第18卷第4期2000年12月dies in Science of scienceDec.2000數(shù)字地球與數(shù)字中國孫小禮(北京大學北京100871)摘要所謂數(shù)字地球″就是人們希望構建一個覆蓋全球的地球信息模型把分散在地球各地的從各種不同渠道獲取到的信息按地球的地理坐標組織起來既能體現(xiàn)岀地球上各種信息(自然的、人文的、社會的舶的內在有機聯(lián)系又便于按地理坐標進行檢索和利用。這是研究各種地球變化的需要是21世紀實施可持續(xù)發(fā)展的需要。數(shù)字地球有全球、國家、城市三個層次。按照數(shù)字地球"的思路建設數(shù)字中國”是一項必要和緊迫的戰(zhàn)略仼務。建設好數(shù)字中國”,才能實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展也才有可能為全世界的可持續(xù)發(fā)展作岀貢獻。我國許多城市正在策劃相應的數(shù)字化建設如數(shù)字上海”數(shù)字北京”等為在21世紀建設數(shù)字中國”和數(shù)字地球"作準備。關鍵詞數(shù)字地球可持續(xù)發(fā)展數(shù)字中國數(shù)字城市數(shù)字地球數(shù)字地球( Digital earth)這是1998年1月31日美國副總統(tǒng)阿爾.戈爾在加利福尼亞科學中心所作的演講中提出的一個新概念υ演講的題目是數(shù)字地球:21世紀認識地球的方式"。他說¨一場新的技術革新浪潮正允許我們能夠獲取、存儲、處理并顯示有關地球的空前浩瀚的數(shù)據(jù)以及廣泛而又多樣旳環(huán)境和文化數(shù)據(jù)信息。今天我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)我們擁有很多數(shù)據(jù)卻不知如何處置。正如我們過去一個時期的農(nóng)業(yè)政策一樣一方面生產(chǎn)的糧食被推積在中西部的糧食倉庫里霉爛另一方面卻有數(shù)百萬人被餓死?，F(xiàn)在我們貪婪地渴求知識而大量的資料卻閑置一邊無人問津。"按著他提出“我相信我們需要一個數(shù)字地球即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的多分辨率的和三維的地球的表示”。戈爾形象地描繪說∵比如,可以設想一個女孩來到地方博物館的一個數(shù)字地球陳列室當她戴上頭盔顯示器她將看到就像是岀現(xiàn)在空中的地球。使用數(shù)據(jù)手套″她會看到大洲隨收稿日期2000-07-12①1992年戈爾在其著作《涉臨失衡的地球X陳嘉映等譯的中譯本中央編譯岀版社997年岀版)已提到了數(shù)字地球″他在講如何研究全球氣候變化建立中國煤化工來處理每天從衛(wèi)星軌道上掃描下來的龐大數(shù)據(jù)。我們過去從未想到能收集到這這些數(shù)據(jù)我提出了一個姑且稱為數(shù)字地球'的計劃旨在建立一個新的全球CNMH月的滴講中戈爾才對數(shù)字地球″概念作了比較全面和通俗的說明從而才引起人們的興趣和重視。戈爾1998年的這篇演講的中譯文見《中國科學報》1998年8月26日第三版和《科學新聞》1999年第二期。本章所引戈爾演講中的話皆引自《科學新聞》。第18卷孫小禮數(shù)字地球與數(shù)字中國之是區(qū)域、國家、城市最后是房屋、樹木以及其它各種自然和人造物體。在發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的某地塊時她可乘上魔毯″即通過地面三維圖像顯示去深入査看。當然地塊信息只是她可以了解的多種信息中的一種。使用聲音識別裝置小孩還可以詢問有關土地覆蓋、植物和動物種類的分布、實時的氣候、道路、行政區(qū)線以及人口等方面的文本信息?！彼粌H可以跨越不同的空間也可以在時間線上奔弛。為了去參觀盧浮宮她先在巴黎作了一番虛擬旅游之后又通過細讀重疊在數(shù)字地球表面上的數(shù)字化地圖、時事摘要、傳說、報紙以及其它第一手材料她便回到這去,了解法國歷史。她會把其中一些信息轉送到自己的Emai庫里等著以后再讀。這條時間線可伸向很遠從數(shù)日、數(shù)年、數(shù)世紀甚至到地質紀元去了解恐龍的情況戈爾為我們勾勒出一個誘人的數(shù)字地球景象真實地球作為一個虛擬地球進入了陳列室使普通老百姓甚至一個小孩子都能方便地運用一定的科學手段了解自己所想了解的有關地球的現(xiàn)狀和歷史既能獲得自然方面的信息如地形、地貌、地質構造、山脈河流、礦藏分布、氣候氣象等也能獲得人文方面的信息如經(jīng)濟、文化、金融、人口、交通、風土人情等。真可謂全部地球盡收眼底”當然這個虛擬的全部地球″只是人們今天所認識到的地球還不可能是真實的全部地球。戈爾列舉了建立數(shù)字地球所需要的幾種關鍵性技術如科學計算、衛(wèi)星圖像、寬帶網(wǎng)絡、互操作、元數(shù)據(jù)等指出了數(shù)字地球可能的廣闊應用前景諸如指導仿真外交、打擊犯罪、保護生態(tài)多樣性、預報氣候變化、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率等以及建立數(shù)字地球的大致步驟。這不是一篇嚴謹?shù)膶W術論文甚至并沒有對數(shù)字地球給出清晰的科學定義然而數(shù)字地球作為21世紀認識地球的新方式這一新穎的概念一經(jīng)提出立即引起人們的興趣和關注。美國在1993年提出國家信息基礎設施建設繼而在1994年提出國家空間信息基礎設施建設到198年又提岀數(shù)字地球并且已作為政府的重要項目開始實施數(shù)字地球計劃這一系列重大戰(zhàn)略決策是有其連續(xù)性和必然性的。并且立即在全世界引起科學界的興趣和各國政府的關注,說明數(shù)字地球的提出也適應了要在21世紀在全世界實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。為了實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略人們迫切需要掌握和利用有關地球旳各種信息以研究地球上各種資源的現(xiàn)狀和變化趨勢然而正如戈爾所說,目前大量這樣的信息卻散落和閑置在世界各地的信息庫里像陸地資源衛(wèi)星拍攝了20多年的大批照片就一直擱置著未曾利用。為改變這種局面科學家們企盼能建立一個覆蓋全球每一角落的地球信息模型把分散在各地的信息有組織地利用起來。數(shù)字地球正是這樣一個地球信息模型把地球各地的從各種不同渠道獲取到的數(shù)據(jù)按地球上的地理坐標組織起來朕結融合起來構成既能體現(xiàn)岀有關地球的各種信息的內在有機聯(lián)系又便于按地理坐標進行檢索和利用。數(shù)字地球可以說是人類迄今為止最為巨大的一項科學技術工程雖然關鍵性的技術條件已有一定基礎但不能以為數(shù)字地球在一夜之間就能建立起來事實上目前的技術基礎尚不足以立即支撐起數(shù)字地球這樣一個綜合性的戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。建立數(shù)字地球也不是一個政府機構、一個產(chǎn)業(yè)或一個研究單位能擔負起的事!中國煤化工個人、公司、大學研究人員以及政府機構參加的群眾性努力。戈爾建議CNMHG標集中于較少的若干應用上經(jīng)過試用再逐步擴展和開放。應該鼓勵大學同地方學校及博物館合作研究有關數(shù)字地球的項目,目前可能應集中在當?shù)氐牡乩硇畔⑸稀Ｏ乱徊綉铝τ谘兄埔幻追洲q率的數(shù)字化世界地圖。戈爾設想數(shù)字地球將在2005年初步建立而在2020年基本實現(xiàn)?？茖W學研究第4期2數(shù)字中國2.1“數(shù)字中國問題的提出數(shù)字地球至少有三個層次洤球的、國家歐地區(qū)的廂和城市的。這三者是互相支撐、互相促進的數(shù)字地球將建立在數(shù)字國家的基礎上所以數(shù)字地球計劃的提岀無疑是對世界各國信息化的極大促進同時也是挑戰(zhàn)當然也是對中國信息化的促進和挑戰(zhàn)。我們應該以怎樣的姿態(tài)和行動來迎接這一挑戰(zhàn)呢?這在我國科技界已成為一個相當熱門的話題①。中國現(xiàn)在還是一個尚未完成工業(yè)化的發(fā)展中國家有人擔心現(xiàn)在就想在中國按照數(shù)字地球的思路建立數(shù)字中國是否心血來潮不切實際。這樣的擔憂是完全可以理解的這一問題確實需要認真加以研究和論證1995年我國學者鐘義信、葉培大曾聯(lián)名發(fā)表題為《信息時代的發(fā)展戰(zhàn)略》的文章②指出在信息化已成為當今世界發(fā)展的時代潮流的背景下我國應抓住時代機遇實施超越戰(zhàn)略″實現(xiàn)后來居上。如果還是按照常規(guī)戰(zhàn)略”表面看來好象很穩(wěn)妥實際上是很不妥的因為推遲我國的信息化只能使我國與發(fā)達國家之間的距離越拉越大處于更加落后的局面。信息化就是用現(xiàn)代信息技術裝備國民經(jīng)濟各部門和社會各領域將極大地提高社會勞動生產(chǎn)率這已是我國社會主義現(xiàn)代化建設的急切要求。把握這一時代的要求大力推進信息化以信息化帶動和促進我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技和國防的全面現(xiàn)代化應是最優(yōu)的發(fā)展戰(zhàn)略選擇這樣的發(fā)展戰(zhàn)略來實現(xiàn)歷史性的超越是有可能的。一些西方人士也看出了這種可能性美國英特蘭公司總裁安迪葛洛夫說“:在當前世界經(jīng)濟格局中非工業(yè)化國家在跳躍性向前發(fā)展他們的信息化進程可能超乎發(fā)達國家的想象”③1998年10月以來我國科學技術界的各有關部門連續(xù)召開了多次研討會對乎中國究竟要不要搞數(shù)字地球問題″已達成了共識。許多專家呼吁全社會都來關注數(shù)字地球從國家發(fā)展戰(zhàn)略高度來理解實施數(shù)字地球的必要性和緊迫性。為使中囯數(shù)字地球計劃早日提到日程上來北京大學牽頭的22個單位、30位專家教授聯(lián)合提出了《關于啟動中國數(shù)字地球計劃”的建議》認為根據(jù)我國的國情與國力適時提出中國數(shù)字地球”是實施國家可持續(xù)發(fā)展的重要內容是我國發(fā)展知識經(jīng)濟搶占高科技領域這一重要制高點的歷史性機遇。"中國科學院地學部提岀了《關乎中國數(shù)字地球"發(fā)展戰(zhàn)略的建議》從實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展〃、保持和平安定的國際環(huán)境″丶促進我國科學創(chuàng)新體系的形成"三個方面論述了發(fā)展中國數(shù)字地球"的必要性和迫切性。專家們指出人類在經(jīng)濟、社會和生活中所接觸和利用的信息有80%與地理空間信息有關數(shù)字地球作為地理信息系統(tǒng)的一個發(fā)展④,無論是否有人提出數(shù)字地球”這一名詞無論是誰和以怎樣的方式提出數(shù)字地球概含T中國煤化工體化有關的工作都是CNMHG①于小晗.數(shù)字地球∶999年的熱門話題。科技日報199-01-28②見《人民日報》1995-7-28③劉鴻,數(shù)字地球.數(shù)字國土.國土資源報1999-03-26④中國科學院遙感信息發(fā)展戰(zhàn)略研討會.遙感信息發(fā)展戰(zhàn)略研諫文集)中國科學院遙感聯(lián)合中心編E款據(jù)第18卷孫小禮數(shù)字地球與數(shù)字中國目前地球科學技術發(fā)展的一種必然趨勢。2.2建設數(shù)字中國"的可能性與現(xiàn)實性關于在中國發(fā)展數(shù)字地球的可能性和現(xiàn)實性,專家們從多方面作了論述。地學部的建議書中寫道灬:國家攻關計劃863計劃”攀登計劃"、火炬計劃"“973計劃”等國家科技發(fā)展計劃的實施及國家加大自然科學基金的投入,為發(fā)展中國數(shù)字地球”提供了現(xiàn)實的技術基礎、科學基礎和人才儲備?！敝袊畔Ⅲ{速公路″等基礎設施的建設為發(fā)展中國數(shù)字地球″提供了技術上的支撐條件。他們認為我國在工業(yè)化并不充分的條件下發(fā)揮社會主義市場經(jīng)濟的活力完全有條件在信息化方面實現(xiàn)跨躍式"的發(fā)展歷史發(fā)展證明〃,技術跨越”曾經(jīng)是落后國家趕超先進國家的一種必要的手段和經(jīng)驗。所謂跨躍"或超越″不是說要在所有的技術領堿都要突破而是在某個領域集中突破。數(shù)字地球就可能是一個突破口數(shù)字地球所涵蓋的領域正是面臨重大技術突破的領域解決與數(shù)字地球相關聯(lián)的懸而未解旳仼何—個科學和技術問題。都意味著科學技術的跨越和突破。目前我國的對地觀測衛(wèi)星技術已有重大進展制造和發(fā)射已不需要巨額投資狂通訊技術方面也可以在不需要大量投資的條件下使高速寬帶網(wǎng)有相當大的改善在地球科學的信息化方面,已具備相當?shù)幕A地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感、航空遙感的普及率很高我國自主開發(fā)的地理信息系統(tǒng)占領了相當份額的國內市場。因此在當前并不存在重大技術和經(jīng)濟障礙的情況下只要我們抓住實施數(shù)字地球這個機遇做好統(tǒng)一規(guī)劃集中攻關在我國的信息化方面實現(xiàn)跨越式”發(fā)展并不是可望而不可及的。1995年5月聯(lián)合國科技促進發(fā)展委員會選擇信息技術與發(fā)展“作為1997年該委員會召開的會議的主題并專門成立了一個工作組來研究發(fā)展中國家介入和應用信息技術的問題作為一項研究成果在1998年4月出版了《知識社會息技術促進可持續(xù)發(fā)展》一書。該書的編輯在導言中寫道灬:無論在工業(yè)化國家或是在許多發(fā)展中國家以先進的微電子學為基礎的信息與通信技術都是處于近來所發(fā)生的社會與經(jīng)濟轉型變化的中心位置。信息與通信技術的成本仍在持續(xù)下降并隨著其功能的不斷增強已經(jīng)被廣泛地應用于經(jīng)濟和社會的各個部門。這種加速擴散為發(fā)展中國家掌握這些技術和應用從而服務于它們的發(fā)展目標創(chuàng)造了新的機遇″。工作組指出然應用信息與通信技術的成本很高但不這樣做所需的成本會更高信息與通信技術能夠對可持續(xù)發(fā)展做岀主要貢獻但這一機遇將會伴隨著巨大的風險。書中強調發(fā)展中國家在信息與通信技術戰(zhàn)略方面所采取的決策與全球的發(fā)展分不開。世界的發(fā)展迫使人們關注和運用信息技術事實上信息技術在許多發(fā)展中國家的應用表明人們有能力應用這些技術而使自己生活得更好。所以發(fā)展中國家的決策者們面臨的挑戰(zhàn)是要根據(jù)自己國家的國情和需要并善于從別國發(fā)展和應用信息技術所積累的成功和失敗的經(jīng)驗中獲得啟示制定出適合于本國的政策框架從我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實際需要看中國的數(shù)字地球”或數(shù)字中國”是十分必要的。我國人口基數(shù)大人均資源貧乏耕地中國煤化工和荒漠化嚴重水資源緊缺森林覆蓋率不高生物多樣性遭受破壞CNMHO災害頻繁發(fā)生更面臨著嚴重的環(huán)境污染問題。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會之后中國政府迅速編制了《中國21世紀議程——中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》1994年5月在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展九五"計劃和2010年遠景目標綱要》中明確把可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與科教興國戰(zhàn)略并列為我國的兩大戰(zhàn)略國策遂壟都表明了我國要走可持續(xù)發(fā)展道路的決心和信心?？茖W學研究第4期從20世紀50年代開始中國科學院及各專業(yè)研究機構、各有關部門和各地都對各種資源和環(huán)境問題開展調查研究建立了許多不同種類的監(jiān)測系統(tǒng)和評估系統(tǒng)創(chuàng)立了數(shù)以百計的各種實驗站和數(shù)據(jù)庫。然而也同樣遇到了信息資源利用率不高的問題由于缺乏橫向聯(lián)系許多工作分散而又重復造成人力、物力和財力的極大浪費。為了改變這種現(xiàn)狀高效率地開發(fā)和利用分散在我國各地的信息資源按照數(shù)字地球提供的思路建設數(shù)字中國″是一項具有緊迫感的任務。數(shù)字中國既是技術體系也是國家戰(zhàn)略。只有建設好數(shù)字中國”,才能具有實力成為數(shù)字地球的一員才能實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展也才有可能為全世界的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻無論是建設數(shù)字地球”還是建設數(shù)字中國”,雖然是緊迫的任務然而又都不可能急于求成需要先建立一個個試驗場所讓政府、產(chǎn)業(yè)界以及學術機構等共同參與研究以便在數(shù)字地球的機理、模型以及仿真等領域逐步地探索和完善。數(shù)字國家將建立在數(shù)字城市的基礎上按照數(shù)字地球和數(shù)字中國所提供的思路首先應在我國發(fā)展數(shù)字城市實現(xiàn)城市的信息化。當前我國許多城市和地區(qū)正在提議和策劃各地的相應的建設計劃如數(shù)字上?！薄?shù)字北京”數(shù)字海南〃…等。這些數(shù)字城市的計劃如能實行就如同先建立一個個地方的試驗場所在這里對城市的數(shù)字化進行探索性的研究和應用就是為建設數(shù)字中國”和數(shù)字地球”作實際的認識準備和技術準備。要實現(xiàn)數(shù)字地球″這一戰(zhàn)略目標需要我們從城市、國家、全球三個層次上都要全局地、系統(tǒng)地、一體化地規(guī)劃和組織有關地球各種信息的獲取、處理和應用。對于可持續(xù)發(fā)展來說,也同樣有城市、國家、全球三個層次三者有同樣密切的隸屬關系。要實現(xiàn)全球的可持續(xù)發(fā)展需要在這三個層次上都充分有效地和全面地地發(fā)揮數(shù)字地球″這一重要信息模型的功能。21世紀的信息化將充分體現(xiàn)為數(shù)字化。讓我們?yōu)橛訑?shù)字化的中國和數(shù)字化的地球而努力。參考文獻〔1〕↑戈爾.數(shù)字地球21世紀認識地球的方式.科學新間周刊1992〔2國家自然科學基金委員會編.全球變化:中國面臨的機遇和挑戰(zhàn).高等教育岀版社、施普林格岀版社岀〔3)李琦、吳少巖編著,數(shù)字地球——人類認識地球的第三次飛躍,北京大學岀版社,1999〔4〕↑戈爾.淑臨失衡的地球——生態(tài)與人類精神陳嘉映等譯).中央編譯出版社J997〔5聯(lián)合國科技促進發(fā)展委員會緘馮宣等譯)知識社會——信息技術促進可持續(xù)發(fā)展.機械工業(yè)出版社,〔6)中國21世紀議程.中國環(huán)境科學出版社,1994〔7]趙永平、承繼成.數(shù)字地球的研究及其應用.科技導報19993)〔8〕葉雷、張超,數(shù)字地球的技術與應用,科學,199X中國煤化工本文責任編輯:書文CNMHGGlobalization its impact on national security and china s countermeasures中國煤化工The definitive concept of national security-ization on informationCNMHGmilitary economic security and geo-politics a.pur, countermeasures aresuggested for strengthening China s national security in the on-going course of the current glob-萬方教據(jù)Kelobalization national security and geo-politics