国内外空间信息基础设施建设进展及其应用中的启示

陈庆涛，邓 敏

(1.成都理工大学遥感与地理信息系统研究所，四川成都 610059；2.成都理工大学国土资源部地学空间信息技术重点实验室，四川成都 610059；3.四川省地质测绘院，四川成都 610017)

国内外空间信息基础设施建设进展及其应用中的启示

陈庆涛1，2，邓 敏3

(1.成都理工大学遥感与地理信息系统研究所，四川成都 610059；2.成都理工大学国土资源部地学空间信息技术重点实验室，四川成都 610059；3.四川省地质测绘院，四川成都 610017)

通过广泛调查研究国际和国内(国家)空间信息基础设施(NSII)建设及空间信息综合应用方面所取得的成功经验和教训，分析并提出空间信息基础设施发展进程中的问题、各国NSII发展历程给我们的启发，以及我国NSII发展战略中的一些思考，建议应积极推进“数字中国”——综合性的国家地理空间信息战略，特别是抓紧包括地理空间信息共享机制与共享平台等在内的设计与研究工作，旨在为我国及地方在空间信息基础设施建设及发展规划方面提供借鉴和参考。

空间信息基础设施(NSII)；3S；数字地球

一、引 言

美国继1994年信息基础设施(national information infrastructure，NII)立项后，1998年提出了“数字地球”(Digital Earth)战略，以“掌握全球信息”(information of whole world in my hands)替代“星球大战”战略，兼具军民两用意义。1999年起，美国大力开展国家空间数据基础设施(national spatial data infrastructure，NSDI)建设，作为“数字地球”战略的重要组成部分。这个浪潮很快席卷全球。

1999年我国召开了首次“数字地球”国际会议，时任国家主席江泽民发表了“早日实现‘数字中国’，是我国争先抢占技术产业和经济制高点，是我们走向二十一世纪知识经济时代的发展战略”的讲话，之后我国“数字省区”、“数字城市”、“数字行业”等一大批以“数字中国”为总目标的信息化工程建设在全国范围内如火如荼地开展起来。

二、国外空间信息基础设施发展应用现状与趋势

空间信息基础设施(national spatial information infrastructure，NSII)的提出虽然只有短短十几年，但发展速度惊人。1994年，美国率先提出NSDI建设计划，之后发达国家相继制定和实施了类似计划，如加拿大的“地理空间数据基础设施”、澳大利亚的“空间数据基础设施”、欧洲26国的“欧洲空间信息基础设施”、英国的“国家空间数据框架”等，主要内容包括：

1)成立高层次协调组织，制定鼓励信息共享政策，协调部门和行业之间基础地理空间信息共享。

2)组织制定空间元数据、空间数据转换和网络传输等法规和标准。

3)国家投资生产基础性地理空间信息和对地观测信息，提供社会化共享，如美国地球观测系统(EOS)及国家资源数据中心。

4)建设国家地理空间信息交换中心(NGDC)，促进地理空间信息网络共享和应用，如美国内政部地质调查所的Clearinghouse。

1996年，跨国宽带网络开始应用，空间信息基础设施进入快速发展阶段。在美国国家空间数据基础设施带动下，已有100多个国家建设了本国的空间信息基础设施。但空间信息基础设施发展并不平衡，表现在交换中心的建设进度和应用节点的规模上。

1998年，空间信息与传统地球信息网络集成技术加速发展，美国首先提出基于多源、多分辨率空间信息网络集成应用，以及模型处理、三维显示和虚拟现实为特点的“数字地球”应用。全球空间信息基础设施进入发展的高峰。

2001年，美国“航天飞机雷达测图计划”(shuttle radar testing picture，SRTM)的技术系统采用了一台向外伸展60 m的雷达天线形成干涉，在11 d中利用C波段和X双波段测绘了位于60°N～56°S之间面积为1.126亿km2的地区1 m分辨率的地面数字模型，获得的数据总量高达12 TB，并公开发布经处理得出的全球30″尺度的地面数字化模型，构建1 m分辨率的地球地面模型。

2002年，欧盟议会通过建立欧洲空间信息基础设施的决议，在欧盟各国空间信息基础设施基础上，建立跨国区域性空间基础设施，并且将欧洲通信卫星网络、环境安全遥感卫星系统(remote sensing satellite system of the environmental security，GMES)和伽利略导航系统(Galileo)等空间基础设施计划纳入其中。

2005年，在美国地球观测系统计划(EOS)的基础上，80个成员国和地区及40多个国际组织参与的国际地球观测组织宣布，将用10年时间建成全球地球观测系统，全球空间信息基础设施提到议事日程。同年，美国 Google公司率先推出了 Google Earth，成为第一个采用“数字地球”技术面向全球公众的空间信息共享平台，是新一代空间信息基础设施应用的典型实例。

1)Google Earth通过数以千计的服务器，以各种分辨率的卫星影像为最基础的数据，向各行各业提供面向最终用户的服务。

2)Google Earth集成至少44种与生活密切相关的分类信息，并包含企业名称等重要地址信息数据库，以虚拟地球为视觉目标，整合了Google的“本地搜索”、“驾车指南”、“地图标注”、“GPS导航”等多项服务，将空间信息应用推向千家万户。

3)Google Earth提供二次开发接口，免费提供给使用者进行二次开发，用户可在Google的影像数据、地图基础数据及平台上叠加自己的信息，以很低的投入即可创建自己的应用。

4)Google Earth是一个运行性和实用性的系统，在很短时间内就拥有了巨大用户群，并取得巨大的经济效益，使该公司以600多亿美元品牌价值一举超越微软成为IT产业的第一巨擘。

继Google Earth之后，NASA的WorldWind、Yahoo公司的Yahoo Maps、微软公司的MSN Virtual Earth、Esri公司的ArcGIS Explorer、Skyline、法国的Geoportail、日本的GlobeBase等，也得到了很大发展。

总而言之，从全球及各州、各国的情况来看，全球空间信息基础设施一直致力于推进各个国家和组织在“如何建设空间信息基础设施”这一问题上实现信息共享。欧洲各国在组织问题、法律问题、资金问题、参考数据和核心主题数据、元数据和访问服务等方面进行了大量研究。绝大多数国家都意识到空间信息基础设施的重要性，并正在计划或已经以项目的形式进行空间信息基础设施全部或部分的建设。欧洲在SDI背景下实施的项目存在多样性。在欧洲，空间信息基础设施的一个重要特征就是其建设由公共事业部门推动，很少有私营企业涉足，这种状况与澳大利亚、加拿大及美国的情况形成鲜明对比。欧洲空间信息基础设施计划(INSPIRE)旨在建立欧洲空间信息基础设施建设和运作的政策和法律框架，从而在地方、地区、国家和世界范围内制定、实施、监管和评估欧共体政策，并为公众提供信息。欧洲空间信息基础设施总的特点是：将空间信息基础设施建设和应用皆融入其中，同时，其建设与应用覆盖不同发展水平地区，对我国的空间信息基础设施建设最有参考价值。美国公共信息的原则就是支持广泛地访问信息资源，以鼓励国民参与经济和政治，通过竞争，与法律之间保持一定程度的平衡，通过多元化信息的生产、分发和使用，最大限度地发挥信息资源的经济和社会效益。南非NSII借鉴美国的发展模式，而非洲北部则采用欧洲模式。

可以说，在经济全球化背景下，空间信息基础设施的发展水平直接影响国家安全和政府管理决策的现代化水平，地理空间信息应用及其相关产业的发展正在成为国际竞争的热点和新的经济增长点，空间信息基础设施已经成为各国信息基础设施建设和高技术应用的重要内容。

21世纪，空间信息技术正进入新一轮更新换代和产业化快速推进的时期。陆续投入民用的遥感卫星、通信卫星和导航卫星系统不断开辟地理空间信息技术应用的新局面。各国或跨国区域性的空间信息基础设施发展加速，主要的趋势如下：

1)地理空间信息应用领域不断扩展，正在孕育一系列新兴产业。随着空间信息获取和处理技术水平的不断提高，其应用日益广泛，并加速向国民经济和社会管理的主要产业渗透。通过NSII获取的对象由数据为主转向信息、知识为主；NSII的应用对象由专家为主转向广大社会用户。

2)支持“数字区域”的关键技术加速发展，这一领域国际竞争与合作都在加强。以高分辨率、全天候对地观测和精确卫星定位导航、授时技术的广泛应用及产业化为标志，地理空间信息技术与应用进入新一轮技术更新的时期，每10年民用对地观测数据获取的空间分辨率、光谱分辨率和可利用数据总量约提高1个数量级；具有获取全球对地观测能力的国家迅速由几个增长为20多个；全球的卫星遥感下传基础数据以每天数百TB的速度增长，可利用的遥感卫星数据在未来5年将增长100倍左右；NSII功能由支持地理数据查询为主转向多源动态空间信息的网络集成应用和互操作。可见，基于多源、多分辨率空间信息的网络集成，以模型处理、三维显示和虚拟现实为特点的“数字地球”技术应用将成为NSII的重要应用模式。

3)地理空间信息标准发展迅速，截至2005年10月，国际地理信息标准委员会共确立了45项国际标准项目，其相关专业的外部联络员已经多达25个。为提高本国地理空间信息产业的国际竞争优势，美国联邦地理数据委员会(FGDC)和美国新设立的国家星基定位、导航和授时执行委员会(NSPNT)都通过其各级联络成员不断加强对国际标准化组织的控制。有关空间活动商业化的国际立法问题日益迫切，美国相继发布了《陆地遥感商业化法》、《商业性空间发射法》，其他国家的国内立法工作也在推进。

4)空间信息产业发展加速，2004年全球卫星应用产业的销售已超过1000亿美元。

三、国内空间信息基础设施发展应用现状与趋势

中国的NSII从1983年以来，每个五年计划都列入了国家科技攻关项目，至今已取得了长足的发展，为我国国民经济和社会发展做出了重大的贡献。以跨部门地理空间信息共享服务平台建设为主要内容的国家、地区和城市空间信息基础设施建设已迅速展开。地理信息产业得到迅速发展，各级空间信息基础设施建设全面起步。地理空间信息数据获取能力和数字化水平显著提高，国家基础性地理空间信息资源基础基本形成。地理空间信息共享的关键技术和标准的研发取得新的进展。地理空间信息应用服务初见成效。地理空间信息产业发展初具规模。近年来，特别是中办[2002]17号文件提出的电子政务建设“四个基础信息库”之一的“自然资源和地理空间基础信息库”建设，正在全国上下如火如荼地进行。此外，国内还出现了北京大学数字中国研究院的China Star、北京中遥地网信息技术有限公司的地网GeoBeans3D数字地球、国遥新天地信息技术有限公司的EV-Globe及“遥感中国”、武汉大学的GeoGlobe，以及最近北京21世纪科技发展公司基于“北京-1”号小卫星数据的“漫游中国”等。地理空间信息共享的管理协调机制也进一步完善，信息服务体系进一步发展。

四、存在问题

尽管全球 NSII发展迅猛，然而也存在一些问题。特别在我国，NSII的建设缺乏统一规划，没有空间数据的共享机制和政策及整体规划。一方面是大量数据闲置，另一方面需要数据的单位又找不到数据，结果是出现严重的数据重复建设现象；资源分散，标准化程度低；组织保障体系与NSII的发展需求不适应。具体如下：

1)国家空间信息基础设施发展的统筹规划、协调管理和市场监管相对薄弱。

2)部门、地区之间的信息共享机制尚未全面建立，信息安全保障水平有待提高。

3)以企业为主体的技术创新体系处于起步阶段，促进空间信息成果向现实生产力转化的市场环境有待完善。

4)信息获取关键技术的自主创新能力不足，遥感卫星和导航定位的数据源及核心技术过度依赖国外。

5)地理空间信息库更新缓慢，标准化工作滞后。信息资源开发利用与共享水平较低，现有应用系统不能完全满足业务运行服务的实际需要。

五、启示与思考

世界各国空间信息基础设施建设的发展历程，给我们解决上述问题提供了诸多借鉴与启发。如在技术支撑环节，在欧洲，欧盟就非常重视政策、法规、标准等，特别加强法律法规的建设，使本已存在的多国标准不一、统一管理难、信息共享使用困难、各国发展不平衡等问题得以较好解决。在作为服务支撑支持的组织体系方面，一些国家，如同为发展中国家的南非，则采取明确具有协调能力的政府机构牵头组织工作，并将政府的财务支持纳入相关法案等措施，从根本上解决建设发展过程中的组织保障问题。同样，在数据体系方面，南非也着力构建完整数据体系，并将数据分等分级，以满足不同用户的需要。而在作为交换平台最为基础的网络体系建设上，各国都极为重视，如欧盟各国，都在最短的时间内，搭建起相关的网络平台，对内对外提供信息共享服务。此外，在共建共享机制建设上，多数国家也都采取政府调控与市场机制相结合的手段，努力使空间信息资源最大程度服务于社会各阶层。

应该说，从国家层面建立起NSII建设和运作的政策和法律框架，从而在地方、地区、国家范围内制定、实施、监管和评估国家政策，并为公众提供信息是中国发展NSII可以借鉴的地方，同时通过竞争和法律来最大限度地发挥信息资源的经济和社会效益。

六、结束语

“3S”技术是战略高技术，是国家信息化的重中之重，地位极为重要和特殊；地理空间信息资源是国家战略资源、基础资源、安全资源。包括上述在内的空间信息基础设施，特别是“3S”设施(系统)是国家重要基础设施，是国际竞争的焦点、制高点，是投资最大、产出效益最高的行业之一，有着光明和灿烂的前景。

但与国外、特别是与美国等发达国家的地理空间信息基础设施发展状况相比，我国的地理空间信息战略研究与实施还存在许多问题：一是国家地理空间信息战略存在条块分割、分布零散、缺乏综合性的问题。随着各个部委牵头实施的“数字农业”、“数字林业”、“数字国土”、“数字地矿”、“数字水资源”、“数字海洋”、“数字气象”、“数字生态”、“数字环境”等信息化建设的展开，有关的政策条件散落于各个部门的文件之中，缺乏统一建设框架与顶层设计，导致重复建设、浪费严重、信息难以实现共享、安全隐患、效率低下等问题。二是我国地理空间信息战略与社会经济战略结合不紧密。三是缺乏足够法律地位和约束效力。因此，积极推进“数字中国”——综合性的国家地理空间信息战略，特别是包括地理空间信息共享机制与共享平台等的设计与研究，是当前国家信息化战略研究、特别是国家地理空间信息基础设施发展战略研究的一个紧要任务。

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Development of Domestic and International NSII Construction and Enlightenment from Its Application

CHEN Qingtao，DENG Min

P208

B

0494-0911(2014)07-0001-05

2013-05-18

国土资源部地学空间信息技术重点实验室开放基金(KLGSIT2013-15)

陈庆涛(1964—)，男，广东广州人，博士，副教授，研究方向为空间信息科学与工程。

陈庆涛，邓敏.国内外空间信息基础设施建设进展及其应用中的启示[J].测绘通报，2014(7)：1-5.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0212