下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1．“数字中国”是中国信息化的重要组成部分
2002年中共中央办公厅、国务院办公厅颁布了17号文件《国家信息化领导小组关于我国电子政务建设的指导意见》明确表示，要加快十二个重要业务系统建设；继续完善已取得初步成效的办公业务资源系统、金关、金税和金融监督（含金卡）四个工程，促进业务协同、资源整合；启动和加快建设宏观经济管理、金财、金盾、金审、社会保障、金农、金质和金水八个业务系统工程建设。同时明确指出启动《自然资源和空间地理基础信息库的建设》。2004年又颁布了34号文《国务院办公厅关于加强信息资源开发利用工作的若干意见》，明确指出“加强政务信息资源的开发利用”。“数字中国”的建设在这些文件的指导下有了飞速的发展，金土、金水、金农等国家金字头工程均已取得里程碑式的进展，最具代表意义的是“自然资源和地理空间基础信息库”项目建设，盘活了19个政府部门的海量地理空间信息，加速了我国政府部门信息化的进程。
自然资源和地理空间基础信息库（以下简称基础库）是国务院办公厅颁布的17号文件中明确提到的“四库”建设中与地理空间信息有关的信息库之一，由国家发展和改革委员会牵头，会同国土资源部、水利部、中国科学院、国家测绘局、国家林业局、国家海洋局、中国气象局、中国航天科技集团、总参谋部测绘局、总装备部电子信息基础部共11个部门和单位共同建设。基础库是我国第一个跨部门、军民结合的大型国家级基础信息库，其建设和运行将形成有效的数据共享和应用服务的工作体系，可为党中央、国务院宏观决策提供重要的自然资源和地理空间信息支持，同时为电子政务和社会公众提供地理空间信息服务 [1] 。
基础库通过建设基础性自然资源专题信息库、基础性地理空间信息库、自然资源与地理空间综合信息库和自然资源与地理空间信息交换系统，形成了1个数据主中心和11个数据分中心。数据主中心存放和管理自然资源与地理空间综合信息库及其标准产品库和定制产品库。数据分中心存放和管理自然资源专题信息库、基础性地理空间信息库、专题信息产品库及综合信息子库，并通过自然资源与地理空间信息交换系统与数据主中心实现数据共享与交换，形成以主中心为龙头、分中心为支撑的国家级自然资源与基础地理空间信息的综合服务体系，以满足电子政务对自然资源与地理空间基础信息的最基本和最迫切的需求。
基础库盘活了国家各部门现有的信息资源，提高了我国地理空间信息资源的开发利用水平，实现了跨部门的信息共享，减少了重复建设，是保障国家、地区、部门空间信息基础设施的统一、互通和健康发展的重要举措。
“金水工程”的前身是数字水利信息化建设。水利部信息化工作领导小组于2001年4月召开了全国水利信息化工作座谈会，将数字水利信息化建设定名为“金水工程”。因此，“金水工程”是从“九五”期间开始实施的、覆盖水利信息化全局性的重大工程。工程防洪和抗旱部分的建设内容非常庞大，防洪部分覆盖7个流域机构、24个重点防洪省（市）、224个地级水情分中心，以及与水情分中心相连的3 002个中央报汛站和与工情分中心相连的927个重点防洪县的工情采集点。此外，还有中央直管的7个工程单位、9个大型水库、12个蓄滞洪区。抗旱部分覆盖31个省（市、区）267个地级旱情分中心以及与之相连的1 265个易旱县旱情采集点。“金水工程”作为国家电子政务建设中起步较早的工程，对地理空间信息有着大量的需求。GIS与遥感结合在防汛抗旱、河流治理、水土保持、南水北调等众多工程中都得到了应用，特别是数字长江、数字黄河、数字海河等数字流域。
GIS技术的应用，为我国的 防汛抗旱 工作提供了有效的支持。防洪抗旱工作要求最及时、最准确、最有效地获取天气、雨情、水情、险情、灾情和工情等各类信息，在有限时间的单元内所需要的信息量大，信息的分析处理要求高，因此实现防汛抗旱信息采集的自动化、指挥决策的现代化和科学化是提高我国防洪抗旱工作水平的重要途径。通过GIS应用软件，可分别在一维、二维、三维空间里实现对各种研究对象的长度、面积、体积的快速量算，然后将各种信息汇集在一起，通过系统的统计和分析功能，获得一些特定问题的解决方案。例如，实现对台风当前路径、预报路径、影响范围等信息的生成和动态演示，结合有关历史数据和技术参数，提供防台风、抗台风的决策支持。通过GIS的查询和检索功能，可以实时、快速、准确地对灾情进行监测，应用数学模型、模拟算法可以实现对灾情发展的预测。又如，结合常规的洪水预报模型，研究给定降水区域的汇流机制、汇流过程和洪水的时空分布，真实模拟洪水演进和淹没过程，预测洪水到来后可能造成的后果，及时作出防洪准备。GIS能够进行多要素的综合分析和管理，提供专题空间信息。再如，对区域地下水位、河道水位及雨情和水情等系统的实时数据与预测预报结果进行科学合理的分析，及时生成防汛抗旱调度方案，可以实现水资源的有效统筹与管理。
GIS和GPS技术已经被广泛地应用到了 河流治理的应急响应 工作中，在得知水污染的信息后，通过GIS和GPS技术可以在短时间内找到污染源的具体位置，以及已经发生污染的水的位置。通过将位置信息和污染源、排污口、潜在危险源等信息的结合，可以分析污染趋势并预测污染范围，了解水污染影响范围内的敏感点等重要信息，对掌控水污染事态的发展、及时启动相应的应急预案等起到积极的作用。
GIS和地理信息系统与遥感技术（RS技术）在 水土保持 工作中的应用，不仅可以提高水土保持工作的效率和精确度，同时可以降低成本。通过RS对指定区域进行拍摄，获得相应的卫星影像图，利用GIS和RS技术对已有的图像和卫星影像图的图像进行解译分析，提取地形、地质、土壤、植被等影响水土流失的各类因子等基础信息，建立图形和空间属性数据库。通过GIS强大的数据处理和分析能力，得出数值，定量地反映该区域土壤侵蚀强度及空间分布，并利用强大的空间分析功能，重新整合规划研究区的土地资源，为合理的规划提供科学的理论依据。最终使该地区的土地利用得到优化，林草覆盖率达到标准，从而得到降低水土流失、增收效益的成果。
南水北调 [2] 工程是我国数字水利建设过程中最大的水利工程，地理空间信息在该工程的建设过程中发挥了积极的效用。一方面，在GIS平台上通过远程视频技术的应用，可以实时了解和掌握南水北调干流上重要的水利枢纽工程的运行状况，特别是在一些工程技术难度大的或地形地势复杂的施工中，可以先进行虚拟现实的工程实验，这样不仅可以检验工程的技术是否可行、是否完善，还可以预测施工中可能遇到的各种问题，这些技术为确保工程的顺利实施提供了保证。另一方面，运用地理信息系统与遥感技术（RS）、卫星定位技术（GPS）和数据库管理技术的集成，通过各种方式的传感器获取水文信息，实时监测各水利枢纽处的各项水文数据。对指定地区的实际用水量及水量分配情况进行实时统计，并将结果以图形和数字等手段直观地表达出来。同时，利用GIS和GPS还可以对河流进行水文监测，对水资源实行动态调配。在南水北调干流省（区）际断面和主要支流分水口设置水质监测断面，对各断面水质状况进行实时监测，并建立实时监测数据库。对污染物的扩散及输移进行模拟分析，进而对河流水质状况及其变化作出预测，为用水户特别是为城市居民用水的引水口作出水质预警预报。根据水量监测系统获取各项水文数据，通过建立现代化的水资源实时调配系统，对区域间内的水资源在不同行业或同一行业内的不同用水户之间进行科学分配。除以上应用之外，通过GIS技术还可以对水资源环境进行综合评价。在基础地理信息数据库和专题地理信息数据库的基础上，建立动态水资源环境综合评价系统，利用地理信息系统（GIS）技术，对“南水北调”工程实施前后，水资源环境的变化，对生态效益和经济效益作出综合评价，用于调水的动态规划、决策。如将海河流域的生态系统实现数字化，通过分析主体生物的繁殖率，以及群体生物的新陈代谢等生态指标对海河流域淡水补给量的要求，提出不同季节不同时段海河入海应保持的最大流量和最小径流量。
综上所述，地理空间信息及技术在我国水利信息化建设中已经起到了重要的作用，并为“金水工程”的顺利开展作出了实质性的贡献。特别是近年来随着数字海河、数字长江、数字黄河等数字流域的提出，进一步增强了地理空间信息在“金水工程”中的地位。可见，“数字中国”已经成为我国水利信息化工作的重要组成部分。
“金土工程”是2004年1月国务院副总理曾培炎在国土资源部视察工作时提出来的，并由国土资源部向国家申报了一期建设项目建议书，于2005年5月31日得到国家发展和改革委员会的正式批准。“金土工程”成为2002年确定的国家“十二金”电子政务重点工程之外第一个正式批准立项的电子政务工程项目。金土工程一期建设包括在31个省（区、市）、新疆建设兵团和32个试点城市开展耕地保护国家监管系统和矿产资源国家安全保障系统，建设的主要内容包括数据中心、应用系统、网络及安全系统。通过金土工程一期建设，将建立国家级、省级和试点城市市级土地、矿产管理的主要应用系统和相关数据库，实现各级系统之间的网上连接，有助于国家实时掌握各地土地资源和矿产资源动态变化情况。“金土工程”作为国土资源电子政务建设的骨干工程，对国土资源管理领域的地理空间信息产生了巨大的需求。
随着科学技术的发展，传统的土地信息获取方式已经不能满足国土信息化工作的需要。遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）与计算机技术的结合为 土地利用变更信息的获取 [7] 提供了及时有效的手段。利用现代遥感技术多传感器、高分辨率和多时相的特征，可以获得丰富的土地资源信息。将这些通过RS获得的信息与早期的土地利用资料的图件和矢量数据结合，由于每个地区的土地利用资料的图件种类和矢量数据格式都不相同，所以收集的资料需要经过分析，转换为同一的格式。然后采取相似归并的原则，对获取的土地类型并进行分类。由于建设用地变化比较频繁，是土地利用监测的重点，所以将其细分至三级地类，其他用地变化相对较慢，则只分至二级地类，具体的代码分类可参看《全国土地分类（过渡期间使用）》。然后通过GIS数据加工平台采集土地的利用变更数据，从而得出土地发生变化的具体位置，对于地形复杂的地区，还可采用GPS引导的方式寻找具体发生变化的土地位置。根据GPS外业定位的具体结果来修改GIS判定的数据，按照土地利用调查、监测的要求，转换为所需的数据格式。
在“金土工程”的建设过程中，合理地配置土地资源，实施有效的土地用途管制，实现土地效益的最大化是我们关注的重点问题，因此准确地对 土地利用的结构进行分析 [8] 显得尤为重要。RS和GIS技术在土地利用结构变化中起到了关键的作用。通过遥感卫星拍摄指定区域的遥感影像，选择图像质量相对较好的图片，以便数据处理和土地利用信息的提取。除遥感影像外，还需要收集相关的图文资料，如指定区域的地形图等。基于以上图像，应用GIS对其进行校正、拼接等预处理，获得土地类型分类的信息，如农田、林地、草地、建设用地、水域、烟碱池、滩涂等，提取以上分类的信息，对同一地区连续几年的影像图像进行相同的处理，会得到不同的土地分类信息，通过对分类结果进行比较，便可以得到土地利用类型的变化情况，从而可以了解土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化。
可见“金土工程”的实施，无论在技术上还是在资源上都离不开地理空间信息，因此“数字中国”的建设已经成为我国土地信息化的重要组成部分。
“金农工程”是1994年12月在“国家经济信息化联席会议”第三次会议上提出的，目的是加速和推进农业和农村信息化，建立“农业综合管理和服务信息系统”。2002年8月，中办、国办转发的《国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见》（中办发〔2002〕17号）将“金农”列为国家电子政务重点建设的12个系统之一。项目由国家统一立项、统一规划，农业部牵头，国家粮食局配合，中央地方分别投资建设，中央给予西部12个省（区、市）和新疆建设兵团资金补助。在金农工程的建设机构中，其中主要建设任务之一是组织农业现代化信息服务及促进各类计算机应用系统，如专家系统、地理信息系统、卫星遥感信息系统的开发和应用。可见，“金农工程”作为我国电子政务重点建设的工程之一，对地理空间信息产生了巨大的需求。目前，GIS与遥感GPS结合在作物长势监测、病虫害监测、估产；成长过程中不同阶段灌溉、施肥等方面已经得到了较为成熟的应用，其中具有代表性的是新疆建设兵团等农产品基地。
在 作物长势监测和估产 方面，作物长势监测是一个动态的过程，利用RS多时相的影像信息，可以宏观地反映出作物生长发育的节律特征。结合地形、气候、土壤等因素，便可以分析出不同下垫面条件下作物长势的过程，也可以分析出不同气候条件下作物将呈现出的不同长势规律，从而可以得出在作物生长过程中生长环境的变化对作物长势所带来的影响，便于人们及早作出决策实施管理措施，以减少损失。根据RS采集到作物的多时相影像，在实践中，结合相关资料，判读解译RS影像信息，在GIS中对各种数据信息进行空间分析，识别作物类型，统计量算出不同类型作物的播种面积，然后构建出不同条件作物的生长模型和多种估产模式，把上述因素信息连同作物长势的监测结果引入模型中，便能估算出大面积作物的产量和实时监测作物生长态势。
在 作物病虫害监测与预防 方面，RS通过多种传感器技术可以对作物内在因素及环境因素的正常和异常状况加以区别，借助特定的模型，根据这些因素的变化就可以分析病虫害是否可能发生。因为RS技术可以追踪害虫的群集密集、飞行状况、生活习性及迁移方向等，借助于对历史资料的空间分析处理，就可以预测出病虫害的蔓延趋势。通过GIS的分析处理，可给出作物病虫害的发生图、分布图及可能蔓延区图，为作物的病虫害防治提供及时、准确、直观的决策支持。
在 农业灌溉 方面，GIS可以将通过遥感获得的作物长势、生长阶段等信息和地形图、年降水量图、土壤图、年平均气温等因素结合起来，借助特定的模型，综合分析出灌区用水的需求，优化水资源配给，以实现实时、适量灌溉。
除以上应用之外，地理空间信息在作物施肥管理、农业气候监测、农业洪涝灾害监测、农用土地评价与利用，以及发展精准农业和数字农业方面都有着广泛的应用。我国新疆生产建设兵团的精准农业建设已经成为我国农业信息化的里程碑，“手机遥控浇地，鼠标点击施肥”已经不再是神话。以上足以说明地理空间信息在我国农业信息化建设中的地位，它已经成为农业信息化中不可或缺的一部分。