地球大數(shù)據(jù)及其共享是驅(qū)動(dòng)“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵

文/郭華東

中國科學(xué)院對(duì)地觀測與數(shù)字地球科學(xué)中心主任、研究員、博士生導(dǎo)師；中國科學(xué)院院士。

古絲綢貿(mào)易之路連通亞洲、歐洲和非洲，孕育和繁榮了多個(gè)偉大的人類文明，打開了各國友好交往的新窗口，帶動(dòng)了沿線經(jīng)濟(jì)文化的崛起與發(fā)展。和平合作、開放包容、互學(xué)互鑒、互利共贏的古絲路精神，在2013年中國國家主席習(xí)近平提出“一帶一路”倡議中，被賦予了全新的時(shí)代內(nèi)涵。

“一帶一路”倡議的精髓是開放共享，歡迎所有志同道合的國家共同參與。“一帶一路”建設(shè)中，超過1萬億美元的投資將助力60多個(gè)絲路沿線國家和地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)，“一帶一路”建設(shè)將為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展注入新動(dòng)力。

目前，“一帶一路”擁有全球65%以上的人口，包括北京、開羅、莫斯科、馬尼拉、伊斯坦布爾等18個(gè)人口超過1千萬的特大城市群。隨著“一帶一路”建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，如何實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展成為一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

一、“一帶一路”區(qū)域現(xiàn)狀分析

“一帶一路”區(qū)域具有復(fù)雜的地理環(huán)境和多樣的生態(tài)系統(tǒng)，包括了青藏高原的積雪、冰川、凍土，俄羅斯的森林和草原，蒙古的沙漠等眾多類型。同時(shí)，“一帶一路”生態(tài)環(huán)境脆弱性問題突出，例如眾多絲路沿海地區(qū)正遭受到海平面上升、過度捕撈和污染帶來的威脅。在中亞地區(qū)，由于河水被持續(xù)引流用于灌溉等原因，咸海的水量在過去50年里減少了近90%。

同時(shí)，“一帶一路”區(qū)域還有不少聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）瀕危世界遺產(chǎn)地正在遭受城市無序擴(kuò)張、森林砍伐、過度開采和氣候變化等威脅，例如蘇門答臘的熱帶雨林、烏茲別克斯坦的沙赫利蘇伯茲歷史中心、所羅門群島東倫內(nèi)爾島的珊瑚環(huán)礁等。

此外，“一帶一路”沿線發(fā)展中國家多屬農(nóng)業(yè)國，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的25%以上，有40%以上的勞動(dòng)力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到糧食供應(yīng)波動(dòng)的影響很大。

自然災(zāi)害則是影響“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展的另一個(gè)威脅因素，全球約有85%的重大地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、洪水、干旱和熱浪災(zāi)害都發(fā)生在“一帶一路”區(qū)域。

例如，2008年5月發(fā)生的中國汶川特大地震中有超過8.6萬人喪生或失蹤；2004年印度洋大地震導(dǎo)致的海嘯造成數(shù)十萬人死亡；1995年至2014年間，全球遭受災(zāi)害損失最嚴(yán)重的10個(gè)國家中有7個(gè)位于“一帶一路”區(qū)域。

如果我們?cè)俨徊扇∮辛Υ胧耙粠б宦贰钡纳鷳B(tài)環(huán)境敏感區(qū)將會(huì)加速消失，絲路建設(shè)面臨的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)將進(jìn)一步加劇。

解決上述問題，需要通過準(zhǔn)確、可靠和及時(shí)的天空地一體化的科學(xué)觀測，來認(rèn)知“一帶一路”生態(tài)環(huán)境宏觀格局與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

然而，許多“一帶一路”國家的對(duì)地觀測能力較弱、應(yīng)用研究水平較低，甚或無力承擔(dān)土壤、大氣等觀測站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，也不具備對(duì)對(duì)地觀測科技人才的培養(yǎng)能力。

例如，中亞的吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦尚不擁有對(duì)地觀測衛(wèi)星和海量數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)設(shè)施。此外，“一帶一路”地面觀測數(shù)據(jù)的共享合作十分缺乏，大量寶貴的科學(xué)觀測數(shù)據(jù)沉寂在大學(xué)、政府等機(jī)構(gòu)的資料庫里，沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

由筆者擔(dān)任主席的數(shù)字絲路國際科學(xué)計(jì)劃（DBAR），2016年由中國科學(xué)家倡議發(fā)起，得到了19個(gè)國家和7個(gè)國際組織的支持和參與。DBAR計(jì)劃旨在利用地球大數(shù)據(jù)提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力，促進(jìn)數(shù)據(jù)共享，為“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策支持。

目前，中國科學(xué)院（CAS）已在未來5年部署超過2億人民幣的經(jīng)費(fèi)（約合3200萬美元），支持DBAR計(jì)劃的實(shí)施。

DBAR計(jì)劃將對(duì)“一帶一路”不同生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其演變格局開展系統(tǒng)的監(jiān)測，包括草原、森林、冰川、城市、農(nóng)田和海岸帶等。

2016年至2026年該計(jì)劃實(shí)施期間，海量的“一帶一路”生態(tài)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)將通過DBAR地球大數(shù)據(jù)平臺(tái)逐步實(shí)現(xiàn)全面共享，并以開放訪問的方式，使科學(xué)家、決策者和公眾用戶及時(shí)掌握“一帶一路”生態(tài)環(huán)境的歷史變化、發(fā)展過程和演化趨勢(shì)。

更重要的是，DBAR計(jì)劃將研究和構(gòu)建面向聯(lián)合國2030可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的空間評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測，為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。

二、DBAR的實(shí)施基礎(chǔ)

“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的實(shí)施面臨四大主要障礙：數(shù)據(jù)獲取不暢通；發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家存在數(shù)字鴻溝；一些決策者、不同領(lǐng)域的科學(xué)家及從業(yè)者對(duì)對(duì)地觀測技術(shù)的潛力認(rèn)識(shí)不足；缺乏有效的合作和溝通機(jī)制。

上述障礙已是長期存在的問題，2004年印度洋海嘯即是一個(gè)典型的例子，災(zāi)前災(zāi)后數(shù)據(jù)和監(jiān)測系統(tǒng)的缺失導(dǎo)致了種種預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)的遲緩。

為推動(dòng)“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，DBAR開展的一項(xiàng)核心工作即建立可處理和分析海量信息的地球大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

目前在開展平臺(tái)數(shù)據(jù)信息和軟硬件設(shè)施的集成工作，并計(jì)劃于2018年底開始提供科學(xué)服務(wù)，重點(diǎn)針對(duì)八個(gè)方面的挑戰(zhàn)，包括適應(yīng)氣候和環(huán)境變化、減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、科學(xué)管理水資源、提高農(nóng)業(yè)和糧食安全、保護(hù)自然和文化遺產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展城市和基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展和管理海洋及海岸帶、科學(xué)理解高山和極地寒區(qū)變化。

例如，在農(nóng)業(yè)方面，大多數(shù)糧食安全風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)國家面臨的主要困難之一，即缺乏農(nóng)作物供應(yīng)、產(chǎn)量和管理的最新信息。目前，DBAR正在拓展基于云計(jì)算的農(nóng)情監(jiān)測（CropWatch）系統(tǒng)的服務(wù)能力，以監(jiān)測玉米、大米、小麥和大豆的供應(yīng)情況，并提供農(nóng)情管理的基礎(chǔ)信息服務(wù)。自1998年中國科學(xué)院推出CropWatch系統(tǒng)以來，已有來自143個(gè)國家或地區(qū)的用戶便捷地獲取了所需的農(nóng)情信息。

基于空間觀測獲取的災(zāi)情信息共享在“一帶一路”區(qū)域具有強(qiáng)烈的需求。中國及許多發(fā)達(dá)國家的救災(zāi)經(jīng)驗(yàn)都表明，對(duì)地觀測數(shù)據(jù)在極端事件影響的快速評(píng)估中發(fā)揮了重要作用。

例如，2008年汶川大地震的應(yīng)急救援中，遙感飛機(jī)獲取了草坡鄉(xiāng)一處房頂上顯示的“SOS700”符號(hào)，通過這一信息的及時(shí)解譯和上報(bào)，救援人員成功救出700名被困災(zāi)民。目前，在減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)方面，DBAR正通過建設(shè)對(duì)地觀測數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的方式，提高“一帶一路”區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)能力。

在“一帶一路”建設(shè)中，我們亟需了解城市化的發(fā)展進(jìn)程，而通過對(duì)地觀測手段可有效掌握城市擴(kuò)張趨勢(shì)變化信息，幫助城市規(guī)劃人員科學(xué)應(yīng)對(duì)交通擁擠、能源短缺、城市無序擴(kuò)張和基礎(chǔ)公共服務(wù)缺失等問題帶來的挑戰(zhàn)。

在此方面，DBAR科學(xué)家正通過對(duì)莫斯科城市發(fā)展和治理的模擬，為北京的城市規(guī)劃發(fā)展提供科學(xué)決策信息，并對(duì)蒙巴薩-內(nèi)羅畢標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路、科倫坡港口城、馬來西亞-中國關(guān)丹產(chǎn)業(yè)園區(qū)等重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)的影響開展科學(xué)監(jiān)測和分析。

在“一帶一路”自然和文化遺產(chǎn)保護(hù)工作中，世界遺產(chǎn)地的保護(hù)除了需要對(duì)遺產(chǎn)地本體進(jìn)行關(guān)注外，其周邊人文和自然景觀也是其突出普遍價(jià)值不可分割的重要組成部分，需統(tǒng)籌一體保護(hù)。正如在柬埔寨吳哥窟，通過機(jī)載激光掃描在內(nèi)的對(duì)地觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了位于熱帶雨林下距今900至1400年的多個(gè)城市遺址。我們認(rèn)為對(duì)世界遺產(chǎn)的保護(hù)，還應(yīng)充分考慮森林砍伐和城市無序擴(kuò)張等帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響。

三、DBAR的發(fā)展方向

DBAR科學(xué)計(jì)劃重點(diǎn)關(guān)注以下五個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域：

（一）加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2017年10月，歐洲航天局哨兵-5P衛(wèi)星發(fā)射后，每天獲取近2000萬條空氣污染物及氣體的觀測數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)獲取量是前期任務(wù)的10倍以上。按照目前的處理速度，一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要1200年才能處理完300萬景全球衛(wèi)星影像，而基于云計(jì)算設(shè)施可在45天內(nèi)完成相同處理任務(wù)，云計(jì)算已成為大數(shù)據(jù)時(shí)代的核心技術(shù)。

（視覺中國 供圖）

因此，為滿足龐大且日益快速增長的“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，迫切需要建立一個(gè)能夠共享數(shù)據(jù)、代碼、方法的開放平臺(tái)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)已有對(duì)地觀測數(shù)據(jù)的科學(xué)分析及未來衛(wèi)星數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。

（二）促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和互通互用能力

數(shù)據(jù)開放共享是保障“一帶一路”沿線各國民眾從地球大數(shù)據(jù)應(yīng)用中共同受益的基礎(chǔ)。同時(shí)，為最大限度地利用好共享數(shù)據(jù)，還需采用有效的方法、工具，以及適當(dāng)?shù)母袷綐?biāo)準(zhǔn)、信息轉(zhuǎn)化方式、技術(shù)支持方案，以提高“一帶一路”數(shù)據(jù)的互通互用能力。

（三）推廣地球大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)

“一帶一路”國家地球大數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平發(fā)展很不均衡，而可通用的地球大數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)方案可有效縮短應(yīng)用能力上的差距。通過對(duì)類似CropWatch的云服務(wù)應(yīng)用模式的廣泛推廣，可有效發(fā)揮云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

只要有終端和互聯(lián)網(wǎng)，任何人在任何地點(diǎn)都可以享受到地球大數(shù)據(jù)提供的多樣應(yīng)用服務(wù)，從而加速推動(dòng)“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的發(fā)展。

（四）探索科學(xué)研究新范式

海量的多學(xué)科數(shù)據(jù)資源存在著隱藏的豐富的價(jià)值信息，蘊(yùn)含了尚未發(fā)現(xiàn)的科學(xué)知識(shí)。例如，通過分析過去40年的衛(wèi)星影像，使我們可宏觀持續(xù)認(rèn)知黃河三角洲地表變化的空間規(guī)律，從全新角度理解其區(qū)域演變過程與土地利用、降水、水流間的潛在影響。

許多“一帶一路”國家，特別是欠發(fā)達(dá)國家，對(duì)地球大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的知識(shí)發(fā)現(xiàn)的潛力認(rèn)知不足，尚需大力推動(dòng)基于地球大數(shù)據(jù)的“一帶一路”地球系統(tǒng)科學(xué)研究的開展。

（五）加強(qiáng)國際科技合作

開展雙邊或多邊的國際交流與合作是提高“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)研究水平的重要途徑之一。

同時(shí)，加強(qiáng)與國際科技組織與國際科學(xué)計(jì)劃的協(xié)作，特別是同聯(lián)合國教科文組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國減災(zāi)署、國際科技數(shù)據(jù)委員會(huì)、泛歐亞科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、地球觀測組織等的密切合作，將為“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)應(yīng)用注入更多的智慧資源。

為縮小“一帶一路”發(fā)展中國家與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)鴻溝，DBAR將通過共同發(fā)起聯(lián)合研究計(jì)劃，共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，成立國際卓越中心等方式，與參與國家和地區(qū)的專家開展互利共贏的合作，共同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。目前，DBAR已在全球設(shè)立了8個(gè)國際卓越中心，分布在亞洲的巴基斯坦、泰國；歐洲的芬蘭、意大利、俄羅斯；非洲的摩洛哥、贊比亞和北美的美國。