李德仁，武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師，測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，同時(shí)身兼中國科學(xué)院院士、中國工程院院士、美國紐約科學(xué)院院士及歐亞科學(xué)院院士。

　　1982年，李德仁院士首創(chuàng)從驗(yàn)后方差估計(jì)導(dǎo)出粗差定位的選權(quán)迭代法，被國際測量學(xué)界稱之為“李德仁方法”。 他主持研制多款我國擁有自主版權(quán)的基礎(chǔ)軟件Gerostar、Geoimager等。李德仁院士長期致力于遙感(RS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)為代表的空間信息科學(xué)與技術(shù)的研究，推動(dòng)了3S產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　在地理空間產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的階段，李院士分享了他關(guān)于“數(shù)字地球”與“智慧地球”的獨(dú)到見解。

　　如何從“數(shù)字地球”走到“智慧地球”，測繪行業(yè)主要做了哪方面的工作?

　　“數(shù)字地球”是美國前副總統(tǒng)戈?duì)栐?998年提出的概念，建立在信息高速公路的建設(shè)和隨后引發(fā)的信息社會(huì)革命及知識經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上。“數(shù)字地球”就是通過各種技術(shù)手段，把地球上自然的、社會(huì)的各種信息裝到電腦里去，構(gòu)成一個(gè)栩栩如生的虛擬地球，來顯示地球上自然和社會(huì)的活動(dòng)及變化。簡單地說，“數(shù)字地球”就是把地球上各種自然的、社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、文化的信息裝到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上去，讓它流通起來為人們服務(wù)，比如Google Earth和微軟的VirtualEarth，還有中國最近提出來的天地圖。

　　為了建設(shè)好“數(shù)字地球”，測繪行業(yè)的貢獻(xiàn)很大，主要體現(xiàn)在兩方面：第一、測繪工作者生產(chǎn)了將地球信息數(shù)字化的4D產(chǎn)品，即數(shù)字線劃圖(Digital Line Graphic, DLG)、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)、數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Map, DOM)，還有地圖掃描后生成的數(shù)字柵格地圖(Digital Raster Graphic)。測繪工作者首先把生產(chǎn)的4D產(chǎn)品裝到電腦里去，形成一個(gè)全球無縫的結(jié)構(gòu)，再把它從二維數(shù)字模型發(fā)展到三維數(shù)字模型，通俗地理解，就是把城市的房屋豎起來，把道路網(wǎng)也三維地建起來。這樣，從二維GIS發(fā)展而來的三維GIS跟計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起，共同構(gòu)建了一個(gè)在網(wǎng)上流通的栩栩如生的地球，因?yàn)樗皇钦鎸?shí)的地球，所以稱之為“數(shù)字地球”。

　　“數(shù)字地球”有什么作用呢?由于“數(shù)字地球”實(shí)現(xiàn)了利用地理位置對所有信息的整合和三維表達(dá)，使得人們只要能上網(wǎng)，就可以做到“秀才不出門，能知天下事”(see everything on Web)。它可以用來指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)國防信息化，也可以用來改善人們的生活，比如現(xiàn)在的電子導(dǎo)航地圖等。“數(shù)字地球”依靠的是“3S”技術(shù)，即遙感技術(shù)(Remote Sensing，RS)、全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS，由美國的GPS、中國的北斗、歐洲的伽利略計(jì)劃和俄羅斯的格羅納斯組成)、以及地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System, GIS)。這3個(gè)“S”集成在一起，就可以把現(xiàn)實(shí)地球上的信息按照空間位置有序地存放到網(wǎng)絡(luò)上去，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)流通，這就是“數(shù)字地球”。

　　除了各種自然的、社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、文化的信息以外，地球上還有哪些東西沒有被信息化呢?答案是人和機(jī)器。這就涉及到如何把人和機(jī)器通過“物聯(lián)網(wǎng)”連接起來的問題。因?yàn)槿撕蜋C(jī)器英文都可以翻譯為“object”，或者“things”，所以“Internet Of Things”就可翻譯為“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)包括三個(gè)概念，第一是智慧傳感網(wǎng)，在這個(gè)傳感網(wǎng)里面，每一個(gè)機(jī)器、每一個(gè)物件都能夠由它唯一的IP標(biāo)識，并通過一個(gè)無線或有線的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，比如某人使用了GPS手機(jī)或RFID(射頻標(biāo)識)，那么他(她)在地球上的位置就能夠隨時(shí)記錄到網(wǎng)上去;一輛汽車如果裝了GPS接收機(jī)，它的軌跡就會(huì)按需要如實(shí)記錄到網(wǎng)絡(luò)上去;甚至家里的每一個(gè)電器、每一個(gè)部件都有一個(gè)IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系，這樣就實(shí)現(xiàn)了無處不在的智能傳感網(wǎng)。第二是智能控制網(wǎng)，既然機(jī)器在網(wǎng)絡(luò)上有描述、有跟蹤、有記錄，那么就可以對它們進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，當(dāng)然，這種控制要建立在一個(gè)智能安全網(wǎng)上，才能保證這些感知控制是安全的。因此，可以用一個(gè)公式來給“智慧地球”下定義，“智慧地球”=“數(shù)字地球”+“物聯(lián)網(wǎng)”，“智慧地球”除了可以實(shí)現(xiàn)“秀才不出門，能知天下事”以外，還能做到“秀才不出門，能做天下事”(do everything on Web)。舉個(gè)形象的例子，有了“智慧地球”后，人們可以通過手機(jī)在回家前十分鐘把家里的空調(diào)打開制冷，把電飯煲打開做飯，所有這些操作并不要求人們在家里才能完成，由于所有機(jī)器和物件都在網(wǎng)上管起來，因此對它們進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制成為了可能。

　　從“數(shù)字地球”走向“智慧地球”需要做很多工作，這些工作不是單靠測繪行業(yè)就能完成的。從物聯(lián)網(wǎng)的組成可以看出，如果要實(shí)現(xiàn)“智慧的感知”、“智慧的控制”和“智慧的安全”，需要很多行業(yè)共同努力：首先，制造業(yè)要制造可上網(wǎng)的機(jī)器，這個(gè)建議最初是IBM公司向奧巴馬提出的，如果這個(gè)建議被采納，無疑將會(huì)在全世界范圍內(nèi)掀起新一輪信息化制造業(yè)發(fā)展的浪潮，能夠使全世界從“經(jīng)濟(jì)危機(jī)”中走出來，所以“智慧地球”是世界科技領(lǐng)域的下一個(gè)奮斗目標(biāo)。那么測繪行業(yè)能為“智慧地球”的建設(shè)做些什么呢?首先，測繪遙感行業(yè)要把自己的傳感器管住，包括天上的衛(wèi)星，空中的飛機(jī)、無人機(jī)，以及地面的各種傳感器，比如城市里的攝像頭等。測繪工作者要將這些空、天、地傳感器組成一個(gè)智能傳感網(wǎng)，連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上去。OGC組織已經(jīng)制定了一系列相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了遙感傳感器上網(wǎng)的規(guī)范。當(dāng)遙感傳感器能上網(wǎng)時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，將原來靜態(tài)的、“死”的地理信息數(shù)據(jù)變“活”，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，就可以第一時(shí)間獲取真實(shí)數(shù)據(jù)，觀測災(zāi)害演變的全過程?，F(xiàn)在測繪行業(yè)正在為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)不懈努力。

　　其次，測繪工作者還要解決物聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)快速處理的問題，原來沒有這么多傳感器、這么多任務(wù)，因此計(jì)算過程是很緩慢的，數(shù)據(jù)輸入、處理和加載的速度都很慢，現(xiàn)在智能傳感網(wǎng)可以將傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到網(wǎng)上，這就意味著測繪工作者要實(shí)時(shí)快速地加工數(shù)據(jù)，提供更好更快的服務(wù)。測繪行業(yè)也正在朝這個(gè)方向努力。由于“智慧地球”是面向應(yīng)用的，測繪工作者除了要管好遙感傳感器外，還要抓一些示范應(yīng)用，比如“智慧城市”、“智慧家庭”、“智慧景區(qū)”等，我們最近做的“智慧九寨”示范項(xiàng)目，就是要把景區(qū)里的自然風(fēng)景管起來，把景區(qū)里動(dòng)態(tài)的游客、車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和他們的變化都管起來，實(shí)現(xiàn)資源的最有效使用，讓游客得到最佳享受，讓資源得到最好的保護(hù)，這也是綠色旅游的需要。所以測繪行業(yè)需要朝兩方面努力：第一，要爭取把各種遙感傳感器在未來5到10年內(nèi)連到互聯(lián)網(wǎng)上去，同時(shí)相應(yīng)的處理速度要能達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí);第二，抓典型應(yīng)用。這也是測繪工作者目前正在做的工作。

　　國內(nèi)提出的“智慧地球”與國外IBM提出的“智慧地球”有哪些共同和不同之處?“智慧地球”在國內(nèi)目前的發(fā)展?fàn)顩r與前景?

　　我個(gè)人認(rèn)為國內(nèi)提出的“智慧地球”和國外提出的“智慧地球”沒有本質(zhì)上的區(qū)別。中國在建設(shè)“數(shù)字地球”的過程中做了大量工作，取得非常好的成績，因此現(xiàn)在要著重抓物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，推動(dòng)未來的制造業(yè)走上信息化和工業(yè)化結(jié)合的道路，制造能夠上網(wǎng)的機(jī)器。從這個(gè)角度來看，國內(nèi)提的“智慧地球”和國外提的“智慧地球”沒有什么不同。只是中國的工業(yè)化發(fā)展不如西方，信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也不如西方：美國的信息化在1992年提出“信息高速公路”時(shí)就已經(jīng)蓬勃發(fā)展，我國則是從1995年才剛剛起步，而且我國是一個(gè)人口眾多、災(zāi)害頻發(fā)的國家，因此，如果說有什么不同，也可以簡單地歸納為我們國家在實(shí)現(xiàn)“智慧地球”過程中有更高的難度，對“智慧地球”有更大的需求。因?yàn)槿硕?，管理難度就大;因?yàn)閲业鬃颖?，我們的起點(diǎn)就比人家低，由于我國國情和自然情況的復(fù)雜性，我們的任務(wù)就更加艱巨。

　　但是我們也有自己的優(yōu)勢：我國的工業(yè)化水平雖然不如西方國家，但如果我們同時(shí)抓好工業(yè)化和信息化的集成發(fā)展，也許還要省一點(diǎn)勁，我們沒有很好的工業(yè)基礎(chǔ)，從頭發(fā)展不會(huì)有大的問題，但是西方的工業(yè)化水平已經(jīng)很高了，因此不太愿意花大力氣把它推倒，重新做新產(chǎn)品。因此，我們有后發(fā)優(yōu)勢，在發(fā)展工業(yè)的同時(shí)把信息化也也提上議事日程，就可以一氣呵成。此外，我們是社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)，如果政府肯下大力氣發(fā)展“智慧地球”，是一定可以做好的。以上是我個(gè)人對中國提出的“智慧地球”和國外提出的“智慧地球”之間異同的一些認(rèn)識。

　　云計(jì)算與智慧地球有什么必然的聯(lián)系，它們之間存在怎樣的關(guān)系?

　　當(dāng)我們從單機(jī)計(jì)算、單數(shù)據(jù)庫管理的時(shí)代邁向“數(shù)字地球”時(shí)代后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的各種資源應(yīng)當(dāng)綜合利用。過去我們提出的分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算就是為了實(shí)現(xiàn)資源共享，現(xiàn)在要更進(jìn)一步，讓所有的東西連網(wǎng)，用一個(gè)公式來表達(dá)，就是“數(shù)字地球”+物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)人、機(jī)器和自然環(huán)境等都連網(wǎng)的時(shí)候，就需要一種大眾參與的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式來實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)可伸縮和區(qū)域化，并以面向全社會(huì)的方式提供服務(wù)，這就是“云計(jì)算”的概念。云計(jì)算允許用戶在互聯(lián)網(wǎng)上通過端設(shè)備隨時(shí)隨地的獲取個(gè)性化服務(wù)，我們每個(gè)人不需要買機(jī)器，而只需要買計(jì)算、買存儲(chǔ)、買帶寬、買數(shù)據(jù)、買服務(wù)，它是數(shù)據(jù)共享和計(jì)算資源共享的高級階段。云計(jì)算通過云計(jì)算中心聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)上所有的計(jì)算資源，來支持社會(huì)化、集約化和專業(yè)化的計(jì)算服務(wù)。據(jù)一位科學(xué)家估計(jì)，到2020年前后，世界上會(huì)有7萬億個(gè)有線或無線的傳感器通過網(wǎng)絡(luò)組織起來，為全球70億人服務(wù)。這些服務(wù)將不再使用過去的計(jì)算模式，而是使用基于分布式、網(wǎng)格化或者云計(jì)算中心指導(dǎo)下的社會(huì)化計(jì)算模式。這種計(jì)算模式的特點(diǎn)就像人們看天上的云一樣，它完成了計(jì)算，但人們并不知道計(jì)算是在哪里進(jìn)行的，數(shù)量龐大的計(jì)算需求在云計(jì)算中心的指導(dǎo)下通過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作來完成?，F(xiàn)在可以斷言，云計(jì)算將是“智慧地球”時(shí)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的主要模式，它是一種資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的綠色計(jì)算?，F(xiàn)在世界上很多大的廠商都在構(gòu)建云計(jì)算中心，我國在這方面還需要努力。中國有一個(gè)專門的組織在研究云計(jì)算問題，李德毅院士在這方面也做了很多研究，大家可以看看他們的報(bào)告，來體會(huì)云計(jì)算。

　　智慧地球概念的提出，如何帶動(dòng)整個(gè)地理空間產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?

　　“智慧地球”的提出，使整個(gè)地理空間信息產(chǎn)業(yè)上升到一個(gè)新的階段，這個(gè)新的階段有哪些特點(diǎn)呢?我認(rèn)為可以歸納為以下四點(diǎn)：

　　第一，整個(gè)產(chǎn)業(yè)不再只面向?qū)I(yè)人員，而是面向社會(huì)、服務(wù)大眾，在這個(gè)階段，人人都需要地理空間信息的支持，人人都需要面向位置的服務(wù)，打個(gè)比方，我現(xiàn)在在哪兒，怎么去想去的地方;我要買東西，去哪里買、把東西放在哪里最好、最佳路徑又是什么?據(jù)中國工程院估計(jì)，十二五期間，面向地理產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值可能是800-1000個(gè)億，但面向位置服務(wù)的產(chǎn)值可能會(huì)達(dá)到5000-6000億，這就要求地理空間信息服務(wù)要敞開大門，為整個(gè)社會(huì)提供服務(wù)。

　　第二，在“智慧地球”的概念下，每個(gè)人都可以上網(wǎng)，都可以成為一個(gè)傳感器(sensor)，人們用自己手機(jī)上的照相功能，可以義務(wù)地上傳和提供一些信息，這些信息就叫做自發(fā)地理信息(Volunteer Geographic Information，VGI)。原來的信息提供者都是專業(yè)人員，社會(huì)大眾僅僅作為信息的使用者，但現(xiàn)在不一樣了，社會(huì)大眾不僅是信息的用戶，同時(shí)也是信息的提供者，比如人們看到某條街道跟現(xiàn)有的地理信息的不一樣，就可以拍張照片并上傳到網(wǎng)絡(luò)，告訴人們這條街道發(fā)生了改變，這些人就是地理信息的更新者;又如地圖上標(biāo)注的一家服裝店，人們發(fā)現(xiàn)它的用途發(fā)生了改變，就可以上傳新的照片來更新信息。因此可以說，在“智慧地球”的概念下，人人都是信息提供者。

　　第三，由于所有的空天地遙感傳感器都可以上網(wǎng)，地理空間信息數(shù)據(jù)庫不再是過去靜態(tài)的數(shù)據(jù)庫。對測繪行業(yè)有了解的人都知道，過去的地理空間信息數(shù)據(jù)庫是將數(shù)據(jù)加工后存到電腦里去的，只代表完成時(shí)候的狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)更新。傳感器連網(wǎng)之后，可以使空間信息從“死”變“活”，傳感器只要獲取到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，就可以實(shí)時(shí)更新地理空間信息數(shù)據(jù)庫中的信息。這樣，地理信息就可以真正地用來解決變化監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急、城市智能交通、精細(xì)農(nóng)業(yè)等問題，這是過去達(dá)不到的。

　　第四、如果我們把某些空間信息，比如原始影像、立體影像等放到網(wǎng)上去，再把量算的工具放上去，用戶就可以自己采集原來沒有的信息，所以我在幾年前提出來，人人都可以當(dāng)測量員。舉個(gè)例子，在公安部門使用的街景影像系統(tǒng)中，每個(gè)公安戰(zhàn)士都可以通過立體像對去量測需要的三維信息，在救火的時(shí)候調(diào)出失火房屋的影像，具體量算失火點(diǎn)的高度、窗戶的寬度，根據(jù)量算結(jié)果再安排調(diào)度救火設(shè)施。在過去，數(shù)字地球里沒有儲(chǔ)存、也不可能儲(chǔ)存那么詳細(xì)的數(shù)據(jù)。原來的測量是按規(guī)范把大家可能需要的共同信息采集出來，由專業(yè)的測量員完成;到了智慧地球時(shí)代，人人都可以當(dāng)測量員，實(shí)現(xiàn)按需測量。按規(guī)范測量變成按需要測量，這是智慧地球時(shí)代的一大特點(diǎn)。我在《中國科學(xué)》上發(fā)表了一篇文章，預(yù)測新地理信息時(shí)代會(huì)在未來5-10年極大的推動(dòng)測繪學(xué)科的發(fā)展，大家可以去看一看。

　　地球空間產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，如何參入到這場信息領(lǐng)域的變革中?

　　測繪部門過去的傳統(tǒng)習(xí)慣是把對地理信息的描述記錄在紙上，現(xiàn)在則要存儲(chǔ)到電腦里去。在“智慧地球”的概念下，我們測圖和制圖的最終目的是為地球空間信息服務(wù)提供信息和資源。我們有傳感器網(wǎng)、有計(jì)算資源、有數(shù)據(jù)庫資源，還有數(shù)據(jù)挖掘的工具、知識發(fā)現(xiàn)的工具，如果把這些工具都放到網(wǎng)上去，就可以更好地實(shí)現(xiàn)地球空間信息服務(wù)。國家測繪局徐德明局長這幾年很重視地球空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和地球空間信息服務(wù)，在我看來，信息化測繪的本質(zhì)就是使測繪行業(yè)為人們提供更加廣泛的地理信息服務(wù)。國家測繪局這幾年來做了大量工作，切實(shí)地推進(jìn)了地球空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，比如發(fā)布了國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”等。“天地圖”網(wǎng)站開通后，立即引起全世界的極大關(guān)注，每天的訪問量高達(dá)100萬人次，使人們切身感受到了地球空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來的好處。如果未來繼續(xù)深入做下去的話，我國的地球空間信息產(chǎn)業(yè)就會(huì)融入到整個(gè)信息社會(huì)中來，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)、整個(gè)社會(huì)的和諧發(fā)展和提高民眾的生活質(zhì)量做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。我們測繪學(xué)會(huì)也應(yīng)當(dāng)積極參入到這場信息領(lǐng)域的變革中。