国家空间信息基础设施发展若干重大问题的研究

  　地理空间信息是指具有一定地理空间定位特性的信息。包括由地面获得的地理信息，也包括通过不同水平的航空、航天对地观测平台获取的空间信息。地理空间信息的系统建设、网络传输、交换和应用需要特殊的技术保障。因此在国家信息基础设施建设中，需要发展支持地理空间信息网络集成应用和共享的设施--国家空间信息基础设施。国家空间信息基础设施是国家信息基础设施中具有特殊功能的组成部分，由国家公用地理空间信息通信网络体系、公益性和基础性地理空间数据系统、地理空间信息共享的政策法规标准和技术体系、支持地理空间信息共享服务的组织体系四部分组成。
　　
　　一、世界各国空间信息基础设施发展现状和趋势
　　
　　1994年，美国率先提出国家空间数据基础设施（NSDI）建设计划，发达国家相继制定和实施了类似计划，促进了各国和地域性空间信息基础设施的发展。其主要政策措施包括：成立高层次协调组织，制定统一的空间元数据、数据交换和网络传输标准法规，国家投资生产基础性地理空间信息，建设空间信息交换网络等，有效促进了地理空间信息网络共享和应用，取得了显著的经济社会效益。美国在建立地理空间信息交换网络后，又实现了国家空间数据交换中心和国家公用数字图书馆联网运行服务，并于1998年提出了“数字地球”发展战略，全球空间信息基础设施的发展已提到议事日程。
　　空间技术可快速、大范围获取地球动态观测信息和定位信息，大大改变人类观测和认识地球的方式。80年代以来卫星遥感、通信、定位等空间技术开始在资源调查、灾害和环境的动态实施监测、区域和城市规划、农作物估产等领域应用，并取得显著的经济社会效益。90年代末，随着网络信息技术的飞速发展，宽带网络通信技术开始用于各国信息基础设施建设，网络技术与空间技术、地理信息技术的集成应用，加速了地理空间信息技术向传统产业渗透，使其应用领域加速扩大到国民经济和社会服务的许多重要领域，在农业、城市和区域规划管理、交通、商业、传统制造业的信息化改造、行政管理以及社会服务等方面发挥越来越重要的作用，正在孕育一系列具有广阔应用前景的新兴产业。在这一背景下，各行各业对于地理空间信息的需求不断扩大，对公共地理空间信息社会化共享的要求日益迫切，支持地理空间信息规范化共享和应用的空间信息基础设施发展已经成为新世纪各国信息基础设施发展的重要内容。21世纪，全球空间信息基础设施发展将步入了集成化、网络化和产业化的新阶段。地理空间信息产业正在成为信息产业中具有前沿性和先导性的重要组成部分，其发展水平直接关系到国家的综合国力和国防安全。
　　同时，这一领域的国际竞争进一步激烈，以卫星应用为代表的空间信息技术产业化步伐进一步加速。以美国为代表的发达国家相继采取一系列措施，力图保持其技术和应用的领先地位。例如美国大幅度降低了陆地卫星价格，推出1米分辨率的商业化遥感卫星图像，将一天覆盖地球2轮的36个波段、250米分辨率的遥感卫星图像免费提供全球使用，并于2001年5月解除了其全球定位卫星对民用精度的干扰措施，使GPS民用卫星的定位精度可达到15厘米；美、加、日、欧盟、印度等国新一代高时间、高空间和高光谱分辨率的民用卫星正在加紧研制。这一趋势既为各个领域的空间信息技术应用开辟了更为广阔的前景，又使各国这一领域的发展面临十分严峻的挑战。
　　在经济全球化加速和科技革命迅猛发展的背景下，新一代通信技术和空间信息技术的应用也出现了新的趋势。主要表现在：1.空间信息基础设施网络传输的内容由数据为主转向“信息”、“知识”为主；2.空间信息基础设施的用户由面向专家为主转向面向广大社会用户；3.空间信息基础设施的功能由支持地理数据查询为主转向多源动态地理空间信息的网络集成应用和互操作，基于多源、多分辨率地理空间信息的网络集成，模型处理、三维显示和虚拟现实为特点的“数字地球”技术应用将成为空间信息基础设施的重要应用模式。为此，空间信息基础设施进入新的发展阶段，将立足21世纪新一代空间技术、网络通信技术、人工智能计算技术和地球科学的综合集成应用，将大大提高信息资源的开发利用水平，促进地理空间信息产业发展。
　　
　　二、我国国家空间信息基础设施发展现状和问题
　　
　　我国具有独立获取和处理卫星遥感对地观测信息的能力，地理空间信息资源丰富，潜在需求和市场前景十分广阔。“九五”以来，地理空间信息应用及其产业发展取得了显著进展，具备了在这一领域实现跨越发展的基本条件。
　　地理空间信息资源十分丰富，具备发展空间信息基础设施的数据基础。建国以来国家投巨资开展了大规模的国土调查，积累了专业齐全、系统性和标准化程度较高、覆盖全国、多期、不同比例尺的地理信息，绝大部分地理空间信息由国家生产和管理。初步测算经数字化可以进入网络进行共享的基础性地理空间信息约1250 GB。
　　我国是世界上少数具有自主研制发射大气、陆地、海洋遥感卫星和定位卫星，获取稳定的全球对地观测信息源的国家。自主研制的气象卫星系列及其地面系统、以陆地资源环境为主要观测对象的中巴卫星已经投入业务化运行，海洋卫星即将发射；北斗定位卫星发射成功使我国成为继美、俄之后独立研制定位卫星的国家。通过70年代以来开展的大规模遥感应用，我国建立了覆盖全国，具备接收国内外主要卫星数据的遥感卫星地面接收站网，具备对国内外提供信息服务的能力；我国的航空遥感技术及其应用水平居世界前列。目前，我国已经积累了丰富的对地观测数据，其中具有普遍应用价值的信息主要包括50年代以来覆盖全国的多期航空相片约500万张以上，70年代以来多期覆盖全国的国内外卫星影像50多万景，约140TB。
　　我国地理信息系统的发展和应用达到了一定规模，具备空间信息基础设施的应用基础。地理空间信息技术的应用领域几乎涉及经济社会发展的各个领域，并纳入国家相关的资源环境调查和社会经济管理的经常性工作。通过国土大调查、基础测绘的数字化改造，我国基础性地理信息系统取得了长足发展，覆盖全国和大区域的基础性地理数据库陆续投入应用；农、林、水、海洋、环境等资源环境信息的采集、存储、处理手段的数字化、网络化水平显著提高，各个领域的地理信息系统相继建立，一批国家级地理信息系统相继投入运行。地理空间信息的集成应用水平居世界前列，形成了对地理空间信息的规模化处理和应用能力。遥感、地理信息系统和卫星定位技术在资源环境、灾害农情监测、车船导航定位和交通管理等领域的应用进一步向业务化、产业化方向发展；城市和区域地理信息系统迅速发展；我国气象、海洋、陆地遥感卫星和北斗定位卫星的研制和发射正在开辟卫星遥感和卫星定位技术应用的新领域；航空遥感系统的技术创新和应用取得的新的进展。地理空间信息产业迅速崛起，一批具有我国自主知识产权的地理信息系统软件和应用软件发展迅速，占领了国内近1／3的GIS通用软件市场份额。
　　我国公用通信网络环境迅速改善，地理空间信息网络共享的技术开发取得一系列重大突破，具备建设国家空间信息基础设施的技术支撑能力。目前公共通信网络的规模和用户总数位居世界第二，密集波分复用（DWDM）技术的利用和中国网通宽带主干网的建成和商业化运行，使海星空间信息共享为目标的空间信息基础设施发展具备了必要的技术条件。空间信息网络共享集成技术开发相继取得一系列突破，在数据库空间集成、地理空间信息共享和互操作、地理空间信息网络传输等方面日臻成熟，通过“九五”科技攻关已经初步实现了12个重要国家级资源环境与区域经济数据库的空间集成和网络互联，可供网络共享的地理空间信息总量已达115GB以上。
　　发展的优势在于：1.信息资源丰富，而且绝大部分由国家集中管理，便于政府协调。2.具备了一定的技术创新和应用开发能力，应用需求大，与国际先进水平差距较小。3.已经和即将发射气象卫星、资源卫星和海洋等卫星，具备较先进的航天、航空对地观测技术和实力。4.具备比较先进的网络通信环境。
　　面临的突出问题主要有：1.信息资源的数字化程度和开发利用水平较低。部门和地区之间信息共享的机制和制度尚未建立，低水平重复建设问题尚未解决；2.基础性信息资源不足，信息标准化进程缓慢；3.航天遥感对地观测数据源和地理信息系统软件技术过分依赖国外，90%以上卫星信息源来自国外，全国性的大型地理信息系统几乎全部使用国外数据库管理软件，存在信息安全隐患；4.现有公用网络还不能满足海量空间信息高速传输的要求等。
　　
　　三、空间信息基础设施在国民经济社会信息化中的地位和作用
　　
　　国家空间信息基础设施的建设和应用是国民经济社会信息化的重要内容，对于落实我国可持续发展战略具有特别重要意义。人类活动中约75－80%的信息与地理空间位置相关，其应用涉及人类生存和活动的各个领域，覆盖各个不同层次的用户。基础性地理空间信息是国家重要的战略性信息资源，其信息系统的功能和信息开发利用水平不但具有重要社会经济效益，而且直接关系到国家的安全。从空间经济学的应用出发，建设国家空间信息基础设施，对于加快经济结构布局调整，加快西部开发，促进资源合理利用、加强生态环境保护和推进可持续发展战略具有特别重要的意义。
　　国家空间信息基础设施是我国地理空间信息产业发展的重要保障。以网络技术、地理信息技术与空间技术集成应用为特征的新兴地理空间信息产业正在成为世纪之交国际竞争的热点。据有关部门预测，2000年全球地理空间信息产业的产值达1000亿美元左右，并以每年40%以上速度增长。建设国家空间信息基础设施对于盘活大批地理空间信息资源，提高遥感、地理信息系统、全球卫星定位等技术的商业化应用，开拓地理空间信息产品市场，进而促进我国地理空间信息产业的发展，增强国际竞争能力具有重要意义。
　　
　　四、我国国家空间信息基础设施建设的指导方针和发展思路
　　
　　国家空间信息基础设施建设遵循以下指导方针：1.从我国的国情出发，充分发挥优势，高起点跨越发展；2.市场牵引与政府调控相结合，军用与民用相结合，引进与创新相结合，重点开发和普及应用相结合，贯彻实施“统筹规划，国家主导，统一标准，应用主导，网络互联，资源共享，竞争开放”的方针；3.在保证国家信息安全的前提下，促进信息广泛共享和开发利用，充分发挥各方面的积极因素，讲求实效，抓应用，促发展；4.加强协调，突出重点，依托现有的信息系统和公共通信网络，集中力量建设联接国家主要基础性地理空间信息中心的空间信息交换网络及其信息共享服务体系，带动地理空间信息产业发展。
　　未来十年我国空间信息基础设施建设发展的总体思路是：以促进地理空间信息的开发利用和广泛共享与应用，推进地理空间信息产业发展为主要目标。开展5个方面工作。1.以地理空间信息网络应用集成和共享为主要目标，开展地理信息系统建设和信息共享的规划和标准化工作。2.建设国家地理空间信息交换网络，形成多层次、分布式地理空间信息共享服务的公共网络支撑体系。3.完善我国自主的对地观测体系，不断提高信息获取、处理能力；4.支持地理空间信息关键技术开发及其产业化，鼓励企业在这一领域的技术创新活动，促其成为具有国际竞争实力的高科技企业。5.开展应用示范工程，促进传统产业的改造和高技术化。除资源环境领域外，重点支持城市、农业、能源、交通、商务、通信和政府管理地理信息系统等若干重点领域的应用示范，形成系列化的应用产品和应用典范。
　　
　　五、“十五”和2010年我国空间信息基础设施发展目标和重点
　　
　　“十五”期间，我国空间信息基础设施发展主要目标是：1.研究提出促进地理空间信息交换、共享的主要标准和政策法规。2.完善一批国家级和省级地理空间信息中心，加强我国对地观测信息源建设和现有遥感信息资源开发利用。力争国家重要资源环境调查信息的数字化程度达到70%以上30%以上建成数据库，馆藏历史空间图文信息数字化程度达到30%。3.建成国家地理空间信息交换中心，形成国家空间信息基础设施的主干网，参与网络应用集成的数据总量争取达到500GB。4.国家地理空间信息的应用水平显著提高，一批应用系统投入业务化运行，并取得明显经济社会效益。5.地理空间信息产业的规模进一步扩大，我国版权的遥感、地理信息系统、卫星定位系统的应用和软、硬件产品及其服务业在国内市场的销售额占国内销售总额的50%左右。对于2010年的发展远景展望主要是：建立起比较健全的国家空间信息基础设施，形成多级平台、多分辨率的对地观测卫星系列，基本实现地理空间信息资源的数字化、网络化和规范化广泛共享，空间信息产品的国内市场占有率大于50%，并在国际空间信息产品市场占有一定比例。发展的重点概括为以下6个方面。
　　第一、重点开展国家地理空间信息交换网络建设。形成跨地区、跨部门的地理空间信息交换的公共网络体系和信息共享服务体系，为地理空间信息应用和相应产业发展提供网络通信和技术支撑环境。其数据节点包括国家数据中心10－15个；地区或城市的区域中心节点5－10个；行业或企业数据节点5－10个。通过多层次的地理空间信息交换网络联结，形成国家级地理空间信息网和相应的元数据库系统。首先实现各类地理空间信息的元数据库网络共享服务。网络共享的数据量达到500GB以上。
　　第二、以国家级地理数据中心和对地观测数据中心为重点开展信息资源及其服务体系建设。在继续加大航天、航空对地观测数据源建设和遥感数据应用的同时，要加快对历史文档信息资源的整理和数字化进程，建立或完善10－15个基础性地理空间信息系统及其信息中心，形成提供信息社会化共享服务能力，减少低水平重复建设。利用卫星数据加速现有基础地理数据库的更新改造，全面提高国家重要地理空间信息系统的功能，为经济社会信息化和国防建设服务。
　　第三、建立健全国家空间信息基础设施建设和运行的标准和技术规范。以促进地理空间信息的共享和广泛应用为重点，抓紧研究、制定并实施国家空间信息基础设施有关标准，重点研究空间信息基础设施建设急需的有关基础性地理空间信息分类、编码及其质量控制，地理空间信息元数据，地理空间信息转换，地理空间信息数据库集成，地理空间信息网络传输，地理空间信息安全保密等方面的标准以及部分应用广泛的专业标准，如建立在城市的地理空间信息系统及其应用的有关标准、车载导航地图及其信息服务技术标准等，并开发研制相应的支持软件产品。在注意与国际标准接轨的同时应特别注意维护我国信息产业的合法利益，体现我国信息资源的特点和优势。同时应加强网络应用环境下的地理空间信息安全和保密技术规范的研究和制订，将地理空间信息的共享和应用纳入规范化、法制化轨道。
　　第四、加速我国航天遥感和卫星定位信息源的建设和应用，建立稳定运行的信息源保障体系。进一步完善我国对陆地、对海洋和对大气的遥感观测系统，不断提高其数据质量及其应用服务系统的稳定性。积极、稳妥、有序地发展小卫星对地观测系统，促进其产业化发展。加速研制开发我国高分辨率全天候遥感卫星和覆盖全部国土的卫星定位系统。加强对基础航空遥感的管理与协调，继续发挥我国航空遥感技术的优势。进一步加强地理空间信息领域的国际合作，利用好国内外两种信息资源和两个市场，不断提高我国地理空间信息应用的经济社会效益。
　　第五、重点支持一批地理空间信息应用示范，促进地理空间信息的广泛应用和相应产业发展。进一步完善已有应用系统，促其进一步产业化、业务化运行。重点支持若干效益重大、技术比较成熟、覆盖全国或大区域的公益性和基础性应用示范项目，包括城市规划管理地理信息系统、精确农业空间信息集成服务系统、区域可持续发展信息共享和评价系统、重大国土整治工程动态评价和辅助决策支持系统、西部地区资源开发和生态环境动态监测评价系统、产业结构布局调整动态虚拟系统、区域智能交通综合管理地理信息系统、国家空间信息基础设施重大项目评价系统等，带动地理空间信息应用的全面发展。
　　第六、进一步促进国家空间信息基础设施关键技术的研究开发和产业化。重点突破海量地理空间信息网络共享和商业化大型地理空间信息系统的硬件、软件技术，车辆导航卫星定位设备等方面的关键技术和共用技术，不断提高国产化水平，以便保障空间信息基础设施应用中的信息安全。同时，进一步加速我国遥感地面接收、处理系统的研制和生产，提高遥感地面接收处理设施和技术国产化水平。
　　
　　六、对策建议
　　
　　1.进一步加强国家对国家空间信息基础设施发展和地理空间信息共享的宏观指导和协调。国家空间信息基础设施的建设和应用涉及众多领域，关系到经济和社会的可持续发展。目前，各地区、各部门都在加快国民经济和社会信息化的建设步伐，但由于各地区、各部门之间的信息资源条件和工作基础存在较大差异，发展不够平衡。为此，必须进一步加强国家的宏观指导与协调。一是，加强政策引导，促进信息共享，保障信息安全。加速制定促进地理空间信息共享的政策法规，逐步建立起地理空间信息交换共享机制，解决地理空间信息资源条块分割、封闭管理的问题。根据国家信息安全和保密法规，对地理空间信息资源进行分类分级，制定出符合社会主义市场经济体制要求的管理办法，确保信息安全。合理确定各类地理空间信息产品的价格，鼓励通过信息加工实现增值，促进地理空间信息服务咨询产业的发展。二是，加强国家对空间信息基础设施发展的统筹规划，促进综合利用，避免盲目发展。按照统一、通用、科学、先进的原则，制定国家空间信息基础设施建设和应用的总体规划，统筹协调各地区、各部门大型地理空间信息系统和应用工程建设，促进各地区、各部门地理空间信息的合理布局和高效利用，避免盲目投资和重复建设。引进竞争机制，多渠道筹集国家空间信息基础设施建设资金。进一步加强航天遥感及其地面基础设施和卫星定位基准同站的统筹规划，以应用为目标，将卫星、有效载荷、数据接收、处理、分发和应用作为一个统一的系统进行研究和论证；逐步推行遥感卫星的业主负责制，提高我国卫星应用系统投资的经济社会效益；建立国家航天遥感和卫星定位技术及应用的论证系统，切实搞好预研究工作。三是，进一步重视人才培养。面对空间技术、信息技术的快速发展及其应用领域的不断扩大，进一步制定和落实吸引高技术人才参与国家空间信息基础设施发展的政策，增强我国的自主开发能力、创新能力和国际竞争力。同时，充分发挥应用示范成果的作用，广泛开展多层次的应用技术培训，促进成熟技术的普及应用。
　　2.抓住机遇加快国家空间信息基础设施建设。建设空间信息基础设施是当前国家促进地理空间信息技术广泛应用，启动地理空间信息产业发展的重要举措，应尽快纳入国民经济社会信息化的重点，调动各方面的积极因素，以应用促进发展。要针对当前我国地理空间信息技术发展和应用存在的突出问题，以促进我国地理空间信息共享为主要目标，组织制定地理空间信息标准规范；进一步完善国家级地理空间信息系统和遥感对地观测体系；建成多层次地理空间信息交换网络。一是，加速推进空间信息基础设施建设中的标准化工作，抓紧制定和实施国家空间信息基础设施建设的有关标准规范，组织开发相应的软件产品。对于技术上比较成熟的标准，要通过加强协调和应用，促使其成为国家标准。面对我国即将加入WTO的新形势，应积极参与地理空间信息标准化领域的国际合作，研究提出符合我国实际、有利于发挥我国地理空间信息优势的技术标准，力争纳入有关国际标准，以维护我国在国际合作中的利益。并要注重我国有关标准与国际标准的接轨问题。二是，进一步加强地理空间信息资源建设。加速现有地理空间信息资源的数字化工作，建立和完善一批可供社会化共享的基础性地理空间信息系统，盘活大批宝贵的地理空间信息资源服务于国民经济建设和可持续发展决策是当前十分迫切的任务，也是我国空间信息基础设施建设的基础性工作。要进一步加大投资力度，完善我国基础性地理信息系统、遥感和卫星定位导航信息服务体系、人口资源环境与地区经济信息系统、宏观经济社会地理信息系统等应用领域广泛的信息系统。有条件的城市应积极面向市场，尽快建立地理空间信息系统及其运行管理机制，带动相关的软件产业和信息服务业发展。要抓紧地理空间信息元数据系统的建设，尽快形成全国网络互联的地理空间信息元数据系统，提高地理空间信息的网络共享服务水平。三是，建立统一的全国性地理空间信息交换网络体系。地理空间信息交换网络体系是国家空间信息基础设施建设的重要组成部分，也是国家引导相关产业发展的重要手段。要加速建设覆盖全国的地理空间信息交换网络体系，实现国家主要基础性地理空间信息资源数据库的网络互联。地理空间信息交换网络体系的建设，要充分利用和依托现有的国家公用网络设施，特别是国家高速宽带传输网，坚持分层次、分等级、分步骤建设的原则，并积极采用我国自主知识产权的技术和设备。根据国民经济和社会发展的实际需要，今后一段时间内，首先开展国家级和重点省级的地理空间信息交换网络建设。在此基础上，充分发挥各地区、部门、单位的积极性，逐步使地理空间信息交换网络体系的覆盖范围扩大到各社会团体和企事业单位。
　　3.进一步促进国家空间信息基础设施的应用。以保证国家信息安全和国防安全为前提，以盘活我国现有地理空间信息资源和提高技术装备的国产化水平为重点，大力推动空间信息基础设施应用，促进相关产业的发展。一是，支持基础性、业务化地理空间信息系统应用工程的开发。基础性地理空间信息系统应用工程是国家、地区、部门、单位中对其职能起支撑作用，同时又具有提供社会化服务能力的信息系统。要通过国家空间信息基础设施建设，使这一类信息系统具有业务化、产业化运行能力，全面增强我国地理空间信息服务和应用水平。在统一规划指导下，分步骤完善国家和省级各类基础性地理空间信息系统应用工程，将其纳入全国性地理空间信息交换网络体系，形成相应的信息服务能力。积极支持各类应用示范系统的实用化、产业化运行，加大地理空间信息产品的开发力度，逐步形成一批具有特色的地理空间信息系列产品。充分发挥遥感技术在全国或区域性地理空间信息系统应用工程建设和更新中的作用，优先采用我国自主开发的遥感卫星信息产品。继续拓宽地理空间信息的应用领域，鼓励各地区、各部门在传统产业的改造和各类管理信息系统建设中，大力应用地理空间信息，支持有条件的单位开展全球性问题的研究和应用，增强我国参与国际事务的信息支持能力。二是，支持国家空间信息基础设施关键技术的开发和产业化。不断跟踪地理空间信息应用的前沿技术，提高我国这一领域的科技创新能力和现有科技成果的转化水平，促进地理空间信息系统应用的集成化、网络化和智能化。采取强有力的措施，扶持遥感地面接收、处理系统的研制和生产。当前要大力加强国家空间信息基础设施发展迫切需要的关键技术研发。在地理空间信息技术应用的政府采购项目中，要优先考虑采用我国自主知识产权的技术和装备。鼓励企事业单位研究、开发我国自主知识产权的地理空间信息系统软件产品，替代进口。鼓励企事业单位在法律许可的范围内生产经营地理空间信息产品，并提供商业化服务。积极促进现有地理空间信息高技术企业重组、联合，形成规模化经营能力，造就一批有国际竞争力的高科技企业。同时，要加强知识产权保护，健全市场服务体系，促进地理空间信息市场的健康发展。
　　4.加强空间技术方面军民两用技术的应用开发和转化，“寓军于民”加速我国对地观测信息源建设。加强军民、民用系统的协调，建立军民一体化的空间遥感技术创新体系。军民系统和民用系统既要分工又要合作。要根据经济全球化和高新技术发展的新形势，加强军民两用标准、规范和保密规定的制定与协调。以增强我国空间技术的国际竞争实力为目标，在确保国防安全的前提下，加快现有军用对地观测技术、设施和信息资源的民用化，充分发挥现有空间信息基础设施的作用。与此同时，加速提升民用遥感技术和应用的研究开发水平和能力，缩小与发达国家的差距，增强这一领域寓军于民的国民经济动员能力。