錢(qián)建利，魏炳強(qiáng)，靳文虎，鄧孝建

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心, 陜西 西安 710101；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院, 湖北 武漢 430074；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局煙臺(tái)海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心 山東 煙臺(tái) 264004；4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西寧自然資源調(diào)查中心, 青海 西寧 810000）

隨著數(shù)據(jù)中臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能決策分析等高新技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，調(diào)查-觀測(cè)-模擬-預(yù)測(cè)-決策已成為現(xiàn)代地質(zhì)調(diào)查工作的新流程，科研范式正由過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)范式、理論范式向模擬范式和數(shù)據(jù)密集型范式轉(zhuǎn)變[1]。在這種全新范式背景下，2018 年，自然資源部將“自然資源要素綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程”列為十二大科技工程之首[2-3]。2019年10 月，自然資源部啟動(dòng)了“自然資源要素綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程”建設(shè)，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心承擔(dān)此項(xiàng)工作[4]，旨在通過(guò)宏觀布局推進(jìn)科學(xué)觀測(cè)站網(wǎng)的建設(shè)[5]，揭示山水林田湖草等自然資源要素間演化機(jī)理，構(gòu)建山水林田湖草生命共同體認(rèn)知、修復(fù)、開(kāi)發(fā)、保護(hù)、解析知識(shí)體系，研究自然資源要素與經(jīng)濟(jì)社會(huì)要素交互影響的演化規(guī)律，揭示自然資源多要素耦合狀態(tài)下的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，研究要素配置和功能重構(gòu)技術(shù)、快速修復(fù)和長(zhǎng)期維護(hù)技術(shù)，建立自然資源功能權(quán)衡協(xié)同模型、開(kāi)發(fā)模擬預(yù)測(cè)模型，為解決自然資源領(lǐng)域重大問(wèn)題，服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略、工程決策提供數(shù)據(jù)支撐[6-7]。

2022 年，全國(guó)政協(xié)委員龍長(zhǎng)興在全國(guó)“兩會(huì)”上，提交了一份關(guān)于加強(qiáng)自然資源-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)野外觀測(cè)的提案。分析認(rèn)為，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、“雙碳”目標(biāo)等國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施，均需要對(duì)自然資源、人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)間的耦合作用關(guān)系進(jìn)行深入研究，需要系統(tǒng)的自然資源-生態(tài)環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)，如果觀測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)性差，支撐作用就會(huì)不足[8]。目前，我國(guó)現(xiàn)有的自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)由不同部門(mén)分散管理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，形成了數(shù)據(jù)壁壘、信息“孤島”等弊端，自然資源觀測(cè)業(yè)務(wù)急需統(tǒng)一部署、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文提出自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合，就是依托已有數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，開(kāi)展多源觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯聚、整合、集成、管理、共享、服務(wù)和應(yīng)用，破解觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合集成“卡脖子”難題，推動(dòng)全國(guó)層面上各學(xué)科融合應(yīng)用。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，自然資源要素綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)的融合發(fā)展迎來(lái)了重大機(jī)遇和巨大挑戰(zhàn)。開(kāi)展跨領(lǐng)域、跨部門(mén)、多尺度、多要素觀測(cè)數(shù)據(jù)融合，全面深度挖掘自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值[9]，既是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的前景，也是技術(shù)挑戰(zhàn)[10]。2020 年，孫益等[11]基于物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)，設(shè)計(jì)了自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“一體化平臺(tái)”)，明確了主要模塊組成和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用；2021 年，赫銀峰等[12]對(duì)一體化平臺(tái)進(jìn)行了建設(shè)實(shí)踐，詳細(xì)介紹了一體化平臺(tái)總體業(yè)務(wù)架構(gòu)、主要功能模塊、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，初步實(shí)現(xiàn)了部分觀測(cè)站網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚。但是，在基于一體化平臺(tái)基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)、跨領(lǐng)域、多尺度、多要素觀測(cè)數(shù)據(jù)融合思考研究還不夠。

因此，本文通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外關(guān)于自然資源數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，深入剖析國(guó)內(nèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)管理方面存在的不足，基于自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)，開(kāi)展了觀測(cè)數(shù)據(jù)融合方面的思考研究，初步探索構(gòu)建了自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系框架，以期為實(shí)現(xiàn)海量多源異構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合與管理共享提供啟發(fā)性思考和實(shí)踐性幫助。

1 國(guó)內(nèi)外自然資源數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀

主要發(fā)達(dá)國(guó)家自然資源管理機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)管理的職責(zé)非常明確且重視。為了應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代自然資源領(lǐng)域數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)所帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，全球主要國(guó)家紛紛加快自然資源領(lǐng)域綜合大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)(表1)，以提升多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合集成與分析能力，力圖打造自然資源領(lǐng)域適應(yīng)新一輪科技革命發(fā)展要求的生產(chǎn)力工具[13-16]?？傮w來(lái)看，國(guó)外在自然資源數(shù)據(jù)匯聚融合工作方面主要有以下特點(diǎn)[17-19]：(1)有完善的數(shù)據(jù)管理與共享政策法規(guī)體系，從法律層面為自然資源數(shù)據(jù)管理匯聚提供保障機(jī)制。(2)建設(shè)有專(zhuān)門(mén)的國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)，并制定有針對(duì)性的管理法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要落實(shí)國(guó)家層面的法律規(guī)定。(3)搭建有綜合性的自然資源數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，按照計(jì)劃、收集、保障、描述、存儲(chǔ)、發(fā)現(xiàn)、整合、分析、應(yīng)用等數(shù)據(jù)全生命周期管理，將各類(lèi)自然資源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯集融合發(fā)布，提供一站式檢索服務(wù)。

表1 國(guó)外主要國(guó)家自然資源數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和管理現(xiàn)狀Table 1 Construction and management of natural resource data platforms in major foreign geological survey institutions

1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)各類(lèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較好，相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)采集和管理工作分散在中國(guó)科學(xué)院、自然資源部、水利部、林業(yè)和草原局等不同單位及科研院所(表2)[20]，數(shù)據(jù)管理各具特點(diǎn)。例如中國(guó)科學(xué)院建設(shè)的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(CERN)，制定有自身特點(diǎn)的統(tǒng)一的觀測(cè)與分析、觀測(cè)質(zhì)量管理、觀測(cè)指標(biāo)、觀測(cè)的場(chǎng)地及其設(shè)置等系列標(biāo)準(zhǔn)方法，在生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究方面做出了巨大貢獻(xiàn)；但在數(shù)據(jù)共享方面，對(duì)CERN 各成員單位以及科學(xué)院內(nèi)部用戶(hù)、科學(xué)院以外的國(guó)內(nèi)科研用戶(hù)的數(shù)據(jù)服務(wù)都是非盈利性的，CERN 各成員單位對(duì)國(guó)內(nèi)其他用戶(hù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，主要以科技合作方式有償提供[21]?？傮w來(lái)說(shuō)，由于各單位及科研院所管理和監(jiān)管職責(zé)不同，觀測(cè)數(shù)據(jù)管理自成體系，存在觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合程度低、系統(tǒng)性不夠，支撐服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)、自然資源統(tǒng)一管理和重大資源環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題前瞻性研判與決策等方面與新時(shí)代自然資源統(tǒng)一、精準(zhǔn)化管理要求還存在不相適應(yīng)的地方[22-23]，主要表現(xiàn)在：(1)各類(lèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)管理分散。當(dāng)前面臨的最突出問(wèn)題是“九龍治水”的自然資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)、觀測(cè)和評(píng)價(jià)模式尚未解決，多門(mén)類(lèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)分散在不同部門(mén)管理，缺乏綜合性和系統(tǒng)性。加之各管理部門(mén)職責(zé)交叉等因素，同一管理的對(duì)象空間邊界不統(tǒng)一或存在重疊，分類(lèi)體系、指標(biāo)要素、概念語(yǔ)義等差異仍存在。(2)觀測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不統(tǒng)一。目前，各部門(mén)觀測(cè)數(shù)據(jù)管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，既有共性也有各自特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之間缺乏統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)語(yǔ)義、結(jié)構(gòu)、描述規(guī)則等存在差異，數(shù)據(jù)內(nèi)容存在交叉、重復(fù)和不一致等，一定程度上制約了觀測(cè)數(shù)據(jù)集成、融合、交換、管理、共享、服務(wù)、互操作等，不利于全面、客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)和預(yù)判我國(guó)自然資源和生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在和未來(lái)狀況。(3)觀測(cè)數(shù)據(jù)共享度、開(kāi)放度不夠。各部門(mén)間尚未建立完全可行的山水林田湖草多要素觀測(cè)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)機(jī)制，目前只是局部共享、選擇共享，數(shù)據(jù)“孤島”現(xiàn)象依然存在，難以形成支撐服務(wù)山水林田湖草生命共同體理論研究的數(shù)據(jù)體系。

表2 我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域觀測(cè)數(shù)據(jù)管理狀況Table 2 Status of observation data management in related fields in China

續(xù)表2Table 2 (Continued)

1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀對(duì)比分析

從數(shù)據(jù)管理方式上看，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家將集中解決自然資源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、模擬和數(shù)據(jù)綜合管理的問(wèn)題作為工作的重中之重。例如美國(guó)內(nèi)政部較早實(shí)行自然資源綜合管理，實(shí)質(zhì)是綜合管理基礎(chǔ)上的集中統(tǒng)一管理，所屬美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正在主導(dǎo)建立“地球一張圖”大數(shù)據(jù)綜合處理與應(yīng)用平臺(tái)，涵蓋從多門(mén)類(lèi)自然資源要素?cái)?shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、管理和查詢(xún)，到數(shù)據(jù)的科學(xué)整合與分析挖掘，再到數(shù)據(jù)信息的多元化應(yīng)用、定制化產(chǎn)品以及面向預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的綜合信息服務(wù)的全流程工作體系[24]，全面支撐美國(guó)自然資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)與保護(hù)管理。而我國(guó)由于以前自然資源分散管理，各部門(mén)獨(dú)自負(fù)責(zé)相關(guān)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、管理、研究等工作，導(dǎo)致自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合集成管理不夠。

從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)保障上看，美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家在自然資源信息化制度與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面起步早、做得好。例如歐盟在2004 年以立法方式頒布了歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)法令，利用3 個(gè)層次的34 個(gè)數(shù)據(jù)集規(guī)范，建立了歐盟統(tǒng)一的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境空間信息收集、組織與共享的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，2011 年通過(guò)了歐盟議會(huì)立法，在推進(jìn)歐盟成員國(guó)之間的數(shù)據(jù)共享與利用方面取得了良好效果[25]。2018 年，我國(guó)發(fā)布了《科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》[26]，各部門(mén)根據(jù)自身業(yè)務(wù)領(lǐng)域和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)也制定了相關(guān)數(shù)據(jù)管理和共享辦法規(guī)定，但從全國(guó)考慮關(guān)于整個(gè)自然資源領(lǐng)域針對(duì)性、操作性強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理法規(guī)政策欠缺，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系不夠統(tǒng)一。

從基礎(chǔ)設(shè)施管理上看，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)2006 年開(kāi)始建設(shè)“集成信息環(huán)境”，基礎(chǔ)設(shè)施采購(gòu)和運(yùn)行走向集中，并持續(xù)投入。通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施的整合，改變了分散運(yùn)行的模式，并且由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理，從而使其兼容性更好、更具整體支撐效能，為地球科學(xué)研究提供更現(xiàn)代化、高效的基礎(chǔ)設(shè)施條件。對(duì)比國(guó)外做法，我國(guó)對(duì)更廣范圍構(gòu)建共享信息基礎(chǔ)設(shè)施缺乏考慮，存在獨(dú)立建設(shè)、重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象。

從數(shù)據(jù)采集匯聚共享上看，發(fā)達(dá)國(guó)家形成了從數(shù)據(jù)源頭到成果集成共享應(yīng)用的工作模式。例如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局建設(shè)了龐大的水文、災(zāi)害、衛(wèi)星等監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并不斷升級(jí)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。在多專(zhuān)業(yè)多學(xué)科的數(shù)據(jù)管理方面，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)管理美國(guó)全國(guó)的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的采集與分發(fā)，科學(xué)家所使用的數(shù)據(jù)和技術(shù)符合或參考已有的相關(guān)國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。與之相比，我國(guó)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)高效匯聚、成果集成共享方面存在壁壘。

綜上所述，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，統(tǒng)籌山水林田湖草多要素觀測(cè)數(shù)據(jù)管理是科學(xué)發(fā)展的必然規(guī)律，也是國(guó)際數(shù)據(jù)管理研究趨勢(shì)，數(shù)據(jù)價(jià)值在于更加注重服務(wù)自然生態(tài)和人類(lèi)社會(huì)和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，研究重點(diǎn)更加聚焦多門(mén)類(lèi)自然資源間耦合作用關(guān)系和人地耦合關(guān)系。正是這些研究特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)決定了建立統(tǒng)一、全面、動(dòng)態(tài)更新的山水林田湖草數(shù)據(jù)管理平臺(tái)開(kāi)展觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合的緊迫感、重要性。借鑒國(guó)外關(guān)于數(shù)據(jù)管理經(jīng)驗(yàn)做法，構(gòu)建服務(wù)自然資源管理、生態(tài)文明體制改革和生態(tài)文明建設(shè)的觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系，實(shí)現(xiàn)我國(guó)多門(mén)類(lèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效整合和充分應(yīng)用勢(shì)在必行。

2 一體化平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)和觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的意義

2.1 一體化平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)在結(jié)構(gòu)上由物聯(lián)網(wǎng)中心子系統(tǒng)、展示中心子系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)、模型云中心子系統(tǒng)、綜合應(yīng)用管理子系統(tǒng)以及門(mén)戶(hù)網(wǎng)站六大系統(tǒng)構(gòu)成[5-6]，如圖1 所示。

圖1 自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structure diagram of integrated platform for comprehensive observation of natural resource elements

物聯(lián)網(wǎng)中心子系統(tǒng)。作為無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)傳感器及傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間重要本地化中央信息處理中心，支持通過(guò)無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采集傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的物品感知信息，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、保存和分析計(jì)算。

展示中心子系統(tǒng)。集中展示自然資源要素綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)的各種信息，通過(guò)豐富的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，為各級(jí)用戶(hù)提供全面、直觀的業(yè)務(wù)信息。通過(guò)采用單點(diǎn)登錄、統(tǒng)一用戶(hù)管理、應(yīng)用界面集成、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)抽取等技術(shù)，提供統(tǒng)一、方便快捷、豐富完整的自然資源要素展示平臺(tái)。

大數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)。主要將分散存儲(chǔ)和管理的自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合為集中管理的自然資源要素綜合觀測(cè)一體化數(shù)據(jù)庫(kù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)與安全機(jī)制。實(shí)現(xiàn)各類(lèi)自然資源要素觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，涉及位置、范圍、面積等空間信息統(tǒng)一入庫(kù)，并提供共享數(shù)據(jù)出入口，做到數(shù)據(jù)可溯源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、融合與共享。

模型云中心子系統(tǒng)。自然資源要素的綜合分析應(yīng)用需要各要素相應(yīng)的分析計(jì)算模型作為支撐，采用“基于時(shí)間”、“基于事件”和“基于狀態(tài)”等模式，選用多種具有時(shí)空特征的情境進(jìn)行建模，描述各類(lèi)資源要素的空間分布、基本屬性、相互響應(yīng)關(guān)系、相互隸屬關(guān)系等問(wèn)題，對(duì)自然資源各要素的概念和相互關(guān)系給出回應(yīng)。

綜合應(yīng)用管理平臺(tái)。利用自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)中心和數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)支撐，以綜合應(yīng)用模型云為基礎(chǔ)，構(gòu)建自然資源要素觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)用GIS 空間分析及業(yè)務(wù)應(yīng)用模型，構(gòu)建針對(duì)不同資源要素和屬性的專(zhuān)業(yè)輔助分析決策模型，研究自然資源要素的時(shí)空演變稟賦，分析不同資源要素間的影響以及耦合作用關(guān)系等提供技術(shù)平臺(tái)。

門(mén)戶(hù)網(wǎng)站。這是本系統(tǒng)提供的對(duì)外開(kāi)放平臺(tái)，用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜索網(wǎng)站名稱(chēng)或者輸入網(wǎng)址可進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。主要提供實(shí)時(shí)的相關(guān)新聞、科普知識(shí)以及模型資源的實(shí)時(shí)更新信息等。

2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的意義

依托一體化平臺(tái)開(kāi)展對(duì)各類(lèi)自然資源歷史和實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合，保障海量觀測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、保管、匯交、共享和使用，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一檢索、統(tǒng)一展示，為目標(biāo)用戶(hù)提供方便有效的地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)信息服務(wù)。同時(shí)，利用已有科技手段和模型模擬，通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分級(jí)分類(lèi)、加工整理及分析挖掘，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析預(yù)測(cè)，產(chǎn)出不同區(qū)域、不同尺度下自然資源系統(tǒng)演化規(guī)律和生態(tài)環(huán)境退化機(jī)理等科學(xué)認(rèn)知成果，以便開(kāi)展山水林田湖草生命共同體的現(xiàn)狀分析、客觀評(píng)價(jià)，為自然資源統(tǒng)一管理、國(guó)土空間規(guī)劃、國(guó)土空間用途管制、生態(tài)保護(hù)修復(fù)、自然資源督察執(zhí)法等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)工作提供全方位、全過(guò)程的數(shù)據(jù)服務(wù)和決策支撐(圖2)。

圖2 觀測(cè)數(shù)據(jù)融合服務(wù)自然資源管理示意圖Figure 2 Schematic diagram of natural resource management for observation data fusion service

3 基于一體化平臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系框架構(gòu)建

基于對(duì)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的思考，探索構(gòu)建了自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系框架(圖3)。自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系是以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為導(dǎo)向，基于政策法規(guī)、組織機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和融合技術(shù)保障，協(xié)調(diào)多方部委單位的管理職能，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚融合和共享服務(wù)[27]，避免重復(fù)研究、降低管理成本、提高觀測(cè)數(shù)據(jù)資源價(jià)值。該體系包含指導(dǎo)思想、政策法規(guī)體系、組織機(jī)制體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、數(shù)據(jù)融合技術(shù)體系、成果服務(wù)體系。其中，指導(dǎo)思想是方向，政策法規(guī)體系是基礎(chǔ)，組織機(jī)制體系是保障，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是前提，數(shù)據(jù)融合技術(shù)體系是關(guān)鍵，服務(wù)管理體系是目標(biāo)。

圖3 自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系框架圖Figure 3 Framework diagram of natural resource observation data fusion system

3.1 指導(dǎo)思想

以服務(wù)國(guó)家自然資源統(tǒng)一管理為主線(xiàn)，以全面提升自然資源數(shù)據(jù)獲取能力和數(shù)據(jù)保障能力為目標(biāo)，以各類(lèi)自然資源觀測(cè)站網(wǎng)為基礎(chǔ)，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，堅(jiān)持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的新發(fā)展理念，基于自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)，匯聚融合歷史與實(shí)時(shí)、遙感與地面等各類(lèi)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)，推動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯聚互聯(lián)、集成與共享，全面提升觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用效益和潛力價(jià)值，為自然資源綜合管理和資源、生態(tài)、環(huán)境等重大問(wèn)題研究提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和應(yīng)用保障。

3.2 政策法規(guī)體系

借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，制定發(fā)布有針對(duì)性的政策法規(guī)是開(kāi)展自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)，從國(guó)家層面促進(jìn)觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合工作的落實(shí)。目前，相關(guān)部委制定了一些觀測(cè)數(shù)據(jù)管理辦法，但是缺乏法律效力，跨部委約束力弱。因此，實(shí)現(xiàn)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)真正匯聚融合統(tǒng)一管理，需要一系列法規(guī)制度保障，這些制度結(jié)構(gòu)上是相互關(guān)聯(lián)的，功能上是相輔相成的。具體而言，在2018 年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的健全和制定關(guān)于自然資源領(lǐng)域觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)安全與質(zhì)量、數(shù)據(jù)共享服務(wù)等法律法規(guī)，做到觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合有法可依，從法律層面推動(dòng)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合。

3.3 組織機(jī)制體系

針對(duì)我國(guó)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)管理分散，部門(mén)、單位分割的“多龍治水”現(xiàn)象，應(yīng)構(gòu)建統(tǒng)一開(kāi)展觀測(cè)數(shù)據(jù)融合管理的組織機(jī)制體系，落實(shí)自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)管理的主體責(zé)任，并將相關(guān)部委納入管理主體的系統(tǒng)中，從組織機(jī)制上推動(dòng)解決人才聯(lián)動(dòng)、學(xué)科交叉、數(shù)據(jù)融合。具體而言，明確自然資源領(lǐng)域觀測(cè)數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)，統(tǒng)籌負(fù)責(zé)觀測(cè)數(shù)據(jù)管理事宜。建立部委聯(lián)動(dòng)機(jī)制，主管機(jī)構(gòu)與各部委、科研院所、高等院校等簽訂一批戰(zhàn)略合作協(xié)議，明確合作方式和具體內(nèi)容，分步推動(dòng)自然資源“歷史-實(shí)時(shí)-預(yù)測(cè)”綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效匯聚，共同打造具有權(quán)威性、知名度的國(guó)家自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)中心。建立部門(mén)協(xié)作機(jī)制，協(xié)同相關(guān)部門(mén)結(jié)合自然資源觀測(cè)重大需求，形成部門(mén)間定期會(huì)商制度，研究解決觀測(cè)數(shù)據(jù)融合難、共享難等關(guān)鍵問(wèn)題。完善技術(shù)創(chuàng)新型人才激勵(lì)機(jī)制，著力引進(jìn)和培養(yǎng)一批地球系統(tǒng)科學(xué)觀測(cè)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才，穩(wěn)定支持關(guān)鍵核心觀測(cè)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，保障技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用。設(shè)立多部委聯(lián)合創(chuàng)新基金機(jī)制，加大技術(shù)創(chuàng)新基金和裝備研發(fā)基金等資金投入和政策激勵(lì)，促使形成自然資源大數(shù)據(jù)、大平臺(tái)、大應(yīng)用。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是否統(tǒng)一是觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚融合和共享應(yīng)用過(guò)程中的巨大障礙，研究構(gòu)建觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，進(jìn)一步統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一精度、統(tǒng)一基準(zhǔn)、統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一觀測(cè)要求。具體而言，參考已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，增加相應(yīng)的指導(dǎo)或基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，明確系列標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、相互關(guān)系、保障實(shí)現(xiàn)所定目標(biāo)的機(jī)制等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合需求，完善自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)采集技術(shù)、多源異構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚整合、觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、觀測(cè)數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用以及儀器設(shè)備管理等系列專(zhuān)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，逐步建立能夠支撐自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，有效解決觀測(cè)數(shù)據(jù)語(yǔ)義與結(jié)構(gòu)差異，實(shí)現(xiàn)多源、多時(shí)相、多尺度、多分辨率和多種類(lèi)型數(shù)據(jù)的融合與管理。

3.5 數(shù)據(jù)融合技術(shù)體系

研究利用新一代信息技術(shù)，構(gòu)建適應(yīng)現(xiàn)代自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)體系，解決觀測(cè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)路障。具體而言，研究時(shí)間相異、基準(zhǔn)相異、結(jié)構(gòu)相異、平臺(tái)相異等多源異構(gòu)性數(shù)據(jù)人工智能建模算法；開(kāi)發(fā)具有高可靠性、高擴(kuò)展性和高容錯(cuò)性的智能化數(shù)據(jù)處理與分析工具；建設(shè)基于5G、星鏈互聯(lián)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)鏈路，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)傳輸和智能整合；構(gòu)建觀測(cè)數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)體系，研究智能搜索與智能感知、多圈層融合數(shù)據(jù)四維模擬與可視化綜合表達(dá)、數(shù)據(jù)交換共享與發(fā)布等技術(shù)。通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提高數(shù)據(jù)的獲取、訪(fǎng)問(wèn)、集成、共享和互操作性，打通山水林田湖草等自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)從分散到匯聚技術(shù)層面的阻礙。

3.6 成果服務(wù)體系

按照數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)-智慧盤(pán)旋上升的數(shù)據(jù)加工理念，在觀測(cè)數(shù)據(jù)匯聚、融合、分析挖掘的基礎(chǔ)上，形成觀測(cè)數(shù)據(jù)融合成果服務(wù)體系，構(gòu)建支撐業(yè)務(wù)管理的自然資源調(diào)查-觀測(cè)-模擬-預(yù)測(cè)-決策新范式。具體而言，依托自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)，形成山水林田湖草等自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，研究產(chǎn)出觀測(cè)年鑒、數(shù)據(jù)分析報(bào)告、綜合研究報(bào)告、政策建議方案、預(yù)測(cè)預(yù)判和決策模擬等整裝性、系統(tǒng)性成果，有效支撐自然資源和國(guó)土空間格局解析、結(jié)構(gòu)診斷、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、態(tài)勢(shì)預(yù)警等高層次應(yīng)用，不斷提高觀測(cè)數(shù)據(jù)資源價(jià)值和服務(wù)效果，實(shí)現(xiàn)自然資源定量化、精準(zhǔn)化、智慧化管理和科學(xué)決策。

4 結(jié)論與展望

本文通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外自然資源數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，結(jié)合新時(shí)代我國(guó)對(duì)自然資源統(tǒng)一管理的新需求，進(jìn)行了基于自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的思考，相關(guān)研究結(jié)論如下：

對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外自然資源數(shù)據(jù)管理方法，我國(guó)在數(shù)據(jù)管理方式、數(shù)據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)保障、基礎(chǔ)設(shè)施管理、數(shù)據(jù)采集匯聚共享等方面存在差距。

基于自然資源要素綜合觀測(cè)一體化平臺(tái)，提出從指導(dǎo)思想、政策法規(guī)體系、組織機(jī)制體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、數(shù)據(jù)融合技術(shù)體系、成果服務(wù)體系6 個(gè)方面構(gòu)建自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合體系建議。

自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，實(shí)施的過(guò)程中可能會(huì)遇到許多操作性、技術(shù)性等方面難題需要不斷的研究解決。目前，關(guān)于自然資源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合的研究很多，但是還有很多方面內(nèi)容有待深入探索研究，未來(lái)需要考慮自然資源的系統(tǒng)性和整體性，組織開(kāi)展相關(guān)政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工作機(jī)制等內(nèi)容的具體設(shè)計(jì)，圍繞觀測(cè)數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)融合、處理模型、計(jì)算方法、成果表達(dá)等環(huán)節(jié)步驟，深入推進(jìn)技術(shù)協(xié)同與技術(shù)融合。并通過(guò)開(kāi)展試點(diǎn)示范，驗(yàn)證相關(guān)內(nèi)容的科學(xué)性和可行性，以期實(shí)現(xiàn)自然資源觀測(cè)歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)匯聚融合和開(kāi)放共享，更好支撐自然資源監(jiān)管決策、自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)以及自然資源政務(wù)服務(wù)等業(yè)務(wù)需求，為自然資源的一體化管理和國(guó)土空間的統(tǒng)一管控提供精準(zhǔn)、詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐和保障。