國內(nèi)外空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)展及其應(yīng)用中的啟示

陳慶濤，鄧 敏

(1.成都理工大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，四川成都 610059；2.成都理工大學(xué)國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059；3.四川省地質(zhì)測繪院，四川成都 610017)

國內(nèi)外空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)展及其應(yīng)用中的啟示

陳慶濤1，2，鄧 敏3

(1.成都理工大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，四川成都 610059；2.成都理工大學(xué)國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059；3.四川省地質(zhì)測繪院，四川成都 610017)

通過廣泛調(diào)查研究國際和國內(nèi)(國家)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(NSII)建設(shè)及空間信息綜合應(yīng)用方面所取得的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，分析并提出空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展進(jìn)程中的問題、各國NSII發(fā)展歷程給我們的啟發(fā)，以及我國NSII發(fā)展戰(zhàn)略中的一些思考，建議應(yīng)積極推進(jìn)“數(shù)字中國”——綜合性的國家地理空間信息戰(zhàn)略，特別是抓緊包括地理空間信息共享機(jī)制與共享平臺等在內(nèi)的設(shè)計(jì)與研究工作，旨在為我國及地方在空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及發(fā)展規(guī)劃方面提供借鑒和參考。

空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(NSII)；3S；數(shù)字地球

一、引 言

美國繼1994年信息基礎(chǔ)設(shè)施(national information infrastructure，NII)立項(xiàng)后，1998年提出了“數(shù)字地球”(Digital Earth)戰(zhàn)略，以“掌握全球信息”(information of whole world in my hands)替代“星球大戰(zhàn)”戰(zhàn)略，兼具軍民兩用意義。1999年起，美國大力開展國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(national spatial data infrastructure，NSDI)建設(shè)，作為“數(shù)字地球”戰(zhàn)略的重要組成部分。這個浪潮很快席卷全球。

1999年我國召開了首次“數(shù)字地球”國際會議，時任國家主席江澤民發(fā)表了“早日實(shí)現(xiàn)‘?dāng)?shù)字中國’，是我國爭先搶占技術(shù)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)，是我們走向二十一世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展戰(zhàn)略”的講話，之后我國“數(shù)字省區(qū)”、“數(shù)字城市”、“數(shù)字行業(yè)”等一大批以“數(shù)字中國”為總目標(biāo)的信息化工程建設(shè)在全國范圍內(nèi)如火如荼地開展起來。

二、國外空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢

空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(national spatial information infrastructure，NSII)的提出雖然只有短短十幾年，但發(fā)展速度驚人。1994年，美國率先提出NSDI建設(shè)計(jì)劃，之后發(fā)達(dá)國家相繼制定和實(shí)施了類似計(jì)劃，如加拿大的“地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”、澳大利亞的“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”、歐洲26國的“歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施”、英國的“國家空間數(shù)據(jù)框架”等，主要內(nèi)容包括：

1)成立高層次協(xié)調(diào)組織，制定鼓勵信息共享政策，協(xié)調(diào)部門和行業(yè)之間基礎(chǔ)地理空間信息共享。

2)組織制定空間元數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确ㄒ?guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

3)國家投資生產(chǎn)基礎(chǔ)性地理空間信息和對地觀測信息，提供社會化共享，如美國地球觀測系統(tǒng)(EOS)及國家資源數(shù)據(jù)中心。

4)建設(shè)國家地理空間信息交換中心(NGDC)，促進(jìn)地理空間信息網(wǎng)絡(luò)共享和應(yīng)用，如美國內(nèi)政部地質(zhì)調(diào)查所的Clearinghouse。

1996年，跨國寬帶網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用，空間信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入快速發(fā)展階段。在美國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施帶動下，已有100多個國家建設(shè)了本國的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。但空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展并不平衡，表現(xiàn)在交換中心的建設(shè)進(jìn)度和應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的規(guī)模上。

1998年，空間信息與傳統(tǒng)地球信息網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)加速發(fā)展，美國首先提出基于多源、多分辨率空間信息網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用，以及模型處理、三維顯示和虛擬現(xiàn)實(shí)為特點(diǎn)的“數(shù)字地球”應(yīng)用。全球空間信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入發(fā)展的高峰。

2001年，美國“航天飛機(jī)雷達(dá)測圖計(jì)劃”(shuttle radar testing picture，SRTM)的技術(shù)系統(tǒng)采用了一臺向外伸展60 m的雷達(dá)天線形成干涉，在11 d中利用C波段和X雙波段測繪了位于60°N～56°S之間面積為1.126億km2的地區(qū)1 m分辨率的地面數(shù)字模型，獲得的數(shù)據(jù)總量高達(dá)12 TB，并公開發(fā)布經(jīng)處理得出的全球30″尺度的地面數(shù)字化模型，構(gòu)建1 m分辨率的地球地面模型。

2002年，歐盟議會通過建立歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的決議，在歐盟各國空間信息基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上，建立跨國區(qū)域性空間基礎(chǔ)設(shè)施，并且將歐洲通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境安全遙感衛(wèi)星系統(tǒng)(remote sensing satellite system of the environmental security，GMES)和伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo)等空間基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃納入其中。

2005年，在美國地球觀測系統(tǒng)計(jì)劃(EOS)的基礎(chǔ)上，80個成員國和地區(qū)及40多個國際組織參與的國際地球觀測組織宣布，將用10年時間建成全球地球觀測系統(tǒng)，全球空間信息基礎(chǔ)設(shè)施提到議事日程。同年，美國 Google公司率先推出了 Google Earth，成為第一個采用“數(shù)字地球”技術(shù)面向全球公眾的空間信息共享平臺，是新一代空間信息基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的典型實(shí)例。

1)Google Earth通過數(shù)以千計(jì)的服務(wù)器，以各種分辨率的衛(wèi)星影像為最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，向各行各業(yè)提供面向最終用戶的服務(wù)。

2)Google Earth集成至少44種與生活密切相關(guān)的分類信息，并包含企業(yè)名稱等重要地址信息數(shù)據(jù)庫，以虛擬地球?yàn)橐曈X目標(biāo)，整合了Google的“本地搜索”、“駕車指南”、“地圖標(biāo)注”、“GPS導(dǎo)航”等多項(xiàng)服務(wù)，將空間信息應(yīng)用推向千家萬戶。

3)Google Earth提供二次開發(fā)接口，免費(fèi)提供給使用者進(jìn)行二次開發(fā)，用戶可在Google的影像數(shù)據(jù)、地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及平臺上疊加自己的信息，以很低的投入即可創(chuàng)建自己的應(yīng)用。

4)Google Earth是一個運(yùn)行性和實(shí)用性的系統(tǒng)，在很短時間內(nèi)就擁有了巨大用戶群，并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，使該公司以600多億美元品牌價值一舉超越微軟成為IT產(chǎn)業(yè)的第一巨擘。

繼Google Earth之后，NASA的WorldWind、Yahoo公司的Yahoo Maps、微軟公司的MSN Virtual Earth、Esri公司的ArcGIS Explorer、Skyline、法國的Geoportail、日本的GlobeBase等，也得到了很大發(fā)展。

總而言之，從全球及各州、各國的情況來看，全球空間信息基礎(chǔ)設(shè)施一直致力于推進(jìn)各個國家和組織在“如何建設(shè)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施”這一問題上實(shí)現(xiàn)信息共享。歐洲各國在組織問題、法律問題、資金問題、參考數(shù)據(jù)和核心主題數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和訪問服務(wù)等方面進(jìn)行了大量研究。絕大多數(shù)國家都意識到空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，并正在計(jì)劃或已經(jīng)以項(xiàng)目的形式進(jìn)行空間信息基礎(chǔ)設(shè)施全部或部分的建設(shè)。歐洲在SDI背景下實(shí)施的項(xiàng)目存在多樣性。在歐洲，空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的一個重要特征就是其建設(shè)由公共事業(yè)部門推動，很少有私營企業(yè)涉足，這種狀況與澳大利亞、加拿大及美國的情況形成鮮明對比。歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃(INSPIRE)旨在建立歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)作的政策和法律框架，從而在地方、地區(qū)、國家和世界范圍內(nèi)制定、實(shí)施、監(jiān)管和評估歐共體政策，并為公眾提供信息。歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施總的特點(diǎn)是：將空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和應(yīng)用皆融入其中，同時，其建設(shè)與應(yīng)用覆蓋不同發(fā)展水平地區(qū)，對我國的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最有參考價值。美國公共信息的原則就是支持廣泛地訪問信息資源，以鼓勵國民參與經(jīng)濟(jì)和政治，通過競爭，與法律之間保持一定程度的平衡，通過多元化信息的生產(chǎn)、分發(fā)和使用，最大限度地發(fā)揮信息資源的經(jīng)濟(jì)和社會效益。南非NSII借鑒美國的發(fā)展模式，而非洲北部則采用歐洲模式。

可以說，在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展水平直接影響國家安全和政府管理決策的現(xiàn)代化水平，地理空間信息應(yīng)用及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在成為國際競爭的熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，空間信息基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為各國信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和高技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容。

21世紀(jì)，空間信息技術(shù)正進(jìn)入新一輪更新?lián)Q代和產(chǎn)業(yè)化快速推進(jìn)的時期。陸續(xù)投入民用的遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)不斷開辟地理空間信息技術(shù)應(yīng)用的新局面。各國或跨國區(qū)域性的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展加速，主要的趨勢如下：

1)地理空間信息應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，正在孕育一系列新興產(chǎn)業(yè)。隨著空間信息獲取和處理技術(shù)水平的不斷提高，其應(yīng)用日益廣泛，并加速向國民經(jīng)濟(jì)和社會管理的主要產(chǎn)業(yè)滲透。通過NSII獲取的對象由數(shù)據(jù)為主轉(zhuǎn)向信息、知識為主；NSII的應(yīng)用對象由專家為主轉(zhuǎn)向廣大社會用戶。

2)支持“數(shù)字區(qū)域”的關(guān)鍵技術(shù)加速發(fā)展，這一領(lǐng)域國際競爭與合作都在加強(qiáng)。以高分辨率、全天候?qū)Φ赜^測和精確衛(wèi)星定位導(dǎo)航、授時技術(shù)的廣泛應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化為標(biāo)志，地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)入新一輪技術(shù)更新的時期，每10年民用對地觀測數(shù)據(jù)獲取的空間分辨率、光譜分辨率和可利用數(shù)據(jù)總量約提高1個數(shù)量級；具有獲取全球?qū)Φ赜^測能力的國家迅速由幾個增長為20多個；全球的衛(wèi)星遙感下傳基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以每天數(shù)百TB的速度增長，可利用的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)在未來5年將增長100倍左右；NSII功能由支持地理數(shù)據(jù)查詢?yōu)橹鬓D(zhuǎn)向多源動態(tài)空間信息的網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用和互操作?？梢?，基于多源、多分辨率空間信息的網(wǎng)絡(luò)集成，以模型處理、三維顯示和虛擬現(xiàn)實(shí)為特點(diǎn)的“數(shù)字地球”技術(shù)應(yīng)用將成為NSII的重要應(yīng)用模式。

3)地理空間信息標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展迅速，截至2005年10月，國際地理信息標(biāo)準(zhǔn)委員會共確立了45項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，其相關(guān)專業(yè)的外部聯(lián)絡(luò)員已經(jīng)多達(dá)25個。為提高本國地理空間信息產(chǎn)業(yè)的國際競爭優(yōu)勢，美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(FGDC)和美國新設(shè)立的國家星基定位、導(dǎo)航和授時執(zhí)行委員會(NSPNT)都通過其各級聯(lián)絡(luò)成員不斷加強(qiáng)對國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的控制。有關(guān)空間活動商業(yè)化的國際立法問題日益迫切，美國相繼發(fā)布了《陸地遙感商業(yè)化法》、《商業(yè)性空間發(fā)射法》，其他國家的國內(nèi)立法工作也在推進(jìn)。

4)空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，2004年全球衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的銷售已超過1000億美元。

三、國內(nèi)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢

中國的NSII從1983年以來，每個五年計(jì)劃都列入了國家科技攻關(guān)項(xiàng)目，至今已取得了長足的發(fā)展，為我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。以跨部門地理空間信息共享服務(wù)平臺建設(shè)為主要內(nèi)容的國家、地區(qū)和城市空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已迅速展開。地理信息產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，各級空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全面起步。地理空間信息數(shù)據(jù)獲取能力和數(shù)字化水平顯著提高，國家基礎(chǔ)性地理空間信息資源基礎(chǔ)基本形成。地理空間信息共享的關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)取得新的進(jìn)展。地理空間信息應(yīng)用服務(wù)初見成效。地理空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模。近年來，特別是中辦[2002]17號文件提出的電子政務(wù)建設(shè)“四個基礎(chǔ)信息庫”之一的“自然資源和地理空間基礎(chǔ)信息庫”建設(shè)，正在全國上下如火如荼地進(jìn)行。此外，國內(nèi)還出現(xiàn)了北京大學(xué)數(shù)字中國研究院的China Star、北京中遙地網(wǎng)信息技術(shù)有限公司的地網(wǎng)GeoBeans3D數(shù)字地球、國遙新天地信息技術(shù)有限公司的EV-Globe及“遙感中國”、武漢大學(xué)的GeoGlobe，以及最近北京21世紀(jì)科技發(fā)展公司基于“北京-1”號小衛(wèi)星數(shù)據(jù)的“漫游中國”等。地理空間信息共享的管理協(xié)調(diào)機(jī)制也進(jìn)一步完善，信息服務(wù)體系進(jìn)一步發(fā)展。

四、存在問題

盡管全球 NSII發(fā)展迅猛，然而也存在一些問題。特別在我國，NSII的建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，沒有空間數(shù)據(jù)的共享機(jī)制和政策及整體規(guī)劃。一方面是大量數(shù)據(jù)閑置，另一方面需要數(shù)據(jù)的單位又找不到數(shù)據(jù)，結(jié)果是出現(xiàn)嚴(yán)重的數(shù)據(jù)重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象；資源分散，標(biāo)準(zhǔn)化程度低；組織保障體系與NSII的發(fā)展需求不適應(yīng)。具體如下：

1)國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)管理和市場監(jiān)管相對薄弱。

2)部門、地區(qū)之間的信息共享機(jī)制尚未全面建立，信息安全保障水平有待提高。

3)以企業(yè)為主體的技術(shù)創(chuàng)新體系處于起步階段，促進(jìn)空間信息成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的市場環(huán)境有待完善。

4)信息獲取關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新能力不足，遙感衛(wèi)星和導(dǎo)航定位的數(shù)據(jù)源及核心技術(shù)過度依賴國外。

5)地理空間信息庫更新緩慢，標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后。信息資源開發(fā)利用與共享水平較低，現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)不能完全滿足業(yè)務(wù)運(yùn)行服務(wù)的實(shí)際需要。

五、啟示與思考

世界各國空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展歷程，給我們解決上述問題提供了諸多借鑒與啟發(fā)。如在技術(shù)支撐環(huán)節(jié)，在歐洲，歐盟就非常重視政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等，特別加強(qiáng)法律法規(guī)的建設(shè)，使本已存在的多國標(biāo)準(zhǔn)不一、統(tǒng)一管理難、信息共享使用困難、各國發(fā)展不平衡等問題得以較好解決。在作為服務(wù)支撐支持的組織體系方面，一些國家，如同為發(fā)展中國家的南非，則采取明確具有協(xié)調(diào)能力的政府機(jī)構(gòu)牽頭組織工作，并將政府的財(cái)務(wù)支持納入相關(guān)法案等措施，從根本上解決建設(shè)發(fā)展過程中的組織保障問題。同樣，在數(shù)據(jù)體系方面，南非也著力構(gòu)建完整數(shù)據(jù)體系，并將數(shù)據(jù)分等分級，以滿足不同用戶的需要。而在作為交換平臺最為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)上，各國都極為重視，如歐盟各國，都在最短的時間內(nèi)，搭建起相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)平臺，對內(nèi)對外提供信息共享服務(wù)。此外，在共建共享機(jī)制建設(shè)上，多數(shù)國家也都采取政府調(diào)控與市場機(jī)制相結(jié)合的手段，努力使空間信息資源最大程度服務(wù)于社會各階層。

應(yīng)該說，從國家層面建立起NSII建設(shè)和運(yùn)作的政策和法律框架，從而在地方、地區(qū)、國家范圍內(nèi)制定、實(shí)施、監(jiān)管和評估國家政策，并為公眾提供信息是中國發(fā)展NSII可以借鑒的地方，同時通過競爭和法律來最大限度地發(fā)揮信息資源的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

六、結(jié)束語

“3S”技術(shù)是戰(zhàn)略高技術(shù)，是國家信息化的重中之重，地位極為重要和特殊；地理空間信息資源是國家戰(zhàn)略資源、基礎(chǔ)資源、安全資源。包括上述在內(nèi)的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，特別是“3S”設(shè)施(系統(tǒng))是國家重要基礎(chǔ)設(shè)施，是國際競爭的焦點(diǎn)、制高點(diǎn)，是投資最大、產(chǎn)出效益最高的行業(yè)之一，有著光明和燦爛的前景。

但與國外、特別是與美國等發(fā)達(dá)國家的地理空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展?fàn)顩r相比，我國的地理空間信息戰(zhàn)略研究與實(shí)施還存在許多問題：一是國家地理空間信息戰(zhàn)略存在條塊分割、分布零散、缺乏綜合性的問題。隨著各個部委牽頭實(shí)施的“數(shù)字農(nóng)業(yè)”、“數(shù)字林業(yè)”、“數(shù)字國土”、“數(shù)字地礦”、“數(shù)字水資源”、“數(shù)字海洋”、“數(shù)字氣象”、“數(shù)字生態(tài)”、“數(shù)字環(huán)境”等信息化建設(shè)的展開，有關(guān)的政策條件散落于各個部門的文件之中，缺乏統(tǒng)一建設(shè)框架與頂層設(shè)計(jì)，導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)、浪費(fèi)嚴(yán)重、信息難以實(shí)現(xiàn)共享、安全隱患、效率低下等問題。二是我國地理空間信息戰(zhàn)略與社會經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略結(jié)合不緊密。三是缺乏足夠法律地位和約束效力。因此，積極推進(jìn)“數(shù)字中國”——綜合性的國家地理空間信息戰(zhàn)略，特別是包括地理空間信息共享機(jī)制與共享平臺等的設(shè)計(jì)與研究，是當(dāng)前國家信息化戰(zhàn)略研究、特別是國家地理空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略研究的一個緊要任務(wù)。

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Development of Domestic and International NSII Construction and Enlightenment from Its Application

CHEN Qingtao，DENG Min

P208

B

0494-0911(2014)07-0001-05

2013-05-18

國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(KLGSIT2013-15)

陳慶濤(1964—)，男，廣東廣州人，博士，副教授，研究方向?yàn)榭臻g信息科學(xué)與工程。

陳慶濤，鄧敏.國內(nèi)外空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)展及其應(yīng)用中的啟示[J].測繪通報(bào)，2014(7)：1-5.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0212