數字地球與數字中國

第18卷第4期2000年12月dies in Science of scienceDec.2000數字地球與數字中國孫小禮(北京大學(xué)北京100871)摘要所謂數字地球″就是人們希望構建一個(gè)覆蓋全球的地球信息模型把分散在地球各地的從各種不同渠道獲取到的信息按地球的地理坐標組織起來(lái)既能體現岀地球上各種信息(自然的、人文的、社會(huì )的舶的內在有機聯(lián)系又便于按地理坐標進(jìn)行檢索和利用。這是研究各種地球變化的需要是21世紀實(shí)施可持續發(fā)展的需要。數字地球有全球、國家、城市三個(gè)層次。按照數字地球"的思路建設數字中國”是一項必要和緊迫的戰略仼務(wù)。建設好數字中國”,才能實(shí)現我國的可持續發(fā)展也才有可能為全世界的可持續發(fā)展作岀貢獻。我國許多城市正在策劃相應的數字化建設如數字上?！睌底直本钡葹樵?1世紀建設數字中國”和數字地球"作準備。關(guān)鍵詞數字地球可持續發(fā)展數字中國數字城市數字地球數字地球( Digital earth)這是1998年1月31日美國副總統阿爾.戈爾在加利福尼亞科學(xué)中心所作的演講中提出的一個(gè)新概念υ演講的題目是數字地球:21世紀認識地球的方式"。他說(shuō)¨一場(chǎng)新的技術(shù)革新浪潮正允許我們能夠獲取、存儲、處理并顯示有關(guān)地球的空前浩瀚的數據以及廣泛而又多樣旳環(huán)境和文化數據信息。今天我們經(jīng)常發(fā)現我們擁有很多數據卻不知如何處置。正如我們過(guò)去一個(gè)時(shí)期的農業(yè)政策一樣一方面生產(chǎn)的糧食被推積在中西部的糧食倉庫里霉爛另一方面卻有數百萬(wàn)人被餓死?，F在我們貪婪地渴求知識而大量的資料卻閑置一邊無(wú)人問(wèn)津。"按著(zhù)他提出“我相信我們需要一個(gè)數字地球即一種可以嵌入海量地理數據的多分辨率的和三維的地球的表示”。戈爾形象地描繪說(shuō)∵比如,可以設想一個(gè)女孩來(lái)到地方博物館的一個(gè)數字地球陳列室當她戴上頭盔顯示器她將看到就像是岀現在空中的地球。使用數據手套″她會(huì )看到大洲隨收稿日期2000-07-12①1992年戈爾在其著(zhù)作《涉臨失衡的地球X陳嘉映等譯的中譯本中央編譯岀版社997年岀版)已提到了數字地球″他在講如何研究全球氣候變化建立中國煤化工來(lái)處理每天從衛星軌道上掃描下來(lái)的龐大數據。我們過(guò)去從未想到能收集到這這些數據我提出了一個(gè)姑且稱(chēng)為數字地球'的計劃旨在建立一個(gè)新的全球CNMH月的滴講中戈爾才對數字地球″概念作了比較全面和通俗的說(shuō)明從而才引起人們的興趣和重視。戈爾1998年的這篇演講的中譯文見(jiàn)《中國科學(xué)報》1998年8月26日第三版和《科學(xué)新聞》1999年第二期。本章所引戈爾演講中的話(huà)皆引自《科學(xué)新聞》。第18卷孫小禮數字地球與數字中國之是區域、國家、城市最后是房屋、樹(shù)木以及其它各種自然和人造物體。在發(fā)現自己特別感興趣的某地塊時(shí)她可乘上魔毯″即通過(guò)地面三維圖像顯示去深入査看。當然地塊信息只是她可以了解的多種信息中的一種。使用聲音識別裝置小孩還可以詢(xún)問(wèn)有關(guān)土地覆蓋、植物和動(dòng)物種類(lèi)的分布、實(shí)時(shí)的氣候、道路、行政區線(xiàn)以及人口等方面的文本信息?！彼粌H可以跨越不同的空間也可以在時(shí)間線(xiàn)上奔弛。為了去參觀(guān)盧浮宮她先在巴黎作了一番虛擬旅游之后又通過(guò)細讀重疊在數字地球表面上的數字化地圖、時(shí)事摘要、傳說(shuō)、報紙以及其它第一手材料她便回到這去,了解法國歷史。她會(huì )把其中一些信息轉送到自己的Emai庫里等著(zhù)以后再讀。這條時(shí)間線(xiàn)可伸向很遠從數日、數年、數世紀甚至到地質(zhì)紀元去了解恐龍的情況戈爾為我們勾勒出一個(gè)誘人的數字地球景象真實(shí)地球作為一個(gè)虛擬地球進(jìn)入了陳列室使普通老百姓甚至一個(gè)小孩子都能方便地運用一定的科學(xué)手段了解自己所想了解的有關(guān)地球的現狀和歷史既能獲得自然方面的信息如地形、地貌、地質(zhì)構造、山脈河流、礦藏分布、氣候氣象等也能獲得人文方面的信息如經(jīng)濟、文化、金融、人口、交通、風(fēng)土人情等。真可謂全部地球盡收眼底”當然這個(gè)虛擬的全部地球″只是人們今天所認識到的地球還不可能是真實(shí)的全部地球。戈爾列舉了建立數字地球所需要的幾種關(guān)鍵性技術(shù)如科學(xué)計算、衛星圖像、寬帶網(wǎng)絡(luò )、互操作、元數據等指出了數字地球可能的廣闊應用前景諸如指導仿真外交、打擊犯罪、保護生態(tài)多樣性、預報氣候變化、提高農業(yè)生產(chǎn)率等以及建立數字地球的大致步驟。這不是一篇嚴謹的學(xué)術(shù)論文甚至并沒(méi)有對數字地球給出清晰的科學(xué)定義然而數字地球作為21世紀認識地球的新方式這一新穎的概念一經(jīng)提出立即引起人們的興趣和關(guān)注。美國在1993年提出國家信息基礎設施建設繼而在1994年提出國家空間信息基礎設施建設到198年又提岀數字地球并且已作為政府的重要項目開(kāi)始實(shí)施數字地球計劃這一系列重大戰略決策是有其連續性和必然性的。并且立即在全世界引起科學(xué)界的興趣和各國政府的關(guān)注,說(shuō)明數字地球的提出也適應了要在21世紀在全世界實(shí)施可持續發(fā)展戰略的需要。為了實(shí)施可持續發(fā)展戰略人們迫切需要掌握和利用有關(guān)地球旳各種信息以研究地球上各種資源的現狀和變化趨勢然而正如戈爾所說(shuō),目前大量這樣的信息卻散落和閑置在世界各地的信息庫里像陸地資源衛星拍攝了20多年的大批照片就一直擱置著(zhù)未曾利用。為改變這種局面科學(xué)家們企盼能建立一個(gè)覆蓋全球每一角落的地球信息模型把分散在各地的信息有組織地利用起來(lái)。數字地球正是這樣一個(gè)地球信息模型把地球各地的從各種不同渠道獲取到的數據按地球上的地理坐標組織起來(lái)朕結融合起來(lái)構成既能體現岀有關(guān)地球的各種信息的內在有機聯(lián)系又便于按地理坐標進(jìn)行檢索和利用。數字地球可以說(shuō)是人類(lèi)迄今為止最為巨大的一項科學(xué)技術(shù)工程雖然關(guān)鍵性的技術(shù)條件已有一定基礎但不能以為數字地球在一夜之間就能建立起來(lái)事實(shí)上目前的技術(shù)基礎尚不足以立即支撐起數字地球這樣一個(gè)綜合性的戰略目標的實(shí)現。建立數字地球也不是一個(gè)政府機構、一個(gè)產(chǎn)業(yè)或一個(gè)研究單位能擔負起的事!中國煤化工個(gè)人、公司、大學(xué)研究人員以及政府機構參加的群眾性努力。戈爾建議CNMHG標集中于較少的若干應用上經(jīng)過(guò)試用再逐步擴展和開(kāi)放。應該鼓勵大學(xué)同地方學(xué)校及博物館合作研究有關(guān)數字地球的項目,目前可能應集中在當地的地理信息上。下一步應致力于研制一米分辯率的數字化世界地圖。戈爾設想數字地球將在2005年初步建立而在2020年基本實(shí)現?？茖W(xué)學(xué)研究第4期2數字中國2.1“數字中國問(wèn)題的提出數字地球至少有三個(gè)層次洤球的、國家歐地區的廂和城市的。這三者是互相支撐、互相促進(jìn)的數字地球將建立在數字國家的基礎上所以數字地球計劃的提岀無(wú)疑是對世界各國信息化的極大促進(jìn)同時(shí)也是挑戰當然也是對中國信息化的促進(jìn)和挑戰。我們應該以怎樣的姿態(tài)和行動(dòng)來(lái)迎接這一挑戰呢?這在我國科技界已成為一個(gè)相當熱門(mén)的話(huà)題①。中國現在還是一個(gè)尚未完成工業(yè)化的發(fā)展中國家有人擔心現在就想在中國按照數字地球的思路建立數字中國是否心血來(lái)潮不切實(shí)際。這樣的擔憂(yōu)是完全可以理解的這一問(wèn)題確實(shí)需要認真加以研究和論證1995年我國學(xué)者鐘義信、葉培大曾聯(lián)名發(fā)表題為《信息時(shí)代的發(fā)展戰略》的文章②指出在信息化已成為當今世界發(fā)展的時(shí)代潮流的背景下我國應抓住時(shí)代機遇實(shí)施超越戰略″實(shí)現后來(lái)居上。如果還是按照常規戰略”表面看來(lái)好象很穩妥實(shí)際上是很不妥的因為推遲我國的信息化只能使我國與發(fā)達國家之間的距離越拉越大處于更加落后的局面。信息化就是用現代信息技術(shù)裝備國民經(jīng)濟各部門(mén)和社會(huì )各領(lǐng)域將極大地提高社會(huì )勞動(dòng)生產(chǎn)率這已是我國社會(huì )主義現代化建設的急切要求。把握這一時(shí)代的要求大力推進(jìn)信息化以信息化帶動(dòng)和促進(jìn)我國工業(yè)、農業(yè)、科技和國防的全面現代化應是最優(yōu)的發(fā)展戰略選擇這樣的發(fā)展戰略來(lái)實(shí)現歷史性的超越是有可能的。一些西方人士也看出了這種可能性美國英特蘭公司總裁安迪葛洛夫說(shuō)“:在當前世界經(jīng)濟格局中非工業(yè)化國家在跳躍性向前發(fā)展他們的信息化進(jìn)程可能超乎發(fā)達國家的想象”③1998年10月以來(lái)我國科學(xué)技術(shù)界的各有關(guān)部門(mén)連續召開(kāi)了多次研討會(huì )對乎中國究竟要不要搞數字地球問(wèn)題″已達成了共識。許多專(zhuān)家呼吁全社會(huì )都來(lái)關(guān)注數字地球從國家發(fā)展戰略高度來(lái)理解實(shí)施數字地球的必要性和緊迫性。為使中囯數字地球計劃早日提到日程上來(lái)北京大學(xué)牽頭的22個(gè)單位、30位專(zhuān)家教授聯(lián)合提出了《關(guān)于啟動(dòng)中國數字地球計劃”的建議》認為根據我國的國情與國力適時(shí)提出中國數字地球”是實(shí)施國家可持續發(fā)展的重要內容是我國發(fā)展知識經(jīng)濟搶占高科技領(lǐng)域這一重要制高點(diǎn)的歷史性機遇。"中國科學(xué)院地學(xué)部提岀了《關(guān)乎中國數字地球"發(fā)展戰略的建議》從實(shí)現可持續發(fā)展〃、保持和平安定的國際環(huán)境″丶促進(jìn)我國科學(xué)創(chuàng )新體系的形成"三個(gè)方面論述了發(fā)展中國數字地球"的必要性和迫切性。專(zhuān)家們指出人類(lèi)在經(jīng)濟、社會(huì )和生活中所接觸和利用的信息有80%與地理空間信息有關(guān)數字地球作為地理信息系統的一個(gè)發(fā)展④,無(wú)論是否有人提出數字地球”這一名詞無(wú)論是誰(shuí)和以怎樣的方式提出數字地球概含T中國煤化工體化有關(guān)的工作都是CNMHG①于小晗.數字地球∶999年的熱門(mén)話(huà)題?？萍既請?99-01-28②見(jiàn)《人民日報》1995-7-28③劉鴻,數字地球.數字國土.國土資源報1999-03-26④中國科學(xué)院遙感信息發(fā)展戰略研討會(huì ).遙感信息發(fā)展戰略研諫文集)中國科學(xué)院遙感聯(lián)合中心編E款據第18卷孫小禮數字地球與數字中國目前地球科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一種必然趨勢。2.2建設數字中國"的可能性與現實(shí)性關(guān)于在中國發(fā)展數字地球的可能性和現實(shí)性,專(zhuān)家們從多方面作了論述。地學(xué)部的建議書(shū)中寫(xiě)道灬:國家攻關(guān)計劃863計劃”攀登計劃"、火炬計劃"“973計劃”等國家科技發(fā)展計劃的實(shí)施及國家加大自然科學(xué)基金的投入,為發(fā)展中國數字地球”提供了現實(shí)的技術(shù)基礎、科學(xué)基礎和人才儲備?！敝袊畔Ⅲ{速公路″等基礎設施的建設為發(fā)展中國數字地球″提供了技術(shù)上的支撐條件。他們認為我國在工業(yè)化并不充分的條件下發(fā)揮社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟的活力完全有條件在信息化方面實(shí)現跨躍式"的發(fā)展歷史發(fā)展證明〃,技術(shù)跨越”曾經(jīng)是落后國家趕超先進(jìn)國家的一種必要的手段和經(jīng)驗。所謂跨躍"或超越″不是說(shuō)要在所有的技術(shù)領(lǐng)堿都要突破而是在某個(gè)領(lǐng)域集中突破。數字地球就可能是一個(gè)突破口數字地球所涵蓋的領(lǐng)域正是面臨重大技術(shù)突破的領(lǐng)域解決與數字地球相關(guān)聯(lián)的懸而未解旳仼何—個(gè)科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。都意味著(zhù)科學(xué)技術(shù)的跨越和突破。目前我國的對地觀(guān)測衛星技術(shù)已有重大進(jìn)展制造和發(fā)射已不需要巨額投資狂通訊技術(shù)方面也可以在不需要大量投資的條件下使高速寬帶網(wǎng)有相當大的改善在地球科學(xué)的信息化方面,已具備相當的基礎地理信息系統、衛星遙感、航空遙感的普及率很高我國自主開(kāi)發(fā)的地理信息系統占領(lǐng)了相當份額的國內市場(chǎng)。因此在當前并不存在重大技術(shù)和經(jīng)濟障礙的情況下只要我們抓住實(shí)施數字地球這個(gè)機遇做好統一規劃集中攻關(guān)在我國的信息化方面實(shí)現跨越式”發(fā)展并不是可望而不可及的。1995年5月聯(lián)合國科技促進(jìn)發(fā)展委員會(huì )選擇信息技術(shù)與發(fā)展“作為1997年該委員會(huì )召開(kāi)的會(huì )議的主題并專(zhuān)門(mén)成立了一個(gè)工作組來(lái)研究發(fā)展中國家介入和應用信息技術(shù)的問(wèn)題作為一項研究成果在1998年4月出版了《知識社會(huì )息技術(shù)促進(jìn)可持續發(fā)展》一書(shū)。該書(shū)的編輯在導言中寫(xiě)道灬:無(wú)論在工業(yè)化國家或是在許多發(fā)展中國家以先進(jìn)的微電子學(xué)為基礎的信息與通信技術(shù)都是處于近來(lái)所發(fā)生的社會(huì )與經(jīng)濟轉型變化的中心位置。信息與通信技術(shù)的成本仍在持續下降并隨著(zhù)其功能的不斷增強已經(jīng)被廣泛地應用于經(jīng)濟和社會(huì )的各個(gè)部門(mén)。這種加速擴散為發(fā)展中國家掌握這些技術(shù)和應用從而服務(wù)于它們的發(fā)展目標創(chuàng )造了新的機遇″。工作組指出然應用信息與通信技術(shù)的成本很高但不這樣做所需的成本會(huì )更高信息與通信技術(shù)能夠對可持續發(fā)展做岀主要貢獻但這一機遇將會(huì )伴隨著(zhù)巨大的風(fēng)險。書(shū)中強調發(fā)展中國家在信息與通信技術(shù)戰略方面所采取的決策與全球的發(fā)展分不開(kāi)。世界的發(fā)展迫使人們關(guān)注和運用信息技術(shù)事實(shí)上信息技術(shù)在許多發(fā)展中國家的應用表明人們有能力應用這些技術(shù)而使自己生活得更好。所以發(fā)展中國家的決策者們面臨的挑戰是要根據自己國家的國情和需要并善于從別國發(fā)展和應用信息技術(shù)所積累的成功和失敗的經(jīng)驗中獲得啟示制定出適合于本國的政策框架從我國實(shí)施可持續發(fā)展戰略的實(shí)際需要看中國的數字地球”或數字中國”是十分必要的。我國人口基數大人均資源貧乏耕地中國煤化工和荒漠化嚴重水資源緊缺森林覆蓋率不高生物多樣性遭受破壞CNMHO災害頻繁發(fā)生更面臨著(zhù)嚴重的環(huán)境污染問(wèn)題。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì )之后中國政府迅速編制了《中國21世紀議程——中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書(shū)》1994年5月在國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展九五"計劃和2010年遠景目標綱要》中明確把可持續發(fā)展戰略與科教興國戰略并列為我國的兩大戰略國策遂壟都表明了我國要走可持續發(fā)展道路的決心和信心?？茖W(xué)學(xué)研究第4期從20世紀50年代開(kāi)始中國科學(xué)院及各專(zhuān)業(yè)研究機構、各有關(guān)部門(mén)和各地都對各種資源和環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展調查研究建立了許多不同種類(lèi)的監測系統和評估系統創(chuàng )立了數以百計的各種實(shí)驗站和數據庫。然而也同樣遇到了信息資源利用率不高的問(wèn)題由于缺乏橫向聯(lián)系許多工作分散而又重復造成人力、物力和財力的極大浪費。為了改變這種現狀高效率地開(kāi)發(fā)和利用分散在我國各地的信息資源按照數字地球提供的思路建設數字中國″是一項具有緊迫感的任務(wù)。數字中國既是技術(shù)體系也是國家戰略。只有建設好數字中國”,才能具有實(shí)力成為數字地球的一員才能實(shí)現我國的可持續發(fā)展也才有可能為全世界的可持續發(fā)展作出貢獻無(wú)論是建設數字地球”還是建設數字中國”,雖然是緊迫的任務(wù)然而又都不可能急于求成需要先建立一個(gè)個(gè)試驗場(chǎng)所讓政府、產(chǎn)業(yè)界以及學(xué)術(shù)機構等共同參與研究以便在數字地球的機理、模型以及仿真等領(lǐng)域逐步地探索和完善。數字國家將建立在數字城市的基礎上按照數字地球和數字中國所提供的思路首先應在我國發(fā)展數字城市實(shí)現城市的信息化。當前我國許多城市和地區正在提議和策劃各地的相應的建設計劃如數字上?！?、數字北京”數字海南〃…等。這些數字城市的計劃如能實(shí)行就如同先建立一個(gè)個(gè)地方的試驗場(chǎng)所在這里對城市的數字化進(jìn)行探索性的研究和應用就是為建設數字中國”和數字地球”作實(shí)際的認識準備和技術(shù)準備。要實(shí)現數字地球″這一戰略目標需要我們從城市、國家、全球三個(gè)層次上都要全局地、系統地、一體化地規劃和組織有關(guān)地球各種信息的獲取、處理和應用。對于可持續發(fā)展來(lái)說(shuō),也同樣有城市、國家、全球三個(gè)層次三者有同樣密切的隸屬關(guān)系。要實(shí)現全球的可持續發(fā)展需要在這三個(gè)層次上都充分有效地和全面地地發(fā)揮數字地球″這一重要信息模型的功能。21世紀的信息化將充分體現為數字化。讓我們?yōu)橛訑底只闹袊蛿底只牡厍蚨?。參考文獻〔1〕↑戈爾.數字地球21世紀認識地球的方式.科學(xué)新間周刊1992〔2國家自然科學(xué)基金委員會(huì )編.全球變化:中國面臨的機遇和挑戰.高等教育岀版社、施普林格岀版社岀〔3)李琦、吳少巖編著(zhù),數字地球——人類(lèi)認識地球的第三次飛躍,北京大學(xué)岀版社,1999〔4〕↑戈爾.淑臨失衡的地球——生態(tài)與人類(lèi)精神陳嘉映等譯).中央編譯出版社J997〔5聯(lián)合國科技促進(jìn)發(fā)展委員會(huì )緘馮宣等譯)知識社會(huì )——信息技術(shù)促進(jìn)可持續發(fā)展.機械工業(yè)出版社,〔6)中國21世紀議程.中國環(huán)境科學(xué)出版社,1994〔7]趙永平、承繼成.數字地球的研究及其應用.科技導報19993)〔8〕葉雷、張超,數字地球的技術(shù)與應用,科學(xué),199X中國煤化工本文責任編輯:書(shū)文CNMHGGlobalization its impact on national security and china s countermeasures中國煤化工The definitive concept of national security-ization on informationCNMHGmilitary economic security and geo-politics a.pur, countermeasures aresuggested for strengthening China s national security in the on-going course of the current glob-萬(wàn)方教據Kelobalization national security and geo-politics