地球大數(shù)據(jù)及其共享是驅動“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展的關鍵

文/郭華東

中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心主任、研究員、博士生導師；中國科學院院士。

古絲綢貿(mào)易之路連通亞洲、歐洲和非洲，孕育和繁榮了多個偉大的人類文明，打開了各國友好交往的新窗口，帶動了沿線經(jīng)濟文化的崛起與發(fā)展。和平合作、開放包容、互學互鑒、互利共贏的古絲路精神，在2013年中國國家主席習近平提出“一帶一路”倡議中，被賦予了全新的時代內涵。

“一帶一路”倡議的精髓是開放共享，歡迎所有志同道合的國家共同參與。“一帶一路”建設中，超過1萬億美元的投資將助力60多個絲路沿線國家和地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展。同時，“一帶一路”建設將為創(chuàng)新驅動發(fā)展注入新動力。

目前，“一帶一路”擁有全球65%以上的人口，包括北京、開羅、莫斯科、馬尼拉、伊斯坦布爾等18個人口超過1千萬的特大城市群。隨著“一帶一路”建設的持續(xù)推進，如何實現(xiàn)社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展成為一項關鍵挑戰(zhàn)。

一、“一帶一路”區(qū)域現(xiàn)狀分析

“一帶一路”區(qū)域具有復雜的地理環(huán)境和多樣的生態(tài)系統(tǒng)，包括了青藏高原的積雪、冰川、凍土，俄羅斯的森林和草原，蒙古的沙漠等眾多類型。同時，“一帶一路”生態(tài)環(huán)境脆弱性問題突出，例如眾多絲路沿海地區(qū)正遭受到海平面上升、過度捕撈和污染帶來的威脅。在中亞地區(qū)，由于河水被持續(xù)引流用于灌溉等原因，咸海的水量在過去50年里減少了近90%。

同時，“一帶一路”區(qū)域還有不少聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）瀕危世界遺產(chǎn)地正在遭受城市無序擴張、森林砍伐、過度開采和氣候變化等威脅，例如蘇門答臘的熱帶雨林、烏茲別克斯坦的沙赫利蘇伯茲歷史中心、所羅門群島東倫內爾島的珊瑚環(huán)礁等。

此外，“一帶一路”沿線發(fā)展中國家多屬農(nóng)業(yè)國，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占國內生產(chǎn)總值的25%以上，有40%以上的勞動力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，其社會經(jīng)濟發(fā)展受到糧食供應波動的影響很大。

自然災害則是影響“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展的另一個威脅因素，全球約有85%的重大地震、海嘯、臺風、洪水、干旱和熱浪災害都發(fā)生在“一帶一路”區(qū)域。

例如，2008年5月發(fā)生的中國汶川特大地震中有超過8.6萬人喪生或失蹤；2004年印度洋大地震導致的海嘯造成數(shù)十萬人死亡；1995年至2014年間，全球遭受災害損失最嚴重的10個國家中有7個位于“一帶一路”區(qū)域。

如果我們再不采取有力措施，“一帶一路”的生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)將會加速消失，絲路建設面臨的生態(tài)環(huán)境風險將進一步加劇。

解決上述問題，需要通過準確、可靠和及時的天空地一體化的科學觀測，來認知“一帶一路”生態(tài)環(huán)境宏觀格局與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

然而，許多“一帶一路”國家的對地觀測能力較弱、應用研究水平較低，甚或無力承擔土壤、大氣等觀測站的基礎設施建設，也不具備對對地觀測科技人才的培養(yǎng)能力。

例如，中亞的吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦尚不擁有對地觀測衛(wèi)星和海量數(shù)據(jù)處理的基礎設施。此外，“一帶一路”地面觀測數(shù)據(jù)的共享合作十分缺乏，大量寶貴的科學觀測數(shù)據(jù)沉寂在大學、政府等機構的資料庫里，沒有發(fā)揮其應有的作用。

由筆者擔任主席的數(shù)字絲路國際科學計劃（DBAR），2016年由中國科學家倡議發(fā)起，得到了19個國家和7個國際組織的支持和參與。DBAR計劃旨在利用地球大數(shù)據(jù)提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力，促進數(shù)據(jù)共享，為“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展提供科學決策支持。

目前，中國科學院（CAS）已在未來5年部署超過2億人民幣的經(jīng)費（約合3200萬美元），支持DBAR計劃的實施。

DBAR計劃將對“一帶一路”不同生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其演變格局開展系統(tǒng)的監(jiān)測，包括草原、森林、冰川、城市、農(nóng)田和海岸帶等。

2016年至2026年該計劃實施期間，海量的“一帶一路”生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)將通過DBAR地球大數(shù)據(jù)平臺逐步實現(xiàn)全面共享，并以開放訪問的方式，使科學家、決策者和公眾用戶及時掌握“一帶一路”生態(tài)環(huán)境的歷史變化、發(fā)展過程和演化趨勢。

更重要的是，DBAR計劃將研究和構建面向聯(lián)合國2030可持續(xù)發(fā)展目標的空間評估指標體系，對“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)進程進行監(jiān)測，為經(jīng)濟和社會發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展提供科學支撐。

二、DBAR的實施基礎

“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的實施面臨四大主要障礙：數(shù)據(jù)獲取不暢通；發(fā)達國家和發(fā)展中國家存在數(shù)字鴻溝；一些決策者、不同領域的科學家及從業(yè)者對對地觀測技術的潛力認識不足；缺乏有效的合作和溝通機制。

上述障礙已是長期存在的問題，2004年印度洋海嘯即是一個典型的例子，災前災后數(shù)據(jù)和監(jiān)測系統(tǒng)的缺失導致了種種預警和應急響應的遲緩。

為推動“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)的應用，DBAR開展的一項核心工作即建立可處理和分析海量信息的地球大數(shù)據(jù)平臺。

目前在開展平臺數(shù)據(jù)信息和軟硬件設施的集成工作，并計劃于2018年底開始提供科學服務，重點針對八個方面的挑戰(zhàn)，包括適應氣候和環(huán)境變化、減輕災害風險、科學管理水資源、提高農(nóng)業(yè)和糧食安全、保護自然和文化遺產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展城市和基礎設施、發(fā)展和管理海洋及海岸帶、科學理解高山和極地寒區(qū)變化。

例如，在農(nóng)業(yè)方面，大多數(shù)糧食安全風險高發(fā)國家面臨的主要困難之一，即缺乏農(nóng)作物供應、產(chǎn)量和管理的最新信息。目前，DBAR正在拓展基于云計算的農(nóng)情監(jiān)測（CropWatch）系統(tǒng)的服務能力，以監(jiān)測玉米、大米、小麥和大豆的供應情況，并提供農(nóng)情管理的基礎信息服務。自1998年中國科學院推出CropWatch系統(tǒng)以來，已有來自143個國家或地區(qū)的用戶便捷地獲取了所需的農(nóng)情信息。

基于空間觀測獲取的災情信息共享在“一帶一路”區(qū)域具有強烈的需求。中國及許多發(fā)達國家的救災經(jīng)驗都表明，對地觀測數(shù)據(jù)在極端事件影響的快速評估中發(fā)揮了重要作用。

例如，2008年汶川大地震的應急救援中，遙感飛機獲取了草坡鄉(xiāng)一處房頂上顯示的“SOS700”符號，通過這一信息的及時解譯和上報，救援人員成功救出700名被困災民。目前，在減輕災害風險方面，DBAR正通過建設對地觀測數(shù)據(jù)共享平臺的方式，提高“一帶一路”區(qū)域的防災減災能力。

在“一帶一路”建設中，我們亟需了解城市化的發(fā)展進程，而通過對地觀測手段可有效掌握城市擴張趨勢變化信息，幫助城市規(guī)劃人員科學應對交通擁擠、能源短缺、城市無序擴張和基礎公共服務缺失等問題帶來的挑戰(zhàn)。

在此方面，DBAR科學家正通過對莫斯科城市發(fā)展和治理的模擬，為北京的城市規(guī)劃發(fā)展提供科學決策信息，并對蒙巴薩-內羅畢標準軌距鐵路、科倫坡港口城、馬來西亞-中國關丹產(chǎn)業(yè)園區(qū)等重大基礎設施項目建設的影響開展科學監(jiān)測和分析。

在“一帶一路”自然和文化遺產(chǎn)保護工作中，世界遺產(chǎn)地的保護除了需要對遺產(chǎn)地本體進行關注外，其周邊人文和自然景觀也是其突出普遍價值不可分割的重要組成部分，需統(tǒng)籌一體保護。正如在柬埔寨吳哥窟，通過機載激光掃描在內的對地觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了位于熱帶雨林下距今900至1400年的多個城市遺址。我們認為對世界遺產(chǎn)的保護，還應充分考慮森林砍伐和城市無序擴張等帶來的環(huán)境風險的影響。

三、DBAR的發(fā)展方向

DBAR科學計劃重點關注以下五個優(yōu)先領域：

（一）加強基礎設施建設

2017年10月，歐洲航天局哨兵-5P衛(wèi)星發(fā)射后，每天獲取近2000萬條空氣污染物及氣體的觀測數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)獲取量是前期任務的10倍以上。按照目前的處理速度，一臺計算機需要1200年才能處理完300萬景全球衛(wèi)星影像，而基于云計算設施可在45天內完成相同處理任務，云計算已成為大數(shù)據(jù)時代的核心技術。

（視覺中國 供圖）

因此，為滿足龐大且日益快速增長的“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)的應用需求，迫切需要建立一個能夠共享數(shù)據(jù)、代碼、方法的開放平臺，以此實現(xiàn)對已有對地觀測數(shù)據(jù)的科學分析及未來衛(wèi)星數(shù)據(jù)的集成應用。

（二）促進數(shù)據(jù)共享和互通互用能力

數(shù)據(jù)開放共享是保障“一帶一路”沿線各國民眾從地球大數(shù)據(jù)應用中共同受益的基礎。同時，為最大限度地利用好共享數(shù)據(jù)，還需采用有效的方法、工具，以及適當?shù)母袷綐藴省⑿畔⑥D化方式、技術支持方案，以提高“一帶一路”數(shù)據(jù)的互通互用能力。

（三）推廣地球大數(shù)據(jù)應用服務

“一帶一路”國家地球大數(shù)據(jù)的應用水平發(fā)展很不均衡，而可通用的地球大數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)方案可有效縮短應用能力上的差距。通過對類似CropWatch的云服務應用模式的廣泛推廣，可有效發(fā)揮云計算技術的優(yōu)勢。

只要有終端和互聯(lián)網(wǎng)，任何人在任何地點都可以享受到地球大數(shù)據(jù)提供的多樣應用服務，從而加速推動“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)應用能力的發(fā)展。

（四）探索科學研究新范式

海量的多學科數(shù)據(jù)資源存在著隱藏的豐富的價值信息，蘊含了尚未發(fā)現(xiàn)的科學知識。例如，通過分析過去40年的衛(wèi)星影像，使我們可宏觀持續(xù)認知黃河三角洲地表變化的空間規(guī)律，從全新角度理解其區(qū)域演變過程與土地利用、降水、水流間的潛在影響。

許多“一帶一路”國家，特別是欠發(fā)達國家，對地球大數(shù)據(jù)所蘊含的知識發(fā)現(xiàn)的潛力認知不足，尚需大力推動基于地球大數(shù)據(jù)的“一帶一路”地球系統(tǒng)科學研究的開展。

（五）加強國際科技合作

開展雙邊或多邊的國際交流與合作是提高“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)研究水平的重要途徑之一。

同時，加強與國際科技組織與國際科學計劃的協(xié)作，特別是同聯(lián)合國教科文組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國減災署、國際科技數(shù)據(jù)委員會、泛歐亞科學實驗計劃、地球觀測組織等的密切合作，將為“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)應用注入更多的智慧資源。

為縮小“一帶一路”發(fā)展中國家與發(fā)達國家的技術鴻溝，DBAR將通過共同發(fā)起聯(lián)合研究計劃，共建聯(lián)合實驗室，成立國際卓越中心等方式，與參與國家和地區(qū)的專家開展互利共贏的合作，共同應對挑戰(zhàn)。目前，DBAR已在全球設立了8個國際卓越中心，分布在亞洲的巴基斯坦、泰國；歐洲的芬蘭、意大利、俄羅斯；非洲的摩洛哥、贊比亞和北美的美國。