“數字社區”概述
自“數字地球”的概念被提出以來，已經引起了世界各國的廣泛關注，並受到了多國政界、學術界和產業界的熱烈回響。從那以後，與“數字地球”相關的概念層出不窮，“數字國家”、“數字區域”、“數字社區”、“數字行業”、“數字社區”等名詞頻繁見於報刊和雜誌，成了當今時尚的話題之一。“數字社區”是從“數字地球”這一概念演化而來的，它是社區信息化的戰略目標和社區現代化的重要標誌。
建設“數字社區”要先從建設“數字社區”開始。建設“數字社區”，既是社區發展不可逆轉的趨勢，更是加快社區現代化建設，增強社區綜合競爭力的內在要求和必然選擇。構建“數字社區”，將會改變人們傳統的生產和生活方式，豐富人們的物質文化生活，從而達到服務人、發展人和保障人的目的。
“數字社區”的產生背景
“數字社區”的產生和發展決不是偶然的，而是有著其深刻的經濟、社會和技術發展背景。
其一、全球信息化正從一場技術革命引發為一場產業革命，這場產業革命既在推動傳統產業的升級換代，又在培育以信息的加工處理和傳播為特徵的新興產業，從而使知識經濟在全球成為主導的社會經濟形態，這意味著人類社會的發展已邁入了一個嶄新的時代——資訊時代。在資訊時代，生產力的發展，已不再僅依賴生產資料(原材料、機器)、勞動力和資金，而主要依靠包括知識與技術在內的各種有用信息。如今，我們一方面擁有大量的各種有用信息，但另一方面又沒有對這些信息充分加以利用。在新的歷史時期，信息已成為人類社會發展生產力的基本要素，人們如何獲取和利用各種有用的信息也已成為經濟發展的動力。社區人對國內外各種有用信息的迫切需要，為“數字社區”的產生創造了必要的條件”。
其二、社區是人口、資源、環境和社會經濟等要素高度集中的地區，是人們從事經濟、政治和文化等活動的中心，是人流、物流、資金流和信息流聚集和擴散的基地。隨著社區發展的進程加快，由此而帶來的負面效應也日益凸顯：人口膨脹、住房短缺、交通擁擠、環境污染、基礎設施供給不足以及疾病、失業、犯罪等等，這一切都成為困擾社區發展的難題。如何應對這些難題的挑戰，嚴峻的形勢要求我們充分運用先進的科技手段，尤其是信息化的手段，深入地分析研究“社區病”問題，合理地配置社區的各種資源，科學地協調發展與環境的關係，全面地提高社區規劃、建設與管理的水平，努力營造一個適合社區人長期工作、學習和生活的家園。實現社區經濟與社會的可持續發展，為“數字社區”的產生起到了催化作用。
其三、隨著信息技術的不斷發展，全球定位系統(GPS)、遙感(RS)和地理信息系統(GIS)已成為人們對社區進行科學研究的重要技術手段。目前，全球定位系統技術已達到很高的水平，其定位精度靜態可達到米級，若採用差分方法，定位精度還可提高到厘米級；遙感技術已形成從衛星遙感到航空遙感的對地觀測系統，其空間解析度可從4000米到厘米級，波段覆蓋從紫外線到超長波的240個波段，探測周期能從每隔十多天一次到每天數次；地理信息系統技術已具備對大量數據進行有效存儲和管理的能力，並且還可對這些數據進行查詢、統計、分析和顯示輸出的處理。將以上3S技術融為一體並綜合性地套用，可實現對社區地理事物的定位、定性和定量描述與分析，從而為“數字社區’，的產生奠定了重要的技術基礎。
正是在這樣一種經濟背景、社會背景和技術背景下，人們呼喚並期盼著“數字社區”的誕生。
“數字社區”的基本概念
“數字社區”的概念來源於“數字地球”，它是“數字地球”的理念在社區的引用、延伸和拓展。由於在理解層面和切入角度上的差異，目前仍很難對“數字社區”的內涵作確切的定義。但隨著對“數字社區”理論與技術的研究及套用探索的不斷深入，人們對它的認識將會逐漸趨向統一，並形成對它的標準定義。
從廣義上講，“數字社區”是指信息化的社區，它與社區國民經濟和社會信息化的概念是一致的。所謂“數字社區”或社區的信息化是指在社區的生產、生活等活動中，利用數位技術、信息技術和網路技術，將社區的人口、資源、環境、經濟、社會等要素數位化、網路化、智慧型化和可視化的全部過程。“數字社區”或社區信息化的本質是要將數位技術、信息技術和網路技術滲透到社區生產、生活的各個方面，通過運用這些技術手段，把社區的各類信息資源整合起來，再根據對這些信息處理、分析和預測的結果來管理社區，以促進社區的人流、物流、資金流和信息流的通暢和高效運轉。從社區經濟和社會可持續發展的角度講，“數字社區”是指運用以信息技術為主的各種現代高科技手段，充分地挖掘、採集和整合社區中自然與人文、經濟與社會以及環境等方面的信息資源，構築面向政府、企業、社區和公眾的信息服務平台，開發涵蓋社區生產、生活等領域活動的套用系統，通過信息的服務與利用，使人們正確地處理當前與長遠的關係，社區與郊區的關係，生產與生活的關係，經濟建設與自然資源和生態環境的關係，並從整體上統籌地解決“社區病”問題，促進社區經濟和社會的可持續發展。
從社區規劃、建設和管理的角度講，“數字社區”是指在社區的規劃、建設和管理活動中，利用數位技術、信息技術和網路技術，建立對社區的基礎地理、基礎設施、基礎資源和基礎功能進行信息自動採集、動態監測、輔助決策和科學管理的信息化套用系統。這個套用系統可為人們監管社區、預測社區和調控社區提供重要的決策依據和革命性的管理手段，並能積極促進政府決策的科學性、前瞻性，提高社區規劃、建設和管理的效率和水平。
從技術的角度講，“數字社區”是指整個社區經數位化處理後由計算機、資料庫和通訊網路來管理的巨型信息系統。這個信息系統是以寬頻城域網為基礎，以社區基礎地理空間數據為依託，以全球定位系統、遙感、地理信息系統以及虛擬現實、數據融合和動態互操作等現代高科技為技術支撐，以社區中自然和人文的事物與現象為套用對象，構成具有多源、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表達的數位化虛擬社區。
“數字社區”的關鍵技術
“數字社區”是一個龐大的系統，其建設需要多學科合作，需要現代高科技支撐。信息科學技術是“數字社區”建設的基礎，一些關鍵技術對實現“數字社區”起著至關重要的作用。
全球定位系統全球定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)是由美國國防部提出並實施的第二代衛星導航系統。該系統從1973年開始研製，歷經20餘年的開發，於1994年全部建成。全球定位系統在研製初期主要用於軍事目的，它是用來為美國軍方提供高精度的導航與定位服務。自1993年起，美國政府出於商業需要，宣布將該系統向全球民用用戶免費開放，並逐步開始向民用用戶提供一般精度的導航與定位服務，從而使得這項高新技術在全世界得以推廣套用。全球定位系統除了軍事用途外，還可廣泛用於航天、航空、航海、車輛導航與監控、智慧型交通、醫療救護、工程測量、大地測量、地質勘探以及氣象預報等諸多領域。全球定位系統發展到今天已形成一個新興的產業，它的優異性能也已引起各行各業的廣泛興趣，人們越來越意識到其作用的重大和套用領域的廣闊。
全球定位系統主要由導航衛星、地面站組和用戶設備三大部分組成。其中導航衛星有24顆，21顆為工作衛星，3顆為備用衛星，衛星分布在6個等間隔的軌道面上，每個軌道面有4顆衛星，衛星的軌道為近圓形，離地面的平均高度為2萬多公里，運行周期為12小時(見圖2.1)。這樣的布局使得在地球上的任何地方、任何時刻至少可以同時看到4顆GPS導航衛星，便於地面設備進行實時定位。
全球定位系統具有全球性、全天候、精度高和套用廣等特點，是迄今為止性能最好的導航與定位系統。“數字社區”與城市空間地理位置密切相關，全球定位系統能為社區空間地理信息的定位與測量提供先進手段，它是“數字社區”建設中空間定位與測量的關鍵技術。
遙感(Remote Sensing，簡稱RS)的科學含義有廣義和狹義兩種解釋：
廣義的解釋為：一切與目標物不接觸的遠距離探測；
狹義的解釋為：運用現代光學、電子學探測儀器，不與目標物相接觸，從遠距離把目標物的電磁波特性記錄下來，通過分析、解譯揭示出目標物的特徵、性質及其變化規律。遙感是20世紀60年代發展起來的一門對地觀測技術。自20世紀80年代以來，遙感技術有了長足的發展，遙感的套用也日趨廣泛。隨著遙感技術的不斷進步和遙感套用的不斷深入，遙感在經濟建設中的作用已顯得越來越重要。
遙感作為一門對地觀測綜合性技術，它的實現既需要一整套的技術裝備，更需要多學科的參與和配合，因此遙感也是一個集成的技術系統。根據遙感的定義，遙感系統主要是由信息源、信息獲取、信息處理和信息套用四大部分組成。
地理信息系統主要由硬體、軟體、數據和用戶四大部分組成。其中硬體是一組電子設備，它通常包括中央處理器(CPU)、磁碟存儲器、示器、繪圖儀、數位化儀和掃瞄器等，這些硬體用來輸入、儲存、理和顯示輸出數據;軟體是一個含若干程式模組的軟體包，它主要包括數據輸入與格式轉換模組、數據編輯模組、數據管理模組、數據作模組、數據顯示輸出模組及應用程式模組等，這些軟體負責地理空間及其相關數據的組織、管理、分析和表達；數據是與空間地理要相關的數據，它按類型可分為空間數據和屬性數據，空間數據通常為幾何圖形或圖像，屬性數據通常為表格或文檔，此外，它按內容又可分為基礎數據如：地質、地貌、地形數據，專題數據如：規劃，房地產、交通、環保、公用事業、公安和消防等數據；用戶是使用GIS的操作者，這些操作者必須受過嚴格的培訓，具有GIS的基本知識，熟悉專業的管理業務，具備通用的計算機操作能力，能夠在實際工作中運用GIS來處理管理中的日常事物。
元數據和海量數據處理元數據(Metadata)是關於數據的數據，它被用來說明數據的內容、質量、狀況及其它有關特徵。在構成“數字社區”的各類信息系統中，儲存有大量的、各種類型的數據，如何對這些數據進行有效的管理、共享和更新維護是信息系統建設中的突出問題，元數據正是為了解決此類問題而應運而生的。從本質上講，傳統的圖書館卡片、磁碟和磁帶的標籤以及紙質地圖的圖例等都是元數據。上述形式的元數據是可讀的，用戶通過它可以非常容易地確定這些產品是否能滿足自己的需要。元數據最根本的作用是數據檢索，它通過對數據內容、質量、狀況及其它有關特徵的描述，來幫助人們查詢、獲取、使用、管理和更新維護各類信息系統中的海量數據。
“數字社區”涉及的數據巨大而浩瀚，它不僅有空間數據，而且有非空間數據，這些數據來源廣泛、種類繁多、形式各異、結構複雜並且數量十分龐大，其數據量至少要以Tb級來計算，因此，人們把如此大量的數據比喻作海量數據。海量數據處理技術是對海量數據進行快速、高效地存取、運算和傳輸的技術，它是實現“數字社區”的重要基礎，也是支撐“數字社區”的關鍵技術之一。近年來該項技術的研究與開發已取得了較大的進展。目前，直接針對海量數據處理的技術解決方案有兩種：一種是硬體的解決方案，它是採用高性能的並行計算機，通過多個CPU的並行計算來提高數據處理的速度。另一種是軟體的解決方案，它是採用基於小波變換的算法，通過對數據的高效壓縮與解壓來提高數據處理的效能。此外，針對海量數據處理的輔助技術解決方案也有兩種：一種是數據組織的解決方案，它是採用分散式存儲管理，通過將集中式數據存取化為分散式數據存取來提高數據存取的效率；另一種是通訊網路的解決方案，它是採用超高速光纖網，通過大幅度增加通信信道的頻寬來提高數據傳輸的速率。上述海量數據處理的各種技術解決方案，僅單一地運用其作用是有限的，必須綜合起來運用才能發揮最佳的效果。
數據倉庫是20世紀90年代發展起來的一種數據存儲、管理和集成的技術。對於數據倉庫的定義，著名的數據倉庫專家W.H.Inmon作了如下的描述：數據倉庫是面向主題的、集成的、穩定的、不同時間的數據集合，用於對管理決策過程的支持。根據數據倉庫的定義，數據倉庫具有以下四個特徵：第一，數據倉庫的數據可以根據用戶的需求來組織。第二，數據倉庫對數據的組織是在較高層次上對多個異構的數據源進行概括和聚集。第三，由數據倉庫集成的數據一般不作修改並被長期保存。第四，數據倉庫中的數據通常包含時間標識。數據倉庫與資料庫的區別在於前者是由後者通過網路的連結，構成面向分析型處理並可用於決策支持的資料庫系統。從本質上講，數據倉庫就是具有線上分析處理能力的網路資料庫。
數據挖掘也叫知識發現，它是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數據中，提取隱含在其中的、人們不知道的、但又是潛在有用的知識的過程。人們將概念、規則、模式和規律等看作是知識，而數據則是知識的表達方式，也是形成知識的源泉。原始數據可以是結構化的，如關係資料庫中的數據；也可以是半結構化的，如文本、圖形和圖像數據；甚至是分布在網路上的異構數據。發現知識的方法可以是數學的，也可以是非數學的；可以是演繹的，也可以是歸納的。發現了的知識可以被用於查詢檢索、信息瀏覽、決策支持和過程控制。因此，數據挖掘是一門廣義的交叉科學。隨著計算機套用越來越廣泛，數據的積累正呈爆炸性地增長，運用數據挖掘技術從大量的數據中找出“金子”來是很有價值的。
隨著高速計算機的出現，利用虛擬現實技術可以模擬一些不能觀測到的自然現象和人文現象，同時利用這種技術能幫助科學家更容易地理解模擬用的數據，尤其是過去難以理解的數據。虛擬現實是指運用計算機技術生成一個逼真的，具有視覺、聽覺和觸覺等效果的、可互動作用的動態虛擬世界，人們對該虛擬世界中的虛擬實體能進行操作和觀察。虛擬現實系統具有以下特點：1. 利用計算機生成一個逼真的虛擬實體，具有三維視覺、立體聽覺和手感觸覺的效果。2. 用戶可以通過五官和四肢與虛擬實體進行互動，並產生符合物理、力學和生理原理的行為與感覺。3. 具有從外到內或從內到外以及在不同空間進行漫遊的立體觀察特徵。4. 往往需要藉助三維感測技術(如數字頭盔、手套及外衣等)為用戶提供一個可操作的環境。虛擬現實是計算機進行科學計算和多維表達的重要方面，它能向人們提供一種身臨其境漫遊世界的環境，從而為人類認識世界和改造世界提供強大的武器，具有廣泛的套用前景和極高的科學價值。
互操作與超連結互操作是信息共享和系統集成的基礎，它是指異構環境下兩個或兩個以上的實體，儘管它們實現的語言、基於的模型和執行的環境不同，但它們都可以相互通訊和協調運行，以完成某一特定的任務。這些實體包括應用程式、處理對象和系統運行環境等。互操作是一個比較複雜的問題，它既需要基礎理論的研究與核心技術的開發，又需要各個組織機構之間的協調與配合。互操作對軟體業來說意味著界面的開放，它要求軟體的生產者開放其數據的內部結構，以便系統的建設者能夠開發用於互操作的接口。在地理信息系統領域，OpenGIS的規範是開放界面的重要進展。互操作對用戶來說意味著在各系統之間可自由地交換數據，並能協調地進行數據處理。互操作的技術問題可以從網路連結、數據模型和應用程式三個方面來說明。網路連結涉及到傳輸介質、交換設備和通訊協定，它的互操作須解決各通訊協定之間的接口問題。數據模型既有同構數據又有異構數據，它的互操作須解決異構數據之間的轉換問題。各系統的應用程式是多種多樣的，它的互操作須解決在網路環境下各應用程式協調進行數據處理的問題。互操作在“數字城市”的建設中占有顯著地位，它是“數字城市”實現信息共享和系統集成的重要技術途徑“’。
超連結起源於全球資訊網，它是全球資訊網的精華和魅力所在。網際網路的普及得益於全球資訊網的超連結技術，它將世界各地的網站通過IP位址超連結起來，建立了分布在不同地點各網站之間的聯繫，把本來處於孤立狀態的大量信息點組成一個有機的整體，使人們在任何時間、任何地點都能共享網站上的信息資源。超連結的概念是定義一個定位點，它指明了一個網頁的確定位置，便於超連結跳轉時的定位。超連線就象一個信息嚮導，它帶領訪問者在全球資訊網里瀏覽用戶所需要的信息。全球資訊網能夠超連結的是超文本信息。未來的“數字社區”將擁有龐大的信息資源，它也需要超連結技術將這些資源聯繫起來。從硬體技術和網路協定上來說，超文本連結的問題已經解決，但是“數字社區”涉及的信息種類繁多，結構複雜、環境各異，特別是地理空間信息，它的超連結遠沒有超文本連結那么簡單，還需技術人員對現有的超連結技術作進一步地開發，以便用戶能利用新的超連結功能在“數字社區”的信息海洋中盡情遨遊。如此看來，超連結是人們對“數字社區”進行信息瀏覽的重要技術支撐。
