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院士论坛 | 高俊:图到用时方恨少, 重绘河山待后生

测绘学报2017-12-08 09:51:59

摘要: 提出了测绘科技发展特别关注的4个领域。

        第一作者简介:高俊(1933-), 男, 教授, 中国科学院院士, 研究方向为地图学、地理信息系统、作战环境学。

院士论坛 | 高俊:图到用时方恨少, 重绘河山待后生

        测绘作为一门独立的学科和事业,并由政府统一管理的格局是从法国大革命开始的。1793年,法兰西共和国成立的第2年,将卡西尼家族四代人经营的测量和地图产业收归国有。卡西尼地图是第一次以三角测量作控制,采用等面积的彭纳投影,以巴黎0°子午线为坐标系,按1:86 400比例尺绘制的182幅全法分幅地形图。此图开始于1748年,到革命后的1815年才完成,历时67年。虽然这套图很快被一套新图所替代,但它确立了地形图的基本技术模式,促进了生产流程的完善和管理体制的形成,特别是被军队和土地开发任务所重视,引发了欧洲国家建立测绘主管机构的热潮,例如英国1791年开始三角测量及1801年英国测量局(Ordnance Survey)的正式成立,以及在数年之内欧洲十几个国家测绘局的相继组建[1]。

  说起中国最早的实测地图《皇舆全览图》[2],开始于1708年,结束于1718年,比起卡西尼地图早了约40年,也应用了三角测量的知识和天文测量经纬度的方法,但比例尺较小,约为1:150万,不具备地形图的实用特点。更为遗憾的是,地图绘制后被康熙皇帝深藏内府,没有像欧洲那样正值殖民地战争和国土重新划分引起的需求,没有热兵器时代对装备保障的需求,没有后续的工作,没有建立管理机构,反而被欧洲的传教士们带回欧洲,填补了他们对亚洲和中国的无知和地图上的空白。直到1904年(清光绪二十九年),面对列强的挑衅和侵略,才建立了“陆军测量局”,较之西方国家测绘体制的建立推迟了约100年。

  将测绘事业和产业集中管理,能有效地建立全国统一的时空基准和大地控制系统,有利于集中全国的财力和物力完成全国基本地图的测绘。新中国成立后,我国能以大约50年时间完成欧洲国家用了200年才完成的基本地图测制任务,充分说明纳入行政体制、实施集中管理的重要性和必要性。相应的测绘学科也相继启动。1956年,集中国内测绘精英学者组建的武汉测绘学院(武汉测绘科技大学前身),为人才培养和测绘科技发展起到了关键作用。测绘是一门通用性很强的基础性学科专业,不可能局限于自身的测绘保障任务,必然有其广阔的服务领域。海洋测绘、工程测量是最早的测绘家族的成员,同时在理论与技术上渗透到地理、地质、矿业勘探、地球物理、城镇建设、铁路和公共交通工程各方面,建立了各自的专业测绘生产体系,推动了测绘科技的发展。从《测绘学报》历年的稿件和测绘学会的学术活动中,可清楚地看到这一点。

  全球卫星定位系统、航天遥感、数字制图技术的出现,从根本上改变了测绘生产模式,提高了产品质量,增加了产品种类,扩大了服务面,将传统的测绘业推向了国家科学技术的前沿。

  近年来,认知科学和信息技术的进步与国家发展安全的需求,促使测绘与移动通信、网络构建、管理控制系统、救灾维稳、导航定位、国土资源调查、临近空间探测等一系列重要任务紧密结合,取得了显著效果。测绘科学技术在不断提高测绘保障能力的同时,也逐渐显露了传统测绘科技的一些短板。目前测绘科技至少在下述4个方面有进一步思考和提高的必要:一是需要将测绘与地图的服务领域,从地球表面向多维空间(或称赛博空间)拓展,使之适应信息时代人的生存空间已向虚拟空间扩展的状况;二是将为“人”服务的测绘产品拓展到为“机器人”或人机结合的平台或系统提供测绘保障;三是主动与文化和社会科学对接,挖掘测绘与地图的文化含义,改变测绘业单纯技术的形象;四是测绘科技本身的供给侧改革已提到日程上,这一次变革之大甚至会动摇200多年来形成的测绘格局和学科体制,是一次世界性的改变。

  1 测绘服务领域应从地球表面向多维空间(赛博空间)扩展

  测绘的对象和地图的表达主要是人类存在的物理空间,但也不止于此。除专题地图所描绘的知识空间外,地形图上的“地名”就是一个无形的附加文化空间;自然地理和经济地理的“区划”也并非确切的位置,而是研究工作的结果,其边界是一条抽象概括的线。天气预报地图也是如此,所以过去就有地图是多维地理环境的综合表达的说法。今天的多维环境已有更多的表述,例如网络空间、电磁空间,更增加了人工构成的虚拟空间,它们和地理空间有紧密的联系,但又有自己独立存在的特点,已经成为人类生存空间的一部分,于是就有了赛博空间(cyberspace)*的提出。赛博空间是我们需要面对的一个新领域,我国的IT界因为长期关注网络技术,先入为主总是把赛博空间与网络空间混为一谈,是引进初期误译的结果,但这是两个不同的概念。赛博空间是一个集多维空间为一体的人类活动新领域,即在虚拟空间中,将人类行为、经济现象、人文历史的地缘关系、网络行动等综合而联系地加以认识,探索它们之间的关系和存在规律,是一个可视化、虚拟现实、通信技术、移动网络和人工智能诸因素和技术共同支撑下的人类活动的新空间。因此,社会科学家们比IT技术专家较早的给予了关注[3],因为他们已预见到了赛博空间将引发人类人文关系、伦理道德的变化,进而会波及哲学根本问题的思考。紧跟着就是与地理、测绘有关的学者提出“赛博空间如何描述和表达的问题”[4]。从地图学的视角看,一个人类活动的新空间,就像过去用地形图表达地理空间一样,理应用一种新的方法加以表示。况且随着计算机图像和可视化技术的发展,当代的地图学已经利用多维动态的方法将一些无形的现象有形的表达在地图上,也将历史地图时空固化的传统绘法改变为时空压缩和动态过程的回顾的水平。依托地图学的深度和广度的发展来描述赛博空间应该是学科的职责所在。

  *赛博空间(cyberspace)是一个引进的术语,《中国科技术语》2014年第16卷第6期专栏讨论了该术语的译名问题。笔者认为,由于这一术语当前的多义性,倾向于音译,本文暂用此名。

  军方对赛博空间有更敏感和更实在的理解,简单地说就是将知识空间、社会空间、网络空间与现实的火力空间相结合,是一个联合作战所必须面对和认识的综合性空间。通过各种技术,保障各空间最有效的互联、互通,而地图学的作用就体现在提供指挥部使用的“通用联合作战图”,一种用各种可视化设备及支撑数据,将战场态势集成显示在电子地图上。

  美国现代军事术语[5]定义赛博空间是一个虚拟空间:是一个“连接各种信息技术的基础设施,包括互联网、电信网、传感器网、武器平台、计算机系统和嵌入式处理器与控制器,并具有时域、空域、频域和能域特征的广阔领域,由训练有素的人发挥关键控制作用的虚拟现实环境”。这是一个较具体的定义,也是美国军方实现军兵种联合作战的空间认知保障,特别是和武器平台相联结,体现了虚实结合的特征。国内传媒与某些专业领域,常把赛博空间混同于网络空间,这样将会引起宣传、教学和研发工作的误导。

  不仅军方,赛博空间概念的形成对于经济发展、社会治安、抢险救灾诸多任务中也有重要的实际意义。设想在一个紧急应对突发事件的环境中,来自舆论、社情、环境和救援态势的各方信息都要汇总于指挥部,此时决策者必须快速在诸多利害关系中做出决策,若能提供态势进展的综合处理、反映环境状况的地图有多么重要,这就是赛博地图。

  “我们的精神世界和物质世界一样真实可靠”,科学的成功之处在于把自然现象的规律用数学语言来表达,而近年来的精神心理学研究也找了不少心理体验的事实证据,可以把内心的精神世界加以描述。赛博空间和赛博地图的提出,为这一概念的形成,为颠覆传统的物质与精神划分,提供了有力支持[6-7]。

  受限于传统学科的划分和可视化技术研究的分散,我国在虚拟空间和网络空间的表达上始终缺乏突破性的成果,在一定程度上也限制了赛博空间的表述。不少论述网络技术和空间关系的论文,最后都缺少一幅表述网络与现实关系的地图,总有深度不够的感觉。赛博地图就是“接地气”的一个途径,是创新思维产生的索引。这几年已有不少青年学者关注于此,并不断取得了较好的成绩[8-9]。北京大学开发的“ThemeMap”可视化分析平台就是一个代表性的成果,用此平台绘出了我国东部地区半个月内的微博密度图[10]。事实上,我们的日常生活已经进入了赛博空间,只是需要主动地去认识它和表达它。

[责任编辑:谢履豪]
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