美國地理空間信息采集的發展與啟示

李 曉

（西安測繪總站，陜西 西安 710068）

地理空間信息源于美國，英文為Geospatial intelligence（GEOINT），是指出事物在地球上所處的位置，是星載和機載傳感器采集的多種形式的數據以及各種數字化地理信息的集成成果，融合了地圖制圖學、影像分析、地理空間分析、航空分析、海洋分析以及區域分析等技術。信息化社會中，個人和機構依靠地理空間信息的支持，對相關信息進行分析和決策，通過對各種信息進行篩選、融合，使新獲取的信息和已有信息重新組合，準確評估不同地理環境下的城市交通、人文經濟等領域的拓展運用，搶占先機，保證機構機動靈活，獲取最大的經濟和社會利益。由于地理空間信息在政治經濟文化中的重要作用，受到許多國家的重視。

地理空間信息是指地理信息系統技術與地理信息數據庫相結合，對各種信息進行分析、處理和顯示。美國地理空間信息采集技術是隨著現代科技尤其是影像技術和計算機技術的迅速發展而逐步成熟并居于領先地位的，它主要以信息化時代政治經濟文化理論和客觀需要為牽引，以概念技術演示、模擬訓練為途經，對影像、影像信息和地理空間信息與保障等概念及相關因素和體系進行了全面深入的研究，取得了重要成果，數字化技術和信息系統、地理空間信息產品不斷出現。

1 美國地理空間信息采集的由來和發展

美國地理空間信息采集從圖像信息采集的萌生到其國家地理空間信息機構的日趨成熟經歷了200多年的歷程。

1.1 美國地理空間信息采集的由來

美國對地圖信息采集的最初需求始于1803—1806年之間，時任總統托馬斯·杰弗遜為促進美國西部發展，組建探險隊去考察新獲得的路易斯安那地區并為之繪制地圖。由于航行和攝像技術的發展，第一次世界大戰前產生了航攝照片。航攝照片可以從不用時間和不同角度反映同一目標，使指揮員更準確地感知作戰空間，航空照相技術成為獲得戰場信息的主要來源。圖像解讀員通過立體觀察器對采集的圖像信息進行分析解讀。第二次世界大戰期間，航攝在速度、距離、目標以及照明等方面的技術障礙逐漸得到解決，隨著航攝照相機、遠射透鏡和閃光炸彈等技術的不斷進步，美國對航空圖像信息的采集和開發更加重視，并利用獲取的圖像信息繪制地圖。1941年，美國雖然改進了遙感器的精密性，但仍然缺乏像片判讀員這樣的專業人才來對所采集的數據進行縝密的分析。二戰后，美國空軍開展廣泛的航空偵察，陸軍和海軍也努力在這方面尋求新的突破。為了滿足戰略高層對圖像信息采集的需求，美國開始注重發展衛星偵察，并成立了國家偵察辦公室。為了對獲得的圖像資料進行充分的分析研判，1961年美國成立了國家圖像判讀中心，該中心在古巴導彈危機中發揮了巨大作用，標志著美國地理空間信息采集的雛形形成。

1.2 美國地理空間信息采集的發展

越戰之后影像信息采集按照知識的特殊化與普遍化兩種補充方式不斷發展，地球科學專業也注重整合商業衛星成像、火箭成像、GIS、GPS、世界大地坐標系以及計算機輔助制圖等相關技術。這種整合能夠將分析特定地理區域分析、武器裝備系統和新興技術專業人員與掌握通常技能的并能夠處理各種地理邊界問題的跨職能專家有效地結合起來，使得影像信息采集更加完整準確。由地理信息系統的開發和應用而發展起來的空間數據庫，是美國地理空間信息采集的重要組成部分，是其他應用部分的前提和基礎。GIS的關鍵是地理空間信息的獲取與更新，這成為了當時制約GIS發展的瓶頸。

1994年4月，時任總統克林頓提出建立國家空間數據基礎設施，針對各級政府、私營和非盈利機構以及學術界，定義了他們共享地理空間數據時所需的政策、技術和人力資源。此后，美國地理信息系統（GIS）發展非常迅速，覆蓋了民用和國防軍事等諸多領域。1996年美國成立了國家影像與測繪局（NIMA），主要目的是滿足國家和軍隊對影像、影像情報和地理空間信息產品日益增長的需求，并努力促進影像與地理空間情報這兩大學科的有機融合。由于測繪與影像分析處理畢竟不屬于同一學科領域，NIMA成立后最初幾年工作卓有成效，但在促進兩種學科領域的融合，從而提高整體保障效能方面并不十分理想，大量的衛星影像得不到有效的利用，信息優勢無法轉化為決策優勢。2002年1月25日，美國國家圖像與測繪局（NIMA）在其《戰略意圖報告》中提出用“地理空間信息”取代傳統意義上劃分的“圖像、圖像信息與地理空間信息”任務概念。2003年1月，“地理空間信息”被確定為NIMA的頂層概念，并收錄美國國家安全辭典。同年為了讓政府和社會各界順利訪問地理空間信息，美國政府制定“地理空間一站式訪問”（Geospatial one stop.GDS）計劃，向公眾開放幾乎官方所擁有的全部信息，包括官方GIS數據。2003年11月24日，美國國防部國家影像與測繪局（NIMA）正式更名為“國家地理空間情報局（NGA）”，標志著美國測繪保障進入了“地理空間信息”時代。NGA建立了接近全球范圍的中等分辨率地理空間信息框架，即基礎數據，包括影像數據、高程數據、自然要素和人文要素，精確定位數據、航空導航安全數據以及水道導航安全數據等。NGA通過支援分隊搭建了覆蓋全球的網絡服務系統，裝備了數據搜集系統和信息處理系統，并且通過網絡化的形式加強與用戶的聯系，能夠根據用戶的不同需求提供個性化的解決方案。由于RS，GPS和GIS三大測繪技術的發展與融合，使影像與地圖這兩類產品的界限日益接近，這在技術上為地理空間信息與影像分析的集合奠定了基礎。美國從90年代中期開始投入大量資金，2003年建成地理空間信息和影像數據庫，其中，國家信息庫（NIL）是目前全球規模最大、獲取速度最快的數字影像檔案庫。2010年，美國建成地理空間基礎框架數據庫、基礎地物數據庫和控制數據庫，這些數據庫與全球信息網絡配套。

美國地理空間信息采集的發展始終同計算機信息技術的發展息息相關。由于計算機軟件集成技術、網絡技術的發展，美國地理空間信息采集的發展也隨之進入了快車道，基本實現了數據規模化，系統集成化，平臺網絡化和應用社會化。地理空間信息系統實現了數據采集自動化，空間數據和屬性數據組織的一體化，以及空間分析功能的多樣化。地理空間信息系統的開發與運用，在美國電子政務中占據了很重要的地位，政府和商業機構建立網絡化的地理空間信息集成平臺，通過平臺發布地理空間數據，用戶在網絡上進行空間數據瀏覽、查詢，使用其分析功能。例如通過網絡用戶可以方便地查找銀行、酒店或商場的地址。

美國對地理空間信息采集的研究與運用處于領先地位，美國地理空間信息在各種決策進程中充當關鍵空間信息，為全源信息分析提供了核心的空間基礎。經過多年的發展，美國逐步建立起針對不同層次的地理空間信息的組織體系和技術規范，制造出一系列地理空間信息產品，并將其廣泛運用于民眾日常生活和信息化戰爭中。

1.3 美國地理空間信息采集的啟示

美國地理空間信息采集技術是隨著現代科技尤其是影像技術和計算機技術的迅速發展而逐步成熟并居于領先地位的，它對影像、影像信息和地理空間信息與保障等概念及相關因素和體系進行了全面深入的研究，取得了重要成果，數字化技術和信息采集系統、地理空間信息產品不斷出現，美國地理空間信息采集的發展給我們帶來了兩個啟示：一是充分借助社會力量、盟國的力量，使地理空間信息和保障活動真正實現綜合化和一體化。美國國家地理空間情報局將一體化與協作作為自己成功的基石，并把協作與合作定為自己發展的方向和目標，這個目標與國家的重大情報及國防目標任務始終保持一致。二是利用商業服務優勢是美國地理空間情報局的新型戰略性目標。將地理空間信息作為一種服務，是地理空間信息發展道路上具有里程碑意義的轉變。