地理空間信息技術(shù)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用

周海波，馬云軒，郭一江

（西南科技大學(xué)城市學(xué)院，四川 綿陽 621000）

0 引言

“十四五”時期是我國全面建成小康社會，實現(xiàn)第一個百年奮斗目標之后，乘勢而上開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程，向第二個百年奮斗目標進軍的第一個五年。在這一重要時期，地理空間科學(xué)與技術(shù)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，將廣泛應(yīng)用于國土空間規(guī)劃、國土安全、生態(tài)建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)、不動產(chǎn)登記以及新型城鎮(zhèn)化建設(shè)等專項工作，在交通、農(nóng)業(yè)、海洋、地礦、審計、軍民融合、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域也將發(fā)揮越來越重要的作用。

1 地理空間信息技術(shù)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的重要作用

1.1 助力國土空間規(guī)劃

《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》（下稱《建議》）中提出：構(gòu)建國土空間開發(fā)保護新格局，立足于資源環(huán)境承載能力，發(fā)揮各地地區(qū)優(yōu)勢，逐漸發(fā)展形成城市化地區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)三大空間格局，持續(xù)優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施、重大生產(chǎn)力和公共資源布局。支持城市化地區(qū)高效集聚經(jīng)濟和人口、保護基本農(nóng)田和生態(tài)空間，支持農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)增強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，支持生態(tài)功能區(qū)把發(fā)展重點放到保護生態(tài)環(huán)境、提供生態(tài)產(chǎn)品上，支持生態(tài)功能區(qū)的人口逐步有序轉(zhuǎn)移，形成主體功能鮮明、優(yōu)勢互補、高質(zhì)量發(fā)展的國土空間開發(fā)保護新格局?？臻g規(guī)劃作為地理空間信息科學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在過去的很長一段時間都在我國經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用，如對城市長久發(fā)展的設(shè)計、交通建設(shè)規(guī)劃等，還有對城鄉(xiāng)地區(qū)未來發(fā)展的研究、對區(qū)域空間布局的規(guī)劃，致力于城市化地區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)三大空間格局的形成。在土地資源日益緊張的今天，還可有效提高土地的利用率和管理效率，促進“十四五”期間的經(jīng)濟發(fā)展，同時保障國計民生。

1.2 推進新型城鎮(zhèn)化發(fā)展

《建議》中也提到，要推進以人為核心的新型城鎮(zhèn)化建設(shè)。實施城市更新行動，推進城市生態(tài)修復(fù)、功能完善工程，統(tǒng)籌城市規(guī)劃、建設(shè)、管理，合理確定城市規(guī)模、人口密度、空間結(jié)構(gòu)，促進大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展。城市地理空間信息的規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)用和管理離不開地理空間信息技術(shù)的應(yīng)用，其在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的進程中有兩方面的作用，一是支持智慧城市的建設(shè)，二是建立城市的數(shù)字孿生世界。

1.2.1 支持智慧城市的建設(shè)

對城市空間信息進行智能化、智慧化、實時化的采集、處理和應(yīng)用，可以為智慧城市的建設(shè)發(fā)展提供可靠高效的信息資源。隨著信息采集技術(shù)水平和計算機運算能力的巨大提升，在這項工作中，海量的時空信息可以借助傳感器技術(shù)獲取，然后利用計算機技術(shù)對這些獲取到的時空信息進行實時分析、提煉，之后合理利用專題系統(tǒng)處理時空信息結(jié)果，實現(xiàn)城市時空信息的加工處理和合理利用。現(xiàn)階段，智慧城市概念中的一個重要項目就是物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用，而地理空間信息技術(shù)在這項工作中具有如下功能。首先，地理空間信息技術(shù)可以為工程師和建設(shè)人員提供實時的城市中各類物質(zhì)發(fā)展的動態(tài)信息，這些信息不僅包含地物的空間位置信息，同時還包括了屬性信息、各類標識信息及狀態(tài)信息等，這些信息的有效利用可以對城市建設(shè)發(fā)揮重要作用。其次，此項技術(shù)能夠解決日趨復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)感知裝置的布局問題。隨著各類物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用，如何合理布局、發(fā)揮設(shè)備的最大功效成為一個亟待解決的問題，相關(guān)單位也需要憑借物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，進而實現(xiàn)高效的信息采集，這種合理布局當然離不開地理空間信息科學(xué)與技術(shù)。最后，借助于地理空間技術(shù)強大的空間分析能力，可以得到最合理的傳感器分布位置。

智慧交通是智慧城市的重要組成部分。在城鎮(zhèn)化建設(shè)進程中，交通系統(tǒng)的智能化也離不開地理空間技術(shù)的支持。在城市智能交通系統(tǒng)建設(shè)過程中，需要及時獲取各條道路的交通狀況，而地理空間信息技術(shù)可以發(fā)揮重要的數(shù)據(jù)管理和分析功能，從而為用戶優(yōu)化出行線路、預(yù)估行程時間、合理安排行程等提供技術(shù)支持。利用地理空間信息技術(shù)還能夠?qū)煌ǖ缆飞系奈廴疚锱欧胚M行實時監(jiān)測，并作出合理的交通安排與限制，從而加強城市生態(tài)環(huán)境保護，這也貼合了《建議》中提出的“加快推動綠色低碳發(fā)展”和“提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性”的要求。對于各式各樣的城市空間信息數(shù)據(jù)，雖然數(shù)據(jù)量巨大，但它們并非雜亂無序，而是遵循著某種內(nèi)在邏輯關(guān)系，在地理空間信息技術(shù)的支持下，人們可以對這些信息進行剖析、加工、整合和應(yīng)用，這些措施將為智慧城市的各個子領(lǐng)域的建設(shè)提供參考依據(jù)。智慧化的服務(wù)體系對現(xiàn)代城市發(fā)展來說是必不可少的，作為智慧城市主要組成部分的智慧服務(wù)體系，它的建設(shè)和應(yīng)用將為城市發(fā)展提供可靠、有效和科學(xué)的決策依據(jù)。

1.2.2 建立數(shù)字孿生世界

數(shù)字孿生（Digital Twin）是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，能夠在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。隨著地理空間信息技術(shù)不斷進步，構(gòu)建城市的現(xiàn)實物理世界與數(shù)字虛擬世界相印證的計算機系統(tǒng)成為可能，人們可以在虛擬空間構(gòu)造一個與現(xiàn)實城市對應(yīng)的數(shù)字孿生世界，即將實體的城市數(shù)字化，借助數(shù)字城市實現(xiàn)現(xiàn)實城市全動態(tài)信息的可視化與智能化，通過在數(shù)字城市中的模擬提高現(xiàn)實城市的管理與發(fā)展水平；未來還能實現(xiàn)孿生數(shù)字城市與實體城市交互共存，形成虛實結(jié)合的城市發(fā)展方向?！坝傻乩硇畔⑾到y(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、物聯(lián)網(wǎng)等一系列技術(shù)構(gòu)成城市的虛擬模型，再通過控制、反饋、模型、推演，實現(xiàn)認知、分析與決策。這是我們智慧城市的新標準?！崩畹氯嗜缡钦f。借助建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，人們還可以對城市特定的環(huán)境、建筑目標進行建模，也可以對包括水電、燃氣、交通、醫(yī)療、消防、警務(wù)、物流等在內(nèi)的城市管理組成要素進行實時采集，通過傳感器、攝像頭、數(shù)字化子系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)融入數(shù)字孿生城市，然后借助地理空間信息技術(shù)將上述信息數(shù)據(jù)集成起來，用于信息系統(tǒng)的集成與開發(fā)，充分發(fā)揮地理空間信息技術(shù)的管理與分析優(yōu)勢，大幅度提高信息管理應(yīng)用的效率。借助虛擬空間管理現(xiàn)實空間，以孿生世界印證和引導(dǎo)現(xiàn)實世界的建設(shè)?？梢哉f，新型城鎮(zhèn)化的進程一定離不開地理空間科學(xué)和技術(shù)的支持。根據(jù)工信部發(fā)布的2020 年《數(shù)字孿生白皮書》，2019 年中國新型智慧城市市場規(guī)模超過9 000 億元，未來幾年將保持較快速度增長，預(yù)計到2023 年市場規(guī)模超過1.3 萬億元。

1.3 做好自然資源管理

《建議》中還提到，要建立土地征收公共利益用地認定機制，縮小土地征收范圍。探索宅基地所有權(quán)、資格權(quán)、使用權(quán)分置實現(xiàn)形式。保障進城落戶農(nóng)民的土地承包權(quán)、宅基地使用權(quán)、集體收益分配權(quán)，鼓勵依法自愿有償轉(zhuǎn)讓。強調(diào)河湖長期管制，加大江河、重要湖泊濕地和近海地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理，堅定不移實施長江十年禁漁。推進科學(xué)的、高效的且符合國情的土地荒漠化治理政策，深入貫徹“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，在適宜地區(qū)發(fā)展林業(yè)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟等環(huán)境友好型經(jīng)濟。推行草原、森林、河流、湖泊休養(yǎng)生息，加強黑土地保護，健全耕地休耕輪作制度，嚴控耕地紅線。加強全球氣候變暖對我國承受力脆弱地區(qū)影響的觀測，完善自然保護地、生態(tài)保護紅線監(jiān)管制度，開展生態(tài)系統(tǒng)保護成效監(jiān)測評估。

總的來說，這些建議都要求我們要做好自然資源管理。資源管理作為地理空間信息技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用，其主要功能就是匯總各種資源的現(xiàn)狀、利用和管理等動態(tài)信息。經(jīng)過分析和提煉之后，基于地理空間信息技術(shù)的多種空間分析方式，利用各種數(shù)據(jù)、信息和知識，結(jié)合人工智能和特定模型進行加工處理，從而為特定用戶提供特定的數(shù)據(jù)資料和信息。有效的自然資源管理體系離不開高效的調(diào)查監(jiān)測體系，構(gòu)造基于地理空間信息技術(shù)的完善和資源調(diào)查監(jiān)測系統(tǒng)有助于對各種自然資源進行及時的統(tǒng)計調(diào)查，這將為自然資源的統(tǒng)籌調(diào)配、管理應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。自然資源的有效管理離不開資源的合理配置，在這項工作中，地理空間信息技術(shù)的可視化功能可將空間規(guī)劃的信息進行可視化呈現(xiàn)，明確對自然資源的開發(fā)以及保護的要點。另外，通過對空間規(guī)劃的大數(shù)據(jù)展示，還可對自然環(huán)境的承載能力和國土開發(fā)的力度進行評估，這是必須考慮到的因素。對此，可依托地理空間信息技術(shù)建立相關(guān)的評估模型，綜合地理空間信息，考慮經(jīng)濟開發(fā)的可持續(xù)性和環(huán)境的可承受性構(gòu)建完善的國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)系統(tǒng)、決策輔助系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)。同時也要積極拓展自然資源數(shù)據(jù)要素信息獲取技術(shù)，以便能夠使測繪工作實現(xiàn)精準施測、質(zhì)量控制、自動分類以及動態(tài)統(tǒng)計等功能。

近年來，各類地籍確權(quán)工作正在積極開展，正如《建議》中提到的：要保障進城落戶農(nóng)民的土地承包權(quán)、宅基地使用權(quán)、集體收益分配權(quán)，鼓勵依法自愿有償轉(zhuǎn)讓。以上工作的開展都離不開土地調(diào)查。傳統(tǒng)的土地調(diào)查包含了土地權(quán)屬信息、利用狀況、變更調(diào)查等內(nèi)容。作為地籍管理的基礎(chǔ)工作，土地調(diào)查也已隨著我國經(jīng)濟發(fā)展變得愈發(fā)重要，工作內(nèi)容也愈發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)的工作方式已無法滿足經(jīng)濟發(fā)展需要。因此，在確權(quán)調(diào)查工作中，地理空間信息技術(shù)便有廣闊的應(yīng)用空間。利用該技術(shù)可以進行地籍數(shù)據(jù)的管理、更新，以及地籍質(zhì)量與價值評價等?？梢钥闯?，自然資源的權(quán)屬登記和管理工作還需要對地理空間信息技術(shù)進行充分的利用并不斷更新和完善，在自然資源權(quán)屬統(tǒng)一登記、權(quán)屬確定和權(quán)籍調(diào)查等方面建立起相關(guān)的地理信息管理平臺。

1.4 在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮作用

在防災(zāi)減災(zāi)中，地理空間信息技術(shù)同樣能發(fā)揮重要作用。得益于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）、遙感技術(shù)、電子速測儀等先進測繪技術(shù)的進步，我們能夠大量地獲取實時的地理空間信息?；谶@些信息，利用地理空間信息技術(shù)的空間分析功能，能夠在極短的時間內(nèi)得到精確的分析結(jié)果，能夠有效對地震、颶風、旱澇、海嘯、森林火災(zāi)、山體滑坡等自然災(zāi)害做到災(zāi)害預(yù)測預(yù)報、災(zāi)害實時監(jiān)測、災(zāi)情精確評估等，為救災(zāi)減災(zāi)提供精準實時的信息，也能為相關(guān)部門制定防災(zāi)減災(zāi)政策、應(yīng)急指揮調(diào)度、災(zāi)后重建規(guī)劃等工作提供科學(xué)依據(jù)。例如，姜藍奇等人通過研究洪澇的形成和影響因素，借助地理空間信息技術(shù)，構(gòu)建洪澇的各種指標體系，利用加權(quán)綜合分析法構(gòu)建綜合平均指數(shù)，實現(xiàn)了洪澇風險區(qū)劃。

2 地理空間信息技術(shù)發(fā)展的新機遇

未來，地理空間信息技術(shù)在自身不斷完善的同時，還將與星鏈、第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）、大數(shù)據(jù)等技術(shù)交匯，也將與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、對抗學(xué)習、遷移學(xué)習等人工智能技術(shù)結(jié)合。這些技術(shù)在《建議》中都有涉及，它們的結(jié)合使得智能GIS 的概念應(yīng)運而生。GIS 在人工智能等技術(shù)的支持下可對空間數(shù)據(jù)信息進行獲取、傳輸、儲存、管理、應(yīng)用、分析與再現(xiàn)等，能夠解決傳統(tǒng)地理空間信息技術(shù)無法處理的復(fù)雜管理、規(guī)劃和決策等問題。這些技術(shù)升級將會應(yīng)用在經(jīng)濟發(fā)展、國家安全、科學(xué)研究與環(huán)境保護等領(lǐng)域，也為我國未來的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供有力的保障和支持。

3 結(jié)語

實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃和二〇三五年遠景目標是中國特色社會主義新時代建設(shè)的重要階段目標，意義重大，任務(wù)艱巨，前途光明，需要我們每個人積極參與、共同努力。全國各族人民要在以習近平同志為核心的黨中央的領(lǐng)導(dǎo)下團結(jié)一致、積極探索、拼搏圖強，奪取全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家和實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的勝利。地理空間信息科學(xué)在新時代也將邁入新的發(fā)展征程，在實現(xiàn)自動化、智能化、集成化的同時，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻。