学科与科学研究

时间：2022-01-30 百科知识版权反馈

【摘要】：在华盛顿宣言中，正式提出要建立一个功能强大的、协调的、持续化的分布式全球对地观测系统。第二次、第三次全球部长级对地观测高峰会议已决定将于2004年4月和2005年2月分别在日本东京和欧盟召开。在网格计算环境下，目前的GIS数据面临着空间数据的基准不一致、空间数据的时态不一致，语义描述的不一致以及数据存贮格式的不一致四大障碍。

学科与科学研究_不停歇的思索李

1　引　　言

随着信息时代的到来，一个天地一体化的大测绘概念正在形成，即基于3S和通信技术集成的地球空间信息科学。这个信息化的大测绘是利用陆海空天一体化的导航定位和遥测遥感等空间数据获取手段来自动化、智能化和实时化地回答何时(When)、何地(Where)、何目标(What Object)发生了何种变化(What Change)，并且把这些时空信息(即4W)随时随地提供给每个人，服务到每件事(4A服务——Anyone，Anything，Anytime，Anywhere)。下面从时空信息获取、加工、管理和服务四个方面对未来的技术发展作出简要叙述，最后论述在天地一体化地球空间信息学环境下的国家测绘局的地位与作用。

2　时空信息获取的天地一体化和全球化

人类生活在地球的四大圈层(岩石圈、水圈、大气圈和生物圈)的相互作用之中，其活动范围可涉及上天、入地和下海。这种自然和社会活动有80%与其所处的时空位置密切相关。为了获得这些随时间变化的地理空间信息(下面简称时空信息)，在上一世纪航空航天信息获取和对地观测技术成就的基础上，21世纪，人们已纷纷在构建天地一体化的对地观测系统，以便实时全球、全天时、全天候地获取粗中高分辨率的点方式和面方式的时空数据。由美国政府发起，于2003年7月31日在美国国务院内召开了第一届对地观测部长级高峰会议，有34个国家的科技部长或其代表以及联合国的相应机构参加了对地观测部长级高峰会议。会上发布了对地观测华盛顿宣言，成立了政府间对地观测协调组织(GEO)。在华盛顿宣言中，正式提出要建立一个功能强大的、协调的、持续化的分布式全球对地观测系统。为此，将在今年完成框架文件，进而制定出十年实施计划，这种合作主要涉及全球环境、资源、生态及灾害等方面，研究的问题包括海洋、全球碳循环、全球水循环、大气化学与空气质量、陆地科学、海岸带、地质灾害、流行病传播与人类健康等。用于国防安全的军事卫星技术不在合作之列，但各国都给予了很大的关注。在未来的争夺制天权的过程中，又联合又竞争的局面值得我们给予充分的注意和关心。第二次、第三次全球部长级对地观测高峰会议已决定将于2004年4月和2005年2月分别在日本东京和欧盟召开。

在华盛顿第一次高峰会上，欧空局(ESA)在工作午餐会上正式宣布了其GMES计划，即全球环境与安全监测计划。该计划将建立和健全一个由高中低分辨率的对地观测卫星和伽利略全球卫星导航定位系统来为欧盟18个国家的环境(包括生态环境、人居环境、交通环境等等)和安全(包括国家安全、生态安全、交通安全、健康安全等)进行实时服务，该系统将于2008年建成。

我国目前正在制定从现在到2020年的国家中长期科技发展规划。在这个规划中，将正式提出建立我国天基综合信息系统的建议，即通过发射一系列持续运转的卫星群，实现卫星通信、数据中继、全球卫星导航定位和多分辨率的光学、红外、高光谱遥感和全天候、全天时的雷达卫星群，来获取国家经济建设、国防建设和社会可持续发展所需要的时空信息，并与从航空、地面、舰艇、水下获取的时空信息相融合，与国外的对地观测系统相互协调与合作，成为信息时代我国的天地一体化时空信息获取系统，从而为地球空间信息的数据源提供坚实的保证^［1，2］。

3　时空信息加工与处理的自动化、智能化与实时化^［3］

面对以TB级计的海量对地观测数据和各行各业的迫切需求，我们面临着“数据又多又少”的矛盾局面，一方面，数据多到无法处理；另一方面，用户需要的数据又找不到，致使无法快速及时地回答用户的问题。于是对时空信息加工与处理提出了要自动化、智能化和实时化的问题。

目前，卫星导航定位数据的处理已经比较成熟地实现了自动化、智能化和实时化，借助于数据通讯技术、RTK技术、实时广域差分技术等已使空间定位达到米级、分米级乃至厘米级的精度。美国的GPS正在升级，改进其性能，欧盟正在紧锣密鼓地推进由30颗卫星组成的伽利略计划，我国的二代北斗也将由12颗卫星组成，对更广大的地域提供实时卫星导航定位服务，希望到2020年也能建成类似伽利略卫星的我国独立自主的全球导航定位系统。

遥感数据，包括高分辨率光学图像、高光谱数据和SAR数据的处理，就几何定位和影像匹配而言，可以说已经解决，要进一步研究的是无地面控制的几何定位，这主要取决于卫星位置和姿态的测定精度。目标识别和分类的问题一直是图像处理和计算机视觉界关心的问题，智能化的人机交互式的方法已普遍得到应用，人们追求的是全自动方法，因为只有全自动化才可能实时化和在轨处理(Smart Sensor)，进而构成传感器格网(Sensor Grid)，实现直接从卫星上传回经在轨加工后的有用的数据和信息。基于影像内容的自动搜索和特定目标的自动变化检测^［4］可望尽快地实现全自动化，将几何与物理方程一起实现遥感的全定量化反演是最高理想，在21世纪内可望解决。

4　时空信息管理和分发的网格化^［5，6］

时空信息在计算机中的表示走的是地图数字化的道路，在计算机中存贮的是带地物编码和拓扑关系的坐标串。在3W互联网环境下，实时查询和检索GIS数据是成功的。随着全球信息网格(GIG)概念的提出，人们将要面临在下一代3G(Great Global Grid)互联网上进行网格计算。即不仅可查询和检索到GIS时空数据，而且要能利用网络上的计算资源进行网格计算。在网格计算环境下，目前的GIS数据面临着空间数据的基准不一致、空间数据的时态不一致，语义描述的不一致以及数据存贮格式的不一致四大障碍。因此，建立全球统一的空间信息网格对实现网格计算应当是势在必行。为此，我们提出了从用户需求出发的空间信息多级网格(SIMG)的概念，用带地学编码的粗细网格来统一地存贮时空数据。基本的思想是在地理坐标框架下，根据自然社会发展的不平衡特征将全球分成粗细不等的格网，格网中心点的经纬度坐标和全球地心坐标系坐标作为参照标准，存贮各个格网内的地物及其属性特征，这种存贮方法特别适合于国家社会经济数据空间统计与分析，如果能解决空间信息多级网格与现有不同比例尺空间数据库的相互转换，GIS的应用理论将会上一个新的台阶，空间数据挖掘也可望得到更好的应用，使空间分析和辅助决策支持上一个新台阶。

5　时空信息服务的大众化^［7］

人类的社会活动和自然界的发展变化都是在时空框架下进行的，地球空间信息是它们的载体和数学基础。在信息时代，由于互联网和移动通信网络的发展加上计算机终端的便携化，使时空信息服务的大众化代表了当前和未来的时代特征，也是空间信息行业能否产业化运转的关键。

时空信息服务要以需求为牵引，对不同的用户、不同的需求，就要提供不同的服务，在国防建设中，除了整个数字化战争的准备、策划、实时指挥、战场姿态、作战效果估评的大系统外，时空信息服务的本质就是将3S集成技术做成适合于各兵种、各作战单元和战士的时空信息多媒体终端。它既可实现实时导航定位，实时通信，也可以实时获取和提供所需要的军事时空信息，这样的3S集成系统将成为装备提供给部队。时空信息对政府高效廉政建设的服务就是为电子政务(OA)提供必要的具有空间、时间分布的自然、社会和经济数据与信息。目前的各种比例尺地形数据库距离电子政务和国家宏观决策分析使用尚有较大的距离，希望能通过空间信息网格技术加以解决。时空信息为我国小康社会的服务是具有很好机遇的挑战性任务，需要我们创造高效优质的服务模式，这包括汽车导航、盲人导航、手机图形服务、智能小区服务、移动位置服务等，可以统称为公众信息化(Citizen Automation，CA)。时空信息的社会经济服务包括对国家资源、环境、灾害调查和各种经济活动的时空分布及其变化的实时服务，及数字城市、数字港口、数字仓库、数字化物流配送诸方面的时空信息服务。至于时空信息对社会可持续发展的科学研究则需要建立功能强大的、协调的、可持续的分布式。