我们将怎样管理地球
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利用虚拟世界对现实世界进行有效管理和分析是值得探索的。如果我们能用更生动的办法，把所见所闻搬到现场，在决策的时候就会极大地提高效率。
诺贝尔经济学奖获得者、前世界银行副行长斯蒂格利茨，2000年在世界银行中国代表处讲过一句话，“中国的城市化与美国的高科技发展将是影响21世纪人类社会发展进程的两件大事。”
新一届政府上台，有人问如果将改革开放30年带来的红利用完了，接下来我们用什么东西来推动经济发展。总理提出来的就是――城镇化。而城镇化需要基础设施的现代化，空间信息基础设施的建设是支撑现代化城乡发展的标志性工程。
我们身处一个充满机遇的时代，任重道远。我们能不能真正理解肩负的责任，对发展地理信息科技支撑空间信息基础设施建设至关重要。地理信息超越了传统的测绘基础信息，它几乎涉及政府管理的各个部门，我们的测绘观念要随着发展而转变，基础测绘要走向地理信息，要调整知识技术结构，提高服务政府的水平。
地理国情监测新战略
现在提出一个新的战略，叫做地理国情监测。国情是指国家文化历史传统、自然地理和环境、社会经济发展状况及国际关系的各种总和。这可能涉及到跟其他部门的融合，是不是又将是大部制改革的前奏？地理国情里不仅是自然的东西，还包括人文社会现象，那么如何把他们纳入到地理信息或者地图？人文社科的东西有哪些？这个面大大地超越了目前基础信息的范围，那么我们的队伍有没有具备这样的知识结构，理解这种机会，把这个机会引过来，这都是值得我们好好去认识的。
地理国情信息包括基础性信息，在基础信息这个平台上加载各种专业的地理信息，包括自然的、社会经济的，这些东西加在一起可能才能回答什么是地理国情。地理国情信息是科学发展的重要依据，是管理的重要支撑。现在很多地方讲到科学发展动力的关系，实际上就是一句话――精准管理。例如深圳大运会，他们的信息就很精确，龙岗要拆迁，当宣布拆迁计划的时候，马上要记录下来，如果没有这种地图去查，那么过两年再去盖房子的时候，原来一栋楼变成三栋楼，两层楼变成五层楼，原来明明是荒地，现在插上了小树苗说是林地，要按树赔偿，政府的赔偿就会增加十几个亿。
管理需要很多这种精细的数据、地图作为支撑手段，快速发展的地理信息跟卫星有很大关系，我们国家除测绘卫星以外，还有减灾卫星、环境卫星、海洋卫星，气象卫星等各种卫星，可能再过几年中国将是全世界在太空民用卫星最多的国家。
中国提出将来要做到十分钟以内的全球反应能力。也就是说在全球任何地方发生问题，十分钟以内要做出决断。这意味着多少颗卫星要上去。
卫星上天除了地面导航，我们的行业更明白实际上这是一个时间。中国的北斗上天一个很重要的意义就是我们有了中国时。在香港、在其他很多国家，银行、股票市场经常会出现系统或者电脑故障，实际上很多地方都是用GPS卫星，美军从来都没有保障说你可以用我的GPS，我保障你不受到干扰。他可以很容易把GPS区域性的信号关闭。
在银行系统，你用哪一个时间，所谓的千万亿的钱，都是一个数字，几点几分几秒，甚至零点几秒在什么地方有多少钱，别人可以把这里面的钱用一分钟导到另外一个地方，赚了钱再放回来。国家电网里面，整个布局，电的用量怎么分布，时间非常关键。如果时间调动就会造成整个电网的崩溃。所以，北斗上天不完全是一个定位导航，还有一个关键点是“谁来告诉我时间”。
从地理信息数据到虚拟世界
卫星信号下来就是经纬度，专业人员有用，一般人是没用的，一定要转到地图上，才能产生它的潜力。GIS就是各种地图图层把它集成出来的。微软做了一个虚拟地球，它把鼠标变成了一个小汽车，你在查看地图的时候不光可以鸟瞰，还可以看到街道的侧面。
地理信息系统最重要的，不光是这种可视的，这种数据库实际上是把不同的数据连到一起，它是想提供一种空间综合分析。地理信息系统最核心的是地理变化数据。地理编码要求每一个属性的东西都要有位置，就像图书馆，编号的书一定要含有书架的号码。一张图书馆的平面图，知道书架在什么位置，才符合地理信息系统的理念。有了这种地理编码，我们很重要的东西，不光是看得见，还可以做空间分析，因为可以建立起它的各种关系，包括前后、左右、距离、方向、大小。比如，我们城市要减少浪费型空气，很多车来回跑，堵在路上排放出很多废弃，那么到底人住在什么地方，在什么地方上班才满意？是简单的用一种空间直线来计算，还是把道路网络加进去计算？如果把道路网络加进去计算起来很复杂，但是地理信息系统运作就非常简单，它把每个线段都做了记录，计算机会帮你解释有没有红绿灯，限速多少，如果能把动态资料补充进来，会做到非常准确地优化生态城市，减少污染气体的排放。
我们国家三十几年的发展，很多巨大工程，例如南水北调、三峡大坝。据说现在沿海地区要有步骤地建立核电站。所有这些工程都不能在真实空间试验，也不能应用在一个简单的地图上，这就需要一个虚拟的环境来进行研究。虚拟地图是在地图的思想原则上发展起来的与真实的环境比较相近的虚拟环境。2007年《科学》杂志专门有一篇文章提出，虚拟空间将成为新一代科学分析的版图。微软亚洲研究院2012年提出，利用虚拟世界对现实世界进行有效管理和分析是值得探索的。
我们希望这种虚拟的环境是建立人脑和电脑之间的一个宽带，徐霞客游遍山水用文字来描述，地图学家用图形符号来告诉别人，曾经到过哪里，曾经发生过什么事情。如果我们能用更生动的办法，把所见所闻搬到现场，在决策的时候就会极大地提高效率。所以，从地理信息系统到虚拟地理环境的演变，我认为它是整个大IT的一部分，不仅仅是一个可视化。
如果我们建造智慧城市，那就绝对不仅仅是数据的数字城市，这里面需要很多知识点，那么在原来的地理信息三元素（空间数据库、空间分析、可视化）的整个构架里面，还要增加一个地理过程模型。印度洋海啸，在斯里兰卡、印度东岸以及非洲东岸死掉的那些人是不应该的，因为他们有超过五个小时的时间，但是他们没有预警系统，就只有一张地图。预警系统实际上要把这种过程告诉人们，把空间缩短，同时也要把时间缩短。时间也要有比例尺，不光是空间上比例的缩小，在时间上的压缩，才能为领导决策提供足够的时间。这种带有时间变量的东西、知识，在地理信息系统就是地理过程模型。
一个包含了地震、滑坡、泥石流、堰塞湖、洪水的集成模型，通过这个模型，可以很快知道水什么时候涨上来，什么时候突破堰塞湖。汶川地震的时候，为什么要去查紫萍铺大坝的问题，把上游唐家山的堰塞湖炸掉？因为紫萍铺大坝已经出现裂缝，如果唐家山堰塞湖决堤，冲破了紫萍铺大坝，整个成都平原死伤可能会比地震还多。我们可以通过数字高层模型把地形地貌表现出来，但是如何去评估一个堰塞湖所带来的影响，就需要把过程的东西加进去。
现在我们也试图在地图里增加各种人的要素。我在香港中文大学谈过第四代校园地图的构想，第一代是线性地图，第二代是影像地图，第三代是网上三维地图，第四代我们希望做到像阿凡达电影里面那样，老师、学生可以出入的地图。如果我们的老师去旧金山招生，可以直接带第四代校园地图到美国去，美国的学生在来香港之前就可以参观自己的学校，知道自己的宿舍在哪里，甚至开始去交一些朋友。
为政府决策提供精准管理
政府的决策需要更多的是更精准的管理。土地利用图是一个非常重要的国家经济评估的数据，可以通过遥感数据做出来。一个省的省情如何来掌握，领导桌上有没有我们的东西，除了传统的地形图，还有没有跟他们决策直接相关的减灾的问题，粮食问题，甚至各种各样的城市发展的问题。这些资料都是很多专业部门非常需要的。
在香港有一套城市噪音系统，你点击这栋楼的每个窗口，你可以戴着耳机听，模拟出来的这个地区的噪声。这也是一个城市环境评估非常重要的一部分。
另外近年来。很多城市都出现地面塌陷的问题。对于这种塌陷，可见光的摄影测量已经不够，现在一种叫insar雷达干涉测量手段，正在变成一种新的测量技术，当地表出现沉降的时候，卫星的测量发现它有时间差，把毫米级的地表形变都能够检测出来。
任何工程，包括高速铁路、高速公路、输油管道都有寿命，到一定时候就需要维修。那么如何去监测这样一些大型地物形变？我们在卫星上看见上海浦西有两条线状的沉降带。上海市委将这个图调过去跟上海地图一对比，发现是两条新修的地铁，因为是新修的还不稳定，各种震动还会造成一些沉降。在700公里外的太空，了解城市内的地下施工，再次论证了干涉测量技术在城区对地表稳定监测的意义。地理信息系统还可以做城市的很多安全问题，比如统计模式。我们和香港警署合作，警车每天的巡逻系统是地理信息系统来提供的。不同的车子每天穿来穿去，看似随机，但是对于犯罪率最高的地方，车子穿越的时间和次数都是最高的，以此来控制犯罪率。这就是通过地理信息系统优化巡逻线路。
在城乡建设规划、实施、维护等方面，地理信息的运用就更多了。在各种基础信息上增加商业、民生的各种信息，都是地理信息。地理信息是一个很宽泛的概念，一些政府把这些地理信息变成一张图工程，他们把开发商招进来之后，需要什么条件，绿线，红线，等各种评估标准都在图上面，提高了效率，减少了浪费。现在地理信息已经做到了三维，武汉市三千多平方公里都实现了三维化，主城区部分甚至做到了精细化三维，从地上到地下，从室内到室外，都互相连通。
北京市在做数字城市的时候，做了一个万平方米单元网格。他们把地理信息网格化，每一万平方米找一个下岗的、退休的人，拿上一个有定位的、相机的手机，看到什么地方电话线被扯断了，下水盖被掀开了，哪里又写了广告标语等，拿手机一拍，就可以立即传送到指挥中心，然后地图上一标识出来，地图上就会生成一面绿色的旗帜，然后指挥中心把这面旗帜送到相关部门比如环保局、城管局等，然后如果第二天这面旗帜还没有被拔掉，就表明还没有处理完，就会变成黄色旗帜，第三天如果还没拔掉，那就变成红旗，红旗一亮，那么区长就知道了，那就要找局长的麻烦了。这种用地图万平方米网格，既保证了区域内公用设施的安全，又为下岗的人员找到新的就业机会，或者给老人发挥余热的机会。
地理信息发展的瓶颈
地理信息几乎涉及到各个部门，包括信息管理部门的技术支撑。那么地理信息科技人才的培养和地理信息基础设施建设也是相辅相成，我们有四个优势，资源，技术，平台和产业优势。同时也存在一些瓶颈，我们的基础研究有那么多卫星，没有足够的前期试验，这些数据下来，是否能够用于地面，我们不光要看基础的哪里是河流，哪里是山脉，更要看今天这条河，这座山脉的光谱反应，带来多少产量，是否能够算出来？这就是一个基础性工作，数据不够，基础性设施不够，无法做到。
我们有自主的知识产权，但智慧城市所需要的专业知识有没有？当我们把所有的平台建立起来后，仅仅是三维的楼盘转来转去，是没有意义的。
我们有基础框架，大型数据库，最大的瓶颈在于我们的保密政策，我当然赞成我们国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。信息化建设，妨碍了市场的发育。我们有产业优势，有快的增长，但不能说这些产业优势已经转化为市场占有率，对知识产权的尊重，对竞争机制的规范化，都需要我们去关注，这等于是用我们的左手牵制右手。
（作者系香港中文大学太空与地球信息科学研究所所长、中国科学院和香港中文大学地球信息科学联合实验室主任。本文根据作者在7月5日举行的“湖南省2013年地图学与GIS学术论坛”的讲座录音整理，有删节）