劉光明，胡煜，沙峰，謝國鈞，成偉

(1.中科星圖空間技術有限公司,西安 710100；2.陜西省軍民融合信息中心,西安 710100)

0 前言

隨著航天航空對地觀測技術的迅猛發(fā)展，海量地球時空大數(shù)據(jù)與多領域用戶之間存在著越來越高的信息壁壘和技術門檻，數(shù)字地球應運而生. 1998 年，美國副總統(tǒng)戈爾在加利福尼亞科學中心開幕典禮上做了題為“數(shù)字地球：認識二十一世紀我們所居住的星球”的演講，首次系統(tǒng)地闡述了數(shù)字地球的概念. 數(shù)字地球是對時空大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作的整體封裝，是連接多領域用戶與多源地球信息的橋梁. 數(shù)字地球高度集成了航空航天對地觀測系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)、地理信息系統(tǒng)、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、通信，以及多媒體等信息技術，并與地球科學、空間科學、信息科學等學科深度融合，是定量研究地球、深度認識地球、科學分析地球、系統(tǒng)改造地球的有力工具. 最具代表性的數(shù)字地球產(chǎn)品是美國谷歌公司的“Google Earth”. 當前，歐盟、俄羅斯以及我國都在積極研制數(shù)字地球，數(shù)字地球的實現(xiàn)如圖1 所示.

圖1 數(shù)字地球的實現(xiàn)

“北斗+高分”是導航與遙感技術融合的典型代表. 隨著北斗全球化服務的正式啟動和高分系列衛(wèi)星觀測成果的廣泛應用，北斗與高分共同構筑了我國的時空高邊疆. “北斗+高分”是我國自主可控的、最具發(fā)展?jié)摿Φ臅r空基礎設施，也是數(shù)字孿生地球高效采集海量時空大數(shù)據(jù)的主要技術手段. 高分為數(shù)字地球提供了全息鏡像. 北斗為數(shù)字地球傳遞時空基準，實現(xiàn)了虛實地球間的精準映射. 另外，北斗和高分也是實現(xiàn)時空態(tài)勢感知的主要技術.

陳述彭[1-3]介紹了建設數(shù)字地球的戰(zhàn)略意義，推動了數(shù)字地球國產(chǎn)化. 承繼成[4-5]從理論、技術、建設到應用，對數(shù)字地球進行了系統(tǒng)地研究和推廣. 李德仁等[6]提出了數(shù)字地球的智慧化. 龔健雅[7]研究了數(shù)字地球的三維化. 邵宗有[8]提出以“構建北斗為體高分為象的數(shù)字孿生地球”的技術發(fā)展藍圖. 安世亞太科技股份有限公司[9]詳細介紹了數(shù)字孿生技術的概念和框架. 中國信息通信研究院[10-12]詳細論述了數(shù)字孿生城市的總體架構與關鍵技術，介紹了數(shù)字孿生城市的典型場景、應用案例與發(fā)展趨勢. 中國電子技術標準化研究院[13]介紹了數(shù)字孿生技術的應用和標準化工作的現(xiàn)狀與發(fā)展，分析了在技術、管理和商業(yè)方面存在的挑戰(zhàn). 中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會[14]對北斗技術在時空信息領域的融合創(chuàng)新前景做出了前瞻性的論述. 自然資源部科技發(fā)展司[15]詳細介紹了國內(nèi)遙感產(chǎn)品生態(tài)鏈的全貌，闡述了遙感技術在數(shù)字中國等領域的創(chuàng)新應用. 陳銳志等[16]從應用領域進行分類，全面地介紹了導航與遙感技術的融合. 李文[17]提出了北斗、銥星和遙感系統(tǒng)的融合方式，并詳細分析了融合系統(tǒng)的性能.

1 數(shù)字孿生地球的概念

“數(shù)字化”是將真實世界的時空、幾何、物理、自然和社會等屬性信息，在計算機虛擬世界進行描述、存儲和表達的技術. “孿生”的概念起源于美國國家航空航天局的“阿波羅計劃”，即構建兩個相同的航天飛行器，將其中一個發(fā)射到太空執(zhí)行任務，另一個留在地球上用于反映太空中航天器在任務期間的工作狀態(tài)，從而輔助工程師分析處理太空中出現(xiàn)的緊急事件. 這兩個航天器都是真實存在的物理實體.

不同行業(yè)對數(shù)字孿生的定義不同，結合時空信息領域的特點，我們認為“數(shù)字孿生”是在數(shù)字化的基礎上，進一步實現(xiàn)了虛實世界之間在全生命周期內(nèi)的實時連接和同步更新，并通過仿真模擬、分析推演、預測預警，為規(guī)劃、設計和決策提供最優(yōu)方案，進而對真實世界進行資源調(diào)度、遠程操控和綜合治理. 數(shù)字孿生的核心思想可概況為自實生虛、虛實互連、以虛控實三點. 隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展，數(shù)字孿生技術已在工業(yè)制造、城市管理、電力、農(nóng)業(yè)、建筑等領域得到了廣泛的應用. 數(shù)字孿生地球則是數(shù)字孿生技術最有想象力的應用之一.

陳述彭院士指出，當我們通過衛(wèi)星、飛機、氣球、地面測繪、地球化學或地球物理等觀測手段獲得地球的大量數(shù)據(jù)，用計算機把它們同應用模型結合起來，在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)里把真實的地球重現(xiàn)出來，形成一個巨系統(tǒng)時，它所提供的數(shù)據(jù)和信息將使人類能夠更有效地管理地球，甚至人類本身. 這樣一個巨系統(tǒng)，就是“數(shù)字地球”.

“數(shù)字地球”是對海量地球時空大數(shù)據(jù)及其操作的整體封裝，是連接多領域用戶與多源地球信息的橋梁. 當前，數(shù)字地球不僅是數(shù)字化的地球，而且它已具備了數(shù)字孿生地球的基本要素，但在智慧、融合、協(xié)同等方面還存在一定的差距. “數(shù)字孿生地球”是數(shù)字地球的高級階段.

隨著應用的拓展、需求的增加和技術的發(fā)展，數(shù)字地球正在向數(shù)字孿生地球快速進化. 在地球時空大數(shù)據(jù)方面，數(shù)字地球正經(jīng)歷著從二維到四維、從靜態(tài)到動態(tài)、從幾何到物理、從地表到鄰地空間、從對地觀測到泛在物聯(lián)感知、從自然資源到人文生態(tài)的擴展. 在服務能力方面，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、模擬仿真、虛擬現(xiàn)實(VR)等技術，以及地球物理等學科的快速發(fā)展，有力地推動了數(shù)字地球的智慧化程度. 在具體應用方面，數(shù)字地球已在政府綜合管理和行業(yè)垂直領域得到了廣泛地應用，也為進一步融合各種異構智慧體，實現(xiàn)共智共治提供了數(shù)據(jù)、業(yè)務和技術的積累.

“智慧體”是一個理想化的目標. 智慧體有不同層次的具體實現(xiàn)，或者聚焦于解決行業(yè)痛點，或者偏重于信息化建設，或者主打人工智能和可視化. 目前，數(shù)字孿生技術是實現(xiàn)智慧體的最優(yōu)方案. “元宇宙”基于數(shù)字原生技術，目的是構建虛擬社會；“數(shù)字孿生地球”以真實世界為主，目的是治理真實世界. 這兩者在理念和技術方面有很多共性，最終會走向融合共生.

2 數(shù)字孿生地球的構建

2.1 關鍵步驟

如圖2 所示，基于移動通信、互聯(lián)網(wǎng)絡、海量存儲、高性能計算等共性信息基礎設施，數(shù)字孿生地球的構建可分為6 個關鍵步驟：全鏈可信時空、全息精準映射、實時泛在感知、多模數(shù)據(jù)融合、單體時空智慧、全域共智共治.

圖2 數(shù)字孿生地球的架構

這6 個步驟之間的邏輯關系如下：

1)全鏈可信時空

時空大數(shù)據(jù)在采集、存儲、共享、處理和應用的全生命周期內(nèi)都具有分布式特點，以往建立大數(shù)據(jù)中心的方法難以應對航天航空對地觀測技術的迅猛發(fā)展，協(xié)作共享已經(jīng)成為趨勢，而協(xié)作的前提是建立互信機制. 所有高價值的分布式行為，都可以應用區(qū)塊鏈技術來解決協(xié)作中的信任問題[18-21].

2)全息精準映射

利用北斗、高分和新型測繪等技術獲取的時空數(shù)據(jù)，可建立數(shù)字化的地球，實現(xiàn)全息鏡像和精準映射.

3)實時泛在感知

實時泛在感知實現(xiàn)了虛實地球之間在全生命周期內(nèi)的實時連接和同步更新.

4)多模數(shù)據(jù)融合

映射層和感知層采集的時空大數(shù)據(jù)具有海量、異構、動態(tài)、非結構化等特點，對數(shù)據(jù)的管理、查詢、分析和融合提出了巨大的挑戰(zhàn). 傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)的專題圖層模式難以滿足要求，北斗網(wǎng)格位置碼是更有效的數(shù)據(jù)組織模式.

5)單體時空智慧

利用融合后的時空大數(shù)據(jù)驅動人工智能、模擬仿真和分析推演，可為規(guī)劃、設計和決策提供最優(yōu)方案，進而對真實世界進行資源調(diào)度、遠程操控和綜合治理.

6)全域共智共治

在不同行業(yè)領域間有很多共性需求和交叉應用，單體智慧無法得到全局最優(yōu)方案，存在重復建設和資源浪費等問題. 因此要打通地域和行業(yè)間的壁壘，跨界融合各種異構單體智慧，實現(xiàn)全域共智共治.

2.2 全鏈可信時空

時空大數(shù)據(jù)在采集、存儲、共享、處理和應用的全生命周期內(nèi)都具有分布式特點，以往建立大數(shù)據(jù)中心的方法難以應對航天航空對地觀測技術的迅猛發(fā)展，協(xié)作共享已經(jīng)成為趨勢，而協(xié)作的前提是建立互信機制. 所有高價值的分布式行為，都可以應用區(qū)塊鏈技術來解決協(xié)作中的信任問題. 區(qū)塊鏈技術起源于虛擬貨幣，通過共識算法保證了賬本可信. 將區(qū)塊鏈技術用于現(xiàn)實世界時應該同時保證賬本可信、物理可信和時空可信.

賬本可信指：區(qū)塊鏈具有去中心化、集體維護、公開透明、不可篡改、全程留痕、可追溯等特點. 物理可信指：區(qū)塊中需要記錄的過程視頻、現(xiàn)場照片、文件資料，氣象和環(huán)境等物聯(lián)感知，以及時空標簽都是可信的，可作為一個事件的物理證明. 如果在物理證明的采集和錄入時就發(fā)生了有意或無意的錯誤，那就不能保證事件的可信性. 時空可信指：任何事件都必須遵守時空的秩序，區(qū)塊中記錄的人、物、事、時間、地點的時空邏輯必須自洽. 事件總是在時空中發(fā)生，其物理信息與時空標簽共同組成了時空數(shù)據(jù). 因此，物理可信與時空可信往往是相互制約、相互佐證的.

北斗的作用不僅僅是能便捷可靠地采集時空標簽，更深層的意義在于北斗定位、導航和授時(PNT)服務具備時空可信性，具體包括服務泛在性、基準統(tǒng)一性、時空自洽性、因果必然性和共識同步性. 憑借北斗PNT 服務的時空可信性，就能有效地維護時空秩序、規(guī)避時空歧義、證明時空自洽、達成時空共識，最終構建可信時空.

“北斗+區(qū)塊鏈”在數(shù)字孿生地球中的應用場景包括：流程全鏈監(jiān)管、資源高效共享和任務眾創(chuàng)協(xié)作.其中，流程全鏈監(jiān)管可分為實物流通、數(shù)據(jù)流轉和業(yè)務流程三類，資源高效共享可分為數(shù)據(jù)共享、設備和人力共享三類，任務眾創(chuàng)協(xié)作可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和算法研發(fā)三類.

2.3 全息精準映射

數(shù)字孿生地球的基礎平臺是一個以“北斗為體”“高分為象”的數(shù)字地球.

“高分為象”指：高分可從全球視野精細探測地表、大氣、海洋及其附屬物的幾何和物理狀態(tài)，體現(xiàn)為萬物萬象的形態(tài)、影像、高光譜、微波和重磁場等信息，通過數(shù)據(jù)處理形成的多種類高分產(chǎn)品，構成了數(shù)字孿生地球的“皮膚”，實現(xiàn)了虛實地球之間的全息鏡像.

另外，利用無人機遙感、車載測繪等新型測繪技術，快速獲取局部區(qū)域的高光譜、多視角影像或激光雷達點云數(shù)據(jù)，構建實景三維、建筑信息模型和高精度地圖，可大幅度提升數(shù)字孿生地球在特定應用場景中的鏡像粒度.

只有在確定的時空基準中，高分和新型測繪產(chǎn)品才能與真實地球建立精準映射關系. “北斗為體”指：北斗為高分和新型測繪產(chǎn)品傳遞高精度時空基準，是數(shù)字孿生地球的“骨骼”，實現(xiàn)了虛實地球之間的精準映射.

北斗系統(tǒng)全球性、全天候、高精度的PNT 服務，是為高分產(chǎn)品傳遞時空基準的主要方法. 北斗PNT服務可為數(shù)字孿生地球的實時動態(tài)服務和多時相高分產(chǎn)品傳遞高精度時間基準. 利用北斗增強定位服務采集像控點的精確坐標，可實現(xiàn)高分影像的有控定位. 星載北斗接收機可為高分衛(wèi)星精密定軌定姿[22]，進而實現(xiàn)高分產(chǎn)品的無控定位. 有控定位和無控定位都是通過北斗系統(tǒng)將空間基準傳遞到高分產(chǎn)品的過程.

數(shù)字孿生地球的時空基準包括：時間基準、坐標基準、高程與深度基準、重力基準. 利用北斗高精度增強服務可以高效地實現(xiàn)多源高分產(chǎn)品的基準統(tǒng)一[23].基準統(tǒng)一的方法與產(chǎn)品精度有關，如果數(shù)據(jù)精度遠低于基準轉換改正數(shù)，則可以不做基準轉換. 例如，現(xiàn)代地心坐標基準之間和高程基準之間的差異不到1 m，而全球衛(wèi)星遙感影像無控定位精度低于3 m，全球數(shù)字高程產(chǎn)品精度約10 m，在這種情況下可忽略基準間的差異.

2.4 實時泛在感知

實時泛在感知實現(xiàn)了虛實地球之間在全生命周期內(nèi)的實時連接和同步更新.

數(shù)字孿生地球強調(diào)虛實之間的連接與互動，需要實時接入攝像頭、氣象、環(huán)境、市政基礎設施狀態(tài)等泛在物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，政務、社會、行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)等多源專題信息數(shù)據(jù)，以及車輛、船艦、人員、物品等動態(tài)時空態(tài)勢數(shù)據(jù).

這些多模異構數(shù)據(jù)必須打上統(tǒng)一的時空標簽，才能有效地進行關聯(lián)、融合和分析. 北斗PNT 服務，可精準感知事物本體的時間、位置、姿態(tài)和軌跡等信息，為萬事萬物提供了絕對時空標簽. 通常，還將北斗與慣性導航(IMU)、視覺導航或室內(nèi)導航等技術組合成綜合PNT 系統(tǒng)，以提升導航定位的彈性. 高分則用于非合作目標識別，并在宏觀尺度上把握事物之間，以及事物與背景環(huán)境之間的相對時空關系. 北斗與高分不僅是數(shù)字孿生地球的“骨骼”和“皮膚”，還是用于時空感知的兩只“眼睛”.

通常，海量時空大數(shù)據(jù)采用云平臺進行存儲和計算，對于體量大的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)和需要實時處理的數(shù)據(jù)，則采用邊緣計算方式，只在云和端之間互傳最關鍵的信息. 第五代移動通信技術(5G)具有低延遲和高帶寬的特性，改善了數(shù)據(jù)和算力部署的靈活性. 綜合5G 和云邊協(xié)同技術，可以提高移動應用端設備或智能傳感器的輕量化配置和快速反應能力. 北斗短報文則解決了在無移動信號特殊場景下的低成本衛(wèi)星通信需求.

2.5 多模數(shù)據(jù)融合

時空大數(shù)據(jù)包括地球物理數(shù)據(jù)、鄰地空間信息、測繪地理數(shù)據(jù)、時空態(tài)勢數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)、公共/行業(yè)專題數(shù)據(jù)等，具有海量、多源、異構、多維、多尺度、動態(tài)、非結構化等特點，對數(shù)據(jù)的管理、查詢和分析提出了巨大的挑戰(zhàn)[24-25]. 傳統(tǒng)GIS 的專題圖層模式難以滿足要求，北斗網(wǎng)格位置碼是更有效的數(shù)據(jù)組織模式.

由于網(wǎng)格化在建模、發(fā)布、檢索、使用等方面的高效性、便利性，網(wǎng)格技術已經(jīng)在傳統(tǒng)地理信息領域得到了廣泛應用. 例如，地理格網(wǎng)、地圖分幅、影像瓦片、柵格地圖、數(shù)字高程圖等等. 隨著全球一體化、數(shù)字化、智能化進程的發(fā)展，對時空大數(shù)據(jù)的組織方式提出了更高要求，網(wǎng)格模型的功能從早期的空間數(shù)據(jù)索引、地圖應用與地理現(xiàn)象表達，開始向多源異構時空數(shù)據(jù)融合及大數(shù)據(jù)分析與挖掘等新方向拓展.

北斗網(wǎng)格位置碼基于2000 國家大地坐標系(CGCS2000)坐標基準，將地球時空劃分為多層次的時空網(wǎng)格，并將所有實體和信息封裝在一個或多個網(wǎng)格中. 每個網(wǎng)格被賦予唯一編碼，實現(xiàn)了“一位一碼、一物一碼、一事一碼”. 這種數(shù)據(jù)組織模式可直接面向空間實體對象，通過時空標簽匹配，將原本分層獨立的信息組合關聯(lián)到實體上，實現(xiàn)實體信息的結構化、語義化以及全局標識，形成實體的全息屬性，并基于實體構建無尺度時空數(shù)據(jù)庫和知識圖譜. 北斗網(wǎng)格位置碼以實體為基本顆粒，以網(wǎng)格為數(shù)據(jù)容器，以編碼為索引主鍵，更適用于多模多層時空大數(shù)據(jù)融合和跨模透層互操作，在數(shù)據(jù)存儲管理、查詢統(tǒng)計、時空分析、三維可視化、知識挖掘等方面更有效率，便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、有序整合和綜合應用.

2.6 單體時空智慧

早期的3S 集成技術是集數(shù)據(jù)采集、存儲管理、圖像處理、定量分析等功能為一體的時空信息系統(tǒng)，局限于對傳統(tǒng)圖像和圖層的處理分析，缺乏對復雜時空問題的分析和決策能力. 單體智慧是在3S 集成的基礎上，融合時空大數(shù)據(jù)、三維建模、物聯(lián)感知、人工智能等新技術，實現(xiàn)感知連接、仿真分析、規(guī)劃決策等功能，以滿足特定地域、特定領域的需求. 例如：三維GIS、時空大數(shù)據(jù)平臺、城市信息模型、城市大腦、智慧城市、智慧交通等.

數(shù)字孿生地球具有可逆、可重塑、可回溯的特性，可通過時空分析、仿真預測、人工智能和可視化等技術，為用戶提供輔助決策，進而調(diào)度、操控和治理真實世界. 一方面，依據(jù)真實世界運行的規(guī)律和機理，構建物理、自然、社會等多學科模型庫，通過輸入實時狀態(tài)和邊界條件，進行仿真模擬、分析推演和預測預警，為規(guī)劃、設計和決策提供最優(yōu)方案. 另一方面，對運行機理不明確的復雜時空問題，采用以計算機視覺為代表的人工智能技術，通過海量時空大數(shù)據(jù)驅動模式識別和深度學習，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)中的知識，洞察時空的本質(zhì)規(guī)則，并進行自我迭代進化.

全場景、全流程的混合現(xiàn)實(MR)技術可實現(xiàn)三維實體、應用場景、標繪量測、業(yè)務流程和拓撲關系的可視化，為分析、仿真、規(guī)劃、監(jiān)管和決策提供了沉浸式的多模態(tài)、多感官虛實交互方式，有助于對問題的認知、理解和探索，還可以實現(xiàn)對智能傳感器、無人機、機器人和智能家電的遠程實時操控[26-27].

單體智慧局限于特定地域、特定領域的需求，或者聚焦于解決行業(yè)痛點，或者偏重于信息化基礎建設，或者以人工智能和可視化為主，相互之間存在數(shù)據(jù)孤島、業(yè)務煙囪、行業(yè)壁壘等問題，需要立足更高的站位進行融會貫通.

2.7 全域共智共治

在不同行業(yè)領域間有很多共性需求和交叉應用，單體智慧無法得到全局最優(yōu)方案，存在重復建設和資源浪費等問題. 因此要打通地域和行業(yè)間的壁壘，跨界融合各種異構單體智慧，實現(xiàn)全域共智共治.

數(shù)字孿生地球對時空大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作進行了整體封裝，特點是全球覆蓋、全息鏡像、全流程操作、全領域協(xié)同. 其中，全球覆蓋包括了地表、海洋、海底、大氣和地質(zhì)構造等；全息鏡像包括了影像、微波、高程、重磁場和物聯(lián)感知等；全流程操作包括了數(shù)據(jù)的采集、處理、承載、可視化和應用等；全領域協(xié)同則包括了農(nóng)業(yè)、交通、生態(tài)、應急和位置服務等. 同時，數(shù)字孿生地球還具備可廣泛兼容、可柔性擴展、可持續(xù)進化的基礎框架，是各種異構智慧體承載和融合的時空底座.

數(shù)字孿生地球充分融合北斗、高分、新型測繪、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、5G、云邊協(xié)同、網(wǎng)格碼、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術，基于全局性的頂層設計架構和統(tǒng)一的時空基準、統(tǒng)一的網(wǎng)格編碼、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一的技術規(guī)范，跨界集成多地域、多領域、多平臺異構智慧體，對其進行解耦、整合和重構，再經(jīng)過多模數(shù)據(jù)深度融合、異構模型關聯(lián)分析、多線業(yè)務閉環(huán)聯(lián)動，實現(xiàn)異構智慧體之間共享智慧、協(xié)同治理、同步進化，為政府綜合管理、垂直領域應用、大眾個性服務等應用，提供全方位的解決方案.

3 機遇與挑戰(zhàn)

“十四五”規(guī)劃提出了以“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”為導向的數(shù)字經(jīng)濟新戰(zhàn)略，將“北斗與高分融合的數(shù)字孿生地球”推向了時代的風口浪尖.

1)自主可控是立身之本. 國產(chǎn)數(shù)字孿生地球將立足于擁有核心的知識產(chǎn)權、可持續(xù)的研發(fā)技術鏈、閉環(huán)的國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模化的應用生態(tài)鏈，為加速新基建和數(shù)字化轉型搭建通用的支撐平臺.

2)融合創(chuàng)新是必由之路. 只有融合創(chuàng)新才能持續(xù)拓展行業(yè)應用領域、挖掘業(yè)務增長點、擴大市場規(guī)模、并衍生無限可能. “北斗與高分融合的數(shù)字孿生地球” 將與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、5G、云邊協(xié)同、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實等新技術深度融合，為培育共智共治生態(tài)圈提供開放的時空底座.

3)大眾應用是藍海市場. 當前，數(shù)字孿生地球以政府和行業(yè)領域服務為主，市場容量存在天花板. 以谷歌地球退出中國市場為契機，從主打應用產(chǎn)品，轉變?yōu)橐赃\營服務為牽引，以戶外運動、社交游戲、位置服務等大眾應用為抓手，通過跨界融合、業(yè)務升級和生態(tài)重構，促進服務大眾化和應用規(guī)模化，是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略.

4)國際市場是布局方向. 國產(chǎn)數(shù)字孿生地球將打破時空信息服務長期以來被發(fā)達國家壟斷的局面. 踐行“一帶一路”倡議，逐步拓展國際市場，打造性價比更高的中國品牌，是產(chǎn)業(yè)的布局方向.

當前，從數(shù)字地球向數(shù)字孿生地球進化還面臨著一些技術挑戰(zhàn). 在全鏈可信時空方面，要實現(xiàn)從理論到落地，再到產(chǎn)生效益，還需要繼續(xù)探索. 在全息精準映射方面，面臨著不斷增長的海量時空大數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、共享和應用等挑戰(zhàn). 在實時泛在感知方面，存在數(shù)據(jù)并發(fā)規(guī)模、數(shù)據(jù)實時處理、系統(tǒng)穩(wěn)定性等挑戰(zhàn). 在多模數(shù)據(jù)融合方面，需要從底層重新定義數(shù)據(jù)結構，并對整個業(yè)務邏輯進行重構. 在單體時空智慧方面，人工智能技術目前還是以視覺和語言等感知智能為主，缺乏對復雜系統(tǒng)的支撐能力. 在全域共智共治方面，要打破地域和行業(yè)間的壁壘，還有較長的路要走.

4 結束語

隨著地球科學和信息科學的高速發(fā)展，各種新理論、新技術、新應用層出不窮，因此，對數(shù)字孿生地球的定義是階段性的，數(shù)字孿生地球的進化也是沒有止境的. 數(shù)字孿生地球的構建需要多種高新技術支撐，其中最底層的是通信、網(wǎng)絡和計算機技術，最關鍵的是北斗、高分、數(shù)字孿生與數(shù)字地球的融合. 另外，“北斗+區(qū)塊鏈”和北斗網(wǎng)格位置碼對數(shù)字孿生地球基礎能力的提升有重要作用；人工智能和模擬仿真決定了數(shù)字孿生地球的智慧；跨界融合各種異構單體智慧，實現(xiàn)全域共智共治，則是數(shù)字孿生地球的理想狀態(tài).

數(shù)字孿生地球是時空信息技術和全球信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物. 抓住戰(zhàn)略機遇，立足于自主可控，培育時空信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，促進服務大眾化、應用規(guī)?；褪袌鰢H化，打造不見而知，不行而至、不謀而智、不為而治的數(shù)字孿生地球，將有效地促進人與自然、人與社會之間的和諧相處，為人類的發(fā)展做出巨大的貢獻.