發布時間：2023-03-24 15:14:18
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的操作系統論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
一、課程教學難點
1.理論性強
該課程教學內容理論性強、概念抽象、涉及知識面廣,學生時其整體實現思想和技術往往難以理解,學習時有較大難度,大部分學生有一種畏難情緒。因此學生很容易陷入疲于記憶的狀態,忽略了對課程各部分間關系和課程教學目標的把握。因而該課程是計算機專業中教師“最難教”,學生“最難學”的課程之一。
2.學習效果見效不快
很多學生對學后有立竿見影效果的課程興趣較大,如程序設計語言,學生學會了便很快可以就某個問題編寫程序上機運行,頗有成就感;而對諸如操作系統這樣原理性強,實驗要求高,設計一個操作系統又不現實的課程,一些學生因感覺學習后效應不會立即顯現而對課程重視度較低。
二、教學目標
操作系統是目前最復雜、技術含量最高的軟件,在計算機專業軟、硬件課程的設置上起著承上啟下的作用,其中的許多設計思想、技術和算法都可以推廣和應用到大型的、復雜的系統設計,以及其他領域。因此,其教學目標應重在培養學生理解和掌握計算機操作系統的基本工作原理、設計技術及設計方法,培養學生開發系統軟件和大型應用軟件的意識和能力,同時還要讓學生了解現代操作系統的新思想、新技術和發展研究動向。
三、課程知識體系設計
鑒于以上課程教學難點,教師若能從繁雜抽象的理論中理出一個脈絡清晰的課程知識體系呈現給學生,將為有效達到教學目標要求起到事半功倍的作用。該課程教學內容有縱、橫兩條主線,縱線主要指操作系統各功能的設計思想、處理機制,橫線主要指功能實現的具體技術方法、不同環境下的實現差異。因此,整個課程知識體系可按縱、橫兩條線展開,遵循知識、能力、素質協調發展的原則,從知識模塊、知識單元和知識點3個層次來設計。其中知識模塊代表特定學科子領域,可包括若干知識單元;知識單元代表知識模塊中的不同方向,可包括若干知識點;知識點代表知識模塊中單獨的主題,是教學活動中傳遞教學信息的基本單元。
1.縱向功能線
本文的縱向功能線是從資源管理功能出發來設計,通過基于操作資源管理功能的知識建構,學生能明確所學內容在知識體系中的層次、位置、關系。此處為使結構更清晰,按操作系統資源管理功能出發的縱向功能線細化為進程管理、處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理和用戶接口六個知識模塊,由此設計的縱向功能線知識結構如下:
(1)進程管理知識模塊包括進程概念、進程調度、進程互斥、進程同步、進程通信、進程死鎖各知識單元。進程概念包含進程特征、進程狀態與轉換、進程控制各知識點;進程調度包含調度時機、調度算法、調度過程各知識點;進程互斥包含與時間有關的錯誤、臨界資源與臨界區、臨界區使用原則、臨界區互斥訪問的解決途徑、臨界區互斥訪問的解決途徑各知識點;進程同步包含信號量同步機制、生產者與消費者問題、讀者與寫者問題、哲學家進餐問題各知識點;進程通信包含忙等待策略、睡眠和喚醒策略、消息傳遞策略各知識點;進程死鎖包含產生原因、必要條件、解決途徑各知識點。
(2)處理機管理知識模塊包括分級調度、調度算法、算法評價各知識單元。分級調度包含作業調度、交換調度、進程調度各知識點;調度算法包含作業調度算法、進程調度算法各知識點;算法評價包含作業調度算法評價、進程調度算法評價各知識點。
(3)存儲器管理知識模塊包括存儲管理功能、存儲管理方案各知識單元。存儲管理功能包含內存分配與回收、地址映射、內存共享、內存保護、內存擴充各知識點;存儲管理方案包含分區存儲管理、頁式存儲管理、段式存儲管理、段頁式存儲管理各知識點。
(4)設備管理知識模塊包括數據傳送控制方式、并行技術各知識單元。數據傳送控制方式包含程序直接控制方式、中斷方式、DMA方式、通道控制方式各知識點;并行技術包含通道技術、中斷技術、緩沖技術、分配技術、虛擬技術各知識點。
(5)文件管理知識模塊包括文件結構、文件存儲空間管理、文件目錄管理、文件存取控制各知識單元。文件結構包含文件邏輯結構與文件存取、文件物理結構與存儲設備各知識點;文件存儲空間管理包含空閑文件目錄、空閑塊鏈、位示圖各知識點;文件目錄管理包含文件目錄形式、文件共享與保護、目錄檢索各知識點;文件存取控制包含文件存取控制方法。
(6)用戶管理知識模塊包括命令接口和系統調用知識單元。命令接口包含脫機控制命令、聯機控制命令知識點;系統調用包含設備管理類命令、文件管理類命令、進程管理類命令、存儲管理類命令、線程管理類命令各知識點。
2.橫向技術線
操作系統知識點看似繁雜,但究其原理,在對不同系統資源功能進行管理時,所采取的策略和方法有很多是相同的。因此通過對重要方法和機制進行貫穿式的橫向技術線,可使被條塊分割的教學內容有效關聯起來;通過橫縱交錯的連接,可使看似離散的知識有穩固而緊密銜接的結構。從操作系統四種重要實現技術出發的橫向技術線包括中斷技術、共享技術、虛擬技術和緩沖技術。當然,有些技術在其它相關課程中已有介紹,也可看出其在整個計算機系統中的重要程度,由此設計橫向技術線知識結構如下:
(1)中斷技術知識模塊是實現程序并發執行與設備并行操作的基礎,它包括中斷類型、中斷優先級、中斷事件各知識單元。中斷類型知識單元包括外中斷、內中斷知識點;中斷優先級知識點在不同的系統中有不同的規定;中斷事件知識單元包括進程創建與撤消、進程阻塞與喚醒、分時時間片、缺頁中斷與缺段中斷、I/O操作、文件操作各知識點。
(2)共享技術知識模塊是提高資源利用率的必然途徑,它包括處理機共享、存儲共享、設備共享、文件共享各知識單元。處理機共享包含進程的并發執行;存儲共享包含外存儲器共享、內存儲器共享知識點;設備共享包含SPOOLing系統;文件共享包含便于共享的文件目錄。:
(3)虛擬技術知識模塊是把一個物理實體變為若干面向用戶的邏輯單元,使資源的用戶使用與系統管理相分離,從而提高資源利用率和安全性方,它包括虛擬處理機、虛擬存儲器、虛擬存儲器方法、虛擬設備、虛擬文件各知識單元。虛擬處理機包含多進程管理;虛擬存儲器包含地址轉換、中斷處理過程、置換知識點;虛擬存儲器方法包含頁式管理、段式管理、段頁式管理各知識點;虛擬設備包含設備共享;虛擬文件包含文件共享。
(4)緩沖技術知識模塊是異步技術的實現前提,可大大提高相關資源的并行操作程度,它包括存儲管理緩沖技術、設備管理緩沖技術、文件管理緩沖技術各知識單元。存儲管理緩沖技術包含快表;設備管理緩沖技術包含硬緩沖、軟緩沖、SPOOLing系統中的輸入/輸出井知識點;文件管理緩沖技術包含記錄成組技術、文件表的打開。
四、課程知識體系操作
知識體系的設計顯然要有必要的操作作為支持才能使其與學習者間進行互動,形成交流并達到知識的內化。依據上述的知識體系設計,該課程教學可采用以下兩個步驟進行操作,一是以“核心拓展”的方式進行縱向功能學習,二是以“小組學習和共同學習相結合”方式進行橫向技術綜合學習。
“核心拓展”方式中核心指六大知識模塊,它們也是該課程的核心內容,教師應結合具體系統的具體實例以講授方式進行,講授過程中對于一些關鍵算法一定要以具體實例加以講解,不能照本宣科。“小組學習和共同學習相結合”方式可采用將多次出現的具體技術單獨提出來,討論哪些功能應用了該技術。分小組,一個小組負責總結一項技術,然后以小組宣講共同討論的方式來加深技術對功能的應用。
通過這兩個步驟的操作,整個課程的知識體系便可以橫、縱兩條線的形式清晰地呈現在學生面前,為培養學生從離散到系統性的學習和思維習慣創造條件。
參考文獻:
關鍵字組件重用操作系統OSKit
1引言
當前，操作系統的功能不斷擴展，操作系統的類型呈現出多樣化的趨勢。一個小規模的開發小組已經不可能完全從頭開始實現一個實用的操作系統，而一般情況下，研究人員只對操作系統的一些特定領域感興趣，而對于另外一些元素,如啟動加載代碼、核心啟動代碼、設備驅動程序和內存分配代碼等往往不感興趣，但是一個可運行的原型系統又必須包含這些內容。編寫這些基礎結構延緩了操作系統研究項目的進度，同時也增加了進行操作系統研究的代價。為了解決這一問題，猶他大學的FLUX研究小組開發了OSKit，它提供了一個框架和一組模塊化的、具有簡單接口的庫以及一組清晰的、可重用的OS組件。OSKit可以用來構建操作系統內核、外層服務和其他核心OS功能模塊。OSKit提供了各種功能模塊，諸如簡單自舉，一個可用于內核的最小化POSIX環境、與物理內存和其約束一致的內存管理、廣泛的調試支持，以及高層子系統如協議棧和文件系統。開發者可以根據自己的研究興趣或所要考慮的性能來使用這些模塊，或用他們自己的模塊來替代標準的OSKit模塊。
OSKit公開了它內部的實現細節，允許用戶從成熟的操作系統中不加修改地提取代碼，然后通過一小部分經過仔細設計的粘接代碼將它們合并到一起，隔離它們的依賴性，并輸出良好定義的接口。OSKit使用這一技術整合了許多穩定而成熟的源代碼，包括設備驅動、文件系統、網絡協議等等。實踐表明，使用組件軟件架構和重用技術會給操作系統實現領域帶來大的影響。
2組件技術簡介
組件技術是一種較新的軟件開發技術。到目前為止，還難以確定組件技術的明確定義。比如，對組件技術的常見說法有以下這些：“二進制軟件單元”、“任意場合可部署的軟件”、“特別適合第三方開發”和“規范定義的接口”等等。大致上可以這樣理解：所謂組件，其實就是一種可部署軟件的代碼包，其中包括某些可執行模塊。組件單獨開發并作為軟件單元使用，它具有明確的接口，軟件就是通過這些接口調用組件所能提供的服務，多種組件可以聯合起來構成更大型的組件乃至直接建立整個系統。組件的實現必須支持一種或者多種其用戶所希望獲得的接口。實現組件并不一定需要采用面向對象語言。為了構造新應用程序，軟件開發人員找出適當的組件，將這些組件加入到正在開發中的應用程序，同時對應用程序進行測試并保證應用程序的組裝工作按照預定的規劃正常進行。采用組件技術能降低開發、測試和維護成本,提高可靠性和穩定性。
3Oskit組件綜述
OSKIT的組件庫提供了一般情況下更高層的功能，它通常只對外開放一些相關的公用調用接口。目標系統通過OSKit的面向對象的COM接口來與這些組件進行交互。以下幾節概述了OSKit所提供的組件。
3．1引導程序
大多數操作系統多有自身的啟動加載機制，彼此互不兼容。這種加載機制的多樣性并不是由于每個OS所要求的自舉服務不同而引起，而是由于構建啟動加載器的特定方式造成的。因為從操作系統研究的立場來看，啟動加載器是一個令人不敢興趣的領域，因此OS開發者通常進行一個最小化、快捷的設計。由于設計理念和要求的輕微差別，每個啟動加載器都不適用于下一個OS。為了解決這個問題，OSKit直接支持多啟動標準，這一標準是由幾個OS項目的成員共同設計的，它的目的是提供一個簡單而通用的啟動加載器與OS內核間的接口，從而允許一個啟動加載器加載任何兼容的OS。
在進行操作系統研究時，多啟動標準非常有用，這其中的主要原因是啟動加載器在加載內核自身的同時還具有加載附加文件或者啟動模塊的能力。這里的一個啟動模塊只是一個普通文件，啟動加載器不以任何方式解釋它，而僅僅把它隨同內核映像一起加載到保留物理內存塊中。在啟動內核時，啟動加載器提供給內核以下內容：物理地址的列表、所有已加載的啟動模塊的大小，以及與每個模塊相聯系的由用戶定義的字符串。這些啟動模塊和與它們相聯系的用戶定義的字符串由內核解釋。這樣做的目的是為了通過提供內核啟動時需要的數據，諸如初始化程序、設備驅動和文件系統服務器，來減輕內核啟動的負擔。
3．2核心支持庫
OSKit核心支持庫的主要用途是讓客戶OS更容易訪問硬件設施。它包含了一個較大的實用函數和符號定義的集合，該集合對于管理模式代碼是非常具體的。與此相對應，OSKit的大多數其他庫在用戶模式代碼中通常很有用。和OSKit的其余部分所不同的是，多數核心支持代碼必須是針對特定系統結構的，而這些特定機器的細節對客戶OS也是有用的。例如，在x86機器上，核心支持庫包含一些函數，用來創建和操縱x86頁表和段寄存器。其他OSKit組件通常提供建立在這些低層機制上的與體系結構無關的設施，但是為了提供最大的靈活性，與特定結構相關的接口始終可以被訪問。
OSKit核心支持庫在x86體系結構上尤為重要，因為該體系結構的OS級編程環境特別復雜和模糊。核心支持庫仔細地設置了一個基本的32位執行環境（為了與MS-DOS兼容，x86處理器通常以16位模式開始）,初始化段和頁轉換表，安裝一個中斷向量表，并提供缺省的陷阱和中斷處理程序。當然，客戶OS能夠修改或重載這些行為。然而，在缺省情況下，核心支持庫自動地做所有必要的工作，以便使處理器進入一個方便的執行環境，此時中斷、陷阱、調試以及其他標準設施已經如預期的那樣開始工作。該庫在缺省情況下自動地定位所有隨內核加載的啟動模塊，并保留它們所在的物理內存。接下來，應用程序可以很容易使用它們。客戶OS只需以標準C語言風格提供一個main()函數。一切都設置好以后，內核支持庫將用所有參數和由啟動加載器傳遞過來的環境變量來調用它。
3．3內存管理庫
如同在一個標準C語言庫中實現的malloc()一樣，內存管理代碼典型地用于用戶空間。通常并不適用于內核。設備驅動常常需要分配特定類型的內存，并伴隨具體的調整屬性。例如，對于內建的DMA控制器只能訪問最初的16M物理內存。為解決這些內存管理問題，OSKit包含了兩個簡單而靈活的內存管理庫：(1)基于隊列的內存管理器（或稱LMM）,它提供了功能強大且高效的原語來進行分配管理，并支持在一個池中管理多種類型的內存。(2)地址映射管理器（或稱AMM）被設計用來管理不必直接映射到物理內存或虛擬內存的地址空間，它對OS的其他方面提供了類似的支持，諸如進程地址空間、分頁、空閑塊或IPC名字空間的管理。盡管這些庫可以很容易地應用在用戶空間，但實際上它們是被特別設計用來滿足OS內核的需求。
3．4最小C語言庫
成熟的OS內核一般都包含著相當數量的僅僅用來重新實現基本的C語言庫函數如printf()和malloc()的代碼。與此形成對比的是，OSKit提供了一個最小化C語言函數庫，它圍繞著最小化依賴性而不是最大化函數性和性能的原則來設計。
3．5調試支持
OSKit的一個最實用的好處是：給定一個適當的硬件設置，它立刻就能提供給OS開發者一個完全源代碼級的內核調試環境。OSKit內核支持庫包括一個可用于GNU調試器（GDB）的串行存根模塊，它在客戶OS環境中處理陷阱，并使用GDB的標準遠程調試協議通過一個串行程序與運行在另一臺機器上的GDB通信。甚至當客戶機OS執行自己的陷阱處理時，OSKit的GDB存根模塊也是可用的。如果客戶OS提供適當的鉤子，它甚至支持多線程調試。除了基本的調試器支持，OSKit也提供了一個內存分配調試庫，它可以跟蹤內存分配并檢測一般的錯誤，如緩沖區溢出和釋放已釋放的內存。這個庫提供了與許多普通應用程序調試器相似的功能性，所不同的是它運行在由OSKit提供的最小內核環境中。3．6設備驅動支持
在OS開發和維護中最艱巨的一個任務是支持多種多樣的I/O硬件。這些復雜的設備常會含有潛在的錯誤，而新硬件的又常常伴隨著不兼容的軟件接口。由于這些原因，OSKit采用了為現有內核開發的穩定的、經過充分測試的驅動程序。OSKit使用了一種封裝技術，將現有的驅動程序代碼基本上未加修改地合并到OSKit中。這些現有的驅動程序被一個OSKit粘結代碼層所包裝，從而使得這些驅動程序可以在與開發它們的環境完全不同的環境中工作。目前，來自Linux的大多數以太網卡、SCSI和IDE磁盤的設備驅動程序被包括進來，總數超過了五十種。用同樣的方式，來自FreeBSD的八個字符設備驅動程序也被包含了進來，它們支持標準PC控制臺和串口及不同的多串口板。由于OSKit把這些驅動仔細地進行了包裝，FreeBSD驅動程序可以與Linux驅動程序一起工作。
3．7協議棧
OSKit提供了一個完整的TCP/IP網絡協議棧。如同驅動程序一樣，有關網絡的代碼也可以通過封裝機制被合并進來。OSKit當前可以從Linux中獲取網絡設備驅動程序，它們是PC平臺可獲得的最大的免費資源。OSKit的網絡組件繼承于FreeBSD4.4,它通常被認為具有更多成熟的網絡協議。這顯示了使用封裝機制將現有軟件包裝成靈活的組件的第二個優點：即從不同的資源中獲取最好的組件，并讓它們一起被使用。
3．8文件系統
通過使用封裝技術，OSKit吸收了NetBSD的基于磁盤的文件系統代碼。NetBSD之所以被選擇為首要資源庫，是因為在可用的系統中，它的文件系統代碼被最清晰地分離了出來，而FreeBSD和Linux的文件系統與它們的虛擬內存系統結合的更緊密。當前，OSKit也把Linux文件系統合并了進來，以便能夠支持多種類型的文件系統格式，如Windows95、OS/2和SystemV的文件系統格式等等。
OSKit文件系統輸出的COM接口類似于許多Unix文件系統所使用的內部VFS接口。這些接口具有很好的粒度，使我們可以不必接觸OSKit文件系統的內部。例如，OSKit接口只接受簡單的路徑名組件，允許安全封裝的代碼執行適當的訪問許可檢查。
4OSKit的現狀
自從在1996年6月了OSKit的第一個公開發行版以來，OSKit已經更新了多次，每次更新都增加了一些算法，并修正了一些錯誤。最新的發行版是2002年3月的版本。由此可見，OSKit一直處于操作系統開發平臺的前沿，其自身也在不斷完善和發展。
5結論
作為一個操作系統研究與開發的平臺，OSKit大大減輕了操作系統研究與開發者的負擔。它可以讓開發人員避開復雜的底層，而把興趣集中與他們所感興趣的領域。開發者可以用自己編寫的組件來取代OSKit中的部分組件，以滿足自己特定的需要，從而豐富了操作系統的應用層。總之，OSKit滿足了實際客戶系統的需求，有助于操作系統的研究與開發。
參考文獻
(1)湯海京基于面向對象操作系統開發平臺（OSKit）的分析與程序設計www-/developerWorks/linux/kernel/oskit/part1/index.shtml
(2)MichaelHohmuthUsingtheOSKitasabaseforL4applications
關鍵詞：計算機科學導論；教學方法；考核方式
《計算機科學導論》課程是計算機專業的引導性課程，為計算機專業的新生提供了關于該專業學科的入門介紹。使學生能夠全面掌握計算機的基礎知識，并了解該專業的學生在該領域工作應具有的職業道德和應遵守的法律準則。《計算機科學導論》課程在大一第一個學期開設，新生雖然具有計算機的基本使用能力，但在計算機理論知識上的專業性不夠，大部分的知識對新生來說都是第一次接觸。如果一味地想把如此廣的知識介紹給學生，理解上的難度會影響他們學習的積極性，效果并不好。根據該課程近幾年的教學實踐，筆者總結出了教學中存在的一些問題，并對教學內容的選取、教學方法和考核方式給出思考。
教學中存在的問題
計算機科學導論的教學內容雖然相對淺顯，但是涵蓋的知識面很廣，幾乎包括計算機領域所有的理論知識，應用技術、熱點研究問題等。在授課中不僅要把基本的概念介紹清楚，還要對最新的專業動態有所介紹。在教學過程中主要存在以下幾個問題。
1.合適教材難以選擇
我國的計算機科學導論教材非常多，按其內容主要有以下三種：一、內容為計算機各種辦公軟件的使用，使學生具有使用計算機的初步能力，和非計算機專業開設的《大學計算機文化基礎》課程等同[1]；二、將計算機專業學生大學四年要學的專業核心課程進行了濃縮，內容涉及面廣；三、計算機和計算的本質屬性用高度抽象的數學模型來刻畫[2]，內容進行系統化、形式化的概括。由于目前中小學已開始開設了相關的課程，新生都具有不同程度的使用計算機的能力。所以選擇第一種教材對于計算機專業的學生會過于簡單，失去“專業引導”課程的本質屬性；第二種教材在廣度和深度上是比較難以把握的；第三種教材過于抽象，教師難講，一般院校的學生難以理解。再加之計算機科學技術和應用技術的發展變化非常快[3]，可謂日新月異，許多教材內容的更新速度嚴重滯后。
2.理論教學過于復雜
新生非常渴望專業知識，計算機專業的新生對第一學期開設的計算機科學導論課程抱有很大的期望。教師希望通過講授該課程給學生初步建立整個學科的框架，指明計算機專業學習的方向，激發他們的學習興趣。但是把如數據結構，操作系統，數據庫系統，編譯原理等專業課濃縮為一章進行敘述[4]，敘述方式上又較少考慮新生的知識背景和理解能力。理論教學中勉強把計算機科學系統知識精裝到學生的知識結構中[5]，不斷出現的新概念、新理論和新知識使學生難以真正理解，又要求他們在短期內消化吸收，這樣不但起不到很好的專業引導，反而使學生對計算機的學習望而生畏。
3.實驗內容與理論教學相對獨立
本課程配有相應的實驗內容，但一般是以Windows操作系統和常用辦公軟件的操作為主，與理論教學相對獨立。
4.考核方式傳統化
對學生來說，最熟悉的考試方式是閉卷考試，這種考試方式注重對知識的記憶、理解和應用。在大學學習期間，很多課程沒有單元測試、期中考試，采取的是直接的期末考試。學生到了期末死記硬背搞突擊，平時很少去細細思索所學內容。本課程不只是介紹一些計算機專業的知識，更應該引導學生思考相關的一些問題。
教學的幾點思考
1.教材內容和補充新信息相結合
教材的內容對基本知識介紹得比較全面，但為了提高教學質量和教學的有效性，在教學內容上教師需要適當地選擇一些專業領域的新知識進行補充，如計算機技術和產品的最新發展、新成果、未來發展趨勢等[6]。學生在掌握計算機基本知識的基礎上對專業新知識有所了解，緊跟時代的新發展，與學生實際生活中接觸到的產品和概念有所共鳴，這樣可以激發他們學習本專業知識的興趣。
2.構建啟發式教學模式
傳統的教學模式是非常封閉的，教師講解學生聽課，兩者的交流比較少。學生的這種被動局面制約了他們學習主動性的發揮。啟發式教學模式就是讓學生的學習方式從被動變為主動。教師在對基礎知識的介紹過程中，根據相應的知識點設置相關問題，對學生進行分組選擇相應問題；進行前期的文獻查找，撰寫論文培訓后，讓學生自己去查閱相關資料，提煉內容，形成一份綜合的材料，并在課堂上講解給同學們；教師及時對學生所講內容進行總結評述。把課堂的某些時間讓學生掌控，教學中充分調動教師和學生的交流，在問題中探討學習，在參與中掌握相關知識。在這個過程中讓學生學會檢索文獻，整理資料，初步閱讀計算機專業文獻等；鼓勵學生從問題出發，去鉆研去思考，逐步訓練專業的創新能力；在團隊中學會合作；鍛煉學生的表達能力；提高辦公軟件的使用能力；培養學生專業自信心；充分發揮學生的主動性。
3.適當增加理論教學的實驗
Windows操作系統和常用辦公軟件的操作這些操作技能需掌握，但課堂上講到的有些內容最好配合相應的實踐，給學生實實在在的接觸，這樣能使理論教學的效果更理想。
4.改變考核方式
大學的課程在考核上一般采取期末考試成績和平時成績相結合的方法。計算機導論課程內容多，授課中若不采取傳統的教學方式，而是結合專題講座、學生參與教學的方式，該課程的部分考核可以在教學過程中完成。例如，可采取分組合作課題和獨立選題論文相結合的考核形式。分組合作課題在授課中完成，學生按所在分組，分工合作完成相關課題，上臺講演，并通過各小組之間的評比給出相應成績，這項成績在教學中完成；獨立選題論文，學生自主選取與計算機領域相關的選題，以論文形式上交，培養學生獨立思考能力，這項考核在結課后一定時間內完成。兩者結合，不增加學生記憶的壓力，又給了學生充分的自。
結束語
《計算機科學導論》課程在專業知識整體介紹的同時要激發學生學習本專業的興趣，發揮學生學習的主動性。課程難度和廣度不容易把握，教師要不斷更新教學內容，改進教學方法，使《計算機科學導論》課程真正起到引導的作用。
參考文獻：
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[4]薄樹奎.“計算機導論”課程教學方法初探[J].鄭州航空工業管理學院學報（社會科學版），2011，30（4）：182-184.
論文摘要:文章通過對管理演變、現行行政管理誤區剖析、新時期行政管理科學化的走向等方面的理論分析,闡述了科學管理新趨勢,并深刻揭示新時期行政管理須注意的幾個環節。
論文關鍵詞:行政管理演變科學化走向
隨著社會化大生產的深入展開,對日常行政的指揮、監督、控制成為強烈的必需,科學化管理的需求日益上升。實踐證明管理者素質的高低,在極大程度上影響著政務效率與質量。因此,對新時期行政管理科學化問題的探討具有十分重要的意義。
一、行政管理的演變
管理是一個歷史范疇,其作為實踐是歷經無數人的努力,步步演變,才走向科學化的。從最初的經驗管理發展到工業化時期的泰羅制和福特制管理,管理開始進入科學管理時期。泰羅在其《科學管理原理》中指出,科學管理是由組織、協調、合作、發揮每個人最高的效率,實現最大的富裕等多種要素結合而成的。這使人們對科學管理開始關注,特別是現代行為科學的誕生,為管理注入了新的心理因素,而系統論的發展,為系統管理的實施提供了強有力的理論指導。此時,以梅奧為代表的以人為本的管理思想開始占據主導地位,管理不僅僅是追求有序化、合理化,同時也追求人的需要的滿足,而且謀求管理的整個系統功能的優化。這就是管理的科學化問題。
現代行政管理正在發生一系列的趨勢性變化。首先是從流行程序管理變為倡導目標管理。程序管理要求管理者對被管理者明確行動的目標,且交代每一個行動的操作步驟,而目標管理僅需對被管理者明確目標及其工作要求,具體步驟由被管理者、操作層次的人自行解決。當然,不同的被管理者應運用不同的管理方式,但在人力資源素質不斷提高的今天,仍一味奉行程序性管理是過于落后了。
其次,從單一管理發展為分層管理。系統論中的結構——層次——功能理論開始在管理中發揮作用。不同人員結構的系統(單位)要運用不同的管理模式,不同層次的管理者,其管理方法不能相同。高層次的管理者僅僅關注戰略性決策,而日常程序性決策都授權于低層次管理者操辦。不同的管理者其管理半徑不一樣,其控制力、監督能力也不一樣。
再次,從剛性管理發展為柔性管理。剛性管理強調硬性行政命令約束,管理思維是非此即彼,容不得權變。而柔性管理認為管理存在彈性,管理者往往根據不同的被管理者和不同的情境而采取不同的管理方法,從而達到理想的管理效果。管理者注重對管理“柔性”因素的控制如管理風格、溝通、文化等。
第四,從無風險管理發展為危機管理。傳統的管理強調對被管理者的激勵與約束的對稱即所謂的獎懲機制的建立。通過表揚的手段、樹立典型的效應來帶動一批人前進,不談憂患,不提危機,害怕被管理者受刺激過度,產生懼怕心理,影響工作及效率。危機管理在一些特殊情況下有其獨特、甚至令人意想不到的作用。如急中生智,置之死地而后生,都說明危機管理具有獨特功能。更值得注意的是,現在危機管理似乎有演變為一種經常性管理模式的趨勢。如微軟公司總裁比爾·蓋茨在管理中強調“最好的軟件公司離真正破產永遠只有18個月”。正是有這種危機管理技能的運用,微軟公司才會日益強盛。
不僅僅是管理模式在變,而且管理的指導思想也在變。如鯰魚效應和木桶原理,學習型組織的理論的興起等。鯰魚效應是指在一批沙丁魚的遠途運輸中,如果摻入幾只兇猛的鯰魚,反而會使沙丁魚的死亡率降低,這是因為有了逃生的競爭,使沙丁魚游動頻率增高,從而生存力增強。同樣,在管理中,如果多引入一些不同類型的人才,則會使單位的生命力愈加旺盛,這破除了傳統的“一山難容二虎”的理念。木桶原理是指一只由幾十塊木板拼接而成的大木桶,其容量取決于最短一塊木板。這給管理者的啟示是:面對被管理者的差異與管理環節、問題的差異,其實是最薄弱的那一個環節,可能會導致管理上的麻煩與致命傷。因此,一名優秀管理者應從最薄弱環節改進入手,去提升整體的管理績效。只有經常性檢查,經常性抓落實,抓責任制的貫徹才會獲得滿意的管理效果。現代管理科學還告訴管理者,如何將自己所管理的組織發展成為一個學習型的組織,已是十分迫切的問題。傳統的管理認為,被管理者一次充電,受益終生,知識、才能運用只須儲備一次,便可應付全部的挑戰。而在信息、知識經濟時代,這一管理理念落伍了。只有帶領組織成為持續學習型的組織,擺脫單純的模仿,且成員之間相互學習,具有共同的愿景,一個單位、組織才會生機勃勃,不斷發展,不斷拓展成長空間,不斷超越同行,取得成功。
二、現行行政管理的誤區剖析
當前,一些人戲稱流行的行政管理模式為“領導就是開會、管理就是收費、協調就是喝醉”,一些管理人士甚至將其作為管理的金科玉律。這其實是行政管理庸俗化的表現,是明顯的認識誤區,在這種指導思想下進行管理將貽害無窮。
首先,將開會布置任務,理解為可替代科學決策,這首先是管理者的悲哀。這種錯誤的認識容易造成“會海”連綿,管理者開了會就等于任務布置了,事情完成了,長此以往,落實工作成為頑癥。而沒有落實的政策、措施等于一切都是空的,管理的效能無從體現。
其次,管理的中心任務是什么,僅僅是收費嗎?把管理權限混同于單項財權行使、賺錢的所為,這是將管理極端簡單化的表現。的確,好的管理可以產生經濟效益與社會效益,但管理不是為了收費了事,這是管理導向的錯誤,會造成管理可有可無,機構形同虛設,人浮于事,最終斷送了事業。
再次,協調就是喝醉,這是將管理極端庸俗化的表現。當然,協調是需要將方方面面的利益進行平衡,對各方傾向、意見進行妥協,但決不是一喝了事。管理既要協調管理者與被管理者,使二者利益、愿望與目標等大體相一致。做到上下同心,形成組織的凝聚力。要協調長遠利益與眼前利益,最終目標與近期目標之間的關系。也要協調管理者與工作任務相適應,還要協調被管理者與工作任務相適應,達到1+1>2的系統功能效應。還有一種管理誤區就是一味多訂制度,認為有了制度就有了管理,從而導致規章多如牛毛,有否貫徹執行則無人問津。這種錯誤的認識容易造成“文山”現象,管理者須簽閱大量的文件,哪有時間、精力去真正管理呢?其實,有了制度不等于就有了管理,有了制度,只是為管理準備了一些基本前提、準備了一些條件,這只是管理的開始,實際上,被管理者是否自覺執行這些規章,是需要監控、需要調研的,這都是管理的題中之義。制定過多的規章等于沒有規章,因此規章過濫也會影響管理的效能。
三、新時期行政管理的科學化走向
決策的科學化。作出一項正確而充分的決策,有賴于準確而充分的信息,也需有一套動力機制去刺激決策付諸實施。傳統的管理以領導者“拍頭腦決策”為主,憑經驗、憑主觀決策,容易導致決策失誤,導致嚴重后果。因此,我們必須尋求決策的動力機制,健全為決策服務的信息系統。
辦公的自動化。辦公系統是決策系統與操作系統的銜接環節,是落實決策的重要一環。制度、決策的落實在于執行,它涉及到辦公環節的啟動,傳達貫徹、督辦決策的實施到位。傳統管理中的這些環節都已齊備,但缺乏的是高科技手段。現代管理就是要借助于辦公自動化技術,成倍地提高政務效率,建立督辦網絡體系,使事中、事畢都存在可測性與可控性,使決策者、管理者隨時能得到確切、全面的信息反饋,以便實現全程動態管理。
管理的信息化。無論是決策,還是日常管理監督,都需要管理的信息化。提供全面、準確的信息是決策的前提,反饋實施信息是管理的要求,總結反映、宣傳信息是管理效能的體現。因此,信息化管理是走向科學化的必然要求。通過重視信息反饋,不斷改進管理方式。在管理過程中注意管理效果的信息反饋,以便隨時調整管理的目標和方式,達到優化。
【關鍵詞】教學主客體；網絡教學平臺；交互
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B【論文編號】1009―8097 (2008) 08―0085―04
美國學者布蘭斯福特（1999）認為，許多新技術都具有交互性，可以更容易地創建教學環境，在這種環境中學生能夠通過實踐來學習、獲得反饋和不斷地改進他們的理解以及建構新知識。以網絡和多媒體為基礎的網絡教學必須而且只有具有豐富的交互機制，才能真正實現網絡教學的目標，才能激發學生探索知識的欲望和動力，才能直觀形象地提供學習內容。網絡教學平臺具有豐富交互性是網絡教學的需要，是發揮網絡教學有效性的必然要求。如何充分認識和設計網絡教學平臺的交互機制，已經成為設計、開發和評價網絡教學平臺的重要內容。目前，對于網絡教學平臺的交互研究大都集中在從技術角度分析如何設計和開發交互手段，較少從教學應用層面分析網絡教學平臺交互的含義和特性。本文在結合教學有效性探討的基礎上，從教學主客體關系角度分析網絡教學平臺交互的涵義、分類和影響因素。
一 網絡教學交互的含義和要素分析
1 網絡教學交互的含義
國內外有關網絡環境下教學交互的研究中，其涵義的解釋和描述主要包括：
（1） Merrill，L I & Jones(1990) 認為，學習中的交互是教學系統與學生之間，包括相關信息交換在內的，實時的、動態的、相互的給予――提取過程。
（2） Gilbert和Moore(1998）認為，以計算機為媒體進行教學的交互性Interactivity是指學生和技術之間的信息交換。
（3） Wagner教授認為，交互是在相互影響的個體和群體之間的一種相互影響和信息交換，需要兩個主體和兩種活動之間的互動。
（4） 北京師范大學遠程教育研究中心陳麗認為（2004），教學交互是一種發生在學生和學習環境之間的事件，它包括學生和教師，以及學生和學生之間的交流，也包括學生和各種物化的資源之間的相互交流和相互作用。
綜合上述描述，可以歸納出網絡教學交互的定義：網絡教學交互是在網絡環境下，為實現網絡教學目標，所發生的學生、網絡教學資源和教師之間的相互影響的互動事件。既包含作為主體的學生和教師之間的社會交流以及他們與作為客體的網絡教學資源之間的互動和交流，也包括網絡教學資源本身的動態變化過程。
2 網絡教學交互的要素分析
任何一個教學系統都包括教師、學生和課程資源三大要素，其中課程資源包括教學媒體和教學信息。網絡教學系統作為一種特殊教學系統，其要素也可以歸納為三大要素：教師、學生和網絡教學平臺。網絡教學交互其實就是指教師、學生和網絡教學平臺之間的相互作用和關系。如圖1表示網絡教學交互的各要素關系。
圖中，網絡教學平臺涵蓋了網絡教學媒體以及承載與其上的教學信息，網絡教學交互主要有生機交互、師機交互、生生交互、師生直接交互、師生間接交互和資源內部交互，其中除了師生直接交互與傳統教學中面對面交互相似之外，其他所有教學交互形式都與網絡教學平臺有關。網絡教學平臺的交互顯然成為網絡教學交互研究中最重要的課題，如果將師生直接交互排除在網絡教學交互范圍內的話，網絡教學交互從技術上講就是網絡教學平臺的交互。
3 網絡教學平臺交互的概念
網絡教學平臺交互的定義可以描述為：網絡教學過程中，網絡教學平臺自身教學信息的動態呈現和生成以及與學生和教師之間由于相互作用形成的信息和情感交流活動。具體實現關系如圖1。
網絡教學平臺交互的目的是使學生在網絡學習過程中，通過相互交流和相互作用，能改變自身行為，從而實現網絡教學目標。當這種交互活動對學生的反應能夠使學生的行為朝著教學目標方向發展時，網絡教學是有效的。因此，網絡教學平臺交互重點是關注交互活動如何對學生學習的意義產生作用，如怎樣在網絡教學平臺上設計與現實實驗環境相仿的虛擬實驗場景和操作步驟；當學生學習過程遇到挫折是如何實時給予幫助和矯正；如何監控學生的學習狀況等。
二 基于教學主客體關系的網絡教學平臺交互要素分析
1 網絡教學過程中的教學主客體關系
網絡教學是一個有機的社會活動系統，其要素也可以歸納為三大要素：教師、學生和網絡教學平臺（包含各種技術手段以及運行于其上的教學信息等）。其中教師和學生是系統的主體，網絡教學平臺是系統客體。它們之間相互聯系、相互作用。傳統教育中師生之間的關系比較緊密，教學交互總是離不開師生交互，總是將教師和學生之間的作用關系放在同等地位進行研究，而在以“學為中心”的思想影響下，由于網絡教學過程中教師和學生的聯系相對比較“松散”，對于網絡教學理論和實踐研究的重點和中心很容易偏向與學生，容易忽略教師的主導和參與作用，特別是教師對網絡教學資源的整合利用作用。因此，網絡教學過程中，只有教師和學生共同參與網絡教學平臺的交互，才能真正達到網絡教學的和諧發展，才能提高網絡教學的有效性。
（1） 師生“雙主”之間相互聯系，相互依存，形成主體結構，成為網絡教學的動力系統，從而促進和推動網絡教學活動的進行。有人認為，網路教學不需要教師，只要有學生和平臺就可以實施網絡教學。這種想法首先否認了網絡教學平臺中教學資源的建設問題，其次否認了網絡教學的教學設計問題，這兩個方面都必須要教師參與才能進行和開展。只有教師設計和維護好網絡教學平臺才能保證學生能得到豐富而適合的交互內容，網絡教學平臺的交互內容也只有通過學生的交互才能使之真正發揮作用，達到教學效果。教師和學生之間是和諧平等的。
（2） 主體支配客體，客體制約主體。網絡教學的師生主體對教學平臺客體的支配作用主要表現在：教師根據需要設計制作網絡教學資源，選擇教學策略，改變教學內容順序，對學習內容進行管理等；學生選擇學習內容，個性化學習界面，設置學習書簽等
（3） 客體是兩個主體聯系的橋梁。網絡環境下，雖然教師和學生都屬于主體地位，但與它們出現在統一空間或時間范圍內，這是網絡教學區別于傳統教育最顯著的地方。網絡環境下，網絡教學平臺是教師和學生進行交互的中介手段，師生可以通過留言板、BBS、站內短消息、QQ等方法進行練習和對話。
2 基于教學主客體關系的網絡教學平臺交互要素
根據以上分析，網絡教學的交互不僅指學生和學生之間、學生和平臺、學生和教師之間的交互，還包括教師對教學平臺的操作和交互控制作用。網絡教學平臺的交互要素如圖2.
三 基于教學主客體關系的網絡教學平臺交互分類
從系統論角度看，網絡教學平臺交互的對象可以分為主體和客體兩大要素，主體對象包括教師和學生，他們是交互系統的核心部分，客體對象包括網絡教學平臺以及作用于在其上的交互手段，它們是交互系統的必要條件。
從教學有效性角度看，網絡教學平臺交互可以看作是網絡教學系統的縮影，也可以將這個系統看作是主體和客體的作用關系系統。這種交互可簡化為圖3。
根據主體和客體之間所建立的交互功能，可將網絡教學平臺交互分為以下三類。
1 導航類交互
指網絡教學平臺如何呈現教學內容及其關系，包括前臺學生主體如何瀏覽和選擇信息，后臺教師主體如何控制教學內容的結構和框架等。這類交互的作用是使學生通過前臺快速掌握學習內容的知識結構、學習路徑和具體學習內容，教師利用導航清晰的后臺快速生成網絡學習資源。
2 反饋強化類交互
指網絡教學平臺與學生主體之間的控制機制，當學生輸入某一信息后，系統能根據輸入情況作反饋響應。反饋響應可以是顯性的，也可以是隱性的。顯性響應表現為學生能通過操作界面看到響應結果，如學生測試結果反饋、學習狀況反饋等；隱性響應表現為系統將響應結果傳輸到后臺數據庫保存或處理，它并不直接操作界面上顯現出來，學生不能直接看到響應結果，如學生學習過程跟蹤、學習步調和學習內容控制策略等。
3 功能操作類交互
指提供給學生主體操作網絡教學平臺的方法和操作界面的顯示技術交互，使學生熟悉網絡學習的基本方法和技術，降低學生計算機操作難度，增強交互界面的友好性。如網絡課程中幫助模塊、特殊教學資源的播放插件交互下載等。
四 教學主客體對網絡教學平臺交互的影響
網絡教學過程作為一個雙向傳播的過程，教學主客體的各種因素都會影響教學交互的效果。如師生特征、學習材料類型、網絡自身特性、交互內信息的深度和廣度以及可能出現的種種外界干擾都會影響交互的效果。
1 學生主體的特征
網絡教學的交互離不開學生的參與，學生是網絡教學交互的主體之一。網絡教學交互不是隨意設計和制作的，而是依據教學設計的方法和步驟特意地設計到教學中的。學生的學習動機、初始能力、學習風格、個性特征等因素都將直接影響到網絡教學平臺的交互設計。
（1） 學習動機
所謂動機，就是指引發并維持活動的傾向。在學習活動中，學生只有積極參與，才能完成知識意義的建構。學習動機與學生的興趣和學習期望具有直接關系。因此，網絡教學平臺的交互策略要有利于激發和維持學生的學習興趣，交互內容要符合學生的學習需要。學生的學習動機因素是網絡教學平臺交互設計的中心任務。
（2） 初始能力
此處的初始能力包括學生在網絡環境下的虛擬交際能力和計算機操作預備技能。前者指學生在以計算機為主的虛擬世界中進行學習交流、提問、回答和協作的能力，后者指學生在無直接幫助的情況下，與學習資源或學習伙伴進行計算機交互操作和控制網絡的能力。
（3） 學習風格
學習風格是個體在一定的生理特性基礎上，受社會環境和教育的影響，在長時期的活動中逐步形成的。威特金的知覺研究將學習風格分為“場獨立性”和“場依存性”。“場獨立性”學生在認知活動中會更多地利用內在參照作為信息加工的依據，他們的自我交互能力較強。對于這類學生，應該提供更多的交互路徑和交互工具，使學生能對學習材料根據需要進行重組。場依存性學生則偏好集體學習情境，對于這類學生，要盡量利用網絡提供各種人際交互方式，例如利用網絡平臺進行小組討論、角色扮演、模擬等，提供給他們有明確指導的、結構嚴密的學習材料。
2 教師主體的特征
網絡技術和多媒體技術的發展，不但沒有削弱教師在教學過程中的作用，相反，對教師的能力提出了更高的要求。
（1） 交互的意識：網絡教育要求教師具有現代教育意識。如果教師仍然停留在傳統的教育觀念上，還沒有建立以開放、創新、個性化等為特點的網絡交互意識，他就不會有設計網絡交互活動的主動性。
（2） 計算機操作能力和媒體設計水平：在網絡環境下進行教學交互活動，對教師提出一些要求：具有熟練操作網絡和多媒體的能力；能靈活組織教學活動，運用各種教學方法，創設輕松愉快的教學環境和融洽的心理氛圍，激發學生探究興趣和創造性思維，培養學生自主探索的能力；根據交互反饋的情況及時對學生予以恰當的評價，以維持較高水平的交互活動。
3 學習材料的類型
學習材料之所以對交互策略產生影響，是因為不同學習內容對交互提出了不同程度的要求，應采用不同的交互設計策略。要素學習是學生對前人經驗的接受，教學有著嚴密的邏輯結構并通常配有相應數量的練習。此時交互必須提供豐富的資源及對意義建構作出適量的反饋評價。問題解決學習要求學生有效地把知識內化為自己的認知結構，以指導自己的認識和實踐。應利用多媒體技術和虛擬現實技術，創設開放性的問題情境、支持查詢和收集信息、成立協作小組、實現教師指導與監控，完成總結和互評。探究學習是學生通過自主參與獲得知識的過程。應利用網絡加強同伴之間的交互，或利用計算機的各種工具，讓學生設計各種情境，收集各種信息。
4 網絡自身的特性
在設計交互時，網絡的軟硬件環境是必需要考慮的一個重要因素。設計者首先要考察現有的網絡環境是否能夠滿足學習的需求，如網絡傳輸速率如何、操作系統對交互平臺的兼容程度等。如果網絡環境不佳，將會挫傷學生交互的積極性和學習耐心，甚至會致使學生放棄交互活動。其次還要考慮軟件設計的藝術性，精彩動人的交互界面、良好的導航組織結構和界面規劃能給學生藝術享受，無疑會增強學生的交互動機。
五 總結
網絡教學平臺的交互是教學內容與學生和教師進行發生聯系的主要途徑，是教學過程實施的主要渠道。在網絡教學平臺的交互研究和設計中，必須運用系統方法，從交互對象的主客觀關系角度全面分析導航類交互、反饋強化類交互和功能操作類交互的設計策略，并充分考慮師生特征、學習材料類型、網絡自身特性等影響因素，從而合理運用網絡教學平臺的交互手段和方法提高網絡教學有效性。
參考文獻
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陳柳欽,湖南邵東縣人,天津社會科學院城市經濟研究所研究員,天津市知名青年學者,青年經濟學家,產業經濟、城市經濟和城市金融問題專家。兼任教育部人文社會科學重點研究基地對外經濟貿易大學中國WTO研究院特邀研究員,哈爾濱商業大學國際經濟與貿易研究所研究員、經濟學院教授,碩士研究生導師,哈爾濱理工大學客座教授,湖南科技大學商學院教授,天津理工大學經濟管理學院碩士研究生導師,天津工業大學公共危機管理研究所特邀研究員,廣西民族大學兼職教授。
摘要: “數字城市”作為知識經濟、信息社會發展的必然趨勢,代表的是一種世界潮流和城市發展的方向。“數字城市”是21世紀城市發展的新主題,也是提高城市綜合競爭力,促進城市經濟發展、社會進步和人民生活水平提高的新動力,它不再是一個技術性概念,而是現代科技、社會、政治、經濟影響下的新城市形態。本文闡述了“數字城市”的內涵,并對“數字城市”建設的內容與框架進行了細致的探討。
關鍵詞: 城市 信息化 城市信息化 “數字城市”
中圖分類號: F49
一、“數字城市”興起的背景
1998年1月31日,時任美國副總統戈爾在美國加利福尼亞科學中心發表了題為“數字地球:二十一世紀認識地球的方式(The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century)”的講演中首次提出了“數字地球”的概念。戈爾指出:我相信我們需要一個“數字地球”,即一個以地球坐標為依據的、嵌入海量地理數據的、具有多分辨率的、能三維可視化表示的虛擬地球。詳細地說,“數字地球”是指以地球為對象,以地理坐標為依據,具有多源、多尺度海量數據的融合,能用多媒體和虛擬現實技術進行多維的表達,具有數字化、網絡化、智能化和可視化特征的虛擬地球。簡單地說,“數字地球”是指數字化、信息化的地球。形象地說,“數字地球”是指整個地球經數字化后由計算機、數據庫及通訊網絡來管理的巨型信息系統。同時,“數字地球”也是全球定位系統、遙感、地理信息系統、寬帶網絡及虛擬現實等現代高科技的高度綜合和升華,是當代科學技術發展的制高點。
1999年12月,來自20個國家的500余名科學家、工程師、教育學家、管理者及企業家匯聚北京,于“首屆國際數字地球會議”召開之際發表了著名的《數字地球北京宣言》。宣言指出:21世紀是一個以信息和空間技術為支撐的全球知識經濟的時代,強調綜合全球對地觀測系統、全球空間數據基礎設施、全球導航與定位系統、地球空間信息基礎設施及動態過程監控的重要性;認識到數字地球有助于回應人類面臨的諸方面的挑戰;倡議政府、科技界、企業等共同推動數字地球的發展;建議實施數字地球過程中,應優先考慮環境、災害、資源、可持續發展與人類生活質量等方面。數字地球北京宣言的發表,標志著1998年戈爾提出數字地球概念后該領域在全球范圍的正式推進。
隨著信息技術的高速發展,互聯網的普及、信息高速公路的建設、“數字地球”概念的提出和推廣,全球掀起了一股強大的信息化浪潮。這股浪潮對世界各國的經濟、政治、文化均產生了巨大的沖擊,它使得一些傳統的東西正在消逝,許多新事物、新現象層出不窮;它正在逐步改變人們的生產、生活方式及價值觀念,促進人們進行新的社會變革。由于計算機技術的產生以及在各個科學領域的廣泛應用,大大促進了網絡技術、通信技術和空間分析技術等技術的發展,學科的相互交叉和技術的集成又不斷地拓寬新的應用領域。信息技術與信息產業的發展已邁入了一個嶄新的時代。這些先進的、改變城市功能的技術主要表現為:(1)高分辨率衛星遙感技術突飛猛進,極大地提高了地理信息獲取和更新的能力;(2)寬帶光纖和衛星通信為基礎的互聯網的迅速普及,極大地擴大了信息的通信交換能力;(3)分布式數據庫和共享技術的發展,極大地提高了信息存儲和管理能力;(4)仿真和虛擬技術的成熟,醞釀著信息應用技術領域的劃時代變革。信息技術變革的大趨勢必然深刻地影響到城市規劃、建設和管理行業的信息技術應用領域。傳統的城市規劃、建設和管理不得不向“數字城市”靠近,并努力追尋“數字城市”的發展模式。
城市是社會經濟要素高度集中的區域,是人類經濟、政治和文化活動的中心,是人流、物流、資金流和信息流聚集和擴散的基地。進入21世紀,信息化進一步得到了廣泛應用和高度滲透,信息技術正孕育著新的重大突破。信息資源日益成為城市發展的重要生產要素、無形資產和社會財富。同時,經濟全球化是經濟增長要素特別是技術、資本、人力資源、知識等諸要素,在資本追求經濟效益最大化的利益驅動下所出現的全球性流動和組合,以至于國別經濟和區域經濟越來越多地被納入了一體化的全球經濟體系之中,人類社會經濟發展的依賴性、互補性、關聯性更為增強,各種商品在全球流通,為世界人類所共享。2000年6月5日～7日,聯合國經濟與社會事務部(UNDESA)和聯合國開發計劃署(UNDP)及亞太地區的城市市長參加的主題為“推動城市信息化,共創未來家園”的“亞太地區城市信息化高級論壇”,最后發表了《上海宣言》。該宣言指出,當今世界經濟全球化已經成為人類社會發展的總趨勢。信息化的程度和水平已經成為衡量一個城市經濟社會發展綜合實力和文明程度的主要指標。信息化正成為全球貿易、投資、資本流動和技術轉移以及社會、經濟、文化等一切領域發展的主要推動力。信息化建設將有利于促進人類的共同富裕和共同進步。加強對城市信息化的理解,推進城市信息化建設與合作,將成為城市發展的新主題和新動力。城市信息化的主要表現形式是“數字城市”的建設。從技術角度看,“數字城市”是城市信息化實現的技術基礎,而且是城市信息化水平提高的一個重要特征。“數字城市”是社會信息化發展必然,是當今發達國家信息化發展的主要特征。全球信息化正在引發當今世界的深刻變革,重塑著世界政治、經濟、社會、文化和軍事發展的新格局。全球信息化的出現使得互聯網成為新世紀國人關注的熱點,而“數字城市”則是熱點中的焦點。
在戈爾于1998年9月首先提出了“數字化舒適社區建設”的倡議后,許多國家已經對“數字城市”開展了相應的工作。比如歐洲“數字城市”(EDC)中的虛擬赫爾辛基很有特色,3D界面是其一個非常重要的組成部分。日本的“數字京都”(DCK)項目始于1998年10月,目的是使其成為京都的社會信息主干,其設計思想是真實和活動。“真實”是指該“數字城市”是為實際的用戶服務的,而不是虛擬城市;“活動”是“數字城市”中的數據采集于現實的動態數據。“數字京都”中的新技術開發,處于國際領先地位。新加坡提出了“智能城市”的設想,為國民提供一個綜合業務數字網和異步數字用戶專線,將新加坡90%的家庭連接在一起,實現“網上生存”的夢想。隨后,一些發展中國家也紛紛制定城市信息化發展政策,這些信息化城市或地區統一命名為“數字城市”。在國內,近十多年來,深圳、北京、海口、濟南、廣州等城市和國內著名科研院校相繼建立了一批專業數據庫和應用開發系統,為“數字城市”的研究積累了經驗和數據。“數字城市”已成為我國各主要地、市進入21世紀后,在新的時代背景、經濟背景、技術背景下,運用并發展空間技術、信息技術、網絡技術,最終將其集成并滲透到現代城市生活方面的一項重要的標志性建設。
目前,“數字城市”作為知識經濟、信息社會發展的必然趨勢,代表的是一種世界潮流和城市發展的方向。深入開展“數字城市”的研究,積極推進“數字城市”的建設,無論是對當前,還是對未來城市發展,都具有十分重要的意義。
二、“數字城市”的內涵
由于“數字城市”是一個正在發展演變的概念,人們對它至今沒有統一和權威的解釋,存在很多的爭論和思考。
臺灣學者林峰田(1999)認為,“數字城市”是一項從人員組織、經費、法令、土地使用等各種配合條件,到包括硬件、軟件和科技在內的基礎設施,再到數據資料及其應用服務,直至社會文化五個層面的多層結構的城市大系統,他提出理想的“數字城市”應能達到三個目標:第一,有效支援城市產業發展,提高城市競爭力;第二,滿足市民日常的交通、購物、娛樂、休閑、安全、教育、醫療等需求,保障市民知與言的權利;第三,創造地方特色自主意識的網絡文化。
承繼成(2000)認為,信息化是指數字化、網絡化和智能化的全部過程。因此,信息化城市,也可以叫“數字城市”(或數碼港)、網絡城市和智能城市。俞正聲(2000)認為,所謂“數字城市”與“園林城市”、“生態城市”、“山水城市”一樣,是對城市發展方向的一種描述,是指數字技術、信息技術、網絡技術要滲透到城市生活的各個方面。這將是世紀之交最重要的技術革命,將深刻改變人們習慣的工作方式、生活方式甚至風俗習慣和思維方法。宋建元等(2001)認為,“數字城市”即城市數字化,是指充分利用遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)、計算機技術和多媒體及虛擬仿真等現代科學技術,對城市基礎設施和與生產生活發展相關的各方面進行多主體、多層面、全方位的信息化處理和利用,具有對城市地理、資源、生態、環境、人口、經濟、社會等諸方面進行數字化網絡化管理、服務和決策功能的信息體系。郝力(2001)認為,從信息化廣義角度看,“數字城市”即是空間化、網絡化、智能化和可視化的技術系統。“數字城市”是物質城市在信息世界的反映和升華。從城市規劃、建設和管理的狹義角度看,“數字城市”可概括為“43VR”,即地理數據4D化;地圖數據三維化;規劃設計VR(Virtual Reality,虛擬現實)化。地理數據4D化指城市空間基礎地理信息數據庫包括數字線劃圖(DLG)、數字柵格地圖(DRG)、數字高程模型(DEM)、數字正射影像地圖(DOM);地圖數據三維化指地圖數據由現在的二維結構轉換為三維結構;規劃設計VR化指規劃設計和規劃管理在4D數據、三維地圖數據支撐下,將現有的二維作業對象和手段升級為三維和VR結合的作業對象和手段。
楊開忠、沈體雁(2001)認為,一般所指的“數字城市”是以3S技術和互聯網技術為支撐的城市空間信息運行系統,是一個包括城市空間信息運行機理、空間信息運行技術系統、空間信息服務與產業體系和社會文化在內的多層框架。也就是說,“數字城市”工程建設要在城市空間信息認知機制和資源配置機制的作用下,采用數字化的空間信息技術手段對作為物質實體的城市系統,特別是對與地理空間相關的經濟社會現象進行數字化重現和虛擬,從而促進人們對城市的認識,規劃建設和管理,進而促進城市的人流、物流、資金流、信息流、交通流的通暢與協調,提高城市競爭力和市民生活質量。趙燕霞、姚敏(2001)認為,“數字城市”就是以數字化的方式表示城市及其各種信息,不僅應該包括城市各類與空間位置有關的直接信息(如地形、地貌、建筑、水文、資源等),還應該包括相關的人口、經濟、教育、軍事等社會數據,在現代信息技術的基礎上,形成一個具有智能性質的城市巨系統。周曉穎、章申魯(2001)認為,“數字城市”是綜合運用現代高新技術,對城市的基礎設施、功能機制進行信息自動采集、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統,具有城市地理、資源、生態環境、人口、經濟、社會等復雜系統的數字化、網絡化、虛擬仿真、優化決策支持和可視化表現等強大功能。它與城市地理信息系統的主要區別在于,對城市有關數據能夠自動采集、處理分析、傳輸分化、自動或半自動智能決策,直接為社會公眾提供便利的信息服務。王滸等(2001)認為,“數字城市”就是基于城市空間信息基礎設施之上的城市居民社會信息生存空間。通過運用數字地球的關鍵技術,如數據挖掘、知識提取和虛擬現實技術,“數字城市”中廣泛的、多源的空間信息將被有效的集成和管理。最終,“數字城市”將提供給公眾和企業的不僅是虛擬的用戶界面以實現所謂的“數字生存”,更重要的是將輔助政府制定城市管理的綜合決策。
“數字城市”也稱信息城市、智能城市,以數字化的方式表示城市及其各種信息,不僅包括城市各類與空間位置有關的直接信息(如地形、地貌、建筑、水文、資源等),還包括相關的人口、經濟、教育、軍事等社會數據,在現代信息技術的基礎上,形成一個具有智能性質的城市信息系統。顧朝林等(2002)認為,“數字城市”是指綜合運用地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)、遙感系統(RS)等關鍵技術,深入開發和應用空間信息資源,建設服務于城市規劃、建設和管理,服務于政府、企業、大眾的信息基礎設施和信息系統。其本質是建設空間信息基礎設施并在此基礎上深度開發和整合應用各種信息資源。牛文元(2002)認為,“數字城市”是從工業時代向信息化時代轉換的基本標志之一。它一般是指城市“自然、社會、經濟”系統的范疇中,能夠有效獲取、分類存儲、自動處理和智能識別海量數據的、具有高分辨率和高度智能化的、既能虛擬現實又可直接參與城市管理和服務的一項綜合工程。
張靜(2002)認為,“數字城市”應是四維(三維坐標加時間維)的、可視化的城市,不但包括城市三維空間的所有信息,而且還包括城市各種現象的歷史、現狀與未來信息,更為重要的是應包括人的信息如位置,甚至思維信息,是一個四維的空間信息系統。通俗一點講,“數字城市”是指在城市規劃、建設、管理以及生產生活中,利用數字化技術、信息處理技術和網絡通信技術,將城市的各種數字、信息及各種信息資源加以整合并利用。城市規劃者、管理者和生活者,可以在有準確坐標、時間和對象屬性的五維虛擬城市環境中,進行規劃、決策、管理和生活,其感覺就像漫步于現實的街道上或是承坐直升飛機俯瞰城市一樣。李京文、甘德安(2002)認為,信息化的實質就是數字化、網絡化和智能化,因此,“數字城市”廣義上指城市信息化,是指數字技術、信息技術、網絡技術滲透到城市生活的各個方面,其本質是對物質城市及其相關現象(經濟社會特征)統一的數字化重現和認識,是用數字化的手段來處理、分析和管理整個城市,促進城市的人流、物流、資金流、信息流、交通流的通暢、協調高速。這些學者把“數字城市”等同于單一的城市信息化建設,認為“數字城市”建設就是當前信息化發展過程中城市對信息化的一種回應。
李琦等(2003)認為,“數字城市”是從信息化角度,對信息時代及準信息時代城市狀態的形象化刻化,表征在園林城市、生態城市等工業城市文明基礎之上,信息化基礎設施完備、信息數據資源豐富、信息化應用與信息產業高度發達、工業化與信息化持續協調發展、人居環境舒適的良性城市狀態。“數字城市”工程就是要在集成化高速寬帶城市通訊網絡基礎設施、城市空間數據基礎設施、城市信息安全基礎設施建設的基礎上,整合城市信息數據資源,連接城市信息化孤島,開展面向政府、企業、公眾的個性化、多樣性綜合信息應用服務,同時,促進城市領域(行業)信息化建設,以信息化帶動工業化,促進傳統產業結構調整,優化城市產業結構、生態結構與城市空間規劃,促進工業化與信息化的持續協調發展。劉忻(2003)認為,“數字城市”從功能上講是城市信息的數字化、網絡化、智能化、可視化,即將城市的各種信息,如城市管理、城市設施、自然資源、社會資源、人文環境、經濟、歷史等各方面信息,以數據形式整理、加工、存儲、分類、管理,通過計算機網絡實現全社會的信息共享、共建、交流、再現,通過對城市信息的綜合分析和模型化處理,提高決策水平和應用效率,最大限度地發揮資源潛力,為城市發展和提高居民生活質量服務。從技術上講,“數字城市”是以計算機技術、多媒體技術、大規模存儲技術、數據倉庫技術為基礎,以寬帶網絡技術和現代通信技術為橋梁,結合3S技術、遙測、虛擬現實技術,對城市進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類描述,并通過城市管理與決策模型及其他應用模型,優化資源配置,提供科學決策的現代化工具。從理論上講,“數字城市”在地理信息科學基礎上,結合計算機及網絡理論、現代城市理論、決策理論、控制論、系統論,復雜理論等,在計算機及網絡中虛擬城市,并結合不同部門、不同層次的信息交流、融合和挖掘,實現城市的綜合信息管理系統。
姜愛林(2004)認為,從城市建設的角度看,“數字城市”就是指在城市規劃建設與運營管理以及城市生產與生活中,充分利用數字化信息處理技術和網絡通信技術,將城市的各種數字信息及各種信息資源加以整合并充分利用的一種系統工程或管理模式。從信息化角度看,“數字城市”是以信息技術為支撐、以信息產業為主導、以信息服務為中心的一系列數據庫和信息系統的一種城市發展模式。
戴汝為(2005)認為,“數字城市”是一類開放的復雜巨系統。“數字城市”在功能、結構和龐大、復雜的多層次系統,及與周邊、全國以至世界的聯系等方面,無不具備著開放的雜巨系統的特性。
謝明(2005)認為,“數字城市”是對城市發展方向的一種描述,是對組成城市的各種要素和現象的一種數字化重現和認知,用信息化的手段收集、分析并管理城市的生產生活,促進城市的人流、物流、資金流、信息流、交通流更加順暢和協調。“數字城市”的建設基于地理信息系統、全球定位系統、遙感、網絡、多媒體、虛擬仿真等技術,綜合城市空間和人文信息,服務于城市規劃、城市建設和管理、經濟社會發展等各個方面。
江綿康(2006)認為,“數字城市”是“數字地球”的主要空間節點,是“數字地球”的重要組成部分,是“數字地球”在城市的具體體現。所謂“數字城市”,通俗地講是指在城市的生產、生活等活動中,利用數字技術、信息技術和網絡技術,將城市的人口、資源、環境、經濟、社會等以數字化、網絡化、智能化和可視化的方式加以展現。“數字城市”的本質是把城市的各種信息資源整合起來加以充分利用。
杜靈通、韓秀麗(2007)認為,可以將“數字城市”定義為利用各種信息獲取、存儲、傳輸、表達、處理等支撐技術,將表征真實城市的信息數字化,形成一個虛擬的城市實體,并利用這個數字化城市實體來解決各種各樣的現實問題。它的目的跟數字地球一樣,都是為了解決現實的自然和社會活動中諸方面的問題。
彭學君、李志祥(2007)認為,“數字城市”是指一個由數字技術支撐的信息化的城市,是指數字技術、信息技術、網絡技術滲透到城市生活的各個方面,它應該能夠自動和非自動地獲取與城市有關的海量數據,并從中挖掘出有價值的信息為城市規劃、建設、管理和可持續發展提供決策支持和具有數字實驗室特性的技術系統,是一種虛擬城市模型。
李宗華(2008)認為,“數字城市”概念可以分為廣義的和狹義的兩種。廣義上指城市信息化。它既是城市信息化總的概述,又是城市信息化的目標,是用數字化的手段來處理、分析和管理整個城市,促進城市人流、物流、資金流、信息流、交通流的通暢、協調。“數字城市”是為調控城市、預測城市、監管城市提供了革命性的手段,是對城市發展方向本質特征的一種描述。狹義上是指綜合運用地理信息系統(GIS)、全球衛星定位系統(GPS)、遙感系統(RS)、網絡等關鍵技術,建設服務于城市規劃、建設、管理,服務于政府、企業、公眾,服務于人口、資源環境、經濟社會的可持續發展的信息基礎設施和信息系統。
陳建軍(2010)認為,“數字城市”具有雙重含義:一方面,是指以遙感(RS)、全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)等空間信息技術為主要手段,對地理信息資源進行整合,構建“數字城市”地理空間框架,建設城市地理信息公共服務平臺,是城市實體在計算機中的虛擬表達;另一方面,是指以城市地理信息公共服務平臺,通過城市信息基礎設施建設,開發、整合、利用各類信息資源,實現城市的經濟、社會、生態各個運作層面的智能化、網絡化、數字化。
盡管對于“數字城市”的定義還無法形成統一的標準化定義,但從專家們的意見和城市信息化實施的過程看,其狹義上的理解取得了比較一致的看法,“數字城市”就是基于3S(地理信息系統GIS、全球定位系統GPS、遙感系統RS)等關鍵技術,深入開發和應用空間信息資源,建設服務于城市規劃、城市建設和管理,服務于政府、企業、公眾,服務于人口、資源環境、經濟社會的可持續發展的信息基礎設施和信息系統。從信息化廣義角度看,城市系統處于一個開放的環境中,需要不斷的和環境交換物質、信息和能量,是一個復雜的信息系統。
總之,“數字城市”是信息時代背景下城市及其理論發展的一種必然,是現代城市發展的必經之路。它是以信息技術為支撐、以信息服務為中心的一種城市發展模式;它以可視化、網絡化、智能化的表達方式對物質城市進行數字化的再現與升華,形成統一的、可共享的信息管理與服務數據庫系統(如綜合市情系統、城市規劃系統,智能交通系統、遠程教育或醫療系統等),為市政府提供決策支持、為民眾提供服務。它具有使現代城市管理更快捷高效、使城市居民更輕松方便的眾多優點,是未來城市可持續發展的一個主要方向。“數字城市”是21世紀城市發展的新主題,也是提高城市綜合競爭力,促進城市經濟發展、社會進步和人民生活水平提高的新動力。在這種認識下,“數字城市”不再是一個技術性概念,“數字城市”是現代科技、社會、政治、經濟影響下的新城市形態,建立在已有的物質城市基礎上,結合多種學科技術,實現城市的可持續發展。
三、“數字城市”的內容與框架
楊開忠、沈體雁(2001)認為,作為城市空間信息運行系統,“數字城市”是一個包括運行機制與保障系統、空間信息技術系統、空間信息增值服務活動與產業系統、社會文化系統等層面在內的多層次框架體系。段學軍、顧朝林等(2001)認為,“數字城市”由下列體系構成:數據獲取與更新體系、數據處理與儲存體系、信息提取與分析體系、網絡體系、應用模型體系、專用軟件體系、咨詢服務體系、專業人員體系、用戶體系、教育體系、標準與互操作體系、法規和財經體系等(見圖1)。“數字城市”的功能結構為:(1)數字商務,包括網上貿易、虛擬商場、網上市場管理等;(2)數字金融,包括數字銀行、數字股市、數字期貨、數字保險等;(3)數字社會,包括數字影院、戲院、數字旅游、網上辦各種手續等;(4)數字教育,包括虛擬教室、虛擬實驗、虛擬圖書館等;(5)數字醫院,包括網上健康咨詢、網上會診、網上護理等;(6)數字政務,包括數字會議、數字議會等。寇有觀(2001)認為,“數字城市”不僅包括城市的數字經濟、數字社會、數字生活、數字政府、數字企業、數字社區和數字家庭等,而且包括城市的數字地籍、數字規劃、數字水系、數字交通、數字電力、數字通信、數字旅游、數字生態、數字抗災、數字商務和數字金融等。同時,寇有觀還建立了一個“數字城市”系統框架。這個“數字城市”系統是城市公用信息平臺上的空間信息獲取更新處理和應用系統,包括城市公用信息平臺(網絡體系)、城市空間數據基礎設施、城市地理空間數據交換中心、行業空間數據工程數據獲得和更新體系、數據庫體系、應用體系、動態監測體系等(見圖2)。
姜愛林(2002)認為,“數字城市”構建的基本框架應包括5個方面:(1)通過推動信息化建設,使政府的宏觀調控機制與培養競爭機制達到有機的統一,形成公平、有序的市場秩序。(2)加強政策法規建設,體現管理意識,實現可持續發展。(3)建好地理信息系統基礎數據平臺,促進基礎信息資源有效共享。(4)建立應急聯動指揮和智能交通管理兩個綜合性應用系統,帶動一批行業信息系統建設。(5)推進基礎教育信息化,培養信息化人才,為構筑學習型城市服務。
張靜(2002)認為,“數字城市”的主要內容有3項:(1)信息基礎設施,要有高速寬帶網絡和支撐的計算機服務系統和網絡交換系統,也就是說“數字城市”的第一項任務是解決“修路”的問題,即為“數字城市”建立一條信息高速公路。(2)數據和信息,特別是“空間數據”。據統計,人類生活和生產的信息有80%與空間位置有關。“數字城市”的基礎平臺是城市空間數據框架,這個框架提供一個可以精確地、始終如一地獲取、配準和集成城市空間信息的基礎。它包括空間控制數據,航測與遙感影像數據,各種比例尺地形圖數據庫,以及相關的專題數據庫等等。(3)人,管理“數字城市”和使用“數字城市”的人。與管理我們的“現實城市”相對應,管理“數字城市”要逐漸建立起相應的機構和規范,要不斷地對網絡系統和數據進行建設、更新、維護和升級,并協調用戶的訪問。除管理“數字城市”的人之外,培養使用“數字城市”的人也是一項重要的基礎工作。只是建設了“數字城市”而沒有人用,也是一種浪費,也產生不了社會經濟效益。只有成千上萬的企業,成百萬、上千萬的市民應用“數字城市”才可以產生巨大的社會經濟效益,促進國民經濟的快速發展。
段學軍(2003)認為,“數字城市”的基本框架由6個方面構成:(1)數據獲取與更新體系。包括各類遙感設施,即高分辨率高光譜衛星、星―機―地數據接收設施、地面臺站及人文、經濟等數據獲取設施等。(2)數據處理儲存體系。包括高密度高速率的海量數據儲存設施,多分辨率海量數據實時存貯、壓縮、處理技術,元數據管理技術、空間數據倉庫等。(3)數據信息提取與分析體系。包括數據互操作、多源數據集成、海量空間數據的智能提取與分析、決策支持等設施與技術。(4)網絡體系。包括高速寬帶網絡、智能網絡、支持基于網絡分布式計算的操作系統、基于對象的分布式網絡服務、分布處理和互操作協議等。(5)應用模型體系。為用戶提供實際應用的解決方案,利用其我們將能夠更好地認識和分析所觀測到的海量數據,從中找出規律和知識。(6)專用軟件體系。完成城市信息處理、實現“數字城市”功能的基本工具,包括數字圖象處理軟件、GIS軟件、統計分析軟件、數據可視化軟件等。承繼成等(2003)提出,“數字城市”內容框架包括基礎設施、資源管理和應用服務三部分。基礎設施包括通訊層、數據層、保障層三部分。管理層主要是指對“數字城市”信息基礎設施的管理及信息數據資源的集成與融合、應用的集成與融合的管理。應用服務層包括基礎公共服務層、管理應用層、業務應用層、服務應用層(見表1)。
岳為民(2003)從“數字昆明”的角度指出,“數字城市”的基本框架是由“一個關鍵、三個基礎、三條主線、七大支柱”構成:(1)一個關鍵。就是城市數據的全面規范和高度共享。(2)三個基礎。即信息基礎設施、空間基礎數據及管理“數字城市”和使用“數字城市”的人。(3)三條主線。第一,政府管理與決策行為的數字化(數字政府);第二,企業經營管理行為的數字化(數字企業);第三,市民生活的數字化(數字生活);(4)七大支柱:即政府上網、電子商務、信息產業、信息港、智能建筑、智能交通與城市規劃、建設和管理信息化。
姜愛林(2004)認為,“數字城市”的內容包括技術組成、組織結構及應用等方面。“數字城市”的技術組成包括:(1)寬帶多媒體網絡;(2)電子地圖及網站服務系統;(3)高分辨率衛星、航空遙感技術;(4)三維地理信息系統技術;(4)OPEN GIS標準、遠程互操作、互運算等信息共享技術;(5)虛擬仿真技術;(6)“數字城市”信息模型與體系結構,包括城市建筑、交通、能源、通信、服務、文化設施和行政管理的信息模型及體系結構;(7)“數字城市”的運行管理技術,包括通信網絡系統及其管理,數據組織及數據轉換,決策模型管理,城市信息安全保障機制;(8)“數字城市”的功能系統,包括公用信息平臺,專業信息平臺等。“數字城市”組織結構,即“數字城市”工程將通過建設寬帶多媒體網絡、地理信息系統等基礎設施平臺,整合城市信息資源,建立電子政務、電子商務、社會保障等空間信息管理服務系統。王鳳霞、張超(2004)在“數字地球”和“數字城市”的基礎上,提出了“數字上海”總體框架模型(如圖3所示)。
謝明(2005)綜合當時我國“數字城市”建設和發展的情況提出,“數字城市”框架主要由以下四個方面構成:(1)數據獲取和更新體系。通過各種手段獲取的“數字城市”相關信息,包括城市空間數據框架(基礎電子地圖、衛星影像、航空影像)、城市規劃建設信息、城市社會經濟信息、城市管理信息等,并建立起行之有效的在城市管理過程中對各種信息進行更新的機制。(2)數據存儲、加工和管理體系。該部分內容包括建立起海量數據存儲體系,實現數據的高速存取,并在空間定位的基礎上實現對信息的加工和管理,包括元數據管理、空間數據倉庫、多源數據集成與互操作、海量空間數據的職能提取與分析、輔助決策支持等。(3)網絡支持體系。包括高速寬帶網絡、智能網絡、支持基于網絡分布式計算的操作系統、基于對象的分布式網絡服務等,共同構成支撐“數字城市”的基礎網絡體系。(4)專用軟件和輔助決策支持系統。用于完成城市信息處理、實現“數字城市”各基礎功能的工具軟件,包括數字圖像處理軟件、地理信息系統軟件、統計分析軟件、數據可視化軟件等等,并由此衍生出基于各種決策模型的輔助決策系統和應用解決方案。
寇有觀(2006)認為,“數字城市”總體框架可以概括為五大平臺、五個中心、五類應用、五大工程,政策、法規、標準、規范體系和安全、組織、資金、人才保障體系等。五大平臺是信息網絡平臺、公用信息平臺、專題信息平臺(多個)、空間信息平臺和決策支持平臺。五個中心包括信息網絡互聯中心、信息資源管理中心、身份認證中心、信息服務中心和決策支持中心。五類應用包括電子政務、電子商務、社會服務、經濟運行服務和城市規劃、建設、管理與運營。五大工程包括市民卡工程、金融信息工程、社會勞動保障信息工程、社區服務信息工程和金旅工程。“數字城市”大力推進地理信息系統、衛星定位系統和遙感技術在城市的應用。
孫旭陽、馮一民(2006)認為,“數字城市”的建設內容主要包括7個方面:(1)城市信息基礎設施建設。(2)城市基礎數據庫建設。(3)電子政務建設。(4)電子社區建設。(5)公共信息服務體系建設。(7)數字行業應用建設。吳慶雙(2007)認為,“數字城市”的構成體系包括:數據獲取與更新體系、數據處理與儲存體系、信息提取與分析體系、數據與信息傳播體系、數據庫體系、網絡體系、應用模型體系、專用軟件體系、咨詢服務體系、專業人員體系、用戶體系、教育體系、標準與互操作系統、法規與財經體系等。
馬娟、秦凱(2007)認為,“數字城市”建設的主要任務包括:城市地理信息數據庫建設、基礎地理信息采集體系的建設、政策法規與標準體系的建設、技術支持體系的建設、地理空間信息交換網絡體系建設、組織機構的建設等,以及實現覆蓋整個城市的多尺度、多分辨率、現勢性好的基礎地理信息數據。
彭學君、李志祥(2007)認為,數字化城市涵蓋了整個城市各方面的信息及應用,總體上可分為三個層次十個組成部分。三個層次為信息基礎層、應用層、綜合決策層。十個組成部分包括:城市公用信息網絡平臺和骨干網、空間數據等基礎設施、政府類應用、企業類應用、公眾類應用、區域類應用、數字門戶網站、信息資源管理中心、城市綜合決策指揮系統、政策法規規章及管理制度和技術標準及各種應用規范。
李宗華(2008)認為,“數字城市”涉及城市信息化的方方面面,總體上可以分為3個層次、9個組成部分,它們構成一個統一的整體(如圖4所示)。3個層次為:基礎層、管理層和應用層。9個組成部分為:城市信息基礎設施、城市空間數據基礎設施、空間信息資源管理與交換中心、法律法規與政策、技術與標準、政府類應用、行業類應用、企業類應用和公眾應用。
曹蕾(2009)認為,“數字城市”的內容可以概括為4個方面:城市基礎設施數字化,城市信息和交換網絡化,城市生活和管理智能化和城市空間數據可視化。“數字城市”框架體系大體由3部分組成:(1)基本平臺部分,主要為城市綜合信息平臺、城市空間基礎信息平臺和城市電信基礎設施平臺;(2)“數字城市”服務對象(用戶),該部分主要為政府、企業、社區、公眾構成的各類應用系統,作為核心應用系統是“數字城市”發揮作用的根本;(3)關鍵技術,它是“數字城市”的技術支撐,主要為計算機技術、海量數據存儲技術、寬帶網絡技術、3S技術、對地觀測技術、虛擬現實技術、互操作技術等。
張立平(2009)認為,“數字城市”的內容包括技術組成、組織結構及應用等方面。“數字城市”組織結構,即“數字城市”工程將通過建設寬帶多媒體網絡、地理信息系統等基礎設施平臺,整合城市信息資源,建立電子政務、電子商務、社會保障等空間信息管理服務系統。“數字城市”是城市信息技術的綜合應用,也是當前信息技術應用最廣泛的領域。就這個意義而,“數字城市”應用十分廣泛,歸納起來主要有12個方面:電子政務、電子商務、城市智能交通、市政基礎設施管理、公共信息服務、遠程教育、社會醫療保障、社區管理、突發事件處理、城市環境檢測、智能化小區、水網調配。“數字城市”的體系結構包括:(1)數據獲取與更新體系。包括城市地表、上空及地下等自然地理數據的自動獲取系統,城市基礎設施數據的實時獲取和更新體系,城市人文、經濟、政論等社會數據的變更與監控系統等。(2)數據處理儲存體系。包括高密度高速率的海量數據儲存設施、多分辨率海量數據實時地存儲、壓縮、處理技術、元數據管理技術、空間數據倉庫等。(3)信息提取與分機體系。包括數據互操作、多元數據集成、信息智能提取分機、海量空間數據的智能提取與分析、決策支持等設施與技術。(4)網絡體系。包括高寬帶網絡、智能網絡,支持基于網絡的分析式計算操作系統,基于對象的分布式網絡服務,分布處理和互操作協議等。(5)應用體系。包括城市規劃、地籍管理、城市防災、城市交通等。同時還包括城市網絡生活方式等。(6)管理體系。包括專業人員小組、教育培訓、安全管理、系統維護、標準與互操作規范、相關法規等。
馬佩勛、謝海波(2009)認為,“數字城市”的框架體系涵蓋了城市建設的各個方面,是由戰略政策層、信息基礎層、應用服務層和分析決策層組成的有機整體。戰略政策層包括“數字城市”的發展戰略及總體框架、信息技術標準、政策法規規章制度和技術保障體系等;信息基礎層由城市公用信息網絡平臺、中心骨干網、區域骨干網、通信管線、空間數據、業務標準體系和協調維護機制等組成;應用服務層根據“數字城市”功能特征分為電子政務、電子商務、城市規劃建設及運行、經濟運行服務和社會綜合服務等五類應用;決策分析層是跨行業、跨區域的綜合性應用系統,主要包括城市智能交通管理系統、城市環境監測分析系統、城市發展預測決策系統和城市防災、救災及應急處理系統等。基本框架如圖5所示,戰略決策決定和指導信息基礎建設,并在此基礎上實施應用服務,通過決策分析又反過來指導戰略決策的制定。
四、小結
“數字城市”是空間時代與信息社會發展歷史的必然產物,同時,又是城市可持續發展與整體功能提升的必然依托,是新的經濟建設增長點,這一特點決定了其發展將是跨越式的。“數字城市”為認識物質城市打開了新的視野,對城市規劃、城市建設和城市管理展示出了一系列全新的理念,為調控城市、預測城市、經營城市提供了革命性的手段。“數字城市”的戰略研究、數據和技術集成框架等基礎研究和原型系統建設,必然與其應用研究相輔相成,齊頭并進。“數字城市”建設是一個非常龐大的系統工程,涉及城市社會、經濟、文化、政治、環境等各個方面,是多學科的融合體,因此,不僅要有先進的技術為基礎,更需要管理體制、機制和政策作保障,還需要市民和整個社會信息素質的提高。(編輯:何樂)
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