“數字周邊”總體架構與研究方向

陳 軍，葛岳靜，華一新，王發良，楊勝天，曲 波，李 然

(1.國家基礎地理信息中心，北京100830;2.北京師范大學，北京100875;3.信息工程大學地理空間信息學院，河南鄭州450052;4.外交學院，北京100037)

一 、引 言

我國是陸海兼備大國，周邊地區廣袤，地緣環境復雜。新中國成立以來，我國通過和平談判，已與12個鄰國解決了歷史遺留的邊界問題，劃定了90%的陸地邊界，為國內改革發展營造了較為穩定的陸緣周邊環境［1］。近年來，世界和地區格局，以及國際戰略力量對比經歷了復雜深刻的變化，中國的迅速崛起成為國際關系中最為顯著的趨勢之一。我國與周邊國家的關系空前緊密，周邊地緣環境也愈加復雜［2-3］。為了構筑穩定的周邊戰略依托，為國內全面建設小康社會提供穩定和有利的外部環境，中央提出要緊緊抓住重要發展戰略機遇期，大力開展周邊外交，“穩定周邊、開拓周邊、塑造周邊”。這就要求能夠全面地了解周邊情況，科學地開展形勢預判預估，不斷提升周邊外交的信息能力。

值得說明的是，外交、測繪等部門經過十多年的通力合作，完成了22 000 km國界海量信息的數字化建模與集成管理，研制了數字化定界等業務信息平臺，建成了我國的“數字國界”，在劃界、勘界、聯檢及界務管理中發揮了重要作用［4］。但其重點覆蓋國界線兩側數十千米的條狀地區，數據內容主要包括地圖、影像、邊界定界資料等，應用分析以主張線差異比較、條約紅線落地分析等為主，尚未考慮周邊更大范圍的信息建模與分析。為了有效地支持海外護僑、風險評估、應急救援、權益維護等周邊外交工作，需從“數字國界”走向“數字周邊”，這已提上周邊外交的重要議事日程。

針對這一重大國家需求，本文首次分析討論了“數字周邊”的總體架構與研究方向，以數字化建模、定量化分析、可視化表達為主線，討論了“數字周邊”的基本概念內涵，并從境外信息獲取、周邊信息分析和信息集成服務等3個方面，分析設計了“數字周邊”的總體技術架構;最后討論了“數字周邊”的若干關鍵技術問題。

二、基本概念內涵

國家的周邊地區是指國界以外的周圍區域，有著一定的空間縱深，覆蓋特定的有形實體，存在著互動的相互關系［5-7］。一般說來，我國周邊地區包括14個陸地鄰國和8個海上鄰國(相向或相被)。這既是我國利益最直接、最集中的地區，也是綜合影響力和軟實力向外延伸與輸出的必經地緣帶及重要橋梁。所謂“數字周邊”，是指將該范圍內的有關實體及相互間關系數字化，并發展相應的信息檢索、分析處理、可視化表達等功能。其應包括數字化建模、定量化分析和可視化表達3個部分，如圖1所示。

1.數字化建模

周邊外交與國家安全研究需要全面、翔實和綜合的基礎信息數據，包括地理空間數據和地緣環境信息。地理空間信息包括地形地貌、地名境界、地表覆蓋等，是周邊區域有形實體的最直接數字化表達。目前我國陸地國土部分已實現了從1∶100萬到1∶5萬尺度的矢量地形和數字高程數據的全覆蓋［8］，但境外大中比例尺地形數據較少。考慮到境外外業控制和實地調繪等實際困難，對廣袤的周邊區域宜以中小比例尺核心要素和影像地圖建模為主，對重點維穩、熱點區域等方存取較大比例尺的全要素地形建模方式。目前我國正在實施高分辨率全球地表覆蓋遙感制圖計劃，將產出覆蓋整個周邊地區及全球其他區域的兩期(2000年和2010年)空間分辨率為30 m的地表覆蓋數據產品［9］，其在周邊研究中有著重要的作用。但周邊研究具有鮮明的宏觀、中觀、微觀相結合的特點，往往還需要更高空間和時間分辨率的地表覆蓋數據。

圖1 “數字周邊”的基本內涵

周邊地緣環境信息是指反映地緣分布特征與依存關系的專門化信息，包括本底、關聯和位勢信息。其中，本底信息指資源分布、環境狀況、社會經濟等方面的基本特征;關聯信息反映地緣單元之間的社會、經濟、資源等方面的關聯關系;位勢信息則是政治、軍事、技術、信息等方面影響能力的量化表達。

2.定量化分析

周邊形勢預判預估、應急響應要求開展風險分析評估和安全格局分析模擬，以有效地實施事前管理，及時作出準確反應，最大限度地減少損失，維護國家和國民利益。但目前周邊研究以定性、宏觀、單學科分析為主，缺乏科學預判預估的科技化手段和方法。因此，數字周邊的重要內涵之一是將定位分析與定性事態判斷相結合，研究發展定量化分析的方法與手段［10-11］，囊括構建量化評估模型及評價指標體系，進行靜態和動態相結合的風險綜合及專題評估［12］，以構建地緣核心要素之間的解析關系，進行安全格局的空間模擬與優化［13］。

3.可視化表達

為了便于對周邊信息數據的直觀理解與分析，應發展靜態和動態相結合的可視化表達手段，包括地緣環境制圖、態勢信息表達等。其中，地緣環境制圖是根據周邊信息的特點，采用專門的制圖表達方法、符號系統、制圖模板、多媒體表達等，滿足本底制圖、應急制圖等需要。態勢信息表達是指當前有關國家或其他行為體的實體部署、行動，以及進程與趨勢，用事件、時間、位置及其間關系加以表達，直觀地展示總體態勢［14-15］。

三、總體技術架構

與數字邊界相比，數字周邊在數字化建模、定量化分析及可視化表達等方面有著獨特的技術內涵，對應著不同的技術架構。其主要包括境外信息獲取、周邊信息分析、信息集成服務等，連同技術標準規范、數據質量控制等，形成了如圖2所示的總體技術構架。

1.境外信息獲取

周邊地理空間信息獲取主要有兩種手段。一是網絡化公開信息整合，即通過網絡搜索、數據抽取、匹配處理、映射轉換等，對各種公開信息數據進行整合利用;二是從遙感影像中提取信息，包括多源遙感影像的幾何糾正、地形信息提取等。

為了獲取地緣環境信息，需將周邊區域劃分為多級地緣單元，并根據所制定的信息指標體系，采用數據整合、信息融合、地理計算等多種方法，確定或提煉每一單元的本底、關聯和位勢信息，建立多粒度地緣環境信息模型。

圖2 “數字周邊”的技術架構

2.周邊信息分析

地緣風險分析、宏觀態勢評估、安全格局分析等是周邊形勢預判預估所需的信息分析。其中，地緣風險分析是針對周邊研究需要，構建綜合評估或專題評估模型及指標體系，對周邊安全狀態、合作潛力等進行空間化的定量計算，將周邊區域劃分成不同類型或等級，對穩定狀況、沖突爆發等進行分析;宏觀態勢是周邊實體部署、行動、事件等狀態及進程的綜合描述與總體趨勢，通過對周邊態勢信息的主動搜索、主題挖掘、聚合分析等，進行周邊宏觀態勢信息的提取與評估，為形勢研判預估、突發事件處置等服務;安全格局分析是將國際關系分析與空間關系計算相結合，利用鄰近分析、交互模型等，計算兩國或多國之間的依存關系、阻滯效應等［3-15］，并揭示相互作用關系，然后在其基礎上，分析確定那些對維護周邊安全格局具有關鍵意義的戰略要地、通道和區域，構成由點、線、面組成的戰略格局。

3.信息集成服務

將前述的各種數據和分析表達資源集為一體，提供集成化的信息服務，是“數字周邊”的又一重要技術功能。該技術是通過統一的技術標準和服務規范，將分布在各地的周邊基礎地理信息數據與地緣環境數據庫整合起來，實現與周邊熱點數據庫、宏觀態勢數據庫及邊界數據庫的集成，提供包括信息內容服務、預測預估、宏觀態勢等在內的多種信息服務。其中，信息內容服務是指周邊地理空間與地緣環境信息的查詢、瀏覽與存取等;預測預估服務是指采用地緣風險分析方法，開展周邊安全狀態、合作潛力的綜合或專題評估，并可通過輿情網絡、遙感等提供的更新信息，進行動態評估;宏觀態勢信息服務主要提供關于周邊政治、軍事、經濟、安全等主題的宏觀態勢地圖、分析報告等。

四、關鍵技術研究

從“數字國界”到“數字周邊”，提出了一系列新的學術、技術難題，如周邊信息分類與建模、數據獲取與整合、地緣環境信息分析、動態信息服務平臺構建等，當前應加強對“數字周邊”關鍵技術問題的研究，發展相關的模型算法，研制技術系統及標準。

1.周邊信息分類與建模

“數字周邊”包含基礎地理信息、周邊核心要素、地緣環境信息、服務發布數據等諸多信息數據，其領域廣度、詳細程度及時間跨度直接影響著其使用價值與決策服務能力。因此，應深入調研分析周邊要素構成與尺度關系、地緣信息構成與粒度關系，科學地界定周邊信息內容及分類，設計概念與邏輯數據模型。一是在以往地形要素建模的基礎上，對通道、出口、跨界設施等周邊核心要素進行本體分析、抽象提煉、屬性細化，定義周邊核心要素，繼而分析其數據實體及相互間關系，構建周邊核心要素的概念及邏輯數據模型;二是針對地緣單元的尺度特性，分析確定每一級地緣單元的本底、關聯及位勢信息的數據構成及詳細程度，構建多粒度的地緣環境信息模型;三是分析整理周邊態勢信息構成、安全與合作評價數據構成、服務發布數據等，進行相應的數據分類與建模，繼而進行“數字周邊”的數據庫體系設計，提出數據分類體系，制訂數據技術規定等。

2.多類型地理空間信息提取與整合

考慮到現有周邊信息的狀況，應加強對多類型地理空間信息提取與整合的研究。首先，要充分調查評估境外已有各種地理空間信息數據的可用性，開展多源異構公開數據的空間化整合研究，解決不同尺度、不同類型數據之間的語義映射轉換、幾何匹配處理、空間關系檢測與協調、增量信息抽取與更新等關鍵技術問題，以最大限度地利用境外已有的各種地理空間信息數據;其次，要研究發展基于多源遙感影像的信息提取技術方法，包括無控制多源遙感影像混合平差定位、異源影像立體建模、適合人機交互的地物半自動提取、基于網絡搜索的地物屬性信息等。

3.多粒度地緣環境信息提取與分析

西方國家曾按照“陸權”、“海權”、“空權”和“邊緣地帶”、“破碎地帶”、“歐亞大棋局”、“邪惡軸心”等地緣格局理論進行地緣環境信息建模，但其空間劃分過于宏觀，信息內容不符合我周邊研究要求。因此，應從“穩定周邊、開拓周邊、塑造周邊”的總體要求出發，綜合利用國際關系的格局分析、地理學的區域差異分析和GIS空間分析手段，研究周邊地緣單元的劃分方法和地緣信息指標，繼而研究發展本底、關聯和位勢信息的計算方法、整合算法等，為劃分多級地緣單元和多粒度地緣環境信息建模提供解決方案;并在此基礎上，進一步將GIS空間關系計算與國際關系分析方法相結合［16］，發展地緣風險分析、宏觀態勢評估、安全格局分析等方法，為定性、定量和定位相結合的周邊研究提供先進手段。

4.動態服務計算與表達

從基于快照信息的傳統靜態服務走向顧及時空變化的動態信息服務，是“數字周邊”信息服務的發展方向。為此，需要研究解決宏觀態勢信息聚合與表達、變化檢測、應急制圖、在線處理服務等關鍵問題。其中，宏觀態勢信息聚合與表達要研究顧及本體的宏觀態勢信息建模方法，發展顧及周邊時空關系的主題信息搜索、基于主題信息和鄰近關系的宏觀態勢聚合和事件驅動的態勢信息時空可視化表達等方法;變化監測則要針對界河擺動、熱點區域地表覆蓋變化等主題，研究發展GIS數據庫支持下的遙感影像變化提取及時空變化表達方法;應急制圖是針對突發事件處理等需要，設計研制專門的周邊底圖數據、制圖模板、符號系統、整飾與專題標注及快速制圖功能;在線信息處理服務是指通過分析梳理周邊信息處理模型及算法之間的服務關系，研究構建基于服務關系的服務鏈自動構建方法，允許自主定制個性化的周邊信息處理服務。

五、結束語

我國有關部門對“數字周邊”研究與建設十分重視，已啟動了國家“十二五”科技支撐計劃項目“數字周邊構建與地緣環境建模關鍵技術研究”。這一研究將深化周邊對數字化建模、定量化分析和可視化表達等技術內涵的認識。研究提出周邊數據模型、地理空間信息整合提取、地緣環境信息建模、動態信息服務等序列模型與方法，初步地構建起以境外信息獲取、周邊信息服務、信息集成服務為主體的“數字周邊”技術體系，將為全面數字周邊”提供總體思路與成套技術方法。

值得指出的是，“數字周邊”涉及面寬，研究難度大，需要跨學科的深度交叉與協同創新。這就要求我們貼近周邊外交的實際需求，大力推進國際關系、地理學和地理空間信息的跨學科交叉融合，以周邊數字化建模、定量化分析和可視化表達為主線，研究構建出“數字周邊”的知識框架與理論方法。同時，要培養一批復合型人才，為深入開展跨學科的周邊研究和建立起高水平周邊研究團隊奠定基礎。

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