我們將怎樣管理地球

林輝

利用虛擬世界對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行有效管理和分析是值得探索的。如果我們能用更生動(dòng)的辦法，把所見所聞搬到現(xiàn)場，在決策的時(shí)候就會(huì)極大地提高效率。

諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者、前世界銀行副行長斯蒂格利茨，2000年在世界銀行中國代表處講過一句話，“中國的城市化與美國的高科技發(fā)展將是影響21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程的兩件大事?！?/p>

新一屆政府上臺(tái)，有人問如果將改革開放30年帶來的紅利用完了，接下來我們用什么東西來推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。李克強(qiáng)總理提出來的就是——城鎮(zhèn)化。而城鎮(zhèn)化需要基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化，空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是支撐現(xiàn)代化城鄉(xiāng)發(fā)展的標(biāo)志性工程。

我們身處一個(gè)充滿機(jī)遇的時(shí)代，任重道遠(yuǎn)。我們能不能真正理解肩負(fù)的責(zé)任，對(duì)發(fā)展地理信息科技支撐空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)至關(guān)重要。地理信息超越了傳統(tǒng)的測繪基礎(chǔ)信息，它幾乎涉及政府管理的各個(gè)部門，我們的測繪觀念要隨著發(fā)展而轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)測繪要走向地理信息，要調(diào)整知識(shí)技術(shù)結(jié)構(gòu)，提高服務(wù)政府的水平。

地理國情監(jiān)測新戰(zhàn)略

現(xiàn)在提出一個(gè)新的戰(zhàn)略，叫做地理國情監(jiān)測。國情是指國家文化歷史傳統(tǒng)、自然地理和環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及國際關(guān)系的各種總和。這可能涉及到跟其他部門的融合，是不是又將是大部制改革的前奏？地理國情里不僅是自然的東西，還包括人文社會(huì)現(xiàn)象，那么如何把他們納入到地理信息或者地圖？人文社科的東西有哪些？這個(gè)面大大地超越了目前基礎(chǔ)信息的范圍，那么我們的隊(duì)伍有沒有具備這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)，理解這種機(jī)會(huì)，把這個(gè)機(jī)會(huì)引過來，這都是值得我們好好去認(rèn)識(shí)的。

地理國情信息包括基礎(chǔ)性信息，在基礎(chǔ)信息這個(gè)平臺(tái)上加載各種專業(yè)的地理信息，包括自然的、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的，這些東西加在一起可能才能回答什么是地理國情。地理國情信息是科學(xué)發(fā)展的重要依據(jù)，是管理的重要支撐?，F(xiàn)在很多地方講到科學(xué)發(fā)展動(dòng)力的關(guān)系，實(shí)際上就是一句話——精準(zhǔn)管理。例如深圳大運(yùn)會(huì)，他們的信息就很精確，龍崗要拆遷，當(dāng)宣布拆遷計(jì)劃的時(shí)候，馬上要記錄下來，如果沒有這種地圖去查，那么過兩年再去蓋房子的時(shí)候，原來一棟樓變成三棟樓，兩層樓變成五層樓，原來明明是荒地，現(xiàn)在插上了小樹苗說是林地，要按樹賠償，政府的賠償就會(huì)增加十幾個(gè)億。

管理需要很多這種精細(xì)的數(shù)據(jù)、地圖作為支撐手段，快速發(fā)展的地理信息跟衛(wèi)星有很大關(guān)系，我們國家除測繪衛(wèi)星以外，還有減災(zāi)衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星等各種衛(wèi)星，可能再過幾年中國將是全世界在太空民用衛(wèi)星最多的國家。

中國提出將來要做到十分鐘以內(nèi)的全球反應(yīng)能力。也就是說在全球任何地方發(fā)生問題，十分鐘以內(nèi)要做出決斷。這意味著多少顆衛(wèi)星要上去。

衛(wèi)星上天除了地面導(dǎo)航，我們的行業(yè)更明白實(shí)際上這是一個(gè)時(shí)間。中國的北斗上天一個(gè)很重要的意義就是我們有了中國時(shí)。在香港、在其他很多國家，銀行、股票市場經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)或者電腦故障，實(shí)際上很多地方都是用GPS衛(wèi)星，美軍從來都沒有保障說你可以用我的GPS，我保障你不受到干擾。他可以很容易把GPS區(qū)域性的信號(hào)關(guān)閉。

在銀行系統(tǒng)，你用哪一個(gè)時(shí)間，所謂的千萬億的錢，都是一個(gè)數(shù)字，幾點(diǎn)幾分幾秒，甚至零點(diǎn)幾秒在什么地方有多少錢，別人可以把這里面的錢用一分鐘導(dǎo)到另外一個(gè)地方，賺了錢再放回來。國家電網(wǎng)里面，整個(gè)布局，電的用量怎么分布，時(shí)間非常關(guān)鍵。如果時(shí)間調(diào)動(dòng)就會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的崩潰。所以，北斗上天不完全是一個(gè)定位導(dǎo)航，還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是“誰來告訴我時(shí)間”。

從地理信息數(shù)據(jù)到虛擬世界

衛(wèi)星信號(hào)下來就是經(jīng)緯度，專業(yè)人員有用，一般人是沒用的，一定要轉(zhuǎn)到地圖上，才能產(chǎn)生它的潛力。GIS就是各種地圖圖層把它集成出來的。微軟做了一個(gè)虛擬地球，它把鼠標(biāo)變成了一個(gè)小汽車，你在查看地圖的時(shí)候不光可以鳥瞰，還可以看到街道的側(cè)面。

地理信息系統(tǒng)最重要的，不光是這種可視的，這種數(shù)據(jù)庫實(shí)際上是把不同的數(shù)據(jù)連到一起，它是想提供一種空間綜合分析。地理信息系統(tǒng)最核心的是地理變化數(shù)據(jù)。地理編碼要求每一個(gè)屬性的東西都要有位置，就像圖書館，編號(hào)的書一定要含有書架的號(hào)碼。一張圖書館的平面圖，知道書架在什么位置，才符合地理信息系統(tǒng)的理念。有了這種地理編碼，我們很重要的東西，不光是看得見，還可以做空間分析，因?yàn)榭梢越⑵鹚母鞣N關(guān)系，包括前后、左右、距離、方向、大小。比如，我們城市要減少浪費(fèi)型空氣，很多車來回跑，堵在路上排放出很多廢棄，那么到底人住在什么地方，在什么地方上班才滿意？是簡單的用一種空間直線來計(jì)算，還是把道路網(wǎng)絡(luò)加進(jìn)去計(jì)算？如果把道路網(wǎng)絡(luò)加進(jìn)去計(jì)算起來很復(fù)雜，但是地理信息系統(tǒng)運(yùn)作就非常簡單，它把每個(gè)線段都做了記錄，計(jì)算機(jī)會(huì)幫你解釋有沒有紅綠燈，限速多少，如果能把動(dòng)態(tài)資料補(bǔ)充進(jìn)來，會(huì)做到非常準(zhǔn)確地優(yōu)化生態(tài)城市，減少污染氣體的排放。

我們國家三十幾年的發(fā)展，很多巨大工程，例如南水北調(diào)、三峽大壩。據(jù)說現(xiàn)在沿海地區(qū)要有步驟地建立核電站。所有這些工程都不能在真實(shí)空間試驗(yàn)，也不能應(yīng)用在一個(gè)簡單的地圖上，這就需要一個(gè)虛擬的環(huán)境來進(jìn)行研究。虛擬地圖是在地圖的思想原則上發(fā)展起來的與真實(shí)的環(huán)境比較相近的虛擬環(huán)境。2007年《科學(xué)》雜志專門有一篇文章提出，虛擬空間將成為新一代科學(xué)分析的版圖。微軟亞洲研究院2012年提出，利用虛擬世界對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行有效管理和分析是值得探索的。

我們希望這種虛擬的環(huán)境是建立人腦和電腦之間的一個(gè)寬帶，徐霞客游遍山水用文字來描述，地圖學(xué)家用圖形符號(hào)來告訴別人，曾經(jīng)到過哪里，曾經(jīng)發(fā)生過什么事情。如果我們能用更生動(dòng)的辦法，把所見所聞搬到現(xiàn)場，在決策的時(shí)候就會(huì)極大地提高效率。所以，從地理信息系統(tǒng)到虛擬地理環(huán)境的演變，我認(rèn)為它是整個(gè)大IT的一部分，不僅僅是一個(gè)可視化。

如果我們建造智慧城市，那就絕對(duì)不僅僅是數(shù)據(jù)的數(shù)字城市，這里面需要很多知識(shí)點(diǎn)，那么在原來的地理信息三元素（空間數(shù)據(jù)庫、空間分析、可視化）的整個(gè)構(gòu)架里面，還要增加一個(gè)地理過程模型。印度洋海嘯，在斯里蘭卡、印度東岸以及非洲東岸死掉的那些人是不應(yīng)該的，因?yàn)樗麄冇谐^五個(gè)小時(shí)的時(shí)間，但是他們沒有預(yù)警系統(tǒng)，就只有一張地圖。預(yù)警系統(tǒng)實(shí)際上要把這種過程告訴人們，把空間縮短，同時(shí)也要把時(shí)間縮短。時(shí)間也要有比例尺，不光是空間上比例的縮小，在時(shí)間上的壓縮，才能為領(lǐng)導(dǎo)決策提供足夠的時(shí)間。這種帶有時(shí)間變量的東西、知識(shí)，在地理信息系統(tǒng)就是地理過程模型。

一個(gè)包含了地震、滑坡、泥石流、堰塞湖、洪水的集成模型，通過這個(gè)模型，可以很快知道水什么時(shí)候漲上來，什么時(shí)候突破堰塞湖。汶川地震的時(shí)候，為什么要去查紫萍鋪大壩的問題，把上游唐家山的堰塞湖炸掉？因?yàn)樽掀间伌髩我呀?jīng)出現(xiàn)裂縫，如果唐家山堰塞湖決堤，沖破了紫萍鋪大壩，整個(gè)成都平原死傷可能會(huì)比地震還多。我們可以通過數(shù)字高層模型把地形地貌表現(xiàn)出來，但是如何去評(píng)估一個(gè)堰塞湖所帶來的影響，就需要把過程的東西加進(jìn)去。

現(xiàn)在我們也試圖在地圖里增加各種人的要素。我在香港中文大學(xué)談過第四代校園地圖的構(gòu)想，第一代是線性地圖，第二代是影像地圖，第三代是網(wǎng)上三維地圖，第四代我們希望做到像阿凡達(dá)電影里面那樣，老師、學(xué)生可以出入的地圖。如果我們的老師去舊金山招生，可以直接帶第四代校園地圖到美國去，美國的學(xué)生在來香港之前就可以參觀自己的學(xué)校，知道自己的宿舍在哪里，甚至開始去交一些朋友。

為政府決策提供精準(zhǔn)管理

政府的決策需要更多的是更精準(zhǔn)的管理。土地利用圖是一個(gè)非常重要的國家經(jīng)濟(jì)評(píng)估的數(shù)據(jù)，可以通過遙感數(shù)據(jù)做出來。一個(gè)省的省情如何來掌握，領(lǐng)導(dǎo)桌上有沒有我們的東西，除了傳統(tǒng)的地形圖，還有沒有跟他們決策直接相關(guān)的減災(zāi)的問題，糧食問題，甚至各種各樣的城市發(fā)展的問題。這些資料都是很多專業(yè)部門非常需要的。

在香港有一套城市噪音系統(tǒng)，你點(diǎn)擊這棟樓的每個(gè)窗口，你可以戴著耳機(jī)聽，模擬出來的這個(gè)地區(qū)的噪聲。這也是一個(gè)城市環(huán)境評(píng)估非常重要的一部分。

另外近年來。很多城市都出現(xiàn)地面塌陷的問題。對(duì)于這種塌陷，可見光的攝影測量已經(jīng)不夠，現(xiàn)在一種叫insar雷達(dá)干涉測量手段，正在變成一種新的測量技術(shù)，當(dāng)?shù)乇沓霈F(xiàn)沉降的時(shí)候，衛(wèi)星的測量發(fā)現(xiàn)它有時(shí)間差，把毫米級(jí)的地表形變都能夠檢測出來。

任何工程，包括高速鐵路、高速公路、輸油管道都有壽命，到一定時(shí)候就需要維修。那么如何去監(jiān)測這樣一些大型地物形變？我們?cè)谛l(wèi)星上看見上海浦西有兩條線狀的沉降帶。上海市委將這個(gè)圖調(diào)過去跟上海地圖一對(duì)比，發(fā)現(xiàn)是兩條新修的地鐵，因?yàn)槭切滦薜倪€不穩(wěn)定，各種震動(dòng)還會(huì)造成一些沉降。在700公里外的太空，了解城市內(nèi)的地下施工，再次論證了干涉測量技術(shù)在城區(qū)對(duì)地表穩(wěn)定監(jiān)測的意義。地理信息系統(tǒng)還可以做城市的很多安全問題，比如統(tǒng)計(jì)模式。我們和香港警署合作，警車每天的巡邏系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)來提供的。不同的車子每天穿來穿去，看似隨機(jī)，但是對(duì)于犯罪率最高的地方，車子穿越的時(shí)間和次數(shù)都是最高的，以此來控制犯罪率。這就是通過地理信息系統(tǒng)優(yōu)化巡邏線路。

在城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、實(shí)施、維護(hù)等方面，地理信息的運(yùn)用就更多了。在各種基礎(chǔ)信息上增加商業(yè)、民生的各種信息，都是地理信息。地理信息是一個(gè)很寬泛的概念，一些政府把這些地理信息變成一張圖工程，他們把開發(fā)商招進(jìn)來之后，需要什么條件，綠線，紅線，等各種評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)都在圖上面，提高了效率，減少了浪費(fèi)。現(xiàn)在地理信息已經(jīng)做到了三維，武漢市三千多平方公里都實(shí)現(xiàn)了三維化，主城區(qū)部分甚至做到了精細(xì)化三維，從地上到地下，從室內(nèi)到室外，都互相連通。

北京市在做數(shù)字城市的時(shí)候，做了一個(gè)萬平方米單元網(wǎng)格。他們把地理信息網(wǎng)格化，每一萬平方米找一個(gè)下崗的、退休的人，拿上一個(gè)有定位的、相機(jī)的手機(jī)，看到什么地方電話線被扯斷了，下水蓋被掀開了，哪里又寫了廣告標(biāo)語等，拿手機(jī)一拍，就可以立即傳送到指揮中心，然后地圖上一標(biāo)識(shí)出來，地圖上就會(huì)生成一面綠色的旗幟，然后指揮中心把這面旗幟送到相關(guān)部門比如環(huán)保局、城管局等，然后如果第二天這面旗幟還沒有被拔掉，就表明還沒有處理完，就會(huì)變成黃色旗幟，第三天如果還沒拔掉，那就變成紅旗，紅旗一亮，那么區(qū)長就知道了，那就要找局長的麻煩了。這種用地圖萬平方米網(wǎng)格，既保證了區(qū)域內(nèi)公用設(shè)施的安全，又為下崗的人員找到新的就業(yè)機(jī)會(huì)，或者給老人發(fā)揮余熱的機(jī)會(huì)。

地理信息發(fā)展的瓶頸

地理信息幾乎涉及到各個(gè)部門，包括信息管理部門的技術(shù)支撐。那么地理信息科技人才的培養(yǎng)和地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是相輔相成，我們有四個(gè)優(yōu)勢，資源，技術(shù)，平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。同時(shí)也存在一些瓶頸，我們的基礎(chǔ)研究有那么多衛(wèi)星，沒有足夠的前期試驗(yàn)，這些數(shù)據(jù)下來，是否能夠用于地面，我們不光要看基礎(chǔ)的哪里是河流，哪里是山脈，更要看今天這條河，這座山脈的光譜反應(yīng)，帶來多少產(chǎn)量，是否能夠算出來？這就是一個(gè)基礎(chǔ)性工作，數(shù)據(jù)不夠，基礎(chǔ)性設(shè)施不夠，無法做到。

我們有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但智慧城市所需要的專業(yè)知識(shí)有沒有？當(dāng)我們把所有的平臺(tái)建立起來后，僅僅是三維的樓盤轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，是沒有意義的。

我們有基礎(chǔ)框架，大型數(shù)據(jù)庫，最大的瓶頸在于我們的保密政策，我當(dāng)然贊成我們國家需要有成熟的完整的保密制度。但什么是保密，如何保密都需要完善。信息化建設(shè)，妨礙了市場的發(fā)育。我們有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，有快的增長，但不能說這些產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢已經(jīng)轉(zhuǎn)化為市場占有率，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尊重，對(duì)競爭機(jī)制的規(guī)范化，都需要我們?nèi)リP(guān)注，這等于是用我們的左手牽制右手。

（作者系香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所所長、中國科學(xué)院和香港中文大學(xué)地球信息科學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任。本文根據(jù)作者在7月5日舉行的“湖南省2013年地圖學(xué)與GIS學(xué)術(shù)論壇”的講座錄音整理，有刪節(jié)）