2023年7月，习近平总书记在全国生态环境保护大会上提出：“深化人工智能等数字技术应用，构建美丽中国数字化治理体系，建设绿色智慧的数字生态文明。”广义地讲，数字生态文明就是利用数字化技术助力生态文明建设，充分利用各领域数据，实时获取、精准识别生态环境信息，为生态环境风险监测预警、生态保护规划、绿色发展绩效评价等提供可靠依据，提升生态治理效能，实现人与自然和谐共生的发展目标。
自然资源部门既是生态文明建设的主责部门之一，也是时空信息的主要提供者和管理者，肩负着资源要素与时空数据要素保障的重要使命。在1月5日莫干山地信实验室召开的智能遥感赋能高质量发展学术研讨会上，中国工程院院士、莫干山地信实验室主任陈军以《时空信息赋能数字生态文明建设》为题，对此进行了详细阐述。
“时空信息兼具时间和空间维度及属性，反映现实世界实体与现象的空间分布、时间变化及属性特征，运用时空信息支撑数字化转型，是时代的呼唤。时空信息应用需求十分迫切，前景广阔。”陈军院士开宗明义。
自然资源依托国土空间，支撑人类生产生活，是一个具有显著的多维、动态特征的复杂巨系统，对时空信息提出了诸多需求。例如，在首轮全国国土空间规划纲要编制过程中，测绘科技工作者利用时空大数据分析思路与手段，开展了全国人口空间分异、城市空间扩张、地面沉降等分析，为编制《全国国土空间规划纲要（2021—2035年）》提供了第一手资料和科学依据。陈军院士分别作了介绍。
赋能全国人口空间分异系统分析。根据手机位置数据，可以识别城市间的人口迁移，刻画城市间人流带来的联系强度，分析城市内人口通勤时间；利用企业大数据、人口格网化数据，可以分析全国三产企业、高耗能企业、高技术企业的数量、分布与聚集状况，以及与人口分布格局之间的关系；利用地理国情数据，结合人口数据，可以围绕交通、教育、医疗、娱乐、体育、社会福利等方面，分析公共服务设施的空间可及性、覆盖程度以及与人口的匹配程度。通过基于时空信息的人口空间分异分析，有助于优化城市空间结构，合理布置城市内部“次中心”；优化企业空间布局，拉动企业向中西部发展，引导人口合理分布和流动；加强公共服务设施的城乡统筹与共享利用，提高设施使用效率。
赋能城市空间扩张分析。中国人均城市土地面积由2000年的92平方米上升至2020年初的126平方米，城市用地效率提升和内部挖潜重点仍在东部。通过分析2018年全国108个城市建成区的林草覆盖率空间差异，以及2000年至2018年70个典型城市城区绿地空间差异及变化，发现我国城市生态空间分布差异明显，中部地区建成区林草覆盖总体较差，中西部地区绿地空间相对较少。
赋能地面沉降分析。通过梳理全国地面沉降发生发展的主要地区和基本成因，为研究提出高质量开发、高品质利用、高水平保护的国土空间战略目标、任务、政策及措施提供了科学依据。分析发现，当前我国地面沉降主要分布在平原、盆地与河口海岸三角洲地区，共有21个省 （自治区、直辖市）103个地级以上城市发生地面沉降。易发区在中东部地区，总面积达117.7万平方千米。高易发区分布于北方平原、盆地地区，总面积达21.5万平方千米。京津冀平原区、汾渭盆地、山东北部平原区、粤港澳大湾区为当前地面沉降最为突出的地区，也是沉降防控与空间规划需重点关注的地区。地面沉降产生原因主要包括构造运动，地下水、石油、天然气及地下固体矿产资源开采，建筑物荷载及软土地基自然固结，工程施工等。未来，重大工程、重要战略区规划需从规划之初就予以考虑，避免出现破坏性影响。
今年是联合国成立80周年，“两山”理论提出20周年，联合国2030议程提出10周年。陈军院士介绍，目前莫干山地信实验室正与湖州市政府策划启动全市域综合检测评估，用时空数据解析“什么样的绿水青山变成了什么样的金山银山”以及“如何变成金山银山”，用时空数据讲述地方高质量发展的故事。
时空信息技术发展迅猛
经过多年创新发展，以遥感、定位和地理信息系统为核心的时空信息技术迅猛发展，获取、处理、服务能力大幅提升，与相关学科的交叉融合逐渐成为常态，极大扩展了人类对地球与环境的感知、认知与管控能力。
以遥感为例，自20世纪70年代美国发射Landsat卫星以来，民用遥感卫星迅猛发展，利用各类星载传感器，获取地球空间、光谱、辐射等遥感数据，在经济建设、社会发展、国家安全中发挥了重要作用，为人类认识世界提供了先进高效的感知手段。据陈军院士介绍，在国家“863计划”支持下，我国利用Landsat等卫星遥感资料，依据遥感影像中蕴含的光谱和纹理及时相特征，结合各种参考资料，采用数理统计、交互解译等方法，提取类型分布及变化信息，研制出了首个全球30米地表覆盖信息产品GlobeLand30，2014年中国政府将其赠送给联合国。利用GlobeLand30能够进行全球城乡建设用地空间分布与变化分析，了解全球城乡建设用地情况。
陈军院士指出，经过数十年努力，我国已经形成资源、环境、海洋、应急、高分等国产卫星系列，数量达上百颗，类型覆盖全谱段，遥感资料日益丰富，改变了以往严重依赖国外资料的不利局面，初步形成了全国陆域16米级每天、2米级每季度的覆盖能力，并开始向非洲、东南亚等地区的发展中国家提供数据服务，向全球提供地表覆盖、影像等公共数据产品。综合利用遥感等技术方法，能够动态掌握各类资源情况，及时发现各种变化，形成从山顶到海洋的“天空地海”一体化的自然资源调查监测技术体系。该体系以数据获取、信息处理、集成管理、分析评价与应用为主线，开展“自动提取+人机协同”的遥感监测，可以有效遏制占用耕地、破坏生态等违法行为。
目前，我国正在大力推进实景三维中国建设，将多维现实世界的自然和人文现象数字化，形成实景三维信息产品。陈军院士认为，新型实景三维信息产品体系是对原有4D（数字高程模型、数字正射影像、数字划线图、数字栅格图）产品的继承与发展，以时序化、立体化和真实化为特点，是以地理实体、地理场景和地理实景为代表的新一代产品。地理实体是指现实地理世界中客观存在、具有空间位置、可以相互区分的事物，是对自然、人工等不同类型地理实体进行统一建模、数字化描述、语义化表达的基础，具有多类型、多尺度、多颗粒等特点。地理场景产品是对地形、城市地表等自然或人文景观进行数字化描述、融合化建模、一体化存储、真实化表达所形成的地理空间数据产品，可以直接满足用户对地理环境的空间感知需求。地理实景产品是以地理实体与地理场景产品为基础，动态接入物联感知、社会经济、时空轨迹等实时信息，形成地理实体与场景矢量栅格一体化存储、融合表达的动态实景产品。
面临的挑战与对策
陈军院士在报告中指出，将时空信息与人工智能等技术深度融合，赋能数字生态文明建设和高质量发展，仍然面临着诸多技术难题。一是数据既多又少，难以实现全面、实时的高质量数据保障。二是数据海量、信息爆炸、知识难求，难以支撑对国土空间的高层次科学认知。三是后知后觉，被动应对，无法做到高水平的早发现、早预警、早干预。
针对这些挑战，陈军院士给出了这样的“良方”——以全面动态感知、系统精准认知、全域智慧管控为主线，构建时空信息技术体系，提供高质量时空信息，支撑高层次时空分析，实现高水平时空赋能。针对“数据既多又少”的困境，应研究时空数据的实景化感知的混合智能计算模式，研发协同化观测、实时化处理、场景化重建等方法，为实现全域动态感知提供混合智能感知的新思路、新手段。针对“数据海量、信息爆炸、知识难求”的困境，应根据时空场景的多维动态特性和人类空间认知习惯，研发多维度认知模型和技术，提供高层次信息与知识，支撑从宏观到微观、从平面到立体、从静态到动态的时空认知。针对“后知后觉、被动应对”的困境，应运用发展格局解析、结构诊断、趋势预测、态势预警、方案优化等手段，实现数据赋能的问题研判、知识驱动的智慧决策，走向“先知先觉”。
“时空信息赋能数字生态文明建设，意义重大，是当前和今后一段时期自然资源部门的努力方向之一。未来，应提高站位，谋局造势，借力发展，深化时空信息赋能，努力打造数字生态文明的时空数据空间，统筹自然环境、建成环境和人文环境的数字化发展，支撑构建美丽中国数字化治理体系，建设绿色智慧的数字生态文明。”陈军院士最后总结道。
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