“数字周边”总体架构与研究方向

陈 军，葛岳静，华一新，王发良，杨胜天，曲 波，李 然

(1.国家基础地理信息中心，北京100830;2.北京师范大学，北京100875;3.信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州450052;4.外交学院，北京100037)

一 、引 言

我国是陆海兼备大国，周边地区广袤，地缘环境复杂。新中国成立以来，我国通过和平谈判，已与12个邻国解决了历史遗留的边界问题，划定了90%的陆地边界，为国内改革发展营造了较为稳定的陆缘周边环境［1］。近年来，世界和地区格局，以及国际战略力量对比经历了复杂深刻的变化，中国的迅速崛起成为国际关系中最为显著的趋势之一。我国与周边国家的关系空前紧密，周边地缘环境也愈加复杂［2-3］。为了构筑稳定的周边战略依托，为国内全面建设小康社会提供稳定和有利的外部环境，中央提出要紧紧抓住重要发展战略机遇期，大力开展周边外交，“稳定周边、开拓周边、塑造周边”。这就要求能够全面地了解周边情况，科学地开展形势预判预估，不断提升周边外交的信息能力。

值得说明的是，外交、测绘等部门经过十多年的通力合作，完成了22 000 km国界海量信息的数字化建模与集成管理，研制了数字化定界等业务信息平台，建成了我国的“数字国界”，在划界、勘界、联检及界务管理中发挥了重要作用［4］。但其重点覆盖国界线两侧数十千米的条状地区，数据内容主要包括地图、影像、边界定界资料等，应用分析以主张线差异比较、条约红线落地分析等为主，尚未考虑周边更大范围的信息建模与分析。为了有效地支持海外护侨、风险评估、应急救援、权益维护等周边外交工作，需从“数字国界”走向“数字周边”，这已提上周边外交的重要议事日程。

针对这一重大国家需求，本文首次分析讨论了“数字周边”的总体架构与研究方向，以数字化建模、定量化分析、可视化表达为主线，讨论了“数字周边”的基本概念内涵，并从境外信息获取、周边信息分析和信息集成服务等3个方面，分析设计了“数字周边”的总体技术架构;最后讨论了“数字周边”的若干关键技术问题。

二、基本概念内涵

国家的周边地区是指国界以外的周围区域，有着一定的空间纵深，覆盖特定的有形实体，存在着互动的相互关系［5-7］。一般说来，我国周边地区包括14个陆地邻国和8个海上邻国(相向或相被)。这既是我国利益最直接、最集中的地区，也是综合影响力和软实力向外延伸与输出的必经地缘带及重要桥梁。所谓“数字周边”，是指将该范围内的有关实体及相互间关系数字化，并发展相应的信息检索、分析处理、可视化表达等功能。其应包括数字化建模、定量化分析和可视化表达3个部分，如图1所示。

1.数字化建模

周边外交与国家安全研究需要全面、翔实和综合的基础信息数据，包括地理空间数据和地缘环境信息。地理空间信息包括地形地貌、地名境界、地表覆盖等，是周边区域有形实体的最直接数字化表达。目前我国陆地国土部分已实现了从1∶100万到1∶5万尺度的矢量地形和数字高程数据的全覆盖［8］，但境外大中比例尺地形数据较少。考虑到境外外业控制和实地调绘等实际困难，对广袤的周边区域宜以中小比例尺核心要素和影像地图建模为主，对重点维稳、热点区域等方存取较大比例尺的全要素地形建模方式。目前我国正在实施高分辨率全球地表覆盖遥感制图计划，将产出覆盖整个周边地区及全球其他区域的两期(2000年和2010年)空间分辨率为30 m的地表覆盖数据产品［9］，其在周边研究中有着重要的作用。但周边研究具有鲜明的宏观、中观、微观相结合的特点，往往还需要更高空间和时间分辨率的地表覆盖数据。

图1 “数字周边”的基本内涵

周边地缘环境信息是指反映地缘分布特征与依存关系的专门化信息，包括本底、关联和位势信息。其中，本底信息指资源分布、环境状况、社会经济等方面的基本特征;关联信息反映地缘单元之间的社会、经济、资源等方面的关联关系;位势信息则是政治、军事、技术、信息等方面影响能力的量化表达。

2.定量化分析

周边形势预判预估、应急响应要求开展风险分析评估和安全格局分析模拟，以有效地实施事前管理，及时作出准确反应，最大限度地减少损失，维护国家和国民利益。但目前周边研究以定性、宏观、单学科分析为主，缺乏科学预判预估的科技化手段和方法。因此，数字周边的重要内涵之一是将定位分析与定性事态判断相结合，研究发展定量化分析的方法与手段［10-11］，囊括构建量化评估模型及评价指标体系，进行静态和动态相结合的风险综合及专题评估［12］，以构建地缘核心要素之间的解析关系，进行安全格局的空间模拟与优化［13］。

3.可视化表达

为了便于对周边信息数据的直观理解与分析，应发展静态和动态相结合的可视化表达手段，包括地缘环境制图、态势信息表达等。其中，地缘环境制图是根据周边信息的特点，采用专门的制图表达方法、符号系统、制图模板、多媒体表达等，满足本底制图、应急制图等需要。态势信息表达是指当前有关国家或其他行为体的实体部署、行动，以及进程与趋势，用事件、时间、位置及其间关系加以表达，直观地展示总体态势［14-15］。

三、总体技术架构

与数字边界相比，数字周边在数字化建模、定量化分析及可视化表达等方面有着独特的技术内涵，对应着不同的技术架构。其主要包括境外信息获取、周边信息分析、信息集成服务等，连同技术标准规范、数据质量控制等，形成了如图2所示的总体技术构架。

1.境外信息获取

周边地理空间信息获取主要有两种手段。一是网络化公开信息整合，即通过网络搜索、数据抽取、匹配处理、映射转换等，对各种公开信息数据进行整合利用;二是从遥感影像中提取信息，包括多源遥感影像的几何纠正、地形信息提取等。

为了获取地缘环境信息，需将周边区域划分为多级地缘单元，并根据所制定的信息指标体系，采用数据整合、信息融合、地理计算等多种方法，确定或提炼每一单元的本底、关联和位势信息，建立多粒度地缘环境信息模型。

图2 “数字周边”的技术架构

2.周边信息分析

地缘风险分析、宏观态势评估、安全格局分析等是周边形势预判预估所需的信息分析。其中，地缘风险分析是针对周边研究需要，构建综合评估或专题评估模型及指标体系，对周边安全状态、合作潜力等进行空间化的定量计算，将周边区域划分成不同类型或等级，对稳定状况、冲突爆发等进行分析;宏观态势是周边实体部署、行动、事件等状态及进程的综合描述与总体趋势，通过对周边态势信息的主动搜索、主题挖掘、聚合分析等，进行周边宏观态势信息的提取与评估，为形势研判预估、突发事件处置等服务;安全格局分析是将国际关系分析与空间关系计算相结合，利用邻近分析、交互模型等，计算两国或多国之间的依存关系、阻滞效应等［3-15］，并揭示相互作用关系，然后在其基础上，分析确定那些对维护周边安全格局具有关键意义的战略要地、通道和区域，构成由点、线、面组成的战略格局。

3.信息集成服务

将前述的各种数据和分析表达资源集为一体，提供集成化的信息服务，是“数字周边”的又一重要技术功能。该技术是通过统一的技术标准和服务规范，将分布在各地的周边基础地理信息数据与地缘环境数据库整合起来，实现与周边热点数据库、宏观态势数据库及边界数据库的集成，提供包括信息内容服务、预测预估、宏观态势等在内的多种信息服务。其中，信息内容服务是指周边地理空间与地缘环境信息的查询、浏览与存取等;预测预估服务是指采用地缘风险分析方法，开展周边安全状态、合作潜力的综合或专题评估，并可通过舆情网络、遥感等提供的更新信息，进行动态评估;宏观态势信息服务主要提供关于周边政治、军事、经济、安全等主题的宏观态势地图、分析报告等。

四、关键技术研究

从“数字国界”到“数字周边”，提出了一系列新的学术、技术难题，如周边信息分类与建模、数据获取与整合、地缘环境信息分析、动态信息服务平台构建等，当前应加强对“数字周边”关键技术问题的研究，发展相关的模型算法，研制技术系统及标准。

1.周边信息分类与建模

“数字周边”包含基础地理信息、周边核心要素、地缘环境信息、服务发布数据等诸多信息数据，其领域广度、详细程度及时间跨度直接影响着其使用价值与决策服务能力。因此，应深入调研分析周边要素构成与尺度关系、地缘信息构成与粒度关系，科学地界定周边信息内容及分类，设计概念与逻辑数据模型。一是在以往地形要素建模的基础上，对通道、出口、跨界设施等周边核心要素进行本体分析、抽象提炼、属性细化，定义周边核心要素，继而分析其数据实体及相互间关系，构建周边核心要素的概念及逻辑数据模型;二是针对地缘单元的尺度特性，分析确定每一级地缘单元的本底、关联及位势信息的数据构成及详细程度，构建多粒度的地缘环境信息模型;三是分析整理周边态势信息构成、安全与合作评价数据构成、服务发布数据等，进行相应的数据分类与建模，继而进行“数字周边”的数据库体系设计，提出数据分类体系，制订数据技术规定等。

2.多类型地理空间信息提取与整合

考虑到现有周边信息的状况，应加强对多类型地理空间信息提取与整合的研究。首先，要充分调查评估境外已有各种地理空间信息数据的可用性，开展多源异构公开数据的空间化整合研究，解决不同尺度、不同类型数据之间的语义映射转换、几何匹配处理、空间关系检测与协调、增量信息抽取与更新等关键技术问题，以最大限度地利用境外已有的各种地理空间信息数据;其次，要研究发展基于多源遥感影像的信息提取技术方法，包括无控制多源遥感影像混合平差定位、异源影像立体建模、适合人机交互的地物半自动提取、基于网络搜索的地物属性信息等。

3.多粒度地缘环境信息提取与分析

西方国家曾按照“陆权”、“海权”、“空权”和“边缘地带”、“破碎地带”、“欧亚大棋局”、“邪恶轴心”等地缘格局理论进行地缘环境信息建模，但其空间划分过于宏观，信息内容不符合我周边研究要求。因此，应从“稳定周边、开拓周边、塑造周边”的总体要求出发，综合利用国际关系的格局分析、地理学的区域差异分析和GIS空间分析手段，研究周边地缘单元的划分方法和地缘信息指标，继而研究发展本底、关联和位势信息的计算方法、整合算法等，为划分多级地缘单元和多粒度地缘环境信息建模提供解决方案;并在此基础上，进一步将GIS空间关系计算与国际关系分析方法相结合［16］，发展地缘风险分析、宏观态势评估、安全格局分析等方法，为定性、定量和定位相结合的周边研究提供先进手段。

4.动态服务计算与表达

从基于快照信息的传统静态服务走向顾及时空变化的动态信息服务，是“数字周边”信息服务的发展方向。为此，需要研究解决宏观态势信息聚合与表达、变化检测、应急制图、在线处理服务等关键问题。其中，宏观态势信息聚合与表达要研究顾及本体的宏观态势信息建模方法，发展顾及周边时空关系的主题信息搜索、基于主题信息和邻近关系的宏观态势聚合和事件驱动的态势信息时空可视化表达等方法;变化监测则要针对界河摆动、热点区域地表覆盖变化等主题，研究发展GIS数据库支持下的遥感影像变化提取及时空变化表达方法;应急制图是针对突发事件处理等需要，设计研制专门的周边底图数据、制图模板、符号系统、整饰与专题标注及快速制图功能;在线信息处理服务是指通过分析梳理周边信息处理模型及算法之间的服务关系，研究构建基于服务关系的服务链自动构建方法，允许自主定制个性化的周边信息处理服务。

五、结束语

我国有关部门对“数字周边”研究与建设十分重视，已启动了国家“十二五”科技支撑计划项目“数字周边构建与地缘环境建模关键技术研究”。这一研究将深化周边对数字化建模、定量化分析和可视化表达等技术内涵的认识。研究提出周边数据模型、地理空间信息整合提取、地缘环境信息建模、动态信息服务等序列模型与方法，初步地构建起以境外信息获取、周边信息服务、信息集成服务为主体的“数字周边”技术体系，将为全面数字周边”提供总体思路与成套技术方法。

值得指出的是，“数字周边”涉及面宽，研究难度大，需要跨学科的深度交叉与协同创新。这就要求我们贴近周边外交的实际需求，大力推进国际关系、地理学和地理空间信息的跨学科交叉融合，以周边数字化建模、定量化分析和可视化表达为主线，研究构建出“数字周边”的知识框架与理论方法。同时，要培养一批复合型人才，为深入开展跨学科的周边研究和建立起高水平周边研究团队奠定基础。

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