林輝

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

諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者、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世紀人類社會發(fā)展進程的兩件大事?！?/p>

新一屆政府上臺，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經(jīng)濟發(fā)展。李克強總理提出來的就是——城鎮(zhèn)化。而城鎮(zhèn)化需要基礎設施的現(xiàn)代化，空間信息基礎設施的建設是支撐現(xiàn)代化城鄉(xiāng)發(fā)展的標志性工程。

我們身處一個充滿機遇的時代，任重道遠。我們能不能真正理解肩負的責任，對發(fā)展地理信息科技支撐空間信息基礎設施建設至關(guān)重要。地理信息超越了傳統(tǒng)的測繪基礎信息，它幾乎涉及政府管理的各個部門，我們的測繪觀念要隨著發(fā)展而轉(zhuǎn)變，基礎測繪要走向地理信息，要調(diào)整知識技術(shù)結(jié)構(gòu)，提高服務政府的水平。

地理國情監(jiān)測新戰(zhàn)略

現(xiàn)在提出一個新的戰(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、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況及國際關(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？這個面大大地超越了目前基礎信息的范圍，那么我們的隊伍有沒有具備這樣的知識結(jié)構(gòu)，理解這種機會，把這個機會引過來，這都是值得我們好好去認識的。

地理國情信息包括基礎性信息，在基礎信息這個平臺上加載各種專業(yè)的地理信息，包括自然的、社會經(jīng)濟的，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發(fā)展的重要依據(jù)，是管理的重要支撐。現(xiàn)在很多地方講到科學發(fā)展動力的關(guān)系，實際上就是一句話——精準管理。例如深圳大運會，他們的信息就很精確，龍崗要拆遷，當宣布拆遷計劃的時候，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，政府的賠償就會增加十幾個億。

管理需要很多這種精細的數(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)星上天除了地面導航，我們的行業(yè)更明白實際上這是一個時間。中國的北斗上天一個很重要的意義就是我們有了中國時。在香港、在其他很多國家，銀行、股票市場經(jīng)常會出現(xiàn)系統(tǒng)或者電腦故障，實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)域性的信號關(guān)閉。

在銀行系統(tǒng)，你用哪一個時間，所謂的千萬億的錢，都是一個數(shù)字，幾點幾分幾秒，甚至零點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到另外一個地方，賺了錢再放回來。國家電網(wǎng)里面，整個布局，電的用量怎么分布，時間非常關(guān)鍵。如果時間調(diào)動就會造成整個電網(wǎng)的崩潰。所以，北斗上天不完全是一個定位導航，還有一個關(guān)鍵點是“誰來告訴我時間”。

從地理信息數(shù)據(jù)到虛擬世界

衛(wèi)星信號下來就是經(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。微軟做了一個虛擬地球，它把鼠標變成了一個小汽車，你在查看地圖的時候不光可以鳥瞰，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屬性的東西都要有位置，就像圖書館，編號的書一定要含有書架的號碼。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，因為可以建立起它的各種關(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算，還是把道路網(wǎng)絡加進去計算？如果把道路網(wǎng)絡加進去計算起來很復雜，但是地理信息系統(tǒng)運作就非常簡單，它把每個線段都做了記錄，計算機會幫你解釋有沒有紅綠燈，限速多少，如果能把動態(tài)資料補充進來，會做到非常準確地優(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空間試驗，也不能應用在一個簡單的地圖上，這就需要一個虛擬的環(huán)境來進行研究。虛擬地圖是在地圖的思想原則上發(fā)展起來的與真實的環(huán)境比較相近的虛擬環(huán)境。2007年《科學》雜志專門有一篇文章提出，虛擬空間將成為新一代科學分析的版圖。微軟亞洲研究院2012年提出，利用虛擬世界對現(xiàn)實世界進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寬帶，徐霞客游遍山水用文字來描述，地圖學家用圖形符號來告訴別人，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的辦法，把所見所聞搬到現(xiàn)場，在決策的時候就會極大地提高效率。所以，從地理信息系統(tǒng)到虛擬地理環(huán)境的演變，我認為它是整個大IT的一部分，不僅僅是一個可視化。

如果我們建造智慧城市，那就絕對不僅僅是數(shù)據(jù)的數(shù)字城市，這里面需要很多知識點，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）的整個構(gòu)架里面，還要增加一個地理過程模型。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該的，因為他們有超過五個小時的時間，但是他們沒有預警系統(tǒng)，就只有一張地圖。預警系統(tǒng)實際上要把這種過程告訴人們，把空間縮短，同時也要把時間縮短。時間也要有比例尺，不光是空間上比例的縮小，在時間上的壓縮，才能為領(lǐng)導決策提供足夠的時間。這種帶有時間變量的東西、知識，在地理信息系統(tǒng)就是地理過程模型。

一個包含了地震、滑坡、泥石流、堰塞湖、洪水的集成模型，通過這個模型，可以很快知道水什么時候漲上來，什么時候突破堰塞湖。汶川地震的時候，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？因為紫萍鋪大壩已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，如果唐家山堰塞湖決堤，沖破了紫萍鋪大壩，整個成都平原死傷可能會比地震還多。我們可以通過數(shù)字高層模型把地形地貌表現(xiàn)出來，但是如何去評估一個堰塞湖所帶來的影響，就需要把過程的東西加進去。

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電影里面那樣，老師、學生可以出入的地圖。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，美國的學生在來香港之前就可以參觀自己的學校，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管理

政府的決策需要更多的是更精準的管理。土地利用圖是一個非常重要的國家經(jīng)濟評估的數(shù)據(jù)，可以通過遙感數(shù)據(jù)做出來。一個省的省情如何來掌握，領(lǐng)導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)，你點擊這棟樓的每個窗口，你可以戴著耳機聽，模擬出來的這個地區(qū)的噪聲。這也是一個城市環(huán)境評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雷達干涉測量手段，正在變成一種新的測量技術(shù)，當?shù)乇沓霈F(xiàn)沉降的時候，衛(wèi)星的測量發(fā)現(xiàn)它有時間差，把毫米級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？我們在衛(wèi)星上看見上海浦西有兩條線狀的沉降帶。上海市委將這個圖調(diào)過去跟上海地圖一對比，發(fā)現(xiàn)是兩條新修的地鐵，因為是新修的還不穩(wěn)定，各種震動還會造成一些沉降。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，但是對于犯罪率最高的地方，車子穿越的時間和次數(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)建設規(guī)劃、實施、維護等方面，地理信息的運用就更多了。在各種基礎信息上增加商業(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)商招進來之后，需要什么條件，綠線，紅線，等各種評估標準都在圖上面，提高了效率，減少了浪費?，F(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現(xiàn)了三維化，主城區(qū)部分甚至做到了精細化三維，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)字城市的時候，做了一個萬平方米單元網(wǎng)格。他們把地理信息網(wǎng)格化，每一萬平方米找一個下崗的、退休的人，拿上一個有定位的、相機的手機，看到什么地方電話線被扯斷了，下水蓋被掀開了，哪里又寫了廣告標語等，拿手機一拍，就可以立即傳送到指揮中心，然后地圖上一標識出來，地圖上就會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)公用設施的安全，又為下崗的人員找到新的就業(yè)機會，或者給老人發(fā)揮余熱的機會。

地理信息發(fā)展的瓶頸

地理信息幾乎涉及到各個部門，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)和地理信息基礎設施建設也是相輔相成，我們有四個優(yōu)勢，資源，技術(shù)，平臺和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。同時也存在一些瓶頸，我們的基礎研究有那么多衛(wèi)星，沒有足夠的前期試驗，這些數(shù)據(jù)下來，是否能夠用于地面，我們不光要看基礎的哪里是河流，哪里是山脈，更要看今天這條河，這座山脈的光譜反應，帶來多少產(chǎn)量，是否能夠算出來？這就是一個基礎性工作，數(shù)據(jù)不夠，基礎性設施不夠，無法做到。

我們有自主的知識產(chǎn)權(quán)，但智慧城市所需要的專業(yè)知識有沒有？當我們把所有的平臺建立起來后，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，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，對知識產(chǎn)權(quán)的尊重，對競爭機制的規(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太空與地球信息科學研究所所長、中國科學院和香港中文大學地球信息科學聯(lián)合實驗室主任。本文根據(jù)作者在7月5日舉行的“湖南省2013年地圖學與GIS學術(shù)論壇”的講座錄音整理，有刪節(jié)）