生在以计算机为主的虚拟世界中进行学习交流、提问、回答和协作的能力，后者指学生在无直接帮助的情况下，与学习资源或学习伙伴进行计算机交互操作和控制网络的能力。
（3） 学习风格
学习风格是个体在一定的生理特性基础上，受社会环境和教育的影响，在长时期的活动中逐步形成的。威特金的知觉研究将学习风格分为“场独立性”和“场依存性”。“场独立性”学生在认知活动中会更多地利用内在参照作为信息加工的依据，他们的自我交互能力较强。对于这类学生，应该提供更多的交互路径和交互工具，使学生能对学习材料根据需要进行重组。场依存性学生则偏好集体学习情境，对于这类学生，要尽量利用网络提供各种人际交互方式，例如利用网络平台进行小组讨论、角色扮演、模拟等，提供给他们有明确指导的、结构严密的学习材料。
2 教师主体的特征
网络技术和多媒体技术的发展，不但没有削弱教师在教学过程中的作用，相反，对教师的能力提出了更高的要求。
（1） 交互的意识：网络教育要求教师具有现代教育意识。如果教师仍然停留在传统的教育观念上，还没有建立以开放、创新、个性化等为特点的网络交互意识，他就不会有设计网络交互活动的主动性。
（2） 计算机操作能力和媒体设计水平：在网络环境下进行教学交互活动，对教师提出一些要求：具有熟练操作网络和多媒体的能力；能灵活组织教学活动，运用各种教学方法，创设轻松愉快的教学环境和融洽的心理氛围，激发学生探究兴趣和创造性思维，培养学生自主探索的能力；根据交互反馈的情况及时对学生予以恰当的评价，以维持较高水平的交互活动。
3 学习材料的类型
学习材料之所以对交互策略产生影响，是因为不同学习内容对交互提出了不同程度的要求，应采用不同的交互设计策略。要素学习是学生对前人经验的接受，教学有着严密的逻辑结构并通常配有相应数量的练习。此时交互必须提供丰富的资源及对意义建构作出适量的反馈评价。问题解决学习要求学生有效地把知识内化为自己的认知结构，以指导自己的认识和实践。应利用多媒体技术和虚拟现实技术，创设开放性的问题情境、支持查询和收集信息、成立协作小组、实现教师指导与监控，完成总结和互评。探究学习是学生通过自主参与获得知识的过程。应利用网络加强同伴之间的交互，或利用计算机的各种工具，让学生设计各种情境，收集各种信息。
4 网络自身的特性
在设计交互时，网络的软硬件环境是必需要考虑的一个重要因素。设计者首先要考察现有的网络环境是否能够满足学习的需求，如网络传输速率如何、操作系统对交互平台的兼容程度等。如果网络环境不佳，将会挫伤学生交互的积极性和学习耐心，甚至会致使学生放弃交互活动。其次还要考虑软件设计的艺术性，精彩动人的交互界面、良好的导航组织结构和界面规划能给学生艺术享受，无疑会增强学生的交互动机。
五 总结
网络教学平台的交互是教学内容与学生和教师进行发生联系的主要途径，是教学过程实施的主要渠道。在网络教学平台的交互研究和设计中，必须运用系统方法，从交互对象的主客观关系角度全面分析导航类交互、反馈强化类交互和功能操作类交互的设计策略，并充分考虑师生特征、学习材料类型、网络自身特性等影响因素，从而合理运用网络教学平台的交互手段和方法提高网络教学有效性。
参考文献
[1] Merill,D,Li,Z&Jones, M．Second Instructional Design, J. Educational Technology [J], 1990, 30(2): 16.
[2] 陈丽.远程学习的教学交互模型和教学交互层次塔[J].教育技术通讯.2004,3.
[3] 李艺,张增荣.网络教学中的师生交互及其内涵[J].教育技术通讯.2000,5.
[4] 胡文鹏,冼伟铨.远程网络教学系统中的主客体关系研究――从系统论角度看师生关系[J].现代远距离教育.2007(5):6-8.
[5] 慎英,刘良华著.有效教学论――新课程的视野[M].广东教育出版社.2004,5.
陈柳钦,湖南邵东县人,天津社会科学院城市经济研究所研究员,天津市知名青年学者,青年经济学家,产业经济、城市经济和城市金融问题专家。兼任教育部人文社会科学重点研究基地对外经济贸易大学中国WTO研究院特邀研究员,哈尔滨商业大学国际经济与贸易研究所研究员、经济学院教授,硕士研究生导师,哈尔滨理工大学客座教授,湖南科技大学商学院教授,天津理工大学经济管理学院硕士研究生导师,天津工业大学公共危机管理研究所特邀研究员,广西民族大学兼职教授。
摘要: “数字城市”作为知识经济、信息社会发展的必然趋势,代表的是一种世界潮流和城市发展的方向。“数字城市”是21世纪城市发展的新主题,也是提高城市综合竞争力,促进城市经济发展、社会进步和人民生活水平提高的新动力,它不再是一个技术性概念,而是现代科技、社会、政治、经济影响下的新城市形态。本文阐述了“数字城市”的内涵,并对“数字城市”建设的内容与框架进行了细致的探讨。
关键词: 城市 信息化 城市信息化 “数字城市”
中图分类号: F49
一、“数字城市”兴起的背景
1998年1月31日,时任美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球:二十一世纪认识地球的方式(The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century)”的讲演中首次提出了“数字地球”的概念。戈尔指出:我相信我们需要一个“数字地球”,即一个以地球坐标为依据的、嵌入海量地理数据的、具有多分辨率的、能三维可视化表示的虚拟地球。详细地说,“数字地球”是指以地球为对象,以地理坐标为依据,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的表达,具有数字化、网络化、智能化和可视化特征的虚拟地球。简单地说,“数字地球”是指数字化、信息化的地球。形象地说,“数字地球”是指整个地球经数字化后由计算机、数据库及通讯网络来管理的巨型信息系统。同时,“数字地球”也是全球定位系统、遥感、地理信息系统、宽带网络及虚拟现实等现代高科技的高度综合和升华,是当代科学技术发展的制高点。
1999年12月,来自20个国家的500余名科学家、工程师、教育学家、管理者及企业家汇聚北京,于“首届国际数字地球会议”召开之际发表了著名的《数字地球北京宣言》。宣言指出:21世纪是一个以信息和空间技术为支撑的全球知识经济的时代,强调综合全球对地观测系统、全球空间数据基础设施、全球导航与定位系统、地球空间信息基础设施及动态过程监控的重要性;认识到数字地球有助于回应人类面临的诸方面的挑战;倡议政府、科技界、企业等共同推动数字地球的发展;建议实施数字地球过程中,应优先考虑环境、灾害、资源、可持续发展与人类生活质量等方面。数字地球北京宣言的发表,标志着1998年戈尔提出数字地球概念后该领域在全球范围的正式推进。
随着信息技术的高速发展,互联网的普及、信息高速公路的建设、“数字地球”概念的提出和推广,全球掀起了一股强大的信息化浪潮。这股浪潮对世界各国的经济、政治、文化均产生了巨大的冲击,它使得一些传统的东西正在消逝,许多新事物、新现象层出不穷;它正在逐步改变人们的生产、生活方式及价值观念,促进人们进行新的社会变革。由于计算机技术的产生以及在各个科学领域的广泛应用,大大促进了网络技术、通信技术和空间分析技术等技术的发展,学科的相互交叉和技术的集成又不断地拓宽新的应用领域。信息技术与信息产业的发展已迈入了一个崭新的时代。这些先进的、改变城市功能的技术主要表现为:(1)高分辨率卫星遥感技术突飞猛进,极大地提高了地理信息获取和更新的能力;(2)宽带光纤和卫星通信为基础的互联网的迅速普及,极大地扩大了信息的通信交换能力;(3)分布式数据库和共享技术的发展,极大地提高了信息存储和管理能力;(4)仿真和虚拟技术的成熟,酝酿着信息应用技术领域的划时代变革。信息技术变革的大趋势必然深刻地影响到城市规划、建设和管理行业的信息技术应用领域。传统的城市规划、建设和管理不得不向“数字城市”靠近,并努力追寻“数字城市”的发展模式。
城市是社会经济要素高度集中的区域,是人类经济、政治和文化活动的中心,是人流、物流、资金流和信息流聚集和扩散的基地。进入21世纪,信息化进一步得到了广泛应用和高度渗透,信息技术正孕育着新的重大突破。信息资源日益成为城市发展的重要生产要素、无形资产和社会财富。同时,经济全球化是经济增长要素特别是技术、资本、人力资源、知识等诸要素,在资本追求经济效益最大化的利益驱动下所出现的全球性流动和组合,以至于国别经济和区域经济越来越多地被纳入了一体化的全球经济体系之中,人类社会经济发展的依赖性、互补性、关联性更为增强,各种商品在全球流通,为世界人类所共享。2000年6月5日～7日,联合国经济与社会事务部(UNDESA)和联合国开发计划署(UNDP)及亚太地区的城市市长参加的主题为“推动城市信息化,共创未来家园”的“亚太地区城市信息化高级论坛”,最后发表了《上海宣言》。该宣言指出,当今世界经济全球化已经成为人类社会发展的总趋势。信息化的程度和水平已经成为衡量一个城市经济社会发展综合实力和文明程度的主要指标。信息化正成为全球贸易、投资、资本流动和技术转移以及社会、经济、文化等一切领域发展的主要推动力。信息化建设将有利于促进人类的共同富裕和共同进步。加强对城市信息化的理解,推进城市信息化建设与合作,将成为城市发展的新主题和新动力。城市信息化的主要表现形式是“数字城市”的建设。从技术角度看,“数字城市”是城市信息化实现的技术基础,而且是城市信息化水平提高的一个重要特征。“数字城市”是社会信息化发展必然,是当今发达国家信息化发展的主要特征。全球信息化正在引发当今世界的深刻变革,重塑着世界政治、经济、社会、文化和军事发展的新格局。全球信息化的出现使得互联网成为新世纪国人关注的热点,而“数字城市”则是热点中的焦点。
在戈尔于1998年9月首先提出了“数字化舒适社区建设”的倡议后,许多国家已经对“数字城市”开展了相应的工作。比如欧洲“数字城市”(EDC)中的虚拟赫尔辛基很有特色,3D界面是其一个非常重要的组成部分。日本的“数字京都”(DCK)项目始于1998年10月,目的是使其成为京都的社会信息主干,其设计思想是真实和活动。“真实”是指该“数字城市”是为实际的用户服务的,而不是虚拟城市;“活动”是“数字城市”中的数据采集于现实的动态数据。“数字京都”中的新技术开发,处于国际领先地位。新加坡提出了“智能城市”的设想,为国民提供一个综合业务数字网和异步数字用户专线,将新加坡90%的家庭连接在一起,实现“网上生存”的梦想。随后,一些发展中国家也纷纷制定城市信息化发展政策,这些信息化城市或地区统一命名为“数字城市”。在国内,近十多年来,深圳、北京、海口、济南、广州等城市和国内著名科研院校相继建立了一批专业数据库和应用开发系统,为“数字城市”的研究积累了经验和数据。“数字城市”已成为我国各主要地、市进入21世纪后,在新的时代背景、经济背景、技术背景下,运用并发展空间技术、信息技术、网络技术,最终将其集成并渗透到现代城市生活方面的一项重要的标志性建设。
目前,“数字城市”作为知识经济、信息社会发展的必然趋势,代表的是一种世界潮流和城市发展的方向。深入开展“数字城市”的研究,积极推进“数字城市”的建设,无论是对当前,还是对未来城市发展,都具有十分重要的意义。
二、“数字城市”的内涵
由于“数字城市”是一个正在发展演变的概念,人们对它至今没有统一和权威的解释,存在很多的争论和思考。
台湾学者林峰田(1999)认为,“数字城市”是一项从人员组织、经费、法令、土地使用等各种配合条件,到包括硬件、软件和科技在内的基础设施,再到数据资料及其应用服务,直至社会文化五个层面的多层结构的城市大系统,他提出理想的“数字城市”应能达到三个目标:第一,有效支援城市产业发展,提高城市竞争力;第二,满足市民日常的交通、购物、娱乐、休闲、安全、教育、医疗等需求,保障市民知与言的权利;第三,创造地方特色自主意识的网络文化。
承继成(2000)认为,信息化是指数字化、网络化和智能化的全部过程。因此,信息化城市,也可以叫“数字城市”(或数码港)、网络城市和智能城市。俞正声(2000)认为,所谓“数字城市”与“园林城市”、“生态城市”、“山水城市”一样,是对城市发展方向的一种描述,是指数字技术、信息技术、网络技术要渗透到城市生活的各个方面。这将是世纪之交最重要的技术革命,将深刻改变人们习惯的工作方式、生活方式甚至风俗习惯和思维方法。宋建元等(2001)认为,“数字城市”即城市数字化,是指充分利用遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、计算机技术和多媒体及虚拟仿真等现代科学技术,对城市基础设施和与生产生活发展相关的各方面进行多主体、多层面、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、社会等诸方面进行数字化网络化管理、服务和决策功能的信息体系。郝力(2001)认为,从信息化广义角度看,“数字城市”即是空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统。“数字城市”是物质城市在信息世界的反映和升华。从城市规划、建设和管理的狭义角度看,“数字城市”可概括为“43VR”,即地理数据4D化;地图数据三维化;规划设计VR(Virtual Reality,虚拟现实)化。地理数据4D化指城市空间基础地理信息数据库包括数字线划图(DLG)、数字栅格地图(DRG)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像地图(DOM);地图数据三维化指地图数据由现在的二维结构转换为三维结构;规划设计VR化指规划设计和规划管理在4D数据、三维地图数据支撑下,将现有的二维作业对象和手段升级为三维和VR结合的作业对象和手段。
杨开忠、沈体雁(2001)认为,一般所指的“数字城市”是以3S技术和互联网技术为支撑的城市空间信息运行系统,是一个包括城市空间信息运行机理、空间信息运行技术系统、空间信息服务与产业体系和社会文化在内的多层框架。也就是说,“数字城市”工程建设要在城市空间信息认知机制和资源配置机制的作用下,采用数字化的空间信息技术手段对作为物质实体的城市系统,特别是对与地理空间相关的经济社会现象进行数字化重现和虚拟,从而促进人们对城市的认识,规划建设和管理,进而促进城市的人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅与协调,提高城市竞争力和市民生活质量。赵燕霞、姚敏(2001)认为,“数字城市”就是以数字化的方式表示城市及其各种信息,不仅应该包括城市各类与空间位置有关的直接信息(如地形、地貌、建筑、水文、资源等),还应该包括相关的人口、经济、教育、军事等社会数据,在现代信息技术的基础上,形成一个具有智能性质的城市巨系统。周晓颖、章申鲁(2001)认为,“数字城市”是综合运用现代高新技术,对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统,具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化表现等强大功能。它与城市地理信息系统的主要区别在于,对城市有关数据能够自动采集、处理分析、传输分化、自动或半自动智能决策,直接为社会公众提供便利的信息服务。王浒等(2001)认为,“数字城市”就是基于城市空间信息基础设施之上的城市居民社会信息生存空间。通过运用数字地球的关键技术,如数据挖掘、知识提取和虚拟现实技术,“数字城市”中广泛的、多源的空间信息将被有效的集成和管理。最终,“数字城市”将提供给公众和企业的不仅是虚拟的用户界面以实现所谓的“数字生存”,更重要的是将辅助政府制定城市管理的综合决策。
“数字城市”也称信息城市、智能城市,以数字化的方式表示城市及其各种信息,不仅包括城市各类与空间位置有关的直接信息(如地形、地貌、建筑、水文、资源等),还包括相关的人口、经济、教育、军事等社会数据,在现代信息技术的基础上,形成一个具有智能性质的城市信息系统。顾朝林等(2002)认为,“数字城市”是指综合运用地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)等关键技术,深入开发和应用空间信息资源,建设服务于城市规划、建设和管理,服务于政府、企业、大众的信息基础设施和信息系统。其本质是建设空间信息基础设施并在此基础上深度开发和整合应用各种信息资源。牛文元(2002)认为,“数字城市”是从工业时代向信息化时代转换的基本标志之一。它一般是指城市“自然、社会、经济”系统的范畴中,能够有效获取、分类存储、自动处理和智能识别海量数据的、具有高分辨率和高度智能化的、既能虚拟现实又可直接参与城市管理和服务的一项综合工程。
张静(2002)认为,“数字城市”应是四维(三维坐标加时间维)的、可视化的城市,不但包括城市三维空间的所有信息,而且还包括城市各种现象的历史、现状与未来信息,更为重要的是应包括人的信息如位置,甚至思维信息,是一个四维的空间信息系统。通俗一点讲,“数字城市”是指在城市规划、建设、管理以及生产生活中,利用数字化技术、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合并利用。城市规划者、管理者和生活者,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,进行规划、决策、管理和生活,其感觉就像漫步于现实的街道上或是承坐直升飞机俯瞰城市一样。李京文、甘德安(2002)认为,信息化的实质就是数字化、网络化和智能化,因此,“数字城市”广义上指城市信息化,是指数字技术、信息技术、网络技术渗透到城市生活的各个方面,其本质是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,是用数字化的手段来处理、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、协调高速。这些学者把“数字城市”等同于单一的城市信息化建设,认为“数字城市”建设就是当前信息化发展过程中城市对信息化的一种回应。
李琦等(2003)认为,“数字城市”是从信息化角度,对信息时代及准信息时代城市状态的形象化刻化,表征在园林城市、生态城市等工业城市文明基础之上,信息化基础设施完备、信息数据资源丰富、信息化应用与信息产业高度发达、工业化与信息化持续协调发展、人居环境舒适的良性城市状态。“数字城市”工程就是要在集成化高速宽带城市通讯网络基础设施、城市空间数据基础设施、城市信息安全基础设施建设的基础上,整合城市信息数据资源,连接城市信息化孤岛,开展面向政府、企业、公众的个性化、多样性综合信息应用服务,同时,促进城市领域(行业)信息化建设,以信息化带动工业化,促进传统产业结构调整,优化城市产业结构、生态结构与城市空间规划,促进工业化与信息化的持续协调发展。刘忻(2003)认为,“数字城市”从功能上讲是城市信息的数字化、网络化、智能化、可视化,即将城市的各种信息,如城市管理、城市设施、自然资源、社会资源、人文环境、经济、历史等各方面信息,以数据形式整理、加工、存储、分类、管理,通过计算机网络实现全社会的信息共享、共建、交流、再现,通过对城市信息的综合分析和模型化处理,提高决策水平和应用效率,最大限度地发挥资源潜力,为城市发展和提高居民生活质量服务。从技术上讲,“数字城市”是以计算机技术、多媒体技术、大规模存储技术、数据仓库技术为基础,以宽带网络技术和现代通信技术为桥梁,结合3S技术、遥测、虚拟现实技术,对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类描述,并通过城市管理与决策模型及其他应用模型,优化资源配置,提供科学决策的现代化工具。从理论上讲,“数字城市”在地理信息科学基础上,结合计算机及网络理论、现代城市理论、决策理论、控制论、系统论,复杂理论等,在计算机及网络中虚拟城市,并结合不同部门、不同层次的信息交流、融合和挖掘,实现城市的综合信息管理系统。
姜爱林(2004)认为,从城市建设的角度看,“数字城市”就是指在城市规划建设与运营管理以及城市生产与生活中,充分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合并充分利用的一种系统工程或管理模式。从信息化角度看,“数字城市”是以信息技术为支撑、以信息产业为主导、以信息服务为中心的一系列数据库和信息系统的一种城市发展模式。
戴汝为(2005)认为,“数字城市”是一类开放的复杂巨系统。“数字城市”在功能、结构和庞大、复杂的多层次系统,及与周边、全国以至世界的联系等方面,无不具备着开放的杂巨系统的特性。
谢明(2005)认为,“数字城市”是对城市发展方向的一种描述,是对组成城市的各种要素和现象的一种数字化重现和认知,用信息化的手段收集、分析并管理城市的生产生活,促进城市的人流、物流、资金流、信息流、交通流更加顺畅和协调。“数字城市”的建设基于地理信息系统、全球定位系统、遥感、网络、多媒体、虚拟仿真等技术,综合城市空间和人文信息,服务于城市规划、城市建设和管理、经济社会发展等各个方面。
江绵康(2006)认为,“数字城市”是“数字地球”的主要空间节点,是“数字地球”的重要组成部分,是“数字地球”在城市的具体体现。所谓“数字城市”,通俗地讲是指在城市的生产、生活等活动中,利用数字技术、信息技术和网络技术,将城市的人口、资源、环境、经济、社会等以数字化、网络化、智能化和可视化的方式加以展现。“数字城市”的本质是把城市的各种信息资源整合起来加以充分利用。
杜灵通、韩秀丽(2007)认为,可以将“数字城市”定义为利用各种信息获取、存储、传输、表达、处理等支撑技术,将表征真实城市的信息数字化,形成一个虚拟的城市实体,并利用这个数字化城市实体来解决各种各样的现实问题。它的目的跟数字地球一样,都是为了解决现实的自然和社会活动中诸方面的问题。
彭学君、李志祥(2007)认为,“数字城市”是指一个由数字技术支撑的信息化的城市,是指数字技术、信息技术、网络技术渗透到城市生活的各个方面,它应该能够自动和非自动地获取与城市有关的海量数据,并从中挖掘出有价值的信息为城市规划、建设、管理和可持续发展提供决策支持和具有数字实验室特性的技术系统,是一种虚拟城市模型。
李宗华(2008)认为,“数字城市”概念可以分为广义的和狭义的两种。广义上指城市信息化。它既是城市信息化总的概述,又是城市信息化的目标,是用数字化的手段来处理、分析和管理整个城市,促进城市人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅、协调。“数字城市”是为调控城市、预测城市、监管城市提供了革命性的手段,是对城市发展方向本质特征的一种描述。狭义上是指综合运用地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)、遥感系统(RS)、网络等关键技术,建设服务于城市规划、建设、管理,服务于政府、企业、公众,服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。
陈建军(2010)认为,“数字城市”具有双重含义:一方面,是指以遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)等空间信息技术为主要手段,对地理信息资源进行整合,构建“数字城市”地理空间框架,建设城市地理信息公共服务平台,是城市实体在计算机中的虚拟表达;另一方面,是指以城市地理信息公共服务平台,通过城市信息基础设施建设,开发、整合、利用各类信息资源,实现城市的经济、社会、生态各个运作层面的智能化、网络化、数字化。
尽管对于“数字城市”的定义还无法形成统一的标准化定义,但从专家们的意见和城市信息化实施的过程看,其狭义上的理解取得了比较一致的看法,“数字城市”就是基于3S(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统RS)等关键技术,深入开发和应用空间信息资源,建设服务于城市规划、城市建设和管理,服务于政府、企业、公众,服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。从信息化广义角度看,城市系统处于一个开放的环境中,需要不断的和环境交换物质、信息和能量,是一个复杂的信息系统。
总之,“数字城市”是信息时代背景下城市及其理论发展的一种必然,是现代城市发展的必经之路。它是以信息技术为支撑、以信息服务为中心的一种城市发展模式;它以可视化、网络化、智能化的表达方式对物质城市进行数字化的再现与升华,形成统一的、可共享的信息管理与服务数据库系统(如综合市情系统、城市规划系统,智能交通系统、远程教育或医疗系统等),为市政府提供决策支持、为民众提供服务。它具有使现代城市管理更快捷高效、使城市居民更轻松方便的众多优点,是未来城市可持续发展的一个主要方向。“数字城市”是21世纪城市发展的新主题,也是提高城市综合竞争力,促进城市经济发展、社会进步和人民生活水平提高的新动力。在这种认识下,“数字城市”不再是一个技术性概念,“数字城市”是现代科技、社会、政治、经济影响下的新城市形态,建立在已有的物质城市基础上,结合多种学科技术,实现城市的可持续发展。
三、“数字城市”的内容与框架
杨开忠、沈体雁(2001)认为,作为城市空间信息运行系统,“数字城市”是一个包括运行机制与保障系统、空间信息技术系统、空间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。段学军、顾朝林等(2001)认为,“数字城市”由下列体系构成:数据获取与更新体系、数据处理与储存体系、信息提取与分析体系、网络体系、应用模型体系、专用软件体系、咨询服务体系、专业人员体系、用户体系、教育体系、标准与互操作体系、法规和财经体系等(见图1)。“数字城市”的功能结构为:(1)数字商务,包括网上贸易、虚拟商场、网上市场管理等;(2)数字金融,包括数字银行、数字股市、数字期货、数字保险等;(3)数字社会,包括数字影院、戏院、数字旅游、网上办各种手续等;(4)数字教育,包括虚拟教室、虚拟实验、虚拟图书馆等;(5)数字医院,包括网上健康咨询、网上会诊、网上护理等;(6)数字政务,包括数字会议、数字议会等。寇有观(2001)认为,“数字城市”不仅包括城市的数字经济、数字社会、数字生活、数字政府、数字企业、数字社区和数字家庭等,而且包括城市的数字地籍、数字规划、数字水系、数字交通、数字电力、数字通信、数字旅游、数字生态、数字抗灾、数字商务和数字金融等。同时,寇有观还建立了一个“数字城市”系统框架。这个“数字城市”系统是城市公用信息平台上的空间信息获取更新处理和应用系统,包括城市公用信息平台(网络体系)、城市空间数据基础设施、城市地理空间数据交换中心、行业空间数据工程数据获得和更新体系、数据库体系、应用体系、动态监测体系等(见图2)。
姜爱林(2002)认为,“数字城市”构建的基本框架应包括5个方面:(1)通过推动信息化建设,使政府的宏观调控机制与培养竞争机制达到有机的统一,形成公平、有序的市场秩序。(2)加强政策法规建设,体现管理意识,实现可持续发展。(3)建好地理信息系统基础数据平台,促进基础信息资源有效共享。(4)建立应急联动指挥和智能交通管理两个综合性应用系统,带动一批行业信息系统建设。(5)推进基础教育信息化,培养信息化人才,为构筑学习型城市服务。
张静(2002)认为,“数字城市”的主要内容有3项:(1)信息基础设施,要有高速宽带网络和支撑的计算机服务系统和网络交换系统,也就是说“数字城市”的第一项任务是解决“修路”的问题,即为“数字城市”建立一条信息高速公路。(2)数据和信息,特别是“空间数据”。据统计,人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关。“数字城市”的基础平台是城市空间数据框架,这个框架提供一个可以精确地、始终如一地获取、配准和集成城市空间信息的基础。它包括空间控制数据,航测与遥感影像数据,各种比例尺地形图数据库,以及相关的专题数据库等等。(3)人,管理“数字城市”和使用“数字城市”的人。与管理我们的“现实城市”相对应,管理“数字城市”要逐渐建立起相应的机构和规范,要不断地对网络系统和数据进行建设、更新、维护和升级,并协调用户的访问。除管理“数字城市”的人之外,培养使用“数字城市”的人也是一项重要的基础工作。只是建设了“数字城市”而没有人用,也是一种浪费,也产生不了社会经济效益。只有成千上万的企业,成百万、上千万的市民应用“数字城市”才可以产生巨大的社会经济效益,促进国民经济的快速发展。
段学军(2003)认为,“数字城市”的基本框架由6个方面构成:(1)数据获取与更新体系。包括各类遥感设施,即高分辨率高光谱卫星、星―机―地数据接收设施、地面台站及人文、经济等数据获取设施等。(2)数据处理储存体系。包括高密度高速率的海量数据储存设施,多分辨率海量数据实时存贮、压缩、处理技术,元数据管理技术、空间数据仓库等。(3)数据信息提取与分析体系。包括数据互操作、多源数据集成、海量空间数据的智能提取与分析、决策支持等设施与技术。(4)网络体系。包括高速宽带网络、智能网络、支持基于网络分布式计算的操作系统、基于对象的分布式网络服务、分布处理和互操作协议等。(5)应用模型体系。为用户提供实际应用的解决方案,利用其我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据,从中找出规律和知识。(6)专用软件体系。完成城市信息处理、实现“数字城市”功能的基本工具,包括数字图象处理软件、GIS软件、统计分析软件、数据可视化软件等。承继成等(2003)提出,“数字城市”内容框架包括基础设施、资源管理和应用服务三部分。基础设施包括通讯层、数据层、保障层三部分。管理层主要是指对“数字城市”信息基础设施的管理及信息数据资源的集成与融合、应用的集成与融合的管理。应用服务层包括基础公共服务层、管理应用层、业务应用层、服务应用层(见表1)。
岳为民(2003)从“数字昆明”的角度指出,“数字城市”的基本框架是由“一个关键、三个基础、三条主线、七大支柱”构成:(1)一个关键。就是城市数据的全面规范和高度共享。(2)三个基础。即信息基础设施、空间基础数据及管理“数字城市”和使用“数字城市”的人。(3)三条主线。第一,政府管理与决策行为的数字化(数字政府);第二,企业经营管理行为的数字化(数字企业);第三,市民生活的数字化(数字生活);(4)七大支柱:即政府上网、电子商务、信息产业、信息港、智能建筑、智能交通与城市规划、建设和管理信息化。
姜爱林(2004)认为,“数字城市”的内容包括技术组成、组织结构及应用等方面。“数字城市”的技术组成包括:(1)宽带多媒体网络;(2)电子地图及网站服务系统;(3)高分辨率卫星、航空遥感技术;(4)三维地理信息系统技术;(4)OPEN GIS标准、远程互操作、互运算等信息共享技术;(5)虚拟仿真技术;(6)“数字城市”信息模型与体系结构,包括城市建筑、交通、能源、通信、服务、文化设施和行政管理的信息模型及体系结构;(7)“数字城市”的运行管理技术,包括通信网络系统及其管理,数据组织及数据转换,决策模型管理,城市信息安全保障机制;(8)“数字城市”的功能系统,包括公用信息平台,专业信息平台等。“数字城市”组织结构,即“数字城市”工程将通过建设宽带多媒体网络、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、社会保障等空间信息管理服务系统。王凤霞、张超(2004)在“数字地球”和“数字城市”的基础上,提出了“数字上海”总体框架模型(如图3所示)。
谢明(2005)综合当时我国“数字城市”建设和发展的情况提出,“数字城市”框架主要由以下四个方面构成:(1)数据获取和更新体系。通过各种手段获取的“数字城市”相关信息,包括城市空间数据框架(基础电子地图、卫星影像、航空影像)、城市规划建设信息、城市社会经济信息、城市管理信息等,并建立起行之有效的在城市管理过程中对各种信息进行更新的机制。(2)数据存储、加工和管理体系。该部分内容包括建立起海量数据存储体系,实现数据的高速存取,并在空间定位的基础上实现对信息的加工和管理,包括元数据管理、空间数据仓库、多源数据集成与互操作、海量空间数据的职能提取与分析、辅助决策支持等。(3)网络支持体系。包括高速宽带网络、智能网络、支持基于网络分布式计算的操作系统、基于对象的分布式网络服务等,共同构成支撑“数字城市”的基础网络体系。(4)专用软件和辅助决策支持系统。用于完成城市信息处理、实现“数字城市”各基础功能的工具软件,包括数字图像处理软件、地理信息系统软件、统计分析软件、数据可视化软件等等,并由此衍生出基于各种决策模型的辅助决策系统和应用解决方案。
寇有观(2006)认为,“数字城市”总体框架可以概括为五大平台、五个中心、五类应用、五大工程,政策、法规、标准、规范体系和安全、组织、资金、人才保障体系等。五大平台是信息网络平台、公用信息平台、专题信息平台(多个)、空间信息平台和决策支持平台。五个中心包括信息网络互联中心、信息资源管理中心、身份认证中心、信息服务中心和决策支持中心。五类应用包括电子政务、电子商务、社会服务、经济运行服务和城市规划、建设、管理与运营。五大工程包括市民卡工程、金融信息工程、社会劳动保障信息工程、社区服务信息工程和金旅工程。“数字城市”大力推进地理信息系统、卫星定位系统和遥感技术在城市的应用。
孙旭阳、冯一民(2006)认为,“数字城市”的建设内容主要包括7个方面:(1)城市信息基础设施建设。(2)城市基础数据库建设。(3)电子政务建设。(4)电子社区建设。(5)公共信息服务体系建设。(7)数字行业应用建设。吴庆双(2007)认为,“数字城市”的构成体系包括:数据获取与更新体系、数据处理与储存体系、信息提取与分析体系、数据与信息传播体系、数据库体系、网络体系、应用模型体系、专用软件体系、咨询服务体系、专业人员体系、用户体系、教育体系、标准与互操作系统、法规与财经体系等。
马娟、秦凯(2007)认为,“数字城市”建设的主要任务包括:城市地理信息数据库建设、基础地理信息采集体系的建设、政策法规与标准体系的建设、技术支持体系的建设、地理空间信息交换网络体系建设、组织机构的建设等,以及实现覆盖整个城市的多尺度、多分辨率、现势性好的基础地理信息数据。
彭学君、李志祥(2007)认为,数字化城市涵盖了整个城市各方面的信息及应用,总体上可分为三个层次十个组成部分。三个层次为信息基础层、应用层、综合决策层。十个组成部分包括:城市公用信息网络平台和骨干网、空间数据等基础设施、政府类应用、企业类应用、公众类应用、区域类应用、数字门户网站、信息资源管理中心、城市综合决策指挥系统、政策法规规章及管理制度和技术标准及各种应用规范。
李宗华(2008)认为,“数字城市”涉及城市信息化的方方面面,总体上可以分为3个层次、9个组成部分,它们构成一个统一的整体(如图4所示)。3个层次为:基础层、管理层和应用层。9个组成部分为:城市信息基础设施、城市空间数据基础设施、空间信息资源管理与交换中心、法律法规与政策、技术与标准、政府类应用、行业类应用、企业类应用和公众应用。
曹蕾(2009)认为,“数字城市”的内容可以概括为4个方面:城市基础设施数字化,城市信息和交换网络化,城市生活和管理智能化和城市空间数据可视化。“数字城市”框架体系大体由3部分组成:(1)基本平台部分,主要为城市综合信息平台、城市空间基础信息平台和城市电信基础设施平台;(2)“数字城市”服务对象(用户),该部分主要为政府、企业、社区、公众构成的各类应用系统,作为核心应用系统是“数字城市”发挥作用的根本;(3)关键技术,它是“数字城市”的技术支撑,主要为计算机技术、海量数据存储技术、宽带网络技术、3S技术、对地观测技术、虚拟现实技术、互操作技术等。
张立平(2009)认为,“数字城市”的内容包括技术组成、组织结构及应用等方面。“数字城市”组织结构,即“数字城市”工程将通过建设宽带多媒体网络、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、社会保障等空间信息管理服务系统。“数字城市”是城市信息技术的综合应用,也是当前信息技术应用最广泛的领域。就这个意义而,“数字城市”应用十分广泛,归纳起来主要有12个方面:电子政务、电子商务、城市智能交通、市政基础设施管理、公共信息服务、远程教育、社会医疗保障、社区管理、突发事件处理、城市环境检测、智能化小区、水网调配。“数字城市”的体系结构包括:(1)数据获取与更新体系。包括城市地表、上空及地下等自然地理数据的自动获取系统,城市基础设施数据的实时获取和更新体系,城市人文、经济、政论等社会数据的变更与监控系统等。(2)数据处理储存体系。包括高密度高速率的海量数据储存设施、多分辨率海量数据实时地存储、压缩、处理技术、元数据管理技术、空间数据仓库等。(3)信息提取与分机体系。包括数据互操作、多元数据集成、信息智能提取分机、海量空间数据的智能提取与分析、决策支持等设施与技术。(4)网络体系。包括高宽带网络、智能网络,支持基于网络的分析式计算操作系统,基于对象的分布式网络服务,分布处理和互操作协议等。(5)应用体系。包括城市规划、地籍管理、城市防灾、城市交通等。同时还包括城市网络生活方式等。(6)管理体系。包括专业人员小组、教育培训、安全管理、系统维护、标准与互操作规范、相关法规等。
马佩勋、谢海波(2009)认为,“数字城市”的框架体系涵盖了城市建设的各个方面,是由战略政策层、信息基础层、应用服务层和分析决策层组成的有机整体。战略政策层包括“数字城市”的发展战略及总体框架、信息技术标准、政策法规规章制度和技术保障体系等;信息基础层由城市公用信息网络平台、中心骨干网、区域骨干网、通信管线、空间数据、业务标准体系和协调维护机制等组成;应用服务层根据“数字城市”功能特征分为电子政务、电子商务、城市规划建设及运行、经济运行服务和社会综合服务等五类应用;决策分析层是跨行业、跨区域的综合性应用系统,主要包括城市智能交通管理系统、城市环境监测分析系统、城市发展预测决策系统和城市防灾、救灾及应急处理系统等。基本框架如图5所示,战略决策决定和指导信息基础建设,并在此基础上实施应用服务,通过决策分析又反过来指导战略决策的制定。
四、小结
“数字城市”是空间时代与信息社会发展历史的必然产物,同时,又是城市可持续发展与整体功能提升的必然依托,是新的经济建设增长点,这一特点决定了其发展将是跨越式的。“数字城市”为认识物质城市打开了新的视野,对城市规划、城市建设和城市管理展示出了一系列全新的理念,为调控城市、预测城市、经营城市提供了革命性的手段。“数字城市”的战略研究、数据和技术集成框架等基础研究和原型系统建设,必然与其应用研究相辅相成,齐头并进。“数字城市”建设是一个非常庞大的系统工程,涉及城市社会、经济、文化、政治、环境等各个方面,是多学科的融合体,因此,不仅要有先进的技术为基础,更需要管理体制、机制和政策作保障,还需要市民和整个社会信息素质的提高。(编辑:何乐)
主要参考文献:
[1]刘仲蓓:《我国发展数字城市的政策和策略研究》[D],浙江大学博士后学位论文,2003年。
[2]李佩武:《论数字城市建设及其重要意义》[J],《天津师范大学学报(自然科学版)》2002年第9期。
[3]顾朝林等:《论“数字城市”及其三维再现关键技术》[J],《地理研究》2002年第1期。
[4]承继成:《信息化城市与智能化城镇-数字城市》[J],《地球信息科学》2000年第3期。
[5]宋建元等:《数字城市初探》[J],《自然辩证法研究》2001年第12期。
[6]郝力:《中外数字城市的发展》[J],《国外城市规划》2001年第3期。
[7]李京文、甘德安:《建设“数字城市”的经济学思考》[J],《城市规划》2002年第1期。
[8]赵燕霞、姚敏:《数字城市的基本问题》[J],《城市发展研究》2001年第1期。
[9]杨开忠、沈体雁:《浅析数字城市》[J],《北京规划建设》2001第1期。
[10]林峰田:《资讯都市的兴起》[J],《台北书刊》1999年第1期。
[11]俞正声:《21世纪数字城市论坛开幕式讲话》
[EB/OL],,2000年5月13日。
[12]王浒等:《数字城市与城市可持续发展》[J],《中国人口资源与环境》2001年第2期。
[13]王志龙、白庆华:《数字城市:现状与未来》[J],《现代城市研究》2001年第3期。
[14]周晓颖、章申鲁:《“863”为数字城市夯实基础》[J],《经济参考报》2001年1月10日。
[15]段学军、顾朝林等:《数字城市的概念、框架与应用》[J],《现代城市研究》2001年第3期。
[16]寇有观:《数字城市系统与应用》[J],《计算机系统应用》2001年第4期。
[17]姜爱林:《数字城市:一种可供选择的城市信息化模式》[J],《广东财贸管理千部学院学报》2002年第1期。
[18]牛文元:《先进生产力和先进文化的载体――中国数字化城市建设的五大战略要点》[J], 《南京林业大学学报(人文社会科学版)》 2002年1期。
[19]张静:《构筑数字城市的空间数据框架》[J],《三晋测绘》2002年第1期。
[20]李果仁:《关于数字城市讨论综述》[J],《经济研究参考》2002年第83期。
[21]王凤霞、张超:《“数字城市”研究初探》[J],《世界地理研究》2002年第2期。
[22]李琦等:《数字城市若干理论问题探讨》[J],《地理与地理信息科学》2003年第1期。
[23]段学军:《数字城市建设研究》[J],《地域研究与开发》2003年第5期。
[24]承继成等:《数字城市的理论、方法与应用》[M],北京:科学出版社,2003年。
[25]刘忻:《数字城市体系结构及其相关问题研究》[J],《哈尔滨学院学报》2003年第3期。
[26]岳为民:《昆明建设“数字城市”的基本思路和对策建议》[J],《经济问题探索》2003年第10期。
[27]姜爱林:《数字城市发展研究论纲》[J],《科技与经济》2004年第3期。
[28]王凤霞、张超:《“数字上海”的研究与构建》[J],《地域研究与开发》2004年第1期。
[29]戴汝为:《数字城市――类开放的复杂巨系统》[J],《中国工程科学》2005年第8期。
[30]谢明:《数字城市建设与发展探讨》[J],《中国科技信息》2005年第14期。
[21]寇有观:《“数字城市”的规划研究》[J],《电脑知识与技术》2006年第18期。
[32]杜灵通、韩秀丽:《基于数字地球思想的数字城市研究》[J],《地理空间信息》2007年第1期。
[33]彭学君、李志祥:《数字城市及其系统架构探讨》[J],《商业时代》2007年第8期。
[34]吴庆双:《建设数字城市的若干问题探讨》[J],《中国科技信息》2007年第6期。
[35]马娟、秦凯:《数字城市建设的初步探讨》[J],《科技咨询导报》2007年第1期。
[36]李丽琴:《中国数字城市研究》[D],中国知网:中国优秀硕士学位论文全文数据库,2007年4月。
[37]李宗华:《数字城市空间数据基础设施建设与应用》[M],北京:科学出版社,2008年。
[38]曹蕾:《数字城市基本框架及关键技术》[J],《交通科技与经济》2009年第2期。
[39]马佩勋、谢海波:《数字城市的基本框架与关键技术研究》[J],《长沙民政职业技术学院学报》2009年第3期。
