林輝
利用虛擬世界對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行有效管理和分析是值得探索的。如果我們能用更生動(dòng)的辦法,把所見所聞搬到現(xiàn)場,在決策的時(shí)候就會(huì)極大地提高效率。
諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者、前世界銀行副行長斯蒂格利茨,2000年在世界銀行中國代表處講過一句話,“中國的城市化與美國的高科技發(fā)展將是影響21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程的兩件大事?!?/p>
新一屆政府上臺(tái),有人問如果將改革開放30年帶來的紅利用完了,接下來我們用什么東西來推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。李克強(qiáng)總理提出來的就是——城鎮(zhèn)化。而城鎮(zhèn)化需要基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化,空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是支撐現(xiàn)代化城鄉(xiāng)發(fā)展的標(biāo)志性工程。
我們身處一個(gè)充滿機(jī)遇的時(shí)代,任重道遠(yuǎn)。我們能不能真正理解肩負(fù)的責(zé)任,對(duì)發(fā)展地理信息科技支撐空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)至關(guān)重要。地理信息超越了傳統(tǒng)的測繪基礎(chǔ)信息,它幾乎涉及政府管理的各個(gè)部門,我們的測繪觀念要隨著發(fā)展而轉(zhuǎn)變,基礎(chǔ)測繪要走向地理信息,要調(diào)整知識(shí)技術(shù)結(jié)構(gòu),提高服務(wù)政府的水平。
地理國情監(jiān)測新戰(zhàn)略
現(xiàn)在提出一個(gè)新的戰(zhàn)略,叫做地理國情監(jiān)測。國情是指國家文化歷史傳統(tǒng)、自然地理和環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及國際關(guān)系的各種總和。這可能涉及到跟其他部門的融合,是不是又將是大部制改革的前奏?地理國情里不僅是自然的東西,還包括人文社會(huì)現(xiàn)象,那么如何把他們納入到地理信息或者地圖?人文社科的東西有哪些?這個(gè)面大大地超越了目前基礎(chǔ)信息的范圍,那么我們的隊(duì)伍有沒有具備這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu),理解這種機(jī)會(huì),把這個(gè)機(jī)會(huì)引過來,這都是值得我們好好去認(rèn)識(shí)的。
地理國情信息包括基礎(chǔ)性信息,在基礎(chǔ)信息這個(gè)平臺(tái)上加載各種專業(yè)的地理信息,包括自然的、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的,這些東西加在一起可能才能回答什么是地理國情。地理國情信息是科學(xué)發(fā)展的重要依據(jù),是管理的重要支撐?,F(xiàn)在很多地方講到科學(xué)發(fā)展動(dòng)力的關(guān)系,實(shí)際上就是一句話——精準(zhǔn)管理。例如深圳大運(yùn)會(huì),他們的信息就很精確,龍崗要拆遷,當(dāng)宣布拆遷計(jì)劃的時(shí)候,馬上要記錄下來,如果沒有這種地圖去查,那么過兩年再去蓋房子的時(shí)候,原來一棟樓變成三棟樓,兩層樓變成五層樓,原來明明是荒地,現(xiàn)在插上了小樹苗說是林地,要按樹賠償,政府的賠償就會(huì)增加十幾個(gè)億。
管理需要很多這種精細(xì)的數(shù)據(jù)、地圖作為支撐手段,快速發(fā)展的地理信息跟衛(wèi)星有很大關(guān)系,我們國家除測繪衛(wèi)星以外,還有減災(zāi)衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星,氣象衛(wèi)星等各種衛(wèi)星,可能再過幾年中國將是全世界在太空民用衛(wèi)星最多的國家。
中國提出將來要做到十分鐘以內(nèi)的全球反應(yīng)能力。也就是說在全球任何地方發(fā)生問題,十分鐘以內(nèi)要做出決斷。這意味著多少顆衛(wèi)星要上去。
衛(wèi)星上天除了地面導(dǎo)航,我們的行業(yè)更明白實(shí)際上這是一個(gè)時(shí)間。中國的北斗上天一個(gè)很重要的意義就是我們有了中國時(shí)。在香港、在其他很多國家,銀行、股票市場經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)或者電腦故障,實(shí)際上很多地方都是用GPS衛(wèi)星,美軍從來都沒有保障說你可以用我的GPS,我保障你不受到干擾。他可以很容易把GPS區(qū)域性的信號(hào)關(guān)閉。
在銀行系統(tǒng),你用哪一個(gè)時(shí)間,所謂的千萬億的錢,都是一個(gè)數(shù)字,幾點(diǎn)幾分幾秒,甚至零點(diǎn)幾秒在什么地方有多少錢,別人可以把這里面的錢用一分鐘導(dǎo)到另外一個(gè)地方,賺了錢再放回來。國家電網(wǎng)里面,整個(gè)布局,電的用量怎么分布,時(shí)間非常關(guān)鍵。如果時(shí)間調(diào)動(dòng)就會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的崩潰。所以,北斗上天不完全是一個(gè)定位導(dǎo)航,還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是“誰來告訴我時(shí)間”。
從地理信息數(shù)據(jù)到虛擬世界
衛(wèi)星信號(hào)下來就是經(jīng)緯度,專業(yè)人員有用,一般人是沒用的,一定要轉(zhuǎn)到地圖上,才能產(chǎn)生它的潛力。GIS就是各種地圖圖層把它集成出來的。微軟做了一個(gè)虛擬地球,它把鼠標(biāo)變成了一個(gè)小汽車,你在查看地圖的時(shí)候不光可以鳥瞰,還可以看到街道的側(cè)面。
地理信息系統(tǒng)最重要的,不光是這種可視的,這種數(shù)據(jù)庫實(shí)際上是把不同的數(shù)據(jù)連到一起,它是想提供一種空間綜合分析。地理信息系統(tǒng)最核心的是地理變化數(shù)據(jù)。地理編碼要求每一個(gè)屬性的東西都要有位置,就像圖書館,編號(hào)的書一定要含有書架的號(hào)碼。一張圖書館的平面圖,知道書架在什么位置,才符合地理信息系統(tǒng)的理念。有了這種地理編碼,我們很重要的東西,不光是看得見,還可以做空間分析,因?yàn)榭梢越⑵鹚母鞣N關(guān)系,包括前后、左右、距離、方向、大小。比如,我們城市要減少浪費(fèi)型空氣,很多車來回跑,堵在路上排放出很多廢棄,那么到底人住在什么地方,在什么地方上班才滿意?是簡單的用一種空間直線來計(jì)算,還是把道路網(wǎng)絡(luò)加進(jìn)去計(jì)算?如果把道路網(wǎng)絡(luò)加進(jìn)去計(jì)算起來很復(fù)雜,但是地理信息系統(tǒng)運(yùn)作就非常簡單,它把每個(gè)線段都做了記錄,計(jì)算機(jī)會(huì)幫你解釋有沒有紅綠燈,限速多少,如果能把動(dòng)態(tài)資料補(bǔ)充進(jìn)來,會(huì)做到非常準(zhǔn)確地優(yōu)化生態(tài)城市,減少污染氣體的排放。
我們國家三十幾年的發(fā)展,很多巨大工程,例如南水北調(diào)、三峽大壩。據(jù)說現(xiàn)在沿海地區(qū)要有步驟地建立核電站。所有這些工程都不能在真實(shí)空間試驗(yàn),也不能應(yīng)用在一個(gè)簡單的地圖上,這就需要一個(gè)虛擬的環(huán)境來進(jìn)行研究。虛擬地圖是在地圖的思想原則上發(fā)展起來的與真實(shí)的環(huán)境比較相近的虛擬環(huán)境。2007年《科學(xué)》雜志專門有一篇文章提出,虛擬空間將成為新一代科學(xué)分析的版圖。微軟亞洲研究院2012年提出,利用虛擬世界對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行有效管理和分析是值得探索的。
我們希望這種虛擬的環(huán)境是建立人腦和電腦之間的一個(gè)寬帶,徐霞客游遍山水用文字來描述,地圖學(xué)家用圖形符號(hào)來告訴別人,曾經(jīng)到過哪里,曾經(jīng)發(fā)生過什么事情。如果我們能用更生動(dòng)的辦法,把所見所聞搬到現(xiàn)場,在決策的時(shí)候就會(huì)極大地提高效率。所以,從地理信息系統(tǒng)到虛擬地理環(huán)境的演變,我認(rèn)為它是整個(gè)大IT的一部分,不僅僅是一個(gè)可視化。
如果我們建造智慧城市,那就絕對(duì)不僅僅是數(shù)據(jù)的數(shù)字城市,這里面需要很多知識(shí)點(diǎn),那么在原來的地理信息三元素(空間數(shù)據(jù)庫、空間分析、可視化)的整個(gè)構(gòu)架里面,還要增加一個(gè)地理過程模型。印度洋海嘯,在斯里蘭卡、印度東岸以及非洲東岸死掉的那些人是不應(yīng)該的,因?yàn)樗麄冇谐^五個(gè)小時(shí)的時(shí)間,但是他們沒有預(yù)警系統(tǒng),就只有一張地圖。預(yù)警系統(tǒng)實(shí)際上要把這種過程告訴人們,把空間縮短,同時(shí)也要把時(shí)間縮短。時(shí)間也要有比例尺,不光是空間上比例的縮小,在時(shí)間上的壓縮,才能為領(lǐng)導(dǎo)決策提供足夠的時(shí)間。這種帶有時(shí)間變量的東西、知識(shí),在地理信息系統(tǒng)就是地理過程模型。
一個(gè)包含了地震、滑坡、泥石流、堰塞湖、洪水的集成模型,通過這個(gè)模型,可以很快知道水什么時(shí)候漲上來,什么時(shí)候突破堰塞湖。汶川地震的時(shí)候,為什么要去查紫萍鋪大壩的問題,把上游唐家山的堰塞湖炸掉?因?yàn)樽掀间伌髩我呀?jīng)出現(xiàn)裂縫,如果唐家山堰塞湖決堤,沖破了紫萍鋪大壩,整個(gè)成都平原死傷可能會(huì)比地震還多。我們可以通過數(shù)字高層模型把地形地貌表現(xiàn)出來,但是如何去評(píng)估一個(gè)堰塞湖所帶來的影響,就需要把過程的東西加進(jìn)去。
現(xiàn)在我們也試圖在地圖里增加各種人的要素。我在香港中文大學(xué)談過第四代校園地圖的構(gòu)想,第一代是線性地圖,第二代是影像地圖,第三代是網(wǎng)上三維地圖,第四代我們希望做到像阿凡達(dá)電影里面那樣,老師、學(xué)生可以出入的地圖。如果我們的老師去舊金山招生,可以直接帶第四代校園地圖到美國去,美國的學(xué)生在來香港之前就可以參觀自己的學(xué)校,知道自己的宿舍在哪里,甚至開始去交一些朋友。
為政府決策提供精準(zhǔn)管理
政府的決策需要更多的是更精準(zhǔn)的管理。土地利用圖是一個(gè)非常重要的國家經(jīng)濟(jì)評(píng)估的數(shù)據(jù),可以通過遙感數(shù)據(jù)做出來。一個(gè)省的省情如何來掌握,領(lǐng)導(dǎo)桌上有沒有我們的東西,除了傳統(tǒng)的地形圖,還有沒有跟他們決策直接相關(guān)的減災(zāi)的問題,糧食問題,甚至各種各樣的城市發(fā)展的問題。這些資料都是很多專業(yè)部門非常需要的。
在香港有一套城市噪音系統(tǒng),你點(diǎn)擊這棟樓的每個(gè)窗口,你可以戴著耳機(jī)聽,模擬出來的這個(gè)地區(qū)的噪聲。這也是一個(gè)城市環(huán)境評(píng)估非常重要的一部分。
另外近年來。很多城市都出現(xiàn)地面塌陷的問題。對(duì)于這種塌陷,可見光的攝影測量已經(jīng)不夠,現(xiàn)在一種叫insar雷達(dá)干涉測量手段,正在變成一種新的測量技術(shù),當(dāng)?shù)乇沓霈F(xiàn)沉降的時(shí)候,衛(wèi)星的測量發(fā)現(xiàn)它有時(shí)間差,把毫米級(jí)的地表形變都能夠檢測出來。
任何工程,包括高速鐵路、高速公路、輸油管道都有壽命,到一定時(shí)候就需要維修。那么如何去監(jiān)測這樣一些大型地物形變?我們?cè)谛l(wèi)星上看見上海浦西有兩條線狀的沉降帶。上海市委將這個(gè)圖調(diào)過去跟上海地圖一對(duì)比,發(fā)現(xiàn)是兩條新修的地鐵,因?yàn)槭切滦薜倪€不穩(wěn)定,各種震動(dòng)還會(huì)造成一些沉降。在700公里外的太空,了解城市內(nèi)的地下施工,再次論證了干涉測量技術(shù)在城區(qū)對(duì)地表穩(wěn)定監(jiān)測的意義。地理信息系統(tǒng)還可以做城市的很多安全問題,比如統(tǒng)計(jì)模式。我們和香港警署合作,警車每天的巡邏系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)來提供的。不同的車子每天穿來穿去,看似隨機(jī),但是對(duì)于犯罪率最高的地方,車子穿越的時(shí)間和次數(shù)都是最高的,以此來控制犯罪率。這就是通過地理信息系統(tǒng)優(yōu)化巡邏線路。
在城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、實(shí)施、維護(hù)等方面,地理信息的運(yùn)用就更多了。在各種基礎(chǔ)信息上增加商業(yè)、民生的各種信息,都是地理信息。地理信息是一個(gè)很寬泛的概念,一些政府把這些地理信息變成一張圖工程,他們把開發(fā)商招進(jìn)來之后,需要什么條件,綠線,紅線,等各種評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)都在圖上面,提高了效率,減少了浪費(fèi)。現(xiàn)在地理信息已經(jīng)做到了三維,武漢市三千多平方公里都實(shí)現(xiàn)了三維化,主城區(qū)部分甚至做到了精細(xì)化三維,從地上到地下,從室內(nèi)到室外,都互相連通。
北京市在做數(shù)字城市的時(shí)候,做了一個(gè)萬平方米單元網(wǎng)格。他們把地理信息網(wǎng)格化,每一萬平方米找一個(gè)下崗的、退休的人,拿上一個(gè)有定位的、相機(jī)的手機(jī),看到什么地方電話線被扯斷了,下水蓋被掀開了,哪里又寫了廣告標(biāo)語等,拿手機(jī)一拍,就可以立即傳送到指揮中心,然后地圖上一標(biāo)識(shí)出來,地圖上就會(huì)生成一面綠色的旗幟,然后指揮中心把這面旗幟送到相關(guān)部門比如環(huán)保局、城管局等,然后如果第二天這面旗幟還沒有被拔掉,就表明還沒有處理完,就會(huì)變成黃色旗幟,第三天如果還沒拔掉,那就變成紅旗,紅旗一亮,那么區(qū)長就知道了,那就要找局長的麻煩了。這種用地圖萬平方米網(wǎng)格,既保證了區(qū)域內(nèi)公用設(shè)施的安全,又為下崗的人員找到新的就業(yè)機(jī)會(huì),或者給老人發(fā)揮余熱的機(jī)會(huì)。
地理信息發(fā)展的瓶頸
地理信息幾乎涉及到各個(gè)部門,包括信息管理部門的技術(shù)支撐。那么地理信息科技人才的培養(yǎng)和地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是相輔相成,我們有四個(gè)優(yōu)勢,資源,技術(shù),平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。同時(shí)也存在一些瓶頸,我們的基礎(chǔ)研究有那么多衛(wèi)星,沒有足夠的前期試驗(yàn),這些數(shù)據(jù)下來,是否能夠用于地面,我們不光要看基礎(chǔ)的哪里是河流,哪里是山脈,更要看今天這條河,這座山脈的光譜反應(yīng),帶來多少產(chǎn)量,是否能夠算出來?這就是一個(gè)基礎(chǔ)性工作,數(shù)據(jù)不夠,基礎(chǔ)性設(shè)施不夠,無法做到。
我們有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán),但智慧城市所需要的專業(yè)知識(shí)有沒有?當(dāng)我們把所有的平臺(tái)建立起來后,僅僅是三維的樓盤轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,是沒有意義的。
我們有基礎(chǔ)框架,大型數(shù)據(jù)庫,最大的瓶頸在于我們的保密政策,我當(dāng)然贊成我們國家需要有成熟的完整的保密制度。但什么是保密,如何保密都需要完善。信息化建設(shè),妨礙了市場的發(fā)育。我們有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,有快的增長,但不能說這些產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢已經(jīng)轉(zhuǎn)化為市場占有率,對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尊重,對(duì)競爭機(jī)制的規(guī)范化,都需要我們?nèi)リP(guān)注,這等于是用我們的左手牽制右手。
(作者系香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所所長、中國科學(xué)院和香港中文大學(xué)地球信息科學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任。本文根據(jù)作者在7月5日舉行的“湖南省2013年地圖學(xué)與GIS學(xué)術(shù)論壇”的講座錄音整理,有刪節(jié))