我們將怎樣管理地球

林輝

利用虛擬世界對現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，把所見所聞搬到現場，在決策的時候就會極大地提高效率。

諾貝爾經濟學獎獲得者、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展將是影響21世紀人類社會發展進程的兩件大事。”

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濟發展。李克強總理提出來的就是——城鎮化。而城鎮化需要基礎設施的現代化，空間信息基礎設施的建設是支撐現代化城鄉發展的標志性工程。

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，對發展地理信息科技支撐空間信息基礎設施建設至關重要。地理信息超越了傳統的測繪基礎信息，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展而轉變，基礎測繪要走向地理信息，要調整知識技術結構，提高服務政府的水平。

地理國情監測新戰略

現在提出一個新的戰略，叫做地理國情監測。國情是指國家文化歷史傳統、自然地理和環境、社會經濟發展狀況及國際關系的各種總和。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構，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的地理信息，包括自然的、社會經濟的，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展的重要依據，是管理的重要支撐。現在很多地方講到科學發展動力的關系，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據、地圖作為支撐手段，快速發展的地理信息跟衛星有很大關系，我們國家除測繪衛星以外，還有減災衛星、環境衛星、海洋衛星，氣象衛星等各種衛星，可能再過幾年中國將是全世界在太空民用衛星最多的國家。

中國提出將來要做到十分鐘以內的全球反應能力。也就是說在全球任何地方發生問題，十分鐘以內要做出決斷。這意味著多少顆衛星要上去。

衛星上天除了地面導航，我們的行業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、股票市場經常會出現系統或者電腦故障，實際上很多地方都是用GPS衛星，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區域性的信號關閉。

在銀行系統，你用哪一個時間，所謂的千萬億的錢，都是一個數字，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。國家電網里面，整個布局，電的用量怎么分布，時間非常關鍵。如果時間調動就會造成整個電網的崩潰。所以，北斗上天不完全是一個定位導航，還有一個關鍵點是“誰來告訴我時間”。

從地理信息數據到虛擬世界

衛星信號下來就是經緯度，專業人員有用，一般人是沒用的，一定要轉到地圖上，才能產生它的潛力。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面。

地理信息系統最重要的，不光是這種可視的，這種數據庫實際上是把不同的數據連到一起，它是想提供一種空間綜合分析。地理信息系統最核心的是地理變化數據。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，還是把道路網絡加進去計算？如果把道路網絡加進去計算起來很復雜，但是地理信息系統運作就非常簡單，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，如果能把動態資料補充進來，會做到非常準確地優化生態城市，減少污染氣體的排放。

我們國家三十幾年的發展，很多巨大工程，例如南水北調、三峽大壩。據說現在沿海地區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境來進行研究。虛擬地圖是在地圖的思想原則上發展起來的與真實的環境比較相近的虛擬環境。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，曾經到過哪里，曾經發生過什么事情。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，從地理信息系統到虛擬地理環境的演變，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據的數字城市，這里面需要很多知識點，那么在原來的地理信息三元素（空間數據庫、空間分析、可視化）的整個構架里面，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，就只有一張地圖。預警系統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出現裂縫，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。我們可以通過數字高層模型把地形地貌表現出來，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想，第一代是線性地圖，第二代是影像地圖，第三代是網上三維地圖，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濟評估的數據，可以通過遙感數據做出來。一個省的省情如何來掌握，領導桌上有沒有我們的東西，除了傳統的地形圖，還有沒有跟他們決策直接相關的減災的問題，糧食問題，甚至各種各樣的城市發展的問題。這些資料都是很多專業部門非常需要的。

在香港有一套城市噪音系統，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的噪聲。這也是一個城市環境評估非常重要的一部分。

另外近年來。很多城市都出現地面塌陷的問題。對于這種塌陷，可見光的攝影測量已經不夠，現在一種叫insar雷達干涉測量手段，正在變成一種新的測量技術，當地表出現沉降的時候，衛星的測量發現它有時間差，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。那么如何去監測這樣一些大型地物形變？我們在衛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過去跟上海地圖一對比，發現是兩條新修的地鐵，因為是新修的還不穩定，各種震動還會造成一些沉降。在700公里外的太空，了解城市內的地下施工，再次論證了干涉測量技術在城區對地表穩定監測的意義。地理信息系統還可以做城市的很多安全問題，比如統計模式。我們和香港警署合作，警車每天的巡邏系統是地理信息系統來提供的。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都是最高的，以此來控制犯罪率。這就是通過地理信息系統優化巡邏線路。

在城鄉建設規劃、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、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。現在地理信息已經做到了三維，武漢市三千多平方公里都實現了三維化，主城區部分甚至做到了精細化三維，從地上到地下，從室內到室外，都互相連通。

北京市在做數字城市的時候，做了一個萬平方米單元網格。他們把地理信息網格化，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部門比如環保局、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格，既保證了區域內公用設施的安全，又為下崗的人員找到新的就業機會，或者給老人發揮余熱的機會。

地理信息發展的瓶頸

地理信息幾乎涉及到各個部門，包括信息管理部門的技術支撐。那么地理信息科技人才的培養和地理信息基礎設施建設也是相輔相成，我們有四個優勢，資源，技術，平臺和產業優勢。同時也存在一些瓶頸，我們的基礎研究有那么多衛星，沒有足夠的前期試驗，這些數據下來，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，帶來多少產量，是否能夠算出來？這就是一個基礎性工作，數據不夠，基礎性設施不夠，無法做到。

我們有自主的知識產權，但智慧城市所需要的專業知識有沒有？當我們把所有的平臺建立起來后，僅僅是三維的樓盤轉來轉去，是沒有意義的。

我們有基礎框架，大型數據庫，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，妨礙了市場的發育。我們有產業優勢，有快的增長，但不能說這些產業優勢已經轉化為市場占有率，對知識產權的尊重，對競爭機制的規范化，都需要我們去關注，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合實驗室主任。本文根據作者在7月5日舉行的“湖南省2013年地圖學與GIS學術論壇”的講座錄音整理，有刪節）