数字地球与数字中国

第18卷第4期2000年12月dies in Science of scienceDec.2000数字地球与数字中国孙小礼(北京大学北京100871)摘要所谓数字地球″就是人们希望构建一个覆盖全球的地球信息模型把分散在地球各地的从各种不同渠道获取到的信息按地球的地理坐标组织起来既能体现岀地球上各种信息(自然的、人文的、社会的舶的內在有机联系又便于按地理坐标进行检索和利用。这是研究各种地球变化的需要是21世纪实施可持续发展的需要。数字地球有全球、国家、城市三个层次。按照数字地球"的思路建设数字中国”是一项必要和紧迫的战略仼务。建设好数字中国”,才能实现我国的可持续发展也才有可能为全世界的可持续发展作岀贡献。我国许多城市正在策划相应的数字化建设如数字上海”数字北京”等为在21世纪建设数字中国”和数字地球"作准备。关键词数字地球可持续发展数字中国数字城市数字地球数字地球( Digital earth)这是1998年1月31日美国副总统阿尔.戈尔在加利福尼亚科学中心所作的演讲中提出的一个新概念υ演讲的题目是数字地球:21世纪认识地球的方式"。他说¨一场新的技术革新浪潮正允许我们能够获取、存储、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样旳环境和文化数据信息。今天我们经常发现我们拥有很多数据却不知如何处置。正如我们过去一个时期的农业政策一样一方面生产的粮食被推积在中西部的粮食仓库里霉烂另一方面却有数百万人被饿死。现在我们贪婪地渴求知识而大量的资料却闲置一边无人问津。"按着他提出“我相信我们需要一个数字地球即一种可以嵌入海量地理数据的多分辨率的和三维的地球的表示”。戈尔形象地描绘说∵比如,可以设想一个女孩来到地方博物馆的一个数字地球陈列室当她戴上头盔显示器她将看到就像是岀现在空中的地球。使用数据手套″她会看到大洲随收稿日期2000-07-12①1992年戈尔在其著作《涉临失衡的地球X陈嘉映等译的中译本中央编译岀版社997年岀版)已提到了数字地球″他在讲如何研究全球气候变化建立中国煤化工来处理每天从卫星轨道上扫描下来的庞大数据。我们过去从未想到能收集到这这些数据我提出了一个姑且称为数字地球'的计划旨在建立一个新的全球CNMH月的滴讲中戈尔才对数字地球″概念作了比较全面和通俗的说明从而才引起人们的兴趣和重视。戈尔1998年的这篇演讲的中译文见《中国科学报》1998年8月26日第三版和《科学新闻》1999年第二期。本章所引戈尔演讲中的话皆引自《科学新闻》。第18卷孙小礼数字地球与数字中国之是区域、国家、城市最后是房屋、树木以及其它各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时她可乘上魔毯″即通过地面三维图像显示去深入査看。当然地块信息只是她可以了解的多种信息中的一种。使用声音识别裝置小孩还可以询问有关土地覆盖、植物和动物种类的分布、实时的气候、道路、行政区线以及人口等方面的文本信息。”她不仅可以跨越不同的空间也可以在时间线上奔弛。为了去参观卢浮宫她先在巴黎作了一番虚拟旅游之后又通过细读重叠在数字地球表面上的数字化地图、时事摘要、传说、报纸以及其它第一手材料她便回到这去,了解法国历史。她会把其中一些信息转送到自己的Emai库里等着以后再读。这条时间线可伸向很远从数日、数年、数世纪甚至到地质纪元去了解恐龙的情况戈尔为我们勾勒出一个诱人的数字地球景象真实地球作为一个虚拟地球进入了陈列室使普通老百姓甚至一个小孩子都能方便地运用一定的科学手段了解自己所想了解的有关地球的现状和历史既能获得自然方面的信息如地形、地貌、地质构造、山脉河流、矿藏分布、气候气象等也能获得人文方面的信息如经济、文化、金融、人口、交通、风土人情等。真可谓全部地球尽收眼底”当然这个虛拟的全部地球″只是人们今天所认识到的地球还不可能是真实的全部地球。戈尔列举了建立数字地球所需要的几种关键性技术如科学计算、卫星图像、宽带网络、互操作、元数据等指出了数字地球可能的广阔应用前景诸如指导仿真外交、打击犯罪、保护生态多样性、预报气候变化、提高农业生产率等以及建立数字地球的大致步骤。这不是一篇严谨的学术论文甚至并没有对数字地球给出清晰的科学定义然而数字地球作为21世纪认识地球的新方式这一新颖的概念一经提出立即引起人们的兴趣和关注。美国在1993年提出国家信息基础设施建设继而在1994年提出国家空间信息基础设施建设到198年又提岀数字地球并且已作为政府的重要项目开始实施数字地球计划这一系列重大战略决策是有其连续性和必然性的。并且立即在全世界引起科学界的兴趣和各国政府的关注,说明数字地球的提出也适应了要在21世纪在全世界实施可持续发展战略的需要。为了实施可持续发展战略人们迫切需要掌握和利用有关地球旳各种信息以研究地球上各种资源的现状和变化趋势然而正如戈尔所说,目前大量这样的信息却散落和闲置在世界各地的信息库里像陆地资源卫星拍摄了20多年的大批照片就一直搁置着未曾利用。为改变这种局面科学家们企盼能建立一个覆盖全球每一角落的地球信息模型把分散在各地的信息有组织地利用起来。数字地球正是这样一个地球信息模型把地球各地的从各种不同渠道获取到的数据按地球上的地理坐标组织起来朕结融合起来构成既能体现岀有关地球的各种信息的内在有机联系又便于按地理坐标进行检索和利用。数字地球可以说是人类迄今为止最为巨大的一项科学技术工程虽然关键性的技术条件已有一定基础但不能以为数字地球在一夜之间就能建立起来事实上目前的技术基础尚不足以立即支撑起数字地球这样一个综合性的战略目标的实现。建立数字地球也不是一个政府机构、一个产业或一个研究单位能担负起的事!中国煤化工个人、公司、大学研究人员以及政府机构参加的群众性努力。戈尔建议CNMHG标集中于较少的若干应用上经过试用再逐步扩展和开放。应该鼓励大学同地方学校及博物馆合作研究有关数字地球的项目,目前可能应集中在当地的地理信息上。下一步应致力于研制一米分辩率的数字化世界地图。戈尔设想数字地球将在2005年初步建立而在2020年基本实现。科学学研究第4期2数字中国2.1“数字中国问题的提出数字地球至少有三个层次洤球的、国家歐地区的厢和城市的。这三者是互相支撑、互相促进的数字地球将建立在数字国家的基础上所以数字地球计划的提岀无疑是对世界各国信息化的极大促进同时也是挑战当然也是对中国信息化的促进和挑战。我们应该以怎样的姿态和行动来迎接这一挑战呢?这在我国科技界已成为一个相当热门的话题①。中国现在还是一个尚未完成工业化的发展中国家有人担心现在就想在中国按照数字地球的思路建立数字中国是否心血来潮不切实际。这样的担忧是完全可以理解的这一问题确实需要认真加以研究和论证1995年我国学者钟义信、叶培大曾联名发表题为《信息时代的发展战略》的文章②指出在信息化已成为当今世界发展的时代潮流的背景下我国应抓住时代机遇实施超越战略″实现后来居上。如果还是按照常规战略”表面看来好象很稳妥实际上是很不妥的因为推迟我国的信息化只能使我国与发达国家之间的距离越拉越大处于更加落后的局面。信息化就是用现代信息技术装备国民经济各部门和社会各领域将极大地提高社会劳动生产率这已是我国社会主义现代化建设的急切要求。把握这一时代的要求大力推进信息化以信息化带动和促进我国工业、农业、科技和国防的全面现代化应是最优的发展战略选择这样的发展战略来实现历史性的超越是有可能的。一些西方人士也看出了这种可能性美国英特兰公司总裁安迪葛洛夫说“:在当前世界经济格局中非工业化国家在跳跃性向前发展他们的信息化进程可能超乎发达国家的想象”③1998年10月以来我国科学技术界的各有关部门连续召开了多次研讨会对乎中国究竟要不要搞数字地球问题″已达成了共识。许多专家呼吁全社会都来关注数字地球从国家发展战略高度来理解实施数字地球的必要性和紧迫性。为使中囯数字地球计划早日提到日程上来北京大学牵头的22个单位、30位专家教授联合提出了《关于启动中国数字地球计划”的建议》认为根据我国的国情与国力适时提出中国数字地球”是实施国家可持续发展的重要内容是我国发展知识经济抢占高科技领域这一重要制高点的历史性机遇。"中国科学院地学部提岀了《关乎中国数字地球"发展战略的建议》从实现可持续发展〃、保持和平安定的国际环境″丶促进我国科学创新体系的形成"三个方面论述了发展中国数字地球"的必要性和迫切性。专家们指出人类在经济、社会和生活中所接触和利用的信息有80%与地理空间信息有关数字地球作为地理信息系统的一个发展④,无论是否有人提出数字地球”这一名词无论是谁和以怎样的方式提出数字地球概含T中国煤化工体化有关的工作都是CNMHG①于小晗.数字地球∶999年的热门话题。科技日报199-01-28②见《人民日报》1995-7-28③刘鸿,数字地球.数字国土.国土资源报1999-03-26④中国科学院遥感信息发展战略研讨会.遥感信息发展战略研谏文集)中国科学院遥感联合中心编E款据第18卷孙小礼数字地球与数字中国目前地球科学技术发展的一种必然趋势。2.2建设数字中国"的可能性与现实性关于在中国发展数字地球的可能性和现实性,专家们从多方面作了论述。地学部的建议书中写道灬:国家攻关计划863计划”攀登计划"、火炬计划"“973计划”等国家科技发展计划的实施及国家加大自然科学基金的投入,为发展中国数字地球”提供了现实的技术基础、科学基础和人才储备。”中国信息髙速公路″等基础设施的建设为发展中国数字地球″提供了技术上的支撑条件。他们认为我国在工业化并不充分的条件下发挥社会主义市场经济的活力完全有条件在信息化方面实现跨跃式"的发展历史发展证明〃,技术跨越”曾经是落后国家赶超先进国家的一种必要的手段和经验。所谓跨跃"或超越″不是说要在所有的技术领堿都要突破而是在某个领域集中突破。数字地球就可能是一个突破口数字地球所涵盖的领域正是面临重大技术突破的领域解决与数字地球相关联的悬而未解旳仼何—个科学和技术问题。都意味着科学技术的跨越和突破。目前我国的对地观测卫星技术已有重大进展制造和发射已不需要巨额投资狂通讯技术方面也可以在不需要大量投资的条件下使高速宽带网有相当大的改善在地球科学的信息化方面,已具备相当的基础地理信息系统、卫星遥感、航空遥感的普及率很高我国自主开发的地理信息系统占领了相当份额的国内市场。因此在当前并不存在重大技术和经济障碍的情况下只要我们抓住实施数字地球这个机遇做好统一规划集中攻关在我国的信息化方面实现跨越式”发展并不是可望而不可及的。1995年5月联合国科技促进发展委员会选择信息技术与发展“作为1997年该委员会召开的会议的主题并专门成立了一个工作组来研究发展中国家介入和应用信息技术的问题作为一项研究成果在1998年4月出版了《知识社会息技术促进可持续发展》一书。该书的编辑在导言中写道灬:无论在工业化国家或是在许多发展中国家以先进的微电子学为基础的信息与通信技术都是处于近来所发生的社会与经济转型变化的中心位置。信息与通信技术的成本仍在持续下降并随着其功能的不断增强已经被广泛地应用于经济和社会的各个部门。这种加速扩散为发展中国家掌握这些技术和应用从而服务于它们的发展目标创造了新的机遇″。工作组指出然应用信息与通信技术的成本很高但不这样做所需的成本会更高信息与通信技术能够对可持续发展做岀主要贡献但这一机遇将会伴随着巨大的风险。书中强调发展中国家在信息与通信技术战略方面所采取的决策与全球的发展分不开。世界的发展迫使人们关注和运用信息技术事实上信息技术在许多发展中国家的应用表明人们有能力应用这些技术而使自己生活得更好。所以发展中国家的决策者们面临的挑战是要根据自己国家的国情和需要并善于从别国发展和应用信息技术所积累的成功和失败的经验中获得启示制定出适合于本国的政策框架从我国实施可持续发展战略的实际需要看中国的数字地球”或数字中国”是十分必要的。我国人口基数大人均资源贫乏耕地中国煤化工和荒漠化严重水资源紧缺森林覆盖率不高生物多样性遭受破坏CNMHO灾害频繁发生更面临着严重的环境污染问题。1992年联合国环境与发展大会之后中国政府迅速编制了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》1994年5月在国民经济和社会发展九五"计划和2010年远景目标纲要》中明确把可持续发展战略与科教兴国战略并列为我国的两大战略国策遂壟都表明了我国要走可持续发展道路的决心和信心。科学学研究第4期从20世纪50年代开始中国科学院及各专业研究机构、各有关部门和各地都对各种资源和环境问题开展调查研究建立了许多不同种类的监测系统和评估系统创立了数以百计的各种实验站和数据库。然而也同样遇到了信息资源利用率不高的问题由于缺乏横向联系许多工作分散而又重复造成人力、物力和财力的极大浪费。为了改变这种现状高效率地开发和利用分散在我国各地的信息资源按照数字地球提供的思路建设数字中国″是一项具有紧迫感的任务。数字中国既是技术体系也是国家战略。只有建设好数字中国”,才能具有实力成为数字地球的一员才能实现我国的可持续发展也才有可能为全世界的可持续发展作出贡献无论是建设数字地球”还是建设数字中国”,虽然是紧迫的任务然而又都不可能急于求成需要先建立一个个试验场所让政府、产业界以及学术机构等共同参与研究以便在数字地球的机理、模型以及仿真等领域逐步地探索和完善。数字国家将建立在数字城市的基础上按照数字地球和数字中国所提供的思路首先应在我国发展数字城市实现城市的信息化。当前我国许多城市和地区正在提议和策划各地的相应的建设计划如数字上海”、数字北京”数字海南〃…等。这些数字城市的计划如能实行就如同先建立一个个地方的试验场所在这里对城市的数字化进行探索性的研究和应用就是为建设数字中国”和数字地球”作实际的认识准备和技术准备。要实现数字地球″这一战略目标需要我们从城市、国家、全球三个层次上都要全局地、系统地、一体化地规划和组织有关地球各种信息的获取、处理和应用。对于可持续发展来说,也同样有城市、国家、全球三个层次三者有同样密切的隶属关系。要实现全球的可持续发展需要在这三个层次上都充分有效地和全面地地发挥数字地球″这一重要信息模型的功能。21世纪的信息化将充分体现为数字化。让我们为迎接数字化的中国和数字化的地球而努力。参考文献〔1〕↑戈尔.数字地球21世纪认识地球的方式.科学新间周刊1992〔2国家自然科学基金委员会编.全球变化:中国面临的机遇和挑战.高等教育岀版社、施普林格岀版社岀〔3)李琦、吴少岩编著,数字地球——人类认识地球的第三次飞跃,北京大学岀版社,1999〔4〕↑戈尔.淑临失衡的地球——生态与人类精神陈嘉映等译).中央编译出版社J997〔5联合国科技促进发展委员会缄冯宣等译)知识社会——信息技术促进可持续发展.机械工业出版社,〔6)中国21世纪议程.中国环境科学出版社,1994〔7]赵永平、承继成.数字地球的研究及其应用.科技导报19993)〔8〕叶雷、张超,数字地球的技术与应用,科学,199X中国煤化工本文责任编辑:书文CNMHGGlobalization its impact on national security and china s countermeasures中国煤化工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-万方教据Kelobalization national security and geo-politics