美國地理空間信息采集的發(fā)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(shù)據(jù)以及各種數(shù)字化地理信息的集成成果，融合了地圖制圖學(xué)、影像分析、地理空間分析、航空分析、海洋分析以及區(qū)域分析等技術(shù)。信息化社會中，個人和機構(gòu)依靠地理空間信息的支持，對相關(guān)信息進(jìn)行分析和決策，通過對各種信息進(jìn)行篩選、融合，使新獲取的信息和已有信息重新組合，準(zhǔn)確評估不同地理環(huán)境下的城市交通、人文經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的拓展運用，搶占先機，保證機構(gòu)機動靈活，獲取最大的經(jīng)濟(jì)和社會利益。由于地理空間信息在政治經(jīng)濟(jì)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(tǒng)技術(shù)與地理信息數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，對各種信息進(jìn)行分析、處理和顯示。美國地理空間信息采集技術(shù)是隨著現(xiàn)代科技尤其是影像技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展而逐步成熟并居于領(lǐng)先地位的，它主要以信息化時代政治經(jīng)濟(jì)文化理論和客觀需要為牽引，以概念技術(shù)演示、模擬訓(xùn)練為途經(jīng)，對影像、影像信息和地理空間信息與保障等概念及相關(guān)因素和體系進(jìn)行了全面深入的研究，取得了重要成果，數(shù)字化技術(shù)和信息系統(tǒng)、地理空間信息產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。

1 美國地理空間信息采集的由來和發(fā)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(gòu)的日趨成熟經(jīng)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(tǒng)托馬斯·杰弗遜為促進(jìn)美國西部發(fā)展，組建探險隊去考察新獲得的路易斯安那地區(qū)并為之繪制地圖。由于航行和攝像技術(shù)的發(fā)展，第一次世界大戰(zhàn)前產(chǎn)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(biāo)，使指揮員更準(zhǔn)確地感知作戰(zhàn)空間，航空照相技術(shù)成為獲得戰(zhàn)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(jìn)行分析解讀。第二次世界大戰(zhàn)期間，航攝在速度、距離、目標(biāo)以及照明等方面的技術(shù)障礙逐漸得到解決，隨著航攝照相機、遠(yuǎn)射透鏡和閃光炸彈等技術(shù)的不斷進(jìn)步，美國對航空圖像信息的采集和開發(fā)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(jìn)了遙感器的精密性，但仍然缺乏像片判讀員這樣的專業(yè)人才來對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行縝密的分析。二戰(zhàn)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(zhàn)略高層對圖像信息采集的需求，美國開始注重發(fā)展衛(wèi)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(jìn)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(dǎo)彈危機中發(fā)揮了巨大作用，標(biāo)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(fā)展

越戰(zhàn)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(fā)展，地球科學(xué)專業(yè)也注重整合商業(yè)衛(wèi)星成像、火箭成像、GIS、GPS、世界大地坐標(biāo)系以及計算機輔助制圖等相關(guān)技術(shù)。這種整合能夠?qū)⒎治鎏囟ǖ乩韰^(qū)域分析、武器裝備系統(tǒng)和新興技術(shù)專業(yè)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(jié)合起來，使得影像信息采集更加完整準(zhǔn)確。由地理信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用而發(fā)展起來的空間數(shù)據(jù)庫，是美國地理空間信息采集的重要組成部分，是其他應(yīng)用部分的前提和基礎(chǔ)。GIS的關(guān)鍵是地理空間信息的獲取與更新，這成為了當(dāng)時制約GIS發(fā)展的瓶頸。

1994年4月，時任總統(tǒng)克林頓提出建立國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，針對各級政府、私營和非盈利機構(gòu)以及學(xué)術(shù)界，定義了他們共享地理空間數(shù)據(jù)時所需的政策、技術(shù)和人力資源。此后，美國地理信息系統(tǒng)（GIS）發(fā)展非常迅速，覆蓋了民用和國防軍事等諸多領(lǐng)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(chǎn)品日益增長的需求，并努力促進(jìn)影像與地理空間情報這兩大學(xué)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(xué)科領(lǐng)域，NIMA成立后最初幾年工作卓有成效，但在促進(jìn)兩種學(xué)科領(lǐng)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(wèi)星影像得不到有效的利用，信息優(yōu)勢無法轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢。2002年1月25日，美國國家圖像與測繪局（NIMA）在其《戰(zhàn)略意圖報告》中提出用“地理空間信息”取代傳統(tǒng)意義上劃分的“圖像、圖像信息與地理空間信息”任務(wù)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(shù)據(jù)。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(biāo)志著美國測繪保障進(jìn)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(chǔ)數(shù)據(jù)，包括影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、自然要素和人文要素，精確定位數(shù)據(jù)、航空導(dǎo)航安全數(shù)據(jù)以及水道導(dǎo)航安全數(shù)據(jù)等。NGA通過支援分隊搭建了覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，裝備了數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，并且通過網(wǎng)絡(luò)化的形式加強與用戶的聯(lián)系，能夠根據(jù)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(shù)的發(fā)展與融合，使影像與地圖這兩類產(chǎn)品的界限日益接近，這在技術(shù)上為地理空間信息與影像分析的集合奠定了基礎(chǔ)。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(shù)據(jù)庫，其中，國家信息庫（NIL）是目前全球規(guī)模最大、獲取速度最快的數(shù)字影像檔案庫。2010年，美國建成地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地物數(shù)據(jù)庫和控制數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫與全球信息網(wǎng)絡(luò)配套。

美國地理空間信息采集的發(fā)展始終同計算機信息技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。由于計算機軟件集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，美國地理空間信息采集的發(fā)展也隨之進(jìn)入了快車道，基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)規(guī)模化，系統(tǒng)集成化，平臺網(wǎng)絡(luò)化和應(yīng)用社會化。地理空間信息系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動化，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)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(tǒng)的開發(fā)與運用，在美國電子政務(wù)中占據(jù)了很重要的地位，政府和商業(yè)機構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)化的地理空間信息集成平臺，通過平臺發(fā)布地理空間數(shù)據(jù)，用戶在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢，使用其分析功能。例如通過網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)先地位，美國地理空間信息在各種決策進(jìn)程中充當(dāng)關(guān)鍵空間信息，為全源信息分析提供了核心的空間基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的發(fā)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(shù)規(guī)范，制造出一系列地理空間信息產(chǎn)品，并將其廣泛運用于民眾日常生活和信息化戰(zhàn)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(shù)是隨著現(xiàn)代科技尤其是影像技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展而逐步成熟并居于領(lǐng)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(guān)因素和體系進(jìn)行了全面深入的研究，取得了重要成果，數(shù)字化技術(shù)和信息采集系統(tǒng)、地理空間信息產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，美國地理空間信息采集的發(fā)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(xiàn)綜合化和一體化。美國國家地理空間情報局將一體化與協(xié)作作為自己成功的基石，并把協(xié)作與合作定為自己發(fā)展的方向和目標(biāo)，這個目標(biāo)與國家的重大情報及國防目標(biāo)任務(wù)始終保持一致。二是利用商業(yè)服務(wù)優(yōu)勢是美國地理空間情報局的新型戰(zhàn)略性目標(biāo)。將地理空間信息作為一種服務(wù)，是地理空間信息發(fā)展道路上具有里程碑意義的轉(zhuǎn)變。