数字时代背景下自然资源信息化科技创新若干问题探讨

刘聚海，程立海，耿 雯，王贵和，刘天羽，胡 玥，董 瑾

（自然资源部信息中心，北京 100812）

0 引言

自然资源部党组书记、部长王广华提出，自然资源科技创新是国家科技创新体系的重要领域，是推动构建新发展格局、实现高质量发展、深层次解决资源环境问题的重要途径，“十四五”时期自然资源部要着力增强科技创新能力，持续激发创新潜力，矢志以科技创新赋能高质量发展[1]。自然资源部党组对进一步提升自然资源科技创新能力提出目标和要求，作出工作部署[2]。

自然资源信息化科技创新是自然资源科技创新“四梁八柱”体系的重要组成部分。作为履行统一行使全民所有自然资源资产所有者职责、统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责的重要手段，自然资源信息化离不开科技创新的驱动。当前，云计算、物联网、大数据、区块链、人工智能（artificial intelligence，AI）、元宇宙、第五代移动通信技术（5th-Generation Mobile Communication Technology，5G）等新技术、新概念层出不穷，正在深刻改变着社会。解决数字技术对自然资源管理有效供给的“最后一公里”问题，必须依靠科技创新，通过新技术应用重塑信息化架构、设计技术集成应用解决方案，为自然资源信息化注入新的活力。本文认为，在数字时代背景下，以下4 个方面、13 个自然资源信息化科技创新问题值得关注。本研究主要基于技术层面，不涉及同样是科技创新重大问题的人才培养和科研管理制度。

1 构筑支撑自然资源管理数字化转型的数字底座

数字化转型是当今最具热度的关键词之一。普遍认为数字时代肇始于20 世纪90 年代蒂姆·伯纳斯·李发明出万维网，随着技术迭代升级和融合应用，数字技术正在加速推动社会转型升级。面对数字化带来的机遇和挑战，党中央、国务院不失时机地对数字政府建设和数字经济发展作出重大决策部署，提出目标、要求和总体布局[3-4]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》将“加快数字化发展 建设数字中国”单独成篇，将“提高数字政府建设水平”单独成章[5]。《“十四五”国家信息化规划》更是将数字中国建设作为发展目标，将加快数字化发展作为总抓手，将数字技术和数字化贯穿重大任务、重点工程和优先行动[6]。学界对数字时代背景下数字政府建设开展了时代背景、历史逻辑、本质特征等方面的理论研究[7]，并进行了实现路径、建设模式等方面的实践探索[8-10]。

自然资源部成立伊始确立了自然资源信息化总体构架，即以自然资源“一张网”（以下简称“一张网”）、自然资源实景三维“一张图”（以下简称“一张图”）和国土空间基础信息平台为支撑，构建自然资源调查监测评价、监管决策和“互联网+政务服务”三大应用体系[11-12]。本文认为，当前和今后一个时期，自然资源信息化应聚焦自然资源管理数字化转型，以“一张网”“一张图”和国土空间基础信息平台为基本框架，通过架构重塑和新技术加持，构建“数据+算法+算力”的自然资源数字空间基础设施和数字化业务支撑平台，形成自然资源管理数字化转型的数字底座。

1.1 将国土空间基础信息平台重塑为支撑数字化转型的“能力中台”

根据《自然资源部信息化建设总体方案》对国土空间基础信息平台的定位，该平台兼具数据中台、技术中台属性及业务中台的部分特质，内嵌智能化技术元素，为资源的内部集成和外部互通预留了开放接口，从技术层面将面向服务的11 个业务板块抽象为三大应用体系。从顶层设计角度看，国土空间基础信息平台具有满足现实需求的合理性、面向未来发展的前瞻性，吸引了自然资源信息化机构、学界、企业界专家的关注。开展了平台构建的关键技术研究[13-14]并付诸建设实践[15-16]，进一步深化平台数据组织、数据中台构建和适应自然资源数据多源复杂特点的分布式数据库管理技术机制的研究[17-19]，基于统一平台构建一体化政务服务和审批监管系统[20-23]，对智能化应用进行了有益尝试[24]。

回顾自然资源信息化渐进式的发展历程[25]，对标科学决策、智慧监管、精准治理、泛在可及服务、动态感知和立体防控等数字政府建设的价值取向，展望数字技术塑造未来社会的趋势，国土空间基础信息平台的本质属性决定了通过架构重塑、技术升级和融合创新，可以作为自然资源管理数字化转型的业务支撑平台。总体思路上，本文认为，应强化平台的中台功能，在已具备的数据中台、技术中台功能基础上，丰富完善业务中台功能，补齐智能中台功能短板，真正做到平台对业务应用、数据的统合作用。中台的概念源于解决“小而全”且互不关联的“烟囱式”系统造成的重复浪费等弊端，但其敏捷、复用的优势必然转化为对应用创新的专注和应对不确定性的灵活，切合了严守资源安全底线、优化国土空间格局、促进绿色低碳发展、维护资源资产权益等自然资源工作对复杂多变的数字化应用场景的需求，同时可有效应对信息系统设计和开发初期需求的不确定性。

具体实现途径上，形成平台在应用中自我进化技术机制，实现数字化能力的持续沉淀和输出。强化平台能力输出，创建的“数字原生”系统应基于国土空间基础信息平台已有的通用技术（或组件）和统一的数据服务；强化平台能力沉淀，在面向土地、矿产资源、海洋、测绘地理信息、林草等业务板块创建“数字原生”系统过程中，按照调查监测评价、一体化政务服务、监管决策进行抽象归纳，以业务组件形式在国土空间基础信息平台中沉淀，支撑新的应用场景创建，实现“一处创建、多处共享”；强化智能中台功能，在应用中补齐平台智能化技术组件的短板。根据近年的自然资源信息化建设实践[26]，参考高频、多样化业务场景的电商平台技术选型，基于平台的自然资源数字化应用在技术实现上宜采用马赫（MACH）架构[27]，即综合集成微服务（microservices）、应用程序接口（application programming interface，API）优先（API-first）、云原生（cloud-native）软件即服务（software as a service，SaaS）、“无头”（headless）技术，实现故障隔离、应用系统敏捷开发和无缝连接。

1.2 构建以数据要素化为目标的自然资源大数据治理体系

“一张图”作为自然资源信息化的一面旗帜，已积累了相当丰富的数据资源，在自然资源政务服务、监管决策和信息服务中发挥了重要支撑作用。近年来，各方围绕“一张图”设计与建设开展了大量研究，在设计思路与数据内容上，重点突出了“一张图”的三维属性[28-30]，在数据治理研究与实践方面迈出了重要一步[31-33]。

数字经济时代数据已成为重要的生产要素。当前“一张图”数据的要素属性还没有充分体现出来，数据架构和质量等因素限制了自然资源数据价值的更深入挖掘，需要构建自然资源大数据治理体系，实现自然资源数据的要素化。数据治理内容非常广泛，涉及数据确权、质量提升、数据安全等诸多方面，本部分重点探讨数据质量提升和数据架构完善的技术实现路径。数据质量决定了数据要素发挥效能的上限，“一张图”建设的起点是在国土资源、测绘地理信息、海洋、林草分散管理时期积累的标准不一海量数据，与获取的互联网社会感知数据、相关行业数据等相互交织，对释放这些互不关联、海量数据的潜在价值带来极大挑战。

针对自然资源大数据特点，数据治理的关键技术包括以下内容。构建多源异构自然资源数据汇聚融合技术体系；在自然资源信息化标准体系框架[34]和自然资源数据目录体系下[35]，研制统一的数据标准和信息系统建设、自然资源大数据管理与分析处理技术规范；从分散系统向省级或全国统一系统转变；开展自然资源大数据质量动态体检与评估技术研究；明确“一张图”数据构成，时空大数据[36]、地质大数据[37]等自然资源领域特殊数据集应作为“一张图”的组成部分，其核心数据在物理上纳入“一张图”，但由于其服务对象广泛或场景特殊，仍可作为独立的数据服务平台提供公共服务；数据架构增加“训练数据层”，适应人工智能应用需求；将“一张图”中专题数据与应用系统解耦化，增强自然资源数据要素的供给能力。

1.3 研制面向“算法行政”的自然资源辅助决策算法

随着社会智能化程度的提高，算法已经深度融入经济和商业领域，疫情防控期间成为社会治理不可或缺的工具，并强势介入个人的日常生活。在算法日益渗透到社会经济各领域的背景下，算法权力向行政领域扩张就成为必然趋势，将行政决策和预测判断交给算法的“算法行政”应运而生。法律和政务管理领域专家在深入剖析算法权力异化和撼动行政基本原则风险的同时，提出通过“算法问责”等技术措施消解技术带来的冲击[38-40]。

近年来，“算法行政”模式悄然介入自然资源领域高频政务服务事项，一些地方为落实优化营商环境，开发了不动产登记智能审批系统[41-42]，通过算法自动核验材料和集成共享信息，实现了登记业务的自动化受理和审核。自然资源政务服务和监管预警事关资源要素保障、国计民生和资源安全，研制自然资源辅助决策算法成为必然选择。这里所说的决策，相当于管理学家西蒙尼提出的“管理就是决策”中的广义决策概念。自然资源辅助决策算法关键技术包括，对自然资源审批等政务服务事项背后的行政逻辑进行编程并嵌入“一张图”数据服务和信息共享集成，实现政务服务全天候运行，打造“秒批秒办”“即送即审”“24小时不打烊”等高品质政务服务；以“一张图”中沉淀的长时间序列、空间全覆盖的三维海量数据为深度学习算法“训练场”，智能化判读识别自然资源要素，通过算法输出最优的国土空间开发格局和资源配置方案，挖掘数据要素中的潜藏知识并升华为对未来不确定性的洞察能力。

1.4 构建以“自然资源云”为基础的“云-边-端”一体化自然资源大数据异构算力架构

“自然资源云”建成以来，随着系统和数据的上云[43]及云原生开发，形成了对分布式云资源的管理调度能力[44-45]，为自然资源信息化提供了有效的设施保障。从外部技术环境看，随着摩尔定律濒临失效、大数据规模爆炸性增长，计算能力增长和数据规模增长此消彼长，中国科学院梅宏院士等提出，在大数据应用需求的驱动下，计算技术体系正在重构，从“以计算为中心”向“以数据为中心”转型[46]。另外，根据国际数据公司（International Data Corporation，IDC）发布的评估报告，2022 年中国智能算力规模首次超过通用算力规模，这同样是需求牵引的结果。

“自然资源云”算力支撑也初步显现这种变化，不动产登记海量数据清洗入库、分析等数据密集型计算往往依靠“人海战术”，基于科技攻关的应用层面技术架构和解决方案创新可以缓解部分计算压力[47]，但存在显而易见的上限，“自然资源云”算力面临结构完善和架构升级的情况。目前，“以数据为中心”的三种近数处理方式中，分布扩展应成为“自然资源云”升级的技术路线，通过电子政务内网、自然资源业务网、应急通信网，将国家级主节点与卫星遥感、测绘地理信息、海洋、土地、矿产、林草分中心，以及外业作业点（海洋和极地科考、野外地质调查）、“5G+无人机”自然资源感知平台等边缘计算节点中的不同类型计算资源进行连接，通过多节点数据协同、算网融合和算力整合完善“自然资源云”管理平台，增强可满足专业化计算前置的边缘端资源弹性调度能力，形成“云-边-端”一体化的自然资源大数据异构算力架构。

1.5 借助科技手段破解信息安全痛点问题

自然资源数据涉及国家安全、社会稳定、群众利益，信息安全一直作为自然资源信息化的重中之重，迄今已通过开展“自然资源云”安全技术研究，建立了比较完善的网络安全防护体系[48-49]，针对不同的应用开展安全防护方法和数据加密技术研究[50-52]。在数字化转型背景下，海量数据流动的高频化和数据处理、应用参与主体的多元化，使得数据保护与共享利用相互交织；用大数据挖掘技术对脱敏信息进行关联分析带来隐私泄露的风险；基于云原生部署的垂直系统越来越多，安全边界趋于模糊；开源技术的采用[53]为信息安全带来不确定性。

虽然数字化转型给信息安全带来了需要破解的新问题，但正如“船只的发明同时也产生了海难”，必须直面信息安全问题，不能因信息安全难题而回退到以往技术环境中。本文认为，自然资源数字化转型中的信息安全主攻方向包括以下3个方面。

（1）建立自然资源数据分类分级保护体系。在“一张图”数据架构基础上按照业务应用等维度开展数据分类，在分类基础上全面评估数据泄露、破坏后的危害程度，按敏感度确定安全级别，全面摸清保护对象。

（2）构建主动安全防御技术体系，扩大安全防御纵深。在“自然资源云”主节点建立的态势感知平台[54-55]基础上，进一步扩大态势感知平台的安全风险探测半径，将“自然资源云”的边缘计算节点纳入感知视野，深入运用大数据、人工智能技术，提高安全风险的预判能力和安全事故的应急处置能力。

（3）采用同态加密（homomorphic encryption）技术。综合大数据时代各种加密技术特点[56]，同态加密技术可以直接在密文数据上进行计算而无须事先解密，有效解决了大数据价值利用与数据安全和隐私保护的矛盾，已从理论研究逐渐进入实际应用[46]，适用于自然资源数据的加密处理，尤其是不动产数据的加密处理，可有效解决数据流动性加强、跨网数据共享交换带来的信息安全痛点问题。

2 推动基于大数据分析的自然资源“认知升维”

认知源于感知并支配行动，是在信息采集与决策之间起桥梁作用的信息处理过程，距离决策只差“临门一脚”。自然资源具有资源、生态、经济、政治、文化、社会等多重属性[57]。在分散管理起点上实施自然资源深度融合管理的前提条件是解决新的视角和维度下自然资源认知问题，即以生态文明建设为大背景，融合土地、矿产、森林、草原、水、湿地、海域海岛等领域相对比较成熟的理论和技术方法，在自然资源工作新的历史方位中探究“山水林田湖草沙”生命共同体的底层逻辑及叠加经济、政治、文化、社会等变量后的演变规律。

史蒂芬·威廉·霍金等人在《大设计》中提出“模型依赖的实在论”，即自然界是客观存在的，但人类无法直接认识它，需要借助科学理论模型[58]。大数据时代，传统调查监测手段采集的数据与互联网上沉淀的数据爆炸性增长，为通过模型、算法生成高价值知识、破解自然资源认知难题创造了条件，同时也面临着前所未有的技术挑战。

2.1 构建基于多模态数据融合分析技术的自然资源认知框架

目前，以互为补充的“天-空-地-网”多元化自然资源感知体系初步形成。中国在轨遥感卫星已超过200 颗，且向更高的空间和光谱分辨率、更短的全球覆盖和重访周期方向发展，卫星遥感存档数据呈指数级增长；快速、机动和针对性强的无人机倾斜摄影异军突起，其发挥的作用备受关注；地面铁塔视频监控设备数以亿计，且布设密度越来越大；随着智能手机和可穿戴设备的普及与技术进步，人类已经成为移动传感器平台和互联网内容的生产者，通过在物理空间、社会空间和信息空间中穿梭，以主动或被动方式留下的数字痕迹蕴含着有价值的自然资源信息，派生出众包数据（crowdsource data）、众源地理信息（volunteered geographic information，VGI）等新的自然资源数据源[59]，互联网泛在地理信息融合处理技术引起关注[60]。

自20 世纪70 年代以来，从对地观测数据中获取自然资源信息的能力不断提升。近年来，在现代信息技术加持下，对自然资源的认知正孕育着质的改变。中国科学院周成虎院士在题为《用大数据认知世界》的学术报告中提出，运用全球高分辨率遥感大数据、地面样本数据和地理模型，在云计算强大算力支撑下，获取全球精确到单棵树的信息，汇总起来的这些信息刷新了科学家对森林的认知。自然资源要素的智能解译技术发展深化了对自然资源自然属性的认知[61]。在“天-空-地-网”一体化数据获取基础上，设计自然资源调查监测数据分析评价框架[62]，突破多源异构自然资源数据融合等关键技术，开展综合分析评价，既是服务自然资源管理决策的迫切需求，也是专家关注的重大科技问题。为弥补传感器在获取特定地理空间中社会经济要素信息方面存在的缺陷，北京大学刘瑜教授提出了社会感知（social sensing）的概念[63]，为认知自然资源的社会经济属性打开了一扇窗，可与传感器获取的自然资源自然、生态属性认知相互融合、互为补充。

传感器获取的数据和社会感知数据以栅格、矢量、结构化数据、视频、音频、文本等多模态存在，数据来源包括针对特定目的与有组织的调查监测、相关部门共享、互联网获取，数据的多源化、异质化造成了实质上的数据碎片化。在数据质量方面，互联网大数据是自然产生的，不以自然资源管理为目的。按照当前的标准和管理需求，以往生成的自然资源管理数据，如不动产登记历史数据，也存在空项等数据稀疏问题。在现实中，人类感知外界就是通过视、听、感等不同模态获取信息，当信息不完整时，通过关联进行推断。因此，应借助多模态数据融合分析技术，构建自然资源认知框架，对多源、异构、不同模态的自然资源数据进行关联分析，实现信息互补，将碎片化数据关联为高价值知识。

2.2 构建基于大数据分析的自然资源管理研究新范式

大数据已成为引发社会变革的重要力量，在数字经济、社会治理等方面发挥越来越重要的作用，推动科学发现取得重要进展[64]，催生出科学研究第四范式，即数据密集型科学发现[65]。首次提出对社会行为进行量化分析并预测的是启蒙时代法国哲学家马奎斯·孔多塞[66]。近年来，大数据的发展为习惯于定性描述的社会科学家认知社会带来了全新的视角和量化工具[67]。

不动产登记等自然资源政务服务与公众利益密切相关，在社会上引起广泛关注，及时准确获取社会意见和期望对于完善政策制度至关重要。传统的基于精心设计、面向特定目的的意见与建议征集[68]针对性强并能够直接转化为政策改进，目前仍不可被替代。但不可否认的是，互联网大数据文本挖掘等技术在捕捉社会热点、感知公众诉求、评估群众满意度等方面[69]，显示出巨大优势，成为前者的重要补充。目前，自然资源大数据建设与应用思路已基本明确[70]，在基于互联网社会大数据监测自然资源有关的社会舆情[71]、采用互联网地图数据开展基础设施空间分布状况研究[72]、基于手机信令等其他行业和社会经济数据开展人口流动及空间匹配性研究[73-74]等方面进行了有益尝试，这些研究成果对于自然资源管理决策、国土空间格局优化具有重要价值。

上述研究加之大数据的变革力量，预示着基于大数据的自然资源管理研究新范式正在形成。本文认为，以下2 个方向值得大数据时代在自然资源管理研究中加以关注。

（1）特定国土空间范围内人类活动分区。多年来，一批社会人文科学家一直追求本领域像自然科学一样，通过建立模型进行预测，随着智能手机、物联网、可穿戴设备的普及，量化一切成为可能。美国东北大学艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西等人对匿名手机用户的活动模式研究发现，93%的人类行为是可以预测的[75]，这一发现为建立模型并量化特定国土空间人类活动奠定了理论基础，服务国土空间格局优化。

（2）自然资源管理绩效的自然实验。科学精准评估管理绩效及其影响因素是政策改进和提升的前提，此类评估以往都以定性描述为主，或粗略划分几个等级。近年来，为解决社会人文领域无法进行实验室实验的问题，一批自然科学和社会人文科学家提出一种新的研究方法，即自然实验和控制性比较方法，利用历史积累的数据探究初始条件、过程条件和结果之间的因果关系及支配因素，并在生态环境演变等领域开展了研究[76]。基于中国南北方、东中西地区的巨大差异，多年来，在自然资源法律、制度框架下，各地“因地施策”“因城施策”制定一系列本地化政策措施，积累了大样本数据；智能移动终端普及以来积累了连续记录的社会感知数据，从中提取场所语义和情感信息，开展多变量数据关联分析；完备的自然资源统计调查制度下积累的厚重综合统计数据。对上述数据进行分析，在聚焦相关性基础上，探究因果逻辑，挖掘影响自然资源管理绩效的因素。

2.3 构建自然资源知识图谱

知识图谱的前世可追溯到20 世纪50 年代的语义网（semantic net）。2012 年，谷歌首次提出知识图谱的概念，用于搜索引擎的优化。知识图谱因其可解释性、高质量知识呈现等优势得到了广泛的认可，越来越多通用和专业领域的知识图谱相继产生，在电子商务领域得到实际应用，这使得知识图谱逐步形成一个独立的研究领域，成为大规模知识工程。知识图谱的出现也引起了自然资源领域专家的关注并跟进研究，提出地理知识图谱[77]、遥感知识图谱[78]、自然资源调查监测成果质量检验知识图谱[79]构建方法。

知识图谱是通过有向图的方式表达实体、概念、属性之间语义关系的数据组织形式[78]，使得概念、实体、属性间相互联结，构成网状知识结构[77]，实现知识沉淀的迭代和高度分享，为智能应用提供技术支撑。知识图谱构建一般包括知识抽取、知识融合、知识推理、知识更新等步骤。自然资源知识抽取的数据来源包括“一张图”核心数据库等结构化数据、电子地图等半结构化数据和互联网文本数据，自然资源知识图谱中的实体关系除了语义关系外，还包括空间关系和时间关系，其关系类型多、抽取复杂；在自然资源知识融合中，需要通过实体对齐处理同义异名问题，通过实体消歧处理同名异义问题，避免出现知识缺失或冗余；通过知识推理建立实体间的新关联，发现蕴含的关系和知识；知识图谱需要动态更新，更新的数据源包括“一张图”核心数据库、社会大数据等。自然资源知识图谱构建的技术路线可以按照细分领域分别构建，如不动产登记知识图谱、国土空间规划知识图谱等，不同细分领域知识图谱的关联可以服务自然资源融合管理和智能化决策。

3 创建面向自然资源管理重大需求的数字化、智能化技术集成应用场景

在数字科技浪潮推动下创新正呈爆炸性增长[80]，有别于传统的科技成果转化的场景创新，已成为科技创新的航标[81]。场景创新是以新技术的创造性应用为导向，以供需联动为路径，实现新技术迭代升级和产业快速增长的过程[82]。场景创新虽然不涉及新技术创造，但是通过灵活运用和整合已有资源，尤其是不同技术的集成，可解决重大应用需求，实现价值创造，甚至通过技术供给创造新的需求。

长期以来，自然资源信息化主要依托比较成熟的信息技术，通过综合集成技术应用满足自然资源管理需求[25]。当前，在场景创新成为主要创新模式的背景下，严守资源安全底线、优化国土空间格局、促进绿色低碳发展、维护资源资产权益等重大需求，迫切需要通过技术集成创造不同的应用场景。

3.1 创建以“一张图”为底座的“自然资源要素数字孪生体”

数字孪生是新技术发展、技术集成和跨学科知识融合应用的产物，在交通物流、医疗健康、工业制造、城市规划等领域得到初步应用，探索数字孪生技术在智慧城市中的应用已纳入国家“十四五”规划[5]，水利部门将“加快建设数字孪生流域”作为提升流域治理能力的重要内容。随着大数据、云计算、深度学习、虚拟现实等技术的发展和集成，派生的数字孪生技术与需求碰撞，应用场景创造将层出不穷。

当前和今后一个时期，扩大内需迫切需要以守住资源和生态安全底线为前提的自然资源要素保障，通过运用数字孪生技术“重建过去、虚拟未来”，使得在承诺制、容缺受理等简化材料和程序的措施下不给未来制造问题，兼顾资源保障和资源生态安全。构建“自然资源要素数字孪生体”，应充分利用自然资源完备、准确、全覆盖的数据基础，以“一张图”为底座，对土地、不动产、海域、矿产资源等复杂的物理实体进行多维度融合建模和数字化映射，实现各类自然资源要素物理实体在数字空间的动态精准模拟和全生命周期共生演变；通过调查监测、社会感知、管理和虚实双向互动实时更新数字孪生体；通过深度学习、大数据分析等技术对自然资源要素演变进行推演预测并作出科学决策，借助模拟仿真技术精确展现自然资源要素状况及预测、推演结果，通过虚拟环境下的推演、试错和迭代，实现物理环境下顾及资源生态安全底线的自然资源要素保障“帕累托最优”目标。目前，构建数字孪生体的各项技术越来越成熟，“一张图”的数据基础比较完备，本文认为“自然资源要素数字孪生体”将成为自然资源信息化的重要应用场景。

3.2 创建面向自然资源监管决策和服务的“智慧+”应用场景

2012 年印发的《国土资源信息化“十二五”规划》提出，以“一张图”和“三大平台”（电子政务平台、综合监管平台、政务服务平台）为基础，努力构建覆盖全国的集数字化、网络化、智能化为一体的“智慧国土”，全面实现网上办公、网上审批、网上监管、网上交易和网上服务[83]，一些专家围绕“智慧国土”建设思路和方法进行了探讨[84]。近年来，“智慧国土”首先应用在耕地保护领域并落地为“智慧耕地”应用场景，通过集成整合数据管理、政务协同、监管决策、政务服务等功能，实现对耕地的全方位监管[85-86]。

当前的数字化、网络化、智能化技术已经迭代升级到一个全新的高度，为自然资源领域的“智慧+”应用场景创建提供了良好的技术条件。自然资源“智慧+”应用场景创建，应以国土空间基础信息平台为依托，运用云计算、大数据、人工智能、实时感知等技术，面向特定应用领域，整合相关的数据、应用系统，建立专题数据台账、知识图谱、数据分析挖掘平台，支撑政务服务、监管决策等系统运行，为土地、矿产、海洋等资源监管注入智慧活力。2022 年，聊天生成型预训练变换模型（chat generative pre-trained transformer，ChatGPT）的横空出世，标志着人工智能生产内容（artificial intelligence generated content，AIGC）的重大突破，以生成式AI 技术为支撑，创建“国土空间规划机器人”[87]“不动产登记机器人”“自然资源智能客服”等，将具有潜在的应用前景。

3.3 构建以国土空间基础信息平台为依托的“自然资源大脑”

近年来，自然资源信息化领域专家借鉴“城市大脑”理念，提出构建“自然资源大脑”的设想，虽然尚未真正落地，但设计了总体框架和功能架构，提出了应用前景[88-89]。“城市大脑”是中国工程院王坚院士于2016 年提出的概念，基本定位是数据资源时代融合了算力和数据的城市数字基础设施。目前，“城市大脑”已经在杭州等城市率先落地并发布了《城市大脑术语》等团体标准，专家虽然对其定义和内涵还没有完全统一，但是形成了一些比较普遍的认识，“城市大脑”是“智慧城市”的组成部分，是支撑“智慧城市”发展的“数字底座”[90]。从提出的背景可以判断“城市大脑”在“智慧城市”中扮演的角色，“智慧城市”发展到一定程度，一些问题逐渐浮出水面，为解决“智慧城市”建设中各自独立的相关业务因信息化程度不断提高造成的对接困难、数据无法融合及由此产生的智能动力不足等问题，“城市大脑”应运而生。

“智慧国土”建设同样需要自然资源信息化具备比较深厚的智能“底蕴”，“自然资源大脑”设计和构建应成为一个重要的研究方向。参考“城市大脑”总体框架和自然资源信息化领域专家对“自然资源大脑”的认识，本文认为，“自然资源大脑”应以国土空间基础信息平台为依托，以“自然资源云”算力为支撑，以“一张图”为基础，通过对遥感监测、互联网监测等各类感知的汇聚和数据融合，整合国土空间基础信息平台中的共用AI 算法、模型等智能要素，形成“智慧国土”操作系统和智能底座，为持续创建自然资源领域“智慧+”应用场景注入智能活力。

4 以规模化应用、业务化运行引领自主核心信息技术迭代升级

应用是牵引信息技术进步和产品升级的不竭动力，除了技术攻关，推进成果在规模化应用中得到检验和完善也是信息技术迭代升级不可或缺的手段[91]。百度创始人李彦宏根据百度成长经历总结出“反馈驱动创新”的路径，即技术的发展没有导航地图，只有指南针，只要方向大致正确，基于实践反馈一步步迭代，就能“跑出”有价值的创新。目前，半导体技术正进入“后摩尔时代”，信息处理正进入“大数据、人工智能时代”，信息技术发展正处在重要转轨时期[91]，核心信息技术的国际竞争已进入新赛道，为自主核心信息技术发展壮大带来了新的机遇。

自然资源信息化不仅以通用信息技术为支撑，而且几乎所有的业务领域都需要运用地理信息系统（geographic information system，GIS）技术，自然资源管理、监管决策和政务服务涉及海量三维时空数据的管理、处理，决定了自然资源信息化应用可以成为自主核心信息技术，特别是GIS、数据库技术和产品迭代升级的良好场景，需要基础软硬件研发、应用系统开发、应用需求等各方相向而行，合力完成抢占核心信息技术战略制高点的目标。

4.1 突破基于完全自主核心信息技术的自然资源业务系统实用化面临的技术障碍

采用自主核心信息技术就是消除不可控因素的过程，应用技术架构中掺杂的任何外来技术或开源技术都将成为不可控因素。当前，自主核心信息技术虽然日趋成熟稳定，但在部分功能点上还存在不同程度的性能短板，这就要求我们尊重信息技术发展规律，不应片面追求绝对的性能，而应全面考虑与需求相匹配的适用性。同时，信息技术的市场竞争力并不完全取决于技术的先进性，用户的喜好和习惯也是不可忽视的影响因素。

基于完全自主核心信息技术构建应用系统，需要服务器、操作系统、GIS、中间件、数据库管理系统之间完全协同运行。一方面，通过应用技术架构和解决方案创新或集群、并行等技术措施，弥补性能短板，达到实用化目标；另一方面，面向各类技术的协同化运行技术障碍，开展自主服务器、操作系统、GIS、中间件、数据库管理系统之间的适配衔接，形成抱团竞争格局，助力自主核心信息技术生态系统壮大。

4.2 以规模化系统的业务化运行反馈驱动自主核心信息技术产品底层内核迭代升级

“一张图”和国土空间基础信息平台管理数千个图层、上百亿个空间要素的海量时空三维实景数据，对GIS、数据库管理系统等技术性能是极大的考验，事关三维时空数据技术标准的国际话语权，尤其在三维渲染等方面还面临图形处理器（graphics processing unit，GPU）产品性能短板，在突破性能瓶颈过程中，可以发挥供需对接顺畅的优势，升级完善底层内核。不动产登记信息平台每天面临多用户海量在线并发服务请求，其业务化运行将倒逼自主核心信息技术安全稳定运行和对卡顿等问题的快速解决，对提升自主核心信息技术的健壮性起到引领作用。

5 结语

通过自然资源信息化科技创新推动自然资源管理数字化转型，这个命题看似悖论，实则蕴含目前各界的一个共识：从信息化到数字化是渐进式的，数字化不是对信息化的覆盖，也不是对现有的信息化架构进行解构，而是借助增量科技创新的“拼图”过程。

《连线》杂志创刊主编凯文·凯利认为，科技具有自身的偏好和固有的进化方向，想要冲破重力和混乱，朝着某种“必然”的方向，寻求最大的生命力和表现力，过去几十年塑造的数字科技浪潮还会在未来几十年继续扩张、加强，人类需要倾听科技的呼吸和脉动并与之共舞[92-93]，揭示了科技发展规律，需要把握大势，顺势而为。本文从技术层面提出自然资源信息化科技创新4 个方面、13 个值得关注的问题。作为自然资源信息化科技管理人员，本文作者在认知能力范围内难以成体系地提出研究方向，构建框架体系，只能发散性地提出若干值得关注的科技问题。因此，本文仅作为吸引各界专家进一步深入研究、共同构建“自然资源信息化科技创新体系”的引玉之砖。