劉聚海，程立海，耿 雯，王貴和，劉天羽，胡 玥，董 瑾

（自然資源部信息中心，北京 100812）

0 引言

自然資源部黨組書記、部長王廣華提出，自然資源科技創(chuàng)新是國家科技創(chuàng)新體系的重要領域，是推動構建新發(fā)展格局、實現(xiàn)高質量發(fā)展、深層次解決資源環(huán)境問題的重要途徑，“十四五”時期自然資源部要著力增強科技創(chuàng)新能力，持續(xù)激發(fā)創(chuàng)新潛力，矢志以科技創(chuàng)新賦能高質量發(fā)展[1]。自然資源部黨組對進一步提升自然資源科技創(chuàng)新能力提出目標和要求，作出工作部署[2]。

自然資源信息化科技創(chuàng)新是自然資源科技創(chuàng)新“四梁八柱”體系的重要組成部分。作為履行統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產所有者職責、統(tǒng)一行使所有國土空間用途管制和生態(tài)保護修復職責的重要手段，自然資源信息化離不開科技創(chuàng)新的驅動。當前，云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能（artificial intelligence，AI）、元宇宙、第五代移動通信技術（5th-Generation Mobile Communication Technology，5G）等新技術、新概念層出不窮，正在深刻改變著社會。解決數(shù)字技術對自然資源管理有效供給的“最后一公里”問題，必須依靠科技創(chuàng)新，通過新技術應用重塑信息化架構、設計技術集成應用解決方案，為自然資源信息化注入新的活力。本文認為，在數(shù)字時代背景下，以下4 個方面、13 個自然資源信息化科技創(chuàng)新問題值得關注。本研究主要基于技術層面，不涉及同樣是科技創(chuàng)新重大問題的人才培養(yǎng)和科研管理制度。

1 構筑支撐自然資源管理數(shù)字化轉型的數(shù)字底座

數(shù)字化轉型是當今最具熱度的關鍵詞之一。普遍認為數(shù)字時代肇始于20 世紀90 年代蒂姆·伯納斯·李發(fā)明出萬維網，隨著技術迭代升級和融合應用，數(shù)字技術正在加速推動社會轉型升級。面對數(shù)字化帶來的機遇和挑戰(zhàn)，黨中央、國務院不失時機地對數(shù)字政府建設和數(shù)字經濟發(fā)展作出重大決策部署，提出目標、要求和總體布局[3-4]?！吨腥A人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》將“加快數(shù)字化發(fā)展 建設數(shù)字中國”單獨成篇，將“提高數(shù)字政府建設水平”單獨成章[5]?！丁笆奈濉眹倚畔⒒?guī)劃》更是將數(shù)字中國建設作為發(fā)展目標，將加快數(shù)字化發(fā)展作為總抓手，將數(shù)字技術和數(shù)字化貫穿重大任務、重點工程和優(yōu)先行動[6]。學界對數(shù)字時代背景下數(shù)字政府建設開展了時代背景、歷史邏輯、本質特征等方面的理論研究[7]，并進行了實現(xiàn)路徑、建設模式等方面的實踐探索[8-10]。

自然資源部成立伊始確立了自然資源信息化總體構架，即以自然資源“一張網”（以下簡稱“一張網”）、自然資源實景三維“一張圖”（以下簡稱“一張圖”）和國土空間基礎信息平臺為支撐，構建自然資源調查監(jiān)測評價、監(jiān)管決策和“互聯(lián)網+政務服務”三大應用體系[11-12]。本文認為，當前和今后一個時期，自然資源信息化應聚焦自然資源管理數(shù)字化轉型，以“一張網”“一張圖”和國土空間基礎信息平臺為基本框架，通過架構重塑和新技術加持，構建“數(shù)據(jù)+算法+算力”的自然資源數(shù)字空間基礎設施和數(shù)字化業(yè)務支撐平臺，形成自然資源管理數(shù)字化轉型的數(shù)字底座。

1.1 將國土空間基礎信息平臺重塑為支撐數(shù)字化轉型的“能力中臺”

根據(jù)《自然資源部信息化建設總體方案》對國土空間基礎信息平臺的定位，該平臺兼具數(shù)據(jù)中臺、技術中臺屬性及業(yè)務中臺的部分特質，內嵌智能化技術元素，為資源的內部集成和外部互通預留了開放接口，從技術層面將面向服務的11 個業(yè)務板塊抽象為三大應用體系。從頂層設計角度看，國土空間基礎信息平臺具有滿足現(xiàn)實需求的合理性、面向未來發(fā)展的前瞻性，吸引了自然資源信息化機構、學界、企業(yè)界專家的關注。開展了平臺構建的關鍵技術研究[13-14]并付諸建設實踐[15-16]，進一步深化平臺數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)中臺構建和適應自然資源數(shù)據(jù)多源復雜特點的分布式數(shù)據(jù)庫管理技術機制的研究[17-19]，基于統(tǒng)一平臺構建一體化政務服務和審批監(jiān)管系統(tǒng)[20-23]，對智能化應用進行了有益嘗試[24]。

回顧自然資源信息化漸進式的發(fā)展歷程[25]，對標科學決策、智慧監(jiān)管、精準治理、泛在可及服務、動態(tài)感知和立體防控等數(shù)字政府建設的價值取向，展望數(shù)字技術塑造未來社會的趨勢，國土空間基礎信息平臺的本質屬性決定了通過架構重塑、技術升級和融合創(chuàng)新，可以作為自然資源管理數(shù)字化轉型的業(yè)務支撐平臺?？傮w思路上，本文認為，應強化平臺的中臺功能，在已具備的數(shù)據(jù)中臺、技術中臺功能基礎上，豐富完善業(yè)務中臺功能，補齊智能中臺功能短板，真正做到平臺對業(yè)務應用、數(shù)據(jù)的統(tǒng)合作用。中臺的概念源于解決“小而全”且互不關聯(lián)的“煙囪式”系統(tǒng)造成的重復浪費等弊端，但其敏捷、復用的優(yōu)勢必然轉化為對應用創(chuàng)新的專注和應對不確定性的靈活，切合了嚴守資源安全底線、優(yōu)化國土空間格局、促進綠色低碳發(fā)展、維護資源資產權益等自然資源工作對復雜多變的數(shù)字化應用場景的需求，同時可有效應對信息系統(tǒng)設計和開發(fā)初期需求的不確定性。

具體實現(xiàn)途徑上，形成平臺在應用中自我進化技術機制，實現(xiàn)數(shù)字化能力的持續(xù)沉淀和輸出。強化平臺能力輸出，創(chuàng)建的“數(shù)字原生”系統(tǒng)應基于國土空間基礎信息平臺已有的通用技術（或組件）和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務；強化平臺能力沉淀，在面向土地、礦產資源、海洋、測繪地理信息、林草等業(yè)務板塊創(chuàng)建“數(shù)字原生”系統(tǒng)過程中，按照調查監(jiān)測評價、一體化政務服務、監(jiān)管決策進行抽象歸納，以業(yè)務組件形式在國土空間基礎信息平臺中沉淀，支撐新的應用場景創(chuàng)建，實現(xiàn)“一處創(chuàng)建、多處共享”；強化智能中臺功能，在應用中補齊平臺智能化技術組件的短板。根據(jù)近年的自然資源信息化建設實踐[26]，參考高頻、多樣化業(yè)務場景的電商平臺技術選型，基于平臺的自然資源數(shù)字化應用在技術實現(xiàn)上宜采用馬赫（MACH）架構[27]，即綜合集成微服務（microservices）、應用程序接口（application programming interface，API）優(yōu)先（API-first）、云原生（cloud-native）軟件即服務（software as a service，SaaS）、“無頭”（headless）技術，實現(xiàn)故障隔離、應用系統(tǒng)敏捷開發(fā)和無縫連接。

1.2 構建以數(shù)據(jù)要素化為目標的自然資源大數(shù)據(jù)治理體系

“一張圖”作為自然資源信息化的一面旗幟，已積累了相當豐富的數(shù)據(jù)資源，在自然資源政務服務、監(jiān)管決策和信息服務中發(fā)揮了重要支撐作用。近年來，各方圍繞“一張圖”設計與建設開展了大量研究，在設計思路與數(shù)據(jù)內容上，重點突出了“一張圖”的三維屬性[28-30]，在數(shù)據(jù)治理研究與實踐方面邁出了重要一步[31-33]。

數(shù)字經濟時代數(shù)據(jù)已成為重要的生產要素。當前“一張圖”數(shù)據(jù)的要素屬性還沒有充分體現(xiàn)出來，數(shù)據(jù)架構和質量等因素限制了自然資源數(shù)據(jù)價值的更深入挖掘，需要構建自然資源大數(shù)據(jù)治理體系，實現(xiàn)自然資源數(shù)據(jù)的要素化。數(shù)據(jù)治理內容非常廣泛，涉及數(shù)據(jù)確權、質量提升、數(shù)據(jù)安全等諸多方面，本部分重點探討數(shù)據(jù)質量提升和數(shù)據(jù)架構完善的技術實現(xiàn)路徑。數(shù)據(jù)質量決定了數(shù)據(jù)要素發(fā)揮效能的上限，“一張圖”建設的起點是在國土資源、測繪地理信息、海洋、林草分散管理時期積累的標準不一海量數(shù)據(jù)，與獲取的互聯(lián)網社會感知數(shù)據(jù)、相關行業(yè)數(shù)據(jù)等相互交織，對釋放這些互不關聯(lián)、海量數(shù)據(jù)的潛在價值帶來極大挑戰(zhàn)。

針對自然資源大數(shù)據(jù)特點，數(shù)據(jù)治理的關鍵技術包括以下內容。構建多源異構自然資源數(shù)據(jù)匯聚融合技術體系；在自然資源信息化標準體系框架[34]和自然資源數(shù)據(jù)目錄體系下[35]，研制統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和信息系統(tǒng)建設、自然資源大數(shù)據(jù)管理與分析處理技術規(guī)范；從分散系統(tǒng)向省級或全國統(tǒng)一系統(tǒng)轉變；開展自然資源大數(shù)據(jù)質量動態(tài)體檢與評估技術研究；明確“一張圖”數(shù)據(jù)構成，時空大數(shù)據(jù)[36]、地質大數(shù)據(jù)[37]等自然資源領域特殊數(shù)據(jù)集應作為“一張圖”的組成部分，其核心數(shù)據(jù)在物理上納入“一張圖”，但由于其服務對象廣泛或場景特殊，仍可作為獨立的數(shù)據(jù)服務平臺提供公共服務；數(shù)據(jù)架構增加“訓練數(shù)據(jù)層”，適應人工智能應用需求；將“一張圖”中專題數(shù)據(jù)與應用系統(tǒng)解耦化，增強自然資源數(shù)據(jù)要素的供給能力。

1.3 研制面向“算法行政”的自然資源輔助決策算法

隨著社會智能化程度的提高，算法已經深度融入經濟和商業(yè)領域，疫情防控期間成為社會治理不可或缺的工具，并強勢介入個人的日常生活。在算法日益滲透到社會經濟各領域的背景下，算法權力向行政領域擴張就成為必然趨勢，將行政決策和預測判斷交給算法的“算法行政”應運而生。法律和政務管理領域專家在深入剖析算法權力異化和撼動行政基本原則風險的同時，提出通過“算法問責”等技術措施消解技術帶來的沖擊[38-40]。

近年來，“算法行政”模式悄然介入自然資源領域高頻政務服務事項，一些地方為落實優(yōu)化營商環(huán)境，開發(fā)了不動產登記智能審批系統(tǒng)[41-42]，通過算法自動核驗材料和集成共享信息，實現(xiàn)了登記業(yè)務的自動化受理和審核。自然資源政務服務和監(jiān)管預警事關資源要素保障、國計民生和資源安全，研制自然資源輔助決策算法成為必然選擇。這里所說的決策，相當于管理學家西蒙尼提出的“管理就是決策”中的廣義決策概念。自然資源輔助決策算法關鍵技術包括，對自然資源審批等政務服務事項背后的行政邏輯進行編程并嵌入“一張圖”數(shù)據(jù)服務和信息共享集成，實現(xiàn)政務服務全天候運行，打造“秒批秒辦”“即送即審”“24小時不打烊”等高品質政務服務；以“一張圖”中沉淀的長時間序列、空間全覆蓋的三維海量數(shù)據(jù)為深度學習算法“訓練場”，智能化判讀識別自然資源要素，通過算法輸出最優(yōu)的國土空間開發(fā)格局和資源配置方案，挖掘數(shù)據(jù)要素中的潛藏知識并升華為對未來不確定性的洞察能力。

1.4 構建以“自然資源云”為基礎的“云-邊-端”一體化自然資源大數(shù)據(jù)異構算力架構

“自然資源云”建成以來，隨著系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的上云[43]及云原生開發(fā)，形成了對分布式云資源的管理調度能力[44-45]，為自然資源信息化提供了有效的設施保障。從外部技術環(huán)境看，隨著摩爾定律瀕臨失效、大數(shù)據(jù)規(guī)模爆炸性增長，計算能力增長和數(shù)據(jù)規(guī)模增長此消彼長，中國科學院梅宏院士等提出，在大數(shù)據(jù)應用需求的驅動下，計算技術體系正在重構，從“以計算為中心”向“以數(shù)據(jù)為中心”轉型[46]。另外，根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司（International Data Corporation，IDC）發(fā)布的評估報告，2022 年中國智能算力規(guī)模首次超過通用算力規(guī)模，這同樣是需求牽引的結果。

“自然資源云”算力支撐也初步顯現(xiàn)這種變化，不動產登記海量數(shù)據(jù)清洗入庫、分析等數(shù)據(jù)密集型計算往往依靠“人海戰(zhàn)術”，基于科技攻關的應用層面技術架構和解決方案創(chuàng)新可以緩解部分計算壓力[47]，但存在顯而易見的上限，“自然資源云”算力面臨結構完善和架構升級的情況。目前，“以數(shù)據(jù)為中心”的三種近數(shù)處理方式中，分布擴展應成為“自然資源云”升級的技術路線，通過電子政務內網、自然資源業(yè)務網、應急通信網，將國家級主節(jié)點與衛(wèi)星遙感、測繪地理信息、海洋、土地、礦產、林草分中心，以及外業(yè)作業(yè)點（海洋和極地科考、野外地質調查）、“5G+無人機”自然資源感知平臺等邊緣計算節(jié)點中的不同類型計算資源進行連接，通過多節(jié)點數(shù)據(jù)協(xié)同、算網融合和算力整合完善“自然資源云”管理平臺，增強可滿足專業(yè)化計算前置的邊緣端資源彈性調度能力，形成“云-邊-端”一體化的自然資源大數(shù)據(jù)異構算力架構。

1.5 借助科技手段破解信息安全痛點問題

自然資源數(shù)據(jù)涉及國家安全、社會穩(wěn)定、群眾利益，信息安全一直作為自然資源信息化的重中之重，迄今已通過開展“自然資源云”安全技術研究，建立了比較完善的網絡安全防護體系[48-49]，針對不同的應用開展安全防護方法和數(shù)據(jù)加密技術研究[50-52]。在數(shù)字化轉型背景下，海量數(shù)據(jù)流動的高頻化和數(shù)據(jù)處理、應用參與主體的多元化，使得數(shù)據(jù)保護與共享利用相互交織；用大數(shù)據(jù)挖掘技術對脫敏信息進行關聯(lián)分析帶來隱私泄露的風險；基于云原生部署的垂直系統(tǒng)越來越多，安全邊界趨于模糊；開源技術的采用[53]為信息安全帶來不確定性。

雖然數(shù)字化轉型給信息安全帶來了需要破解的新問題，但正如“船只的發(fā)明同時也產生了海難”，必須直面信息安全問題，不能因信息安全難題而回退到以往技術環(huán)境中。本文認為，自然資源數(shù)字化轉型中的信息安全主攻方向包括以下3個方面。

（1）建立自然資源數(shù)據(jù)分類分級保護體系。在“一張圖”數(shù)據(jù)架構基礎上按照業(yè)務應用等維度開展數(shù)據(jù)分類，在分類基礎上全面評估數(shù)據(jù)泄露、破壞后的危害程度，按敏感度確定安全級別，全面摸清保護對象。

（2）構建主動安全防御技術體系，擴大安全防御縱深。在“自然資源云”主節(jié)點建立的態(tài)勢感知平臺[54-55]基礎上，進一步擴大態(tài)勢感知平臺的安全風險探測半徑，將“自然資源云”的邊緣計算節(jié)點納入感知視野，深入運用大數(shù)據(jù)、人工智能技術，提高安全風險的預判能力和安全事故的應急處置能力。

（3）采用同態(tài)加密（homomorphic encryption）技術。綜合大數(shù)據(jù)時代各種加密技術特點[56]，同態(tài)加密技術可以直接在密文數(shù)據(jù)上進行計算而無須事先解密，有效解決了大數(shù)據(jù)價值利用與數(shù)據(jù)安全和隱私保護的矛盾，已從理論研究逐漸進入實際應用[46]，適用于自然資源數(shù)據(jù)的加密處理，尤其是不動產數(shù)據(jù)的加密處理，可有效解決數(shù)據(jù)流動性加強、跨網數(shù)據(jù)共享交換帶來的信息安全痛點問題。

2 推動基于大數(shù)據(jù)分析的自然資源“認知升維”

認知源于感知并支配行動，是在信息采集與決策之間起橋梁作用的信息處理過程，距離決策只差“臨門一腳”。自然資源具有資源、生態(tài)、經濟、政治、文化、社會等多重屬性[57]。在分散管理起點上實施自然資源深度融合管理的前提條件是解決新的視角和維度下自然資源認知問題，即以生態(tài)文明建設為大背景，融合土地、礦產、森林、草原、水、濕地、海域海島等領域相對比較成熟的理論和技術方法，在自然資源工作新的歷史方位中探究“山水林田湖草沙”生命共同體的底層邏輯及疊加經濟、政治、文化、社會等變量后的演變規(guī)律。

史蒂芬·威廉·霍金等人在《大設計》中提出“模型依賴的實在論”，即自然界是客觀存在的，但人類無法直接認識它，需要借助科學理論模型[58]。大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)調查監(jiān)測手段采集的數(shù)據(jù)與互聯(lián)網上沉淀的數(shù)據(jù)爆炸性增長，為通過模型、算法生成高價值知識、破解自然資源認知難題創(chuàng)造了條件，同時也面臨著前所未有的技術挑戰(zhàn)。

2.1 構建基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析技術的自然資源認知框架

目前，以互為補充的“天-空-地-網”多元化自然資源感知體系初步形成。中國在軌遙感衛(wèi)星已超過200 顆，且向更高的空間和光譜分辨率、更短的全球覆蓋和重訪周期方向發(fā)展，衛(wèi)星遙感存檔數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長；快速、機動和針對性強的無人機傾斜攝影異軍突起，其發(fā)揮的作用備受關注；地面鐵塔視頻監(jiān)控設備數(shù)以億計，且布設密度越來越大；隨著智能手機和可穿戴設備的普及與技術進步，人類已經成為移動傳感器平臺和互聯(lián)網內容的生產者，通過在物理空間、社會空間和信息空間中穿梭，以主動或被動方式留下的數(shù)字痕跡蘊含著有價值的自然資源信息，派生出眾包數(shù)據(jù)（crowdsource data）、眾源地理信息（volunteered geographic information，VGI）等新的自然資源數(shù)據(jù)源[59]，互聯(lián)網泛在地理信息融合處理技術引起關注[60]。

自20 世紀70 年代以來，從對地觀測數(shù)據(jù)中獲取自然資源信息的能力不斷提升。近年來，在現(xiàn)代信息技術加持下，對自然資源的認知正孕育著質的改變。中國科學院周成虎院士在題為《用大數(shù)據(jù)認知世界》的學術報告中提出，運用全球高分辨率遙感大數(shù)據(jù)、地面樣本數(shù)據(jù)和地理模型，在云計算強大算力支撐下，獲取全球精確到單棵樹的信息，匯總起來的這些信息刷新了科學家對森林的認知。自然資源要素的智能解譯技術發(fā)展深化了對自然資源自然屬性的認知[61]。在“天-空-地-網”一體化數(shù)據(jù)獲取基礎上，設計自然資源調查監(jiān)測數(shù)據(jù)分析評價框架[62]，突破多源異構自然資源數(shù)據(jù)融合等關鍵技術，開展綜合分析評價，既是服務自然資源管理決策的迫切需求，也是專家關注的重大科技問題。為彌補傳感器在獲取特定地理空間中社會經濟要素信息方面存在的缺陷，北京大學劉瑜教授提出了社會感知（social sensing）的概念[63]，為認知自然資源的社會經濟屬性打開了一扇窗，可與傳感器獲取的自然資源自然、生態(tài)屬性認知相互融合、互為補充。

傳感器獲取的數(shù)據(jù)和社會感知數(shù)據(jù)以柵格、矢量、結構化數(shù)據(jù)、視頻、音頻、文本等多模態(tài)存在，數(shù)據(jù)來源包括針對特定目的與有組織的調查監(jiān)測、相關部門共享、互聯(lián)網獲取，數(shù)據(jù)的多源化、異質化造成了實質上的數(shù)據(jù)碎片化。在數(shù)據(jù)質量方面，互聯(lián)網大數(shù)據(jù)是自然產生的，不以自然資源管理為目的。按照當前的標準和管理需求，以往生成的自然資源管理數(shù)據(jù)，如不動產登記歷史數(shù)據(jù)，也存在空項等數(shù)據(jù)稀疏問題。在現(xiàn)實中，人類感知外界就是通過視、聽、感等不同模態(tài)獲取信息，當信息不完整時，通過關聯(lián)進行推斷。因此，應借助多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析技術，構建自然資源認知框架，對多源、異構、不同模態(tài)的自然資源數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，實現(xiàn)信息互補，將碎片化數(shù)據(jù)關聯(lián)為高價值知識。

2.2 構建基于大數(shù)據(jù)分析的自然資源管理研究新范式

大數(shù)據(jù)已成為引發(fā)社會變革的重要力量，在數(shù)字經濟、社會治理等方面發(fā)揮越來越重要的作用，推動科學發(fā)現(xiàn)取得重要進展[64]，催生出科學研究第四范式，即數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)[65]。首次提出對社會行為進行量化分析并預測的是啟蒙時代法國哲學家馬奎斯·孔多塞[66]。近年來，大數(shù)據(jù)的發(fā)展為習慣于定性描述的社會科學家認知社會帶來了全新的視角和量化工具[67]。

不動產登記等自然資源政務服務與公眾利益密切相關，在社會上引起廣泛關注，及時準確獲取社會意見和期望對于完善政策制度至關重要。傳統(tǒng)的基于精心設計、面向特定目的的意見與建議征集[68]針對性強并能夠直接轉化為政策改進，目前仍不可被替代。但不可否認的是，互聯(lián)網大數(shù)據(jù)文本挖掘等技術在捕捉社會熱點、感知公眾訴求、評估群眾滿意度等方面[69]，顯示出巨大優(yōu)勢，成為前者的重要補充。目前，自然資源大數(shù)據(jù)建設與應用思路已基本明確[70]，在基于互聯(lián)網社會大數(shù)據(jù)監(jiān)測自然資源有關的社會輿情[71]、采用互聯(lián)網地圖數(shù)據(jù)開展基礎設施空間分布狀況研究[72]、基于手機信令等其他行業(yè)和社會經濟數(shù)據(jù)開展人口流動及空間匹配性研究[73-74]等方面進行了有益嘗試，這些研究成果對于自然資源管理決策、國土空間格局優(yōu)化具有重要價值。

上述研究加之大數(shù)據(jù)的變革力量，預示著基于大數(shù)據(jù)的自然資源管理研究新范式正在形成。本文認為，以下2 個方向值得大數(shù)據(jù)時代在自然資源管理研究中加以關注。

（1）特定國土空間范圍內人類活動分區(qū)。多年來，一批社會人文科學家一直追求本領域像自然科學一樣，通過建立模型進行預測，隨著智能手機、物聯(lián)網、可穿戴設備的普及，量化一切成為可能。美國東北大學艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西等人對匿名手機用戶的活動模式研究發(fā)現(xiàn)，93%的人類行為是可以預測的[75]，這一發(fā)現(xiàn)為建立模型并量化特定國土空間人類活動奠定了理論基礎，服務國土空間格局優(yōu)化。

（2）自然資源管理績效的自然實驗?？茖W精準評估管理績效及其影響因素是政策改進和提升的前提，此類評估以往都以定性描述為主，或粗略劃分幾個等級。近年來，為解決社會人文領域無法進行實驗室實驗的問題，一批自然科學和社會人文科學家提出一種新的研究方法，即自然實驗和控制性比較方法，利用歷史積累的數(shù)據(jù)探究初始條件、過程條件和結果之間的因果關系及支配因素，并在生態(tài)環(huán)境演變等領域開展了研究[76]。基于中國南北方、東中西地區(qū)的巨大差異，多年來，在自然資源法律、制度框架下，各地“因地施策”“因城施策”制定一系列本地化政策措施，積累了大樣本數(shù)據(jù)；智能移動終端普及以來積累了連續(xù)記錄的社會感知數(shù)據(jù)，從中提取場所語義和情感信息，開展多變量數(shù)據(jù)關聯(lián)分析；完備的自然資源統(tǒng)計調查制度下積累的厚重綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)。對上述數(shù)據(jù)進行分析，在聚焦相關性基礎上，探究因果邏輯，挖掘影響自然資源管理績效的因素。

2.3 構建自然資源知識圖譜

知識圖譜的前世可追溯到20 世紀50 年代的語義網（semantic net）。2012 年，谷歌首次提出知識圖譜的概念，用于搜索引擎的優(yōu)化。知識圖譜因其可解釋性、高質量知識呈現(xiàn)等優(yōu)勢得到了廣泛的認可，越來越多通用和專業(yè)領域的知識圖譜相繼產生，在電子商務領域得到實際應用，這使得知識圖譜逐步形成一個獨立的研究領域，成為大規(guī)模知識工程。知識圖譜的出現(xiàn)也引起了自然資源領域專家的關注并跟進研究，提出地理知識圖譜[77]、遙感知識圖譜[78]、自然資源調查監(jiān)測成果質量檢驗知識圖譜[79]構建方法。

知識圖譜是通過有向圖的方式表達實體、概念、屬性之間語義關系的數(shù)據(jù)組織形式[78]，使得概念、實體、屬性間相互聯(lián)結，構成網狀知識結構[77]，實現(xiàn)知識沉淀的迭代和高度分享，為智能應用提供技術支撐。知識圖譜構建一般包括知識抽取、知識融合、知識推理、知識更新等步驟。自然資源知識抽取的數(shù)據(jù)來源包括“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫等結構化數(shù)據(jù)、電子地圖等半結構化數(shù)據(jù)和互聯(lián)網文本數(shù)據(jù)，自然資源知識圖譜中的實體關系除了語義關系外，還包括空間關系和時間關系，其關系類型多、抽取復雜；在自然資源知識融合中，需要通過實體對齊處理同義異名問題，通過實體消歧處理同名異義問題，避免出現(xiàn)知識缺失或冗余；通過知識推理建立實體間的新關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)蘊含的關系和知識；知識圖譜需要動態(tài)更新，更新的數(shù)據(jù)源包括“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫、社會大數(shù)據(jù)等。自然資源知識圖譜構建的技術路線可以按照細分領域分別構建，如不動產登記知識圖譜、國土空間規(guī)劃知識圖譜等，不同細分領域知識圖譜的關聯(lián)可以服務自然資源融合管理和智能化決策。

3 創(chuàng)建面向自然資源管理重大需求的數(shù)字化、智能化技術集成應用場景

在數(shù)字科技浪潮推動下創(chuàng)新正呈爆炸性增長[80]，有別于傳統(tǒng)的科技成果轉化的場景創(chuàng)新，已成為科技創(chuàng)新的航標[81]。場景創(chuàng)新是以新技術的創(chuàng)造性應用為導向，以供需聯(lián)動為路徑，實現(xiàn)新技術迭代升級和產業(yè)快速增長的過程[82]。場景創(chuàng)新雖然不涉及新技術創(chuàng)造，但是通過靈活運用和整合已有資源，尤其是不同技術的集成，可解決重大應用需求，實現(xiàn)價值創(chuàng)造，甚至通過技術供給創(chuàng)造新的需求。

長期以來，自然資源信息化主要依托比較成熟的信息技術，通過綜合集成技術應用滿足自然資源管理需求[25]。當前，在場景創(chuàng)新成為主要創(chuàng)新模式的背景下，嚴守資源安全底線、優(yōu)化國土空間格局、促進綠色低碳發(fā)展、維護資源資產權益等重大需求，迫切需要通過技術集成創(chuàng)造不同的應用場景。

3.1 創(chuàng)建以“一張圖”為底座的“自然資源要素數(shù)字孿生體”

數(shù)字孿生是新技術發(fā)展、技術集成和跨學科知識融合應用的產物，在交通物流、醫(yī)療健康、工業(yè)制造、城市規(guī)劃等領域得到初步應用，探索數(shù)字孿生技術在智慧城市中的應用已納入國家“十四五”規(guī)劃[5]，水利部門將“加快建設數(shù)字孿生流域”作為提升流域治理能力的重要內容。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習、虛擬現(xiàn)實等技術的發(fā)展和集成，派生的數(shù)字孿生技術與需求碰撞，應用場景創(chuàng)造將層出不窮。

當前和今后一個時期，擴大內需迫切需要以守住資源和生態(tài)安全底線為前提的自然資源要素保障，通過運用數(shù)字孿生技術“重建過去、虛擬未來”，使得在承諾制、容缺受理等簡化材料和程序的措施下不給未來制造問題，兼顧資源保障和資源生態(tài)安全。構建“自然資源要素數(shù)字孿生體”，應充分利用自然資源完備、準確、全覆蓋的數(shù)據(jù)基礎，以“一張圖”為底座，對土地、不動產、海域、礦產資源等復雜的物理實體進行多維度融合建模和數(shù)字化映射，實現(xiàn)各類自然資源要素物理實體在數(shù)字空間的動態(tài)精準模擬和全生命周期共生演變；通過調查監(jiān)測、社會感知、管理和虛實雙向互動實時更新數(shù)字孿生體；通過深度學習、大數(shù)據(jù)分析等技術對自然資源要素演變進行推演預測并作出科學決策，借助模擬仿真技術精確展現(xiàn)自然資源要素狀況及預測、推演結果，通過虛擬環(huán)境下的推演、試錯和迭代，實現(xiàn)物理環(huán)境下顧及資源生態(tài)安全底線的自然資源要素保障“帕累托最優(yōu)”目標。目前，構建數(shù)字孿生體的各項技術越來越成熟，“一張圖”的數(shù)據(jù)基礎比較完備，本文認為“自然資源要素數(shù)字孿生體”將成為自然資源信息化的重要應用場景。

3.2 創(chuàng)建面向自然資源監(jiān)管決策和服務的“智慧+”應用場景

2012 年印發(fā)的《國土資源信息化“十二五”規(guī)劃》提出，以“一張圖”和“三大平臺”（電子政務平臺、綜合監(jiān)管平臺、政務服務平臺）為基礎，努力構建覆蓋全國的集數(shù)字化、網絡化、智能化為一體的“智慧國土”，全面實現(xiàn)網上辦公、網上審批、網上監(jiān)管、網上交易和網上服務[83]，一些專家圍繞“智慧國土”建設思路和方法進行了探討[84]。近年來，“智慧國土”首先應用在耕地保護領域并落地為“智慧耕地”應用場景，通過集成整合數(shù)據(jù)管理、政務協(xié)同、監(jiān)管決策、政務服務等功能，實現(xiàn)對耕地的全方位監(jiān)管[85-86]。

當前的數(shù)字化、網絡化、智能化技術已經迭代升級到一個全新的高度，為自然資源領域的“智慧+”應用場景創(chuàng)建提供了良好的技術條件。自然資源“智慧+”應用場景創(chuàng)建，應以國土空間基礎信息平臺為依托，運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、實時感知等技術，面向特定應用領域，整合相關的數(shù)據(jù)、應用系統(tǒng)，建立專題數(shù)據(jù)臺賬、知識圖譜、數(shù)據(jù)分析挖掘平臺，支撐政務服務、監(jiān)管決策等系統(tǒng)運行，為土地、礦產、海洋等資源監(jiān)管注入智慧活力。2022 年，聊天生成型預訓練變換模型（chat generative pre-trained transformer，ChatGPT）的橫空出世，標志著人工智能生產內容（artificial intelligence generated content，AIGC）的重大突破，以生成式AI 技術為支撐，創(chuàng)建“國土空間規(guī)劃機器人”[87]“不動產登記機器人”“自然資源智能客服”等，將具有潛在的應用前景。

3.3 構建以國土空間基礎信息平臺為依托的“自然資源大腦”

近年來，自然資源信息化領域專家借鑒“城市大腦”理念，提出構建“自然資源大腦”的設想，雖然尚未真正落地，但設計了總體框架和功能架構，提出了應用前景[88-89]?！俺鞘写竽X”是中國工程院王堅院士于2016 年提出的概念，基本定位是數(shù)據(jù)資源時代融合了算力和數(shù)據(jù)的城市數(shù)字基礎設施。目前，“城市大腦”已經在杭州等城市率先落地并發(fā)布了《城市大腦術語》等團體標準，專家雖然對其定義和內涵還沒有完全統(tǒng)一，但是形成了一些比較普遍的認識，“城市大腦”是“智慧城市”的組成部分，是支撐“智慧城市”發(fā)展的“數(shù)字底座”[90]。從提出的背景可以判斷“城市大腦”在“智慧城市”中扮演的角色，“智慧城市”發(fā)展到一定程度，一些問題逐漸浮出水面，為解決“智慧城市”建設中各自獨立的相關業(yè)務因信息化程度不斷提高造成的對接困難、數(shù)據(jù)無法融合及由此產生的智能動力不足等問題，“城市大腦”應運而生。

“智慧國土”建設同樣需要自然資源信息化具備比較深厚的智能“底蘊”，“自然資源大腦”設計和構建應成為一個重要的研究方向。參考“城市大腦”總體框架和自然資源信息化領域專家對“自然資源大腦”的認識，本文認為，“自然資源大腦”應以國土空間基礎信息平臺為依托，以“自然資源云”算力為支撐，以“一張圖”為基礎，通過對遙感監(jiān)測、互聯(lián)網監(jiān)測等各類感知的匯聚和數(shù)據(jù)融合，整合國土空間基礎信息平臺中的共用AI 算法、模型等智能要素，形成“智慧國土”操作系統(tǒng)和智能底座，為持續(xù)創(chuàng)建自然資源領域“智慧+”應用場景注入智能活力。

4 以規(guī)模化應用、業(yè)務化運行引領自主核心信息技術迭代升級

應用是牽引信息技術進步和產品升級的不竭動力，除了技術攻關，推進成果在規(guī)模化應用中得到檢驗和完善也是信息技術迭代升級不可或缺的手段[91]。百度創(chuàng)始人李彥宏根據(jù)百度成長經歷總結出“反饋驅動創(chuàng)新”的路徑，即技術的發(fā)展沒有導航地圖，只有指南針，只要方向大致正確，基于實踐反饋一步步迭代，就能“跑出”有價值的創(chuàng)新。目前，半導體技術正進入“后摩爾時代”，信息處理正進入“大數(shù)據(jù)、人工智能時代”，信息技術發(fā)展正處在重要轉軌時期[91]，核心信息技術的國際競爭已進入新賽道，為自主核心信息技術發(fā)展壯大帶來了新的機遇。

自然資源信息化不僅以通用信息技術為支撐，而且?guī)缀跛械臉I(yè)務領域都需要運用地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）技術，自然資源管理、監(jiān)管決策和政務服務涉及海量三維時空數(shù)據(jù)的管理、處理，決定了自然資源信息化應用可以成為自主核心信息技術，特別是GIS、數(shù)據(jù)庫技術和產品迭代升級的良好場景，需要基礎軟硬件研發(fā)、應用系統(tǒng)開發(fā)、應用需求等各方相向而行，合力完成搶占核心信息技術戰(zhàn)略制高點的目標。

4.1 突破基于完全自主核心信息技術的自然資源業(yè)務系統(tǒng)實用化面臨的技術障礙

采用自主核心信息技術就是消除不可控因素的過程，應用技術架構中摻雜的任何外來技術或開源技術都將成為不可控因素。當前，自主核心信息技術雖然日趨成熟穩(wěn)定，但在部分功能點上還存在不同程度的性能短板，這就要求我們尊重信息技術發(fā)展規(guī)律，不應片面追求絕對的性能，而應全面考慮與需求相匹配的適用性。同時，信息技術的市場競爭力并不完全取決于技術的先進性，用戶的喜好和習慣也是不可忽視的影響因素。

基于完全自主核心信息技術構建應用系統(tǒng)，需要服務器、操作系統(tǒng)、GIS、中間件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間完全協(xié)同運行。一方面，通過應用技術架構和解決方案創(chuàng)新或集群、并行等技術措施，彌補性能短板，達到實用化目標；另一方面，面向各類技術的協(xié)同化運行技術障礙，開展自主服務器、操作系統(tǒng)、GIS、中間件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的適配銜接，形成抱團競爭格局，助力自主核心信息技術生態(tài)系統(tǒng)壯大。

4.2 以規(guī)?；到y(tǒng)的業(yè)務化運行反饋驅動自主核心信息技術產品底層內核迭代升級

“一張圖”和國土空間基礎信息平臺管理數(shù)千個圖層、上百億個空間要素的海量時空三維實景數(shù)據(jù)，對GIS、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等技術性能是極大的考驗，事關三維時空數(shù)據(jù)技術標準的國際話語權，尤其在三維渲染等方面還面臨圖形處理器（graphics processing unit，GPU）產品性能短板，在突破性能瓶頸過程中，可以發(fā)揮供需對接順暢的優(yōu)勢，升級完善底層內核。不動產登記信息平臺每天面臨多用戶海量在線并發(fā)服務請求，其業(yè)務化運行將倒逼自主核心信息技術安全穩(wěn)定運行和對卡頓等問題的快速解決，對提升自主核心信息技術的健壯性起到引領作用。

5 結語

通過自然資源信息化科技創(chuàng)新推動自然資源管理數(shù)字化轉型，這個命題看似悖論，實則蘊含目前各界的一個共識：從信息化到數(shù)字化是漸進式的，數(shù)字化不是對信息化的覆蓋，也不是對現(xiàn)有的信息化架構進行解構，而是借助增量科技創(chuàng)新的“拼圖”過程。

《連線》雜志創(chuàng)刊主編凱文·凱利認為，科技具有自身的偏好和固有的進化方向，想要沖破重力和混亂，朝著某種“必然”的方向，尋求最大的生命力和表現(xiàn)力，過去幾十年塑造的數(shù)字科技浪潮還會在未來幾十年繼續(xù)擴張、加強，人類需要傾聽科技的呼吸和脈動并與之共舞[92-93]，揭示了科技發(fā)展規(guī)律，需要把握大勢，順勢而為。本文從技術層面提出自然資源信息化科技創(chuàng)新4 個方面、13 個值得關注的問題。作為自然資源信息化科技管理人員，本文作者在認知能力范圍內難以成體系地提出研究方向，構建框架體系，只能發(fā)散性地提出若干值得關注的科技問題。因此，本文僅作為吸引各界專家進一步深入研究、共同構建“自然資源信息化科技創(chuàng)新體系”的引玉之磚。