數字時代背景下自然資源信息化科技創新若干問題探討

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，自然資源科技創新是國家科技創新體系的重要領域，是推動構建新發展格局、實現高質量發展、深層次解決資源環境問題的重要途徑，“十四五”時期自然資源部要著力增強科技創新能力，持續激發創新潛力，矢志以科技創新賦能高質量發展[1]。自然資源部黨組對進一步提升自然資源科技創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新是自然資源科技創新“四梁八柱”體系的重要組成部分。作為履行統一行使全民所有自然資源資產所有者職責、統一行使所有國土空間用途管制和生態保護修復職責的重要手段，自然資源信息化離不開科技創新的驅動。當前，云計算、物聯網、大數據、區塊鏈、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，在數字時代背景下，以下4 個方面、13 個自然資源信息化科技創新問題值得關注。本研究主要基于技術層面，不涉及同樣是科技創新重大問題的人才培養和科研管理制度。

1 構筑支撐自然資源管理數字化轉型的數字底座

數字化轉型是當今最具熱度的關鍵詞之一。普遍認為數字時代肇始于20 世紀90 年代蒂姆·伯納斯·李發明出萬維網，隨著技術迭代升級和融合應用，數字技術正在加速推動社會轉型升級。面對數字化帶來的機遇和挑戰，黨中央、國務院不失時機地對數字政府建設和數字經濟發展作出重大決策部署，提出目標、要求和總體布局[3-4]。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》將“加快數字化發展 建設數字中國”單獨成篇，將“提高數字政府建設水平”單獨成章[5]。《“十四五”國家信息化規劃》更是將數字中國建設作為發展目標，將加快數字化發展作為總抓手，將數字技術和數字化貫穿重大任務、重點工程和優先行動[6]。學界對數字時代背景下數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測評價、監管決策和“互聯網+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“數據+算法+算力”的自然資源數字空間基礎設施和數字化業務支撐平臺，形成自然資源管理數字化轉型的數字底座。

1.1 將國土空間基礎信息平臺重塑為支撐數字化轉型的“能力中臺”

根據《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，該平臺兼具數據中臺、技術中臺屬性及業務中臺的部分特質，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實需求的合理性、面向未來發展的前瞻性，吸引了自然資源信息化機構、學界、企業界專家的關注。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]，進一步深化平臺數據組織、數據中臺構建和適應自然資源數據多源復雜特點的分布式數據庫管理技術機制的研究[17-19]，基于統一平臺構建一體化政務服務和審批監管系統[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展歷程[25]，對標科學決策、智慧監管、精準治理、泛在可及服務、動態感知和立體防控等數字政府建設的價值取向，展望數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、技術升級和融合創新，可以作為自然資源管理數字化轉型的業務支撐平臺。總體思路上，本文認為，應強化平臺的中臺功能，在已具備的數據中臺、技術中臺功能基礎上，豐富完善業務中臺功能，補齊智能中臺功能短板，真正做到平臺對業務應用、數據的統合作用。中臺的概念源于解決“小而全”且互不關聯的“煙囪式”系統造成的重復浪費等弊端，但其敏捷、復用的優勢必然轉化為對應用創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、優化國土空間格局、促進綠色低碳發展、維護資源資產權益等自然資源工作對復雜多變的數字化應用場景的需求，同時可有效應對信息系統設計和開發初期需求的不確定性。

具體實現途徑上，形成平臺在應用中自我進化技術機制，實現數字化能力的持續沉淀和輸出。強化平臺能力輸出，創建的“數字原生”系統應基于國土空間基礎信息平臺已有的通用技術（或組件）和統一的數據服務；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、林草等業務板塊創建“數字原生”系統過程中，按照調查監測評價、一體化政務服務、監管決策進行抽象歸納，以業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建，實現“一處創建、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。根據近年的自然資源信息化建設實踐[26]，參考高頻、多樣化業務場景的電商平臺技術選型，基于平臺的自然資源數字化應用在技術實現上宜采用馬赫（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，實現故障隔離、應用系統敏捷開發和無縫連接。

1.2 構建以數據要素化為目標的自然資源大數據治理體系

“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據資源，在自然資源政務服務、監管決策和信息服務中發揮了重要支撐作用。近年來，各方圍繞“一張圖”設計與建設開展了大量研究，在設計思路與數據內容上，重點突出了“一張圖”的三維屬性[28-30]，在數據治理研究與實踐方面邁出了重要一步[31-33]。

數字經濟時代數據已成為重要的生產要素。當前“一張圖”數據的要素屬性還沒有充分體現出來，數據架構和質量等因素限制了自然資源數據價值的更深入挖掘，需要構建自然資源大數據治理體系，實現自然資源數據的要素化。數據治理內容非常廣泛，涉及數據確權、質量提升、數據安全等諸多方面，本部分重點探討數據質量提升和數據架構完善的技術實現路徑。數據質量決定了數據要素發揮效能的上限，“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據，與獲取的互聯網社會感知數據、相關行業數據等相互交織，對釋放這些互不關聯、海量數據的潛在價值帶來極大挑戰。

針對自然資源大數據特點，數據治理的關鍵技術包括以下內容。構建多源異構自然資源數據匯聚融合技術體系；在自然資源信息化標準體系框架[34]和自然資源數據目錄體系下[35]，研制統一的數據標準和信息系統建設、自然資源大數據管理與分析處理技術規范；從分散系統向省級或全國統一系統轉變；開展自然資源大數據質量動態體檢與評估技術研究；明確“一張圖”數據構成，時空大數據[36]、地質大數據[37]等自然資源領域特殊數據集應作為“一張圖”的組成部分，其核心數據在物理上納入“一張圖”，但由于其服務對象廣泛或場景特殊，仍可作為獨立的數據服務平臺提供公共服務；數據架構增加“訓練數據層”，適應人工智能應用需求；將“一張圖”中專題數據與應用系統解耦化，增強自然資源數據要素的供給能力。

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，一些地方為落實優化營商環境，開發了不動產登記智能審批系統[41-42]，通過算法自動核驗材料和集成共享信息，實現了登記業務的自動化受理和審核。自然資源政務服務和監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”數據服務和信息共享集成，實現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據為深度學習算法“訓練場”，智能化判讀識別自然資源要素，通過算法輸出最優的國土空間開發格局和資源配置方案，挖掘數據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據異構算力架構

“自然資源云”建成以來，隨著系統和數據的上云[43]及云原生開發，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。從外部技術環境看，隨著摩爾定律瀕臨失效、大數據規模爆炸性增長，計算能力增長和數據規模增長此消彼長，中國科學院梅宏院士等提出，在大數據應用需求的驅動下，計算技術體系正在重構，從“以計算為中心”向“以數據為中心”轉型[46]。另外，根據國際數據公司（International Data Corporation，IDC）發布的評估報告，2022 年中國智能算力規模首次超過通用算力規模，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這種變化，不動產登記海量數據清洗入庫、分析等數據密集型計算往往依靠“人海戰術”，基于科技攻關的應用層面技術架構和解決方案創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，“以數據為中心”的三種近數處理方式中，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、自然資源業務網、應急通信網，將國家級主節點與衛星遙感、測繪地理信息、海洋、土地、礦產、林草分中心，以及外業作業點（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點中的不同類型計算資源進行連接，通過多節點數據協同、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據異構算力架構。

1.5 借助科技手段破解信息安全痛點問題

自然資源數據涉及國家安全、社會穩定、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據加密技術研究[50-52]。在數字化轉型背景下，海量數據流動的高頻化和數據處理、應用參與主體的多元化，使得數據保護與共享利用相互交織；用大數據挖掘技術對脫敏信息進行關聯分析帶來隱私泄露的風險；基于云原生部署的垂直系統越來越多，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境中。本文認為，自然資源數字化轉型中的信息安全主攻方向包括以下3個方面。

（1）建立自然資源數據分類分級保護體系。在“一張圖”數據架構基礎上按照業務應用等維度開展數據分類，在分類基礎上全面評估數據泄露、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”主節點建立的態勢感知平臺[54-55]基礎上，進一步擴大態勢感知平臺的安全風險探測半徑，將“自然資源云”的邊緣計算節點納入感知視野，深入運用大數據、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）采用同態加密（homomorphic encryption）技術。綜合大數據時代各種加密技術特點[56]，同態加密技術可以直接在密文數據上進行計算而無須事先解密，有效解決了大數據價值利用與數據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]，適用于自然資源數據的加密處理，尤其是不動產數據的加密處理，可有效解決數據流動性加強、跨網數據共享交換帶來的信息安全痛點問題。

2 推動基于大數據分析的自然資源“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、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]。大數據時代，傳統調查監測手段采集的數據與互聯網上沉淀的數據爆炸性增長，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造了條件，同時也面臨著前所未有的技術挑戰。

2.1 構建基于多模態數據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展，衛星遙感存檔數據呈指數級增長；快速、機動和針對性強的無人機傾斜攝影異軍突起，其發揮的作用備受關注；地面鐵塔視頻監控設備數以億計，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字痕跡蘊含著有價值的自然資源信息，派生出眾包數據（crowdsource data）、眾源地理信息（volunteered geographic information，VGI）等新的自然資源數據源[59]，互聯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，從對地觀測數據中獲取自然資源信息的能力不斷提升。近年來，在現代信息技術加持下，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《用大數據認知世界》的學術報告中提出，運用全球高分辨率遙感大數據、地面樣本數據和地理模型，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”一體化數據獲取基礎上，設計自然資源調查監測數據分析評價框架[62]，突破多源異構自然資源數據融合等關鍵技術，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、生態屬性認知相互融合、互為補充。

傳感器獲取的數據和社會感知數據以柵格、矢量、結構化數據、視頻、音頻、文本等多模態存在，數據來源包括針對特定目的與有組織的調查監測、相關部門共享、互聯網獲取，數據的多源化、異質化造成了實質上的數據碎片化。在數據質量方面，互聯網大數據是自然產生的，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據，如不動產登記歷史數據，也存在空項等數據稀疏問題。在現實中，人類感知外界就是通過視、聽、感等不同模態獲取信息，當信息不完整時，通過關聯進行推斷。因此，應借助多模態數據融合分析技術，構建自然資源認知框架，對多源、異構、不同模態的自然資源數據進行關聯分析，實現信息互補，將碎片化數據關聯為高價值知識。

2.2 構建基于大數據分析的自然資源管理研究新范式

大數據已成為引發社會變革的重要力量，在數字經濟、社會治理等方面發揮越來越重要的作用，推動科學發現取得重要進展[64]，催生出科學研究第四范式，即數據密集型科學發現[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，大數據的發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，互聯網大數據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]，顯示出巨大優勢，成為前者的重要補充。目前，自然資源大數據建設與應用思路已基本明確[70]，在基于互聯網社會大數據監測自然資源有關的社會輿情[71]、采用互聯網地圖數據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和社會經濟數據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、國土空間格局優化具有重要價值。

上述研究加之大數據的變革力量，預示著基于大數據的自然資源管理研究新范式正在形成。本文認為，以下2 個方向值得大數據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。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現，93%的人類行為是可以預測的[75]，這一發現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化。

（2）自然資源管理績效的自然實驗。科學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，利用歷史積累的數據探究初始條件、過程條件和結果之間的因果關系及支配因素，并在生態環境演變等領域開展了研究[76]。基于中國南北方、東中西地區的巨大差異，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，積累了大樣本數據；智能移動終端普及以來積累了連續記錄的社會感知數據，從中提取場所語義和情感信息，開展多變量數據關聯分析；完備的自然資源統計調查制度下積累的厚重綜合統計數據。對上述數據進行分析，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，用于搜索引擎的優化。知識圖譜因其可解釋性、高質量知識呈現等優勢得到了廣泛的認可，越來越多通用和專業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，成為大規模知識工程。知識圖譜的出現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據組織形式[78]，使得概念、實體、屬性間相互聯結，構成網狀知識結構[77]，實現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據來源包括“一張圖”核心數據庫等結構化數據、電子地圖等半結構化數據和互聯網文本數據，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，避免出現知識缺失或冗余；通過知識推理建立實體間的新關聯，發現蘊含的關系和知識；知識圖譜需要動態更新，更新的數據源包括“一張圖”核心數據庫、社會大數據等。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、國土空間規劃知識圖譜等，不同細分領域知識圖譜的關聯可以服務自然資源融合管理和智能化決策。

3 創建面向自然資源管理重大需求的數字化、智能化技術集成應用場景

在數字科技浪潮推動下創新正呈爆炸性增長[80]，有別于傳統的科技成果轉化的場景創新，已成為科技創新的航標[81]。場景創新是以新技術的創造性應用為導向，以供需聯動為路徑，實現新技術迭代升級和產業快速增長的過程[82]。場景創新雖然不涉及新技術創造，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，實現價值創造，甚至通過技術供給創造新的需求。

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，在場景創新成為主要創新模式的背景下，嚴守資源安全底線、優化國土空間格局、促進綠色低碳發展、維護資源資產權益等重大需求，迫切需要通過技術集成創造不同的應用場景。

3.1 創建以“一張圖”為底座的“自然資源要素數字孿生體”

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

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安全底線為前提的自然資源要素保障，通過運用數字孿生技術“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安全。構建“自然資源要素數字孿生體”，應充分利用自然資源完備、準確、全覆蓋的數據基礎，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字化映射，實現各類自然資源要素物理實體在數字空間的動態精準模擬和全生命周期共生演變；通過調查監測、社會感知、管理和虛實雙向互動實時更新數字孿生體；通過深度學習、大數據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自然資源要素狀況及預測、推演結果，通過虛擬環境下的推演、試錯和迭代，實現物理環境下顧及資源生態安全底線的自然資源要素保障“帕累托最優”目標。目前，構建數字孿生體的各項技術越來越成熟，“一張圖”的數據基礎比較完備，本文認為“自然資源要素數字孿生體”將成為自然資源信息化的重要應用場景。

3.2 創建面向自然資源監管決策和服務的“智慧+”應用場景

2012 年印發的《國土資源信息化“十二五”規劃》提出，以“一張圖”和“三大平臺”（電子政務平臺、綜合監管平臺、政務服務平臺）為基礎，努力構建覆蓋全國的集數字化、網絡化、智能化為一體的“智慧國土”，全面實現網上辦公、網上審批、網上監管、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，通過集成整合數據管理、政務協同、監管決策、政務服務等功能，實現對耕地的全方位監管[85-86]。

當前的數字化、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+”應用場景創建提供了良好的技術條件。自然資源“智慧+”應用場景創建，應以國土空間基礎信息平臺為依托，運用云計算、大數據、人工智能、實時感知等技術，面向特定應用領域，整合相關的數據、應用系統，建立專題數據臺賬、知識圖譜、數據分析挖掘平臺，支撐政務服務、監管決策等系統運行，為土地、礦產、海洋等資源監管注入智慧活力。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，創建“國土空間規劃機器人”[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]。“城市大腦”是中國工程院王堅院士于2016 年提出的概念，基本定位是數據資源時代融合了算力和數據的城市數字基礎設施。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”發展的“數字底座”[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務因信息化程度不斷提高造成的對接困難、數據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，通過對遙感監測、互聯網監測等各類感知的匯聚和數據融合，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”操作系統和智能底座，為持續創建自然資源領域“智慧+”應用場景注入智能活力。

4 以規模化應用、業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]。百度創始人李彥宏根據百度成長經歷總結出“反饋驅動創新”的路徑，即技術的發展沒有導航地圖，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“大數據、人工智能時代”，信息技術發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，而且幾乎所有的業務領域都需要運用地理信息系統（geographic information system，GIS）技術，自然資源管理、監管決策和政務服務涉及海量三維時空數據的管理、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、數據庫技術和產品迭代升級的良好場景，需要基礎軟硬件研發、應用系統開發、應用需求等各方相向而行，合力完成搶占核心信息技術戰略制高點的目標。

4.1 突破基于完全自主核心信息技術的自然資源業務系統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展規律，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，需要服務器、操作系統、GIS、中間件、數據庫管理系統之間完全協同運行。一方面，通過應用技術架構和解決方案創新或集群、并行等技術措施，彌補性能短板，達到實用化目標；另一方面，面向各類技術的協同化運行技術障礙，開展自主服務器、操作系統、GIS、中間件、數據庫管理系統之間的適配銜接，形成抱團競爭格局，助力自主核心信息技術生態系統壯大。

4.2 以規模化系統的業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千個圖層、上百億個空間要素的海量時空三維實景數據，對GIS、數據庫管理系統等技術性能是極大的考驗，事關三維時空數據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，可以發揮供需對接順暢的優勢，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服務請求，其業務化運行將倒逼自主核心信息技術安全穩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新推動自然資源管理數字化轉型，這個命題看似悖論，實則蘊含目前各界的一個共識：從信息化到數字化是漸進式的，數字化不是對信息化的覆蓋，也不是對現有的信息化架構進行解構，而是借助增量科技創新的“拼圖”過程。

《連線》雜志創刊主編凱文·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力，過去幾十年塑造的數字科技浪潮還會在未來幾十年繼續擴張、加強，人類需要傾聽科技的呼吸和脈動并與之共舞[92-93]，揭示了科技發展規律，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新體系”的引玉之磚。