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浅议自然资源背景下的地理信息科技发展方向

发布时间:2020-02-21 18:03所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:围绕自然资源背景下建立自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管四统一的自然资源管理体系需求,探讨了地理信息全流程服务的技术体系。从地理信息人的特征出发,结合自然资源管理所需的系统观和综合性要求,基于测绘地理信息与自然资源融合发

  摘要:围绕自然资源背景下建立自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管“四统一”的自然资源管理体系需求,探讨了地理信息全流程服务的技术体系。从地理信息“人”的特征出发,结合自然资源管理所需的系统观和综合性要求,基于测绘地理信息与自然资源融合发展的科技供求关系分析,以地球系统科学为指导进行技术重构,建立了调查监测、数据集成、分析评价、模拟预测全流程的技术体系;并提出了地理信息科技发展的5个方向:以山水林田湖草生命共同体为核心的自然资源调查技术体系、以遥感研发和应用为基础的自然资源监测技术体系、以“人”为中心的空间数据集成技术体系、具有“人、事、时、空”多维度“身份”的“人地关系”分析技术体系和以“可感知、能学习、善治理、自适应”为目标的模拟预测技术体系。

  关键词:地球系统科学;地理信息;自然资源管理;科技发展方向

地理学报

  地理老师评职投稿刊物:《地理学报》(月刊)1934年创刊,是学报级综合性学术刊物,主要刊登能反映地理学最高学术水平的最新研究成果,地理学与相邻学科的综合研究进展,地理学各分支学科研究前沿理论,与国民经济建设密切相关并有较大应用价值的地理科学论文,欢迎国内外地理学者将理论水平高,研究方法新,应用前景广的稿件投到本刊。

  2015年11月23日,习近平总书记在中央政治局第二十八次集体学习时提出“以人民为中心的发展思想”,并将其作为治国方针理论。党的十九大报告将“以人民为中心”作为报告的灵魂,对其丰富的内涵做了深入阐述,成为习近平新时代中国特色社会主义思想的重要内容。基于这一科学判断,新时代科技发展已由传统的学科导向调整为重大问题导向,满足社会需求已成为科技发展的主要驱动力。

  地理信息以地理空间为关注点,在宏观尺度上,对地理空间的探究最终还是需要联系人类系统,以实现其学科价值;在微观尺度上,地理空间的本质是由人的理性逐利需求而引起的地理空间要素流动过程,因此地理信息的内涵是含有“人”的学科。顺应新时代的发展大势,地理信息应回归到“人”的需求,地理信息科技发展亦应对“人”投入更多的关注。

  2018年11月1日,中共自然资源部党组印发自然资党发[2018]31号《关于深化科技体制改革提升科技创新效能的实施意见》,明确了地球系统科学是自然资源科学的理论基础,并就重塑自然资源科技创新力量、建立国土空间优化管控体系提出了意见和要求,确立了地球系统科学的理论指导地位。

  从内涵来讲,地球系统科学强调地球系统的整体性及其与外部环境之间的相互作用,研究地球五大圈层(大气圈、生物圈、水圈、岩石圈、冰冻圈)及其三大过程(生物过程、物理过程、化学过程)的驱动机理和运行规律[1],这种特有的系统观,为解决当前资源底数不清、产权模糊、规划打架、资源约束等核心难点问题提供了科学支撑。

  此外,地球系统科学特别强调人类活动对地球环境演变过程的影响,从早期“广谷大川异制,民生其间者异俗”的地理环境决定论到“天时不如地利,地利不如人和”的人定胜天以及“夫人不能以行感天,天亦不能随行而应人”的人地各有规律和人地关系不能绝对化,再到如今的“因地之行,用地之剩,承地之宜”的人地和谐,虽然各个时期对人地支配关系的理解不同,但一直都承认人是地球系统的一份子,始终关注“人”的需求。

  任何一门学科的发展均需基于实践需求和时代背景不断探索其理论基础和学科体系,地理信息亦应如此。地球系统科学的综合性和对人的关注,无疑顺应了地理信息发展的要求和趋势,成为自然资源背景下地理信息科技发展的理论支撑。事实上,早在1996年陈述彭院士就论述过地理信息与地球系统科学的关系,指出地理信息是地球系统科学的重要支柱,可为地球系统科学的建立和发展做出积极贡献[2]。

  在新时代背景下,生态文明建设成为千年大计,建立自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管“四统一”的自然资源管理体系成为当务之急,因此地理信息需不忘初心,以地球系统科学为科学基础和指导,建立强大的全流程技术支撑体系。

  1自然资源管理的测绘地理信息技术供求

  根据《中共中央关于深化党和国家机构改革的决定》和《自然资源部职能配置、内设机构和人员编制规定》,自然资源管理主要包括开展自然资源统一调查评价监测、开展自然资源统一确权登记、建立空间规划体系并监督实施、自然资源保护与国土空间生态修复4个方面[3]。

  这些工作均需掌握数据、摸清底数,空间分析、支撑决策,监测评估、及时预警,平台建设、智慧管理的支持,显然这是测绘地理信息的强项。事实上,测绘地理信息已广泛应用于资源环境调查和对人口、经济、社会等空间分布规律的研究;在多尺度多维度的国土空间动态监测和评估预警、自然资源监管平台建设等方面已取得较多的实践经验。从创新的角度,需继续深入挖掘测绘地理信息与自然资源管理融合发展的技术体系,发挥测绘地理信息对自然资源管理的技术引领作用。

  1)自然资源统一调查评价监测的测绘地理信息技术供求。

  自然资源调查监测既是自然资源管理工作本身,也是自然资源资产化管理、用途管理等管理行为的前提和保障[4]。测绘地理信息多年运营积淀的技术体系、组织体系、制度体系、标准体系以及人才队伍,将是自然资源调查监测的主要支撑技术[5]。

  在自然资源管理背景下,应有所创新和发展:①贯彻山水林田湖草生命共同体的理念,由自然资源单要素调查监测转变为综合调查监测;②对自然资源和生态环境保护状况开展全天候监测,健全覆盖所有资源环境要素的监测网络体系。

  2)自然资源统一确权登记的测绘地理信息技术供求。

  测绘地理信息是确认自然资源界址、范围以及相互关系的重要技术支撑[3]。以构建自然资源统一确权登记制度,逐步实现自然资源确权登记全覆盖为目标,划定各类自然资源资产所有权、使用权的边界,建立健全登记信息管理基础平台[6]。为自然资源确权登记机构、登记簿册、登记依据和信息平台的“四统一”提供及时有力的支撑,加强地理国情普查与监测、数字城市(智慧城市)建设等工作与不动产测绘、自然资源确权登记在任务内容、技术规范、成果应用等方面的衔接,形成相互支撑、互为促进的新型业务格局[3]。

  3)建立空间规划体系并监督实施的测绘地理信息技术供求。

  空间规划对自然资源配置起到引导和约束作用,测绘地理信息可提供这张规划“蓝图”的空间底图,明晰资源环境承载能力和国土空间开发适宜性[4]。测绘地理信息在空间规划中可发挥“掌握现状、摸清底数,空间分析、支撑规划,监测评估、及时预警,平台建设、智慧规划”4个方面的统一作用:以测绘地理信息统一调查和确权工作为空间规划的前端;发挥测绘地理信息的空间分析优势,辅助规划方案编制;借助多尺度多维度的国土空间动态监测,动态反映各类要素的时空变化和规划的实施完成情况;建设规划信息交换、共享、管理和更新的辅助工具以及项目审批、监督的运行载体,实现对规划实施的数字化监测评估[3]。

  4)自然资源保护与国土空间生态修复的测绘地理信息技术供求。

  制定自然资源保护政策,建立生态保护补偿机制,组织实施生态保护修复,测绘地理信息也大有作为[7]:①利用测绘遥感技术开展本底调查,明确生态退化区域分布、类型和面积,为生态修复提供科学、快速的管理办法;②实施开展生态退化区域遥感动态监测,建设生态修复地理信息数据库,为生态环境变化分析提供数据支撑;③持续开展遥感动态监测,为生态修复实施效果提供技术支持。

  2自然资源领域的地理信息科技发展方向

  2.1地理信息在自然资源领域的应用现状与存在的问题

  2.1.1应用现状

  经过多年的发展,地理信息已形成较为成熟的机制体制、标准规范、技术成果等,在自然资源领域中发挥了重要作用[4]。在自然资源调查工作中,测绘地理信息技术已被广泛应用于土地、林业、水利等资源环境专项调查工作中,尤其是地理国情普查工作,为自然资源统一调查提供了重要基础。

  依托航空航天遥感、统一的空间定位基础设施和丰富的地理信息资源,重点对各类自然资源赋存利用消长状况、规划实施情况等多尺度多维度的国土空间进行动态监测。在空间数据集成方面,则多以基础地理信息为底板,叠加人口、经济、社会等专题数据,形成综合性的数据库。各地正在开展的时空大数据平台建设,则是空间数据的集大成者。

  在空间数据分析方面,多以空间分析、地物提取为主[5],近年来重庆推行了现状分析,将查摆特定国土空间和特定地理空间要素现状发展存在的问题纳入国土空间规划编制,借助地理信息技术开展国土空间规划成果的规范性和技术性审查,面向城市运行的关键问题,开展大数据分析与挖掘,极大地提升了空间数据分析能力。

  在空间数据模拟预测方面,地理信息则结合大数据等现代技术与理念,探索了自然资源管理的智能化和高效率,如在“多规合一”工作中,各地均充分发挥了地理信息数据和技术优势,开展资源环境承载力评价和国土空间开发适宜性评价,建立了统一的空间规划信息管理平台,实现了国土空间规划编制和管理的自动化。

  2.1.2存在的问题分析

  由应用现状可知,无论是在自然资源调查监测、辅助国土空间规划编制与管理,还是在自然资源执法监督等业务中,地理信息均可发挥重要作用;但从建立自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管“四统一”的自然资源管理体系要求来看,地理信息服务自然资源管理仍存在不足:①自然资源调查监测工作仍有一定的局限性,贯彻落实山水林田湖草生命共同体的理念尚显不足,应加强山水林田湖草生命共同体各要素之间空间关系、匹配关系、动态变化等的综合研究;②综合分析和深度挖掘能力有待提升,应发挥地球系统科学的综合性特点,强化自然资源空间关系、相互影响等要素的综合性、科学性研究和对策建议;③“人”的需求体现不足,现有的地理信息数据与技术仍以物为主,关于“人”的数据集及其相应的人地关系分析较为欠缺;④空间数据模拟预测的智能化水平仍相对较低,距离“可感知、能学习、善治理、自适应”的要求还有不小的差距。

  2.2地理信息科技的发展方向

  当前,地理信息服务自然资源管理仍有较大的潜力,迫切需要进一步加强和创新,以开创地理信息服务自然资源管理的新局面。通过分析自然资源管理的测绘地理信息供求关系可知,测绘地理信息已成为自然资源管理的重要组成部分。

  从需求牵引和突破瓶颈的角度,自然资源领域的地理信息科技发展应聚焦地球系统科学,加快形成测绘地理信息与自然资源管理融合发展的科技发展方向:①不忘本来,主动以地球系统科学为理论内核,将其多圈层、多尺度、定量化、集成化的研究手段以及揭示全球资源生态环境社会多要素协同的过程与机理为自然资源管理所用;②走向未来,在新技术、新手段下,利用全新的地球系统科学方法论,发展从观测到模拟、仿真的综合集成,建设地基、空基、星基、月基构成的密集立体网络化观测系统,搭建地球大数据科学平台,构建地球环境数值模拟装置,开发资源环境要素的无缝监测、高精度模拟和动态分析能力,建成支撑重大资源环境研究的技术平台,揭示地球系统的相互作用,预测地球系统未来的变化[1],为自然资源管理决策提供科学支撑。

  1)发展以山水林田湖草生命共同体为核心的自然资源调查技术体系。以“统筹山水林田湖草系统治理,统一行使全民所有自然资源资产所有者职能”为目标,开展山水林田湖草全要素调查技术和方法研究,系统摸清自然资源底数。发挥地理信息技术优势,充分利用并协同应用遥感、互联网、物流网、人工智能等现代高新技术,构建自然资源立体调查技术体系[8],全面精准地服务于自然资源调查。

  自然资源背景下,需对自然资源的数量、产状、分布等要素特征进行全面摸底,为自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管等提供准确的基础数据。一方面,随着遥感数据获取技术的不断发展,遥感影像分辨率不断提高,卫星定位精度和测量功能也日益提高,为提供及时、有效的数据信息提供了可能[9];另一方面,3S技术一体化集成以及遥感、互联网、物流网、人工智能的复合协同应用日益广泛,也为构建自然资源立体调查技术体系提供了可能。

  2)发展以遥感研发和应用为基础的自然资源监测技术体系。及时、准确地反映自然资源变化趋势和国土空间分异特征,对全域自然资源的保护与开发、国土空间规划实施情况、城市运行体征进行持续、动态的监测,是自然资源管理业务体系的重要组成部分。实现对自然资源的有效监测,必须建立起常态化、动态化、精准化的数据捕获技术体系,及时发现问题并明确治理的方向和重点。

  在这个过程中,遥感技术发挥了重要的基础作用,应着力开展以遥感研发和应用为基础的实时监测与动态更新技术,并通过整合大量历史数据不断积累和更新,实现对自然资源和国土空间发展趋势的持续监测。需要指出的是,除对自然资源和国土空间等“物”的监测外,还应强化对各类主体变化情况和趋势的感知,通过接入大气质量、人口迁徙等监测数据,动态反映各类要素的时空变化。

  3)发展以“人”为中心的空间数据集成技术体系。进入新时代,高质量发展、高品质生活已成社会发展主流,人们对生产、生活、生态等各项社会服务的要求日益提高。顺应“人”的发展需求,必须提供更加精细化的自然资源和国土空间等社会服务,因此在原有各类数据资源整合的基础上,应增强出行轨迹大数据,包括手机轨迹、视频轨迹、出租车轨迹、公交地铁刷卡等时空轨迹数据,形成“人”的数据集[10]。

  在这个过程中,需要处理好3个方面的技术:①原有数据体系与“人”的数据体系的多源异构数据融合技术;②原有数据体系与“人”的数据体系所形成的海量数据存储、负载均衡技术;③原有数据体系和“人”的数据体系围绕人的需求进行重构整合技术。

  4)发展具有“人、事、时、空”多维度“身份”的“人地关系”分析技术体系。发挥地理信息的空间分析技术优势,基于多源时空数据,从“人、事、时、空”多维度“身份”出发,开展自然资源和国土空间诸要素及其相互关系的分析评价,构建“人地关系”分析体系[11]。通过传统的对“地”观测数据与技术来分析地表地物特征,利用多种可视化的表达方式,呈现诸要素的空间分布特征,体现区域差异,直观反映自然资源和国土空间诸要素的发展结果以及与相关影响因子的空间分布不平衡。

  通过对“人”的观测数据与技术来分析群体活动特征,并基于人和诸要素的关联分析,反映区域联系强度和多尺度的网络结构等关系。通过对“人地关系”的深度解读,挖掘隐含的历史事件和文化价值,开展自然资源文化的分析与营销[12]。

  5)发展以“可感知、能学习、善治理、自适应”为目标的模拟预测技术体系。基于对自然资源和国土空间诸要素时空特征的把握,通过建立一系列的指标体系,强化“以规则驱动”的手段,实现对不同尺度自然资源和国土空间发展速度和效率的模拟与预测。基于“人”的共通物性和空间属性,以协调“人地关系”为核心,遵循自存共存平衡法则,建立以人为本的时空大数据决策模型方法,实现对“人”和“人地关系”的实时定量计算以及优选运行方案[13]。借助机器学习和人工智能,建立人机协同的工作平台,开发智能化的辅助工具,自动发现问题,辅助解决问题,促进自我优化。

  3结语

  建立自然资源调查评价、确权登记、空间规划和督查监管“四统一”的自然资源管理体系,需要对地理信息进行技术重构,形成全流程的服务体系[6]。

  从“人”的需求出发,结合自然资源管理的综合性特征,地理信息应在地球系统科学的指导下,开展技术重组。未来相当长的一段时间内,地理信息应围绕调查监测、数据集成、分析评价、模拟预测等方面开展科技研发,包括发展以山水林田湖草生命共同体为核心的自然资源调查技术体系、以遥感研发和应用为基础的自然资源监测技术体系、以“人”为中心的空间数据集成技术体系、具有“人、事、时、空”多维度“身份”的“人地关系”分析技术体系、以“可感知、能学习、善治理、自适应”为目标的模拟预测技术体系。地理信息作为地球系统科学的重要分支,一方面可为地球系统科学发展提供强大的技术支撑;另一方面也需遵循地球系统科学的科学规律,积极地以地球系统科学为指导拓展自身的科技体系。

  参考文献

  [1]中国科学院.2018科学发展报告[M].北京:科学出版社,2018

  [2]马彦琳.试论地理信息系统与地球系统科学的关系[J].干旱区地理,1998,21(2):82-87

  [3]桂德竹.测绘地理信息与自然资源管理融合发展的思考[EB/OL].(2018-07-23)[2019-05-22].

  [4]刘芳.测绘地理信息技术,如何在自然资源管理中发挥重要作用?[EB/OL].(2018-08-03)[2019-05-22].

  [5]刘芳.自然资源管理中发挥测绘地理信息“技术支持”作用的措施建议:新体制下测绘地理信息工作新思考之三[EB/OL].(2018-08-16)[2019-05-22].

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