陳軍^1,3，王艷慧²，武昊^1,3，劉萬(wàn)增^1,3

1. 國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830

2. 首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048

3. 自然資源部時(shí)空信息與智能服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100830

關(guān)鍵詞：時(shí)空信息；時(shí)空型賦能；高質(zhì)量發(fā)展；基本問(wèn)題；發(fā)展方向

摘要 ：充分發(fā)揮時(shí)空信息數(shù)據(jù)要素價(jià)值，全面有效地支撐國(guó)家和地方高質(zhì)量發(fā)展，已成為政府部門、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱門話題。但當(dāng)前時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱，亟需理清其基本內(nèi)涵、賦能機(jī)理、發(fā)展戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)路徑等。為此，本文聚焦時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的基本問(wèn)題與發(fā)展方向，首先從“賦能”的內(nèi)涵出發(fā)，討論了數(shù)字化賦能、全局性賦能和時(shí)空型賦能的基本概念，分析指出了無(wú)所不在的時(shí)空連接、無(wú)時(shí)不用的時(shí)空計(jì)算、無(wú)所不及的時(shí)空智能是時(shí)空賦能的三大基本方式；繼而討論了當(dāng)前時(shí)空賦能所面臨的問(wèn)題，提出了時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的發(fā)展方向，包括打造實(shí)景三維中國(guó)、建設(shè)時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)建時(shí)空知識(shí)服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等，并簡(jiǎn)要討論了時(shí)空信息在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府等方面的未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景。

1  引言

經(jīng)過(guò)多年的創(chuàng)新發(fā)展，以遙感、空間定位、地理信息系統(tǒng)為核心的時(shí)空信息技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，與人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域的交叉融合亦成常態(tài)，極大地增強(qiáng)了多維動(dòng)態(tài)時(shí)空數(shù)據(jù)獲取、信息提取與分析服務(wù)的能力，有效地提升了人類對(duì)所居住星球和生存環(huán)境的感知、認(rèn)知與管控水平（王之卓，1979；陳述彭，1983；陳軍等，1994；劉經(jīng)南和高柯夫，2017）。隨著時(shí)空信息技術(shù)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全等方面的廣泛推廣與深入應(yīng)用，尺度多元、內(nèi)容豐富、形式多樣的時(shí)空信息產(chǎn)品層出不窮，多類型、跨層級(jí)的時(shí)空應(yīng)用場(chǎng)景與服務(wù)不斷涌現(xiàn)，正逐步地融入各級(jí)政府規(guī)劃、管理、決策過(guò)程和千家萬(wàn)戶的生活之中（陳軍，2003，2005；王家耀，2022）。在全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的今天，時(shí)空信息已成為重要的戰(zhàn)略性信息資源和核心生產(chǎn)要素，被公認(rèn)為新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)家和地方的高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的重要作用。

高質(zhì)量發(fā)展的核心理念和基本內(nèi)涵與聯(lián)合國(guó)倡導(dǎo)的2030可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)十分相近（牛文元，2012，2014；Elkington，2018；薛瀾和翁凌飛，2017）。可持續(xù)發(fā)展是一種底線發(fā)展思維，而高質(zhì)量發(fā)展是中國(guó)化的高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展要求。事實(shí)上，高質(zhì)量發(fā)展是針對(duì)傳統(tǒng)粗放型增長(zhǎng)存在的問(wèn)題，通過(guò)統(tǒng)籌推進(jìn)“數(shù)量合理增長(zhǎng)”與“質(zhì)量穩(wěn)步提升”，將片面追求數(shù)量追趕、規(guī)模擴(kuò)張、要素驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐再|(zhì)量追趕為主要任務(wù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化為主要途徑、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為主要?jiǎng)恿Γ越鉀Q發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的不平衡、不充分問(wèn)題，從“有沒(méi)有”走向“好不好”，更好地滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要（王一鳴，2018；盛來(lái)運(yùn)，2020；劉瑞強(qiáng)等，2021）。其目的旨在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)和生態(tài)文明“五位一體”的全面發(fā)展，推動(dòng)高水平供給與需求的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)展，支撐廣袤地域空間的均衡持續(xù)發(fā)展（陳軍等，2019b；趙劍波等，2019；呂誠(chéng)倫和王雄，2021）。

就本質(zhì)而言，高質(zhì)量發(fā)展是一個(gè)綜合性的時(shí)空過(guò)程，既涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、生態(tài)諸多領(lǐng)域，所有地區(qū)發(fā)展都必須貫徹，又必須長(zhǎng)期堅(jiān)持，呈現(xiàn)出鮮明的空間性、整體性、連續(xù)性特征。針對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)空分異、多維動(dòng)態(tài)等特征，開(kāi)展從宏觀到微觀的調(diào)查監(jiān)測(cè)，進(jìn)行定性–定量–定位相結(jié)合的時(shí)空分析，是做好高質(zhì)量發(fā)展的規(guī)劃制定、活動(dòng)實(shí)施、治理管理的必然選擇與重要抓手（陳軍，2001；陳軍等，2019a）。多年來(lái)，國(guó)家和地方組織實(shí)施了形式多樣、不同層次的調(diào)查評(píng)價(jià)、規(guī)劃編制、監(jiān)測(cè)評(píng)估工程，以摸清發(fā)展的地理空間條件，優(yōu)化空間發(fā)展格局，認(rèn)清政策方針的時(shí)空效應(yīng)，發(fā)揮了十分重要的作用。隨著高質(zhì)量發(fā)展成為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的首要任務(wù)，充分發(fā)揮時(shí)空信息的作用，全面有效地支撐國(guó)家和地方的高質(zhì)量發(fā)展，已提上各級(jí)政府部門的重要議事日程，也成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱門話題（陳軍等，2022b）。但迄今為止，人們對(duì)時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱，亟需理清其基本內(nèi)涵、賦能機(jī)理、發(fā)展戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)路徑等。

本文針對(duì)這一熱點(diǎn)話題，討論時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的基本問(wèn)題與發(fā)展方向。從“賦能”的內(nèi)涵出發(fā)，討論了數(shù)字化賦能、全局性賦能和時(shí)空型賦能的基本概念，分析指出無(wú)所不在的時(shí)空連接、無(wú)時(shí)不用的時(shí)空計(jì)算、無(wú)所不及的時(shí)空智能是時(shí)空賦能的三大基本方式；繼而分析了當(dāng)前時(shí)空賦能所面臨的問(wèn)題，提出了當(dāng)前時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的發(fā)展方向，包括構(gòu)建實(shí)景三維中國(guó)、建設(shè)時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)建時(shí)空知識(shí)工程等，并簡(jiǎn)要討論了時(shí)空信息在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府等方面的未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1 高質(zhì)量發(fā)展對(duì)時(shí)空信息賦能的需求

Fig. 1  Demand for spatio-temporal information empowerment in high-quality development

3  主要賦能作用

就總體而言，時(shí)空型賦能的作用可分為三個(gè)方面：一是無(wú)處不在的時(shí)空連接；二是無(wú)時(shí)不用的時(shí)空計(jì)算；三是無(wú)所不及的時(shí)空智能。時(shí)空連接是提供統(tǒng)一的地理空間框架，有效關(guān)聯(lián)國(guó)土空間范疇內(nèi)的各種信息，實(shí)現(xiàn)集成建模與綜合表達(dá)，形成全域覆蓋、尺度多元的數(shù)字國(guó)土空間，為時(shí)空計(jì)算和時(shí)空智能奠定基礎(chǔ)；時(shí)空計(jì)算是依托算法和算力，支撐各種算法的實(shí)時(shí)調(diào)用與有效組合，完成海量時(shí)空大數(shù)據(jù)的計(jì)算處理（陳鵬，2021）；而時(shí)空智能的核心則是通過(guò)自然智能與人工智能的深入融合，提升主體的自主行為能力，使之能夠通過(guò)自監(jiān)督甚至無(wú)監(jiān)督的方式設(shè)計(jì)并執(zhí)行治理方案，從而優(yōu)化治理手段、完成治理任務(wù)和改進(jìn)治理績(jī)效（郝躍等，2022）。高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)空內(nèi)涵與賦能路徑，如圖2所示。

圖2  高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)空內(nèi)涵與賦能路徑

Fig. 2  Spatio-temporal connotations and empowerment pathways of high-quality development

3.1  時(shí)空連接

時(shí)空連接是依據(jù)統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)或坐標(biāo)體系，通過(guò)空間網(wǎng)格剖分、地理實(shí)體建模、時(shí)空關(guān)系描述、物聯(lián)網(wǎng)信息接入等方式，將國(guó)土空間地上與地下、室內(nèi)與室外、陸地與海洋的各類自然要素、人工地物和各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象及相互關(guān)系數(shù)字化，關(guān)聯(lián)多類型、多分辨率的圖形、圖像、文本、視頻、音頻數(shù)據(jù)，并貫通過(guò)去、現(xiàn)在及未來(lái)的多時(shí)態(tài)信息；繼而通過(guò)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的融入，以數(shù)據(jù)鏈驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)鏈，實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間范疇內(nèi)人物、事件、地點(diǎn)、時(shí)間等的集成建模與綜合表達(dá)，形成精準(zhǔn)、可運(yùn)行的統(tǒng)一時(shí)空框架和數(shù)字空間。事實(shí)上，時(shí)空連接是利用時(shí)空數(shù)據(jù)的空間載體作用，通過(guò)多源異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等各種非空間數(shù)據(jù)的接入，對(duì)所關(guān)注業(yè)務(wù)對(duì)象的生命周期時(shí)間狀態(tài)和空間地理位置狀態(tài)進(jìn)行追蹤，并實(shí)時(shí)地記錄和監(jiān)測(cè)基于空間位置的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建能反映物理世界與數(shù)字世界聯(lián)通–映射關(guān)系的數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)宏觀、中觀和微觀數(shù)據(jù)的泛在連接、萬(wàn)物觸達(dá)及全面感知，把整個(gè)世界變成人–機(jī)–物有機(jī)融合的三元空間。這有助于打破行業(yè)、地域等因素形成的數(shù)據(jù)條塊分割，克服數(shù)據(jù)采集、信息處理與知識(shí)服務(wù)中的各種時(shí)空制約，以時(shí)空信息驅(qū)動(dòng)萬(wàn)物互聯(lián)，支撐數(shù)據(jù)要素的高效流通。

值得指出的是，以往人們主要是采用點(diǎn)–線–面的平面圖或柵格模型，所生成的2維或2.5維信息主要用作數(shù)字地理底圖，難以有效支撐與社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的關(guān)聯(lián)。20世紀(jì)90年代，英國(guó)測(cè)繪部門提出構(gòu)建地理實(shí)體，采用唯一標(biāo)識(shí)、一體化表達(dá)、增量更新等技術(shù)手段，生產(chǎn)和提供以地理實(shí)體為特點(diǎn)的數(shù)字國(guó)家框架（Digital National Framework，DNF），方便與其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的關(guān)聯(lián)與集成。其后，我國(guó)“天地圖”平臺(tái)等開(kāi)展了地理空間實(shí)體的構(gòu)建研究，制定了相關(guān)技術(shù)規(guī)范，但尚難以全面有效地支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的空間化連接或掛接。實(shí)際上，地理空間實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在、具有空間位置、可以相互區(qū)分的要素，具有多類型、多尺度、多粒度等特點(diǎn)，是連接各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的重要基礎(chǔ)。應(yīng)該在傳統(tǒng)2維或2.5維數(shù)字地理底圖的基礎(chǔ)上，大力研發(fā)和生產(chǎn)多類型、多尺度、多粒度的地理空間實(shí)體。

除了事先固定的時(shí)空連接之外，往往還需要通過(guò)時(shí)空計(jì)算、推理、演繹和學(xué)習(xí)等手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的時(shí)空連接。例如，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)提供的各種感知數(shù)據(jù)，通過(guò)幾何匹配、語(yǔ)義挖掘等技術(shù)，解決數(shù)據(jù)建而未連、連而不通、通而不暢等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“人”“企”“物”等要素實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)與匯聚。

3.2  時(shí)空計(jì)算

時(shí)空信息具有數(shù)據(jù)海量、處理專業(yè)、更新頻繁等特點(diǎn)，往往要借助系統(tǒng)平臺(tái)及其提供的模型與方法，經(jīng)過(guò)時(shí)空計(jì)算，挖掘和實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)要素價(jià)值（劉耀林等，2022；鄭宇，2023）。隨著萬(wàn)物互聯(lián)–時(shí)空連接時(shí)代的到來(lái)，海量時(shí)空信息日新月異，高層次時(shí)空分析和多元化時(shí)空?qǐng)鼍皯?yīng)用層出不窮，需要利用包括時(shí)空知識(shí)圖譜、空間關(guān)系、動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算等模型方法，開(kāi)展靜態(tài)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)或?qū)崟r(shí)化的時(shí)空計(jì)算，這對(duì)以系統(tǒng)平臺(tái)、模型方法和數(shù)據(jù)為基本要素的時(shí)空算力提出了新的要求。

就系統(tǒng)平臺(tái)而言，傳統(tǒng)服務(wù)計(jì)算平臺(tái)采用單體或SOA（service oriented architecture）架構(gòu)，以應(yīng)用系統(tǒng)為基本部署單元，以目錄服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)為主，只能提供簡(jiǎn)單、靜態(tài)的服務(wù)計(jì)算功能，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的跨域共享和協(xié)同交互，導(dǎo)致“數(shù)據(jù)煙囪、信息孤島、應(yīng)用碎片化”的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，無(wú)法滿足時(shí)空大數(shù)據(jù)分布式協(xié)同分析計(jì)算的應(yīng)用需求（Chen等，2017；駱劍承等，2016）。近年來(lái)，遙感地理信息生產(chǎn)與服務(wù)系統(tǒng)正朝著智能處理、云端服務(wù)的方向發(fā)展（程偉等，2022；王小娜等，2022；張兵等，2022）。雖然引入了云原生（cloud native）等互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的最新理念，但由于時(shí)空信息的特殊性，在服務(wù)計(jì)算云平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、核心技術(shù)、產(chǎn)品形式和應(yīng)用模式等方面仍缺少系統(tǒng)性研究，對(duì)于國(guó)外商業(yè)和開(kāi)源平臺(tái)的依賴較為嚴(yán)重（黃鵬和李宏寬，2021；周雄偉等，2023），“重應(yīng)用、輕基礎(chǔ)”的產(chǎn)業(yè)格局仍未得到根本轉(zhuǎn)變，對(duì)于時(shí)空信息領(lǐng)域供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的安全韌性水平形成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，迫切需要利用動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算和云開(kāi)發(fā)（如Serverless computing）等新技術(shù)（Jonas等，2019），研究構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、專業(yè)化的時(shí)空信息動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算平臺(tái)，打造能有效支撐時(shí)空信息計(jì)算的算力基礎(chǔ)設(shè)施。

人類社會(huì)、信息空間和物理世界的人–機(jī)–物三元空間的不斷發(fā)展，對(duì)時(shí)空計(jì)算的模型方法提出了新的更高要求（朱慶和付蕭，2017）。例如，國(guó)土空間是人類社會(huì)生存與發(fā)展的主要場(chǎng)所，也是自然環(huán)境與人類活動(dòng)高度耦合的多維動(dòng)態(tài)巨系統(tǒng)（林樹(shù)高等，2022；曹小曙，2019；于昊辰等，2023），既表現(xiàn)出復(fù)雜多樣的空間格局和地域差異，又具有時(shí)空過(guò)程、時(shí)空伴隨、時(shí)空相關(guān)等特征，需要采用時(shí)空大數(shù)據(jù)的流空間分析和大模型等方法（裴韜等，2020），開(kāi)展國(guó)土空間人群分布流動(dòng)與地域分異的時(shí)空分析，進(jìn)行駐留軌跡和出行特征的時(shí)空刻畫與描述，為國(guó)土空間人地關(guān)系的理解和調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)（周素紅等，2021；鄒利林等，2022；席廣亮等，2022）。為此，應(yīng)針對(duì)具體的賦能領(lǐng)域與需求，研發(fā)空間結(jié)構(gòu)、行為模式、演化路徑、空間受限、要素匹配、時(shí)空均衡、集約節(jié)約、政策效應(yīng)等時(shí)空計(jì)算模型與方法，為相應(yīng)特征參數(shù)與核心指標(biāo)提取、發(fā)展條件的家底研判、發(fā)展?fàn)顟B(tài)的追蹤監(jiān)測(cè)、發(fā)展效應(yīng)的評(píng)估分析，以及發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等提供先進(jìn)高效的計(jì)算手段。

3.3  時(shí)空智能

人工智能是對(duì)人類智能進(jìn)行模擬、延伸與擴(kuò)展的理論方法和技術(shù)。若能在其中考慮或加入時(shí)空位置、分布與變化特性，則可望形成具有時(shí)空特征的人工智能技術(shù)與知識(shí)工程，用于完成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的時(shí)空化智能分析與知識(shí)服務(wù)。有研究曾指出，時(shí)空智能是通過(guò)機(jī)器對(duì)環(huán)境要素的動(dòng)態(tài)感知和不同時(shí)空尺度的深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)時(shí)空模式挖掘、行為預(yù)測(cè)與自主決策（向輝等，2021，王志剛等，2020）。其是人類重要的認(rèn)知智能基礎(chǔ)，是人們對(duì)物理和社會(huì)環(huán)境的時(shí)空特征進(jìn)行感知、認(rèn)知，進(jìn)而辨識(shí)、調(diào)整其與自身生存關(guān)系的能力（陳陽(yáng)等，2022）。

時(shí)空智能是以高質(zhì)量時(shí)空信息為基礎(chǔ)的。其可通過(guò)現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的“全域、全量、全息、動(dòng)態(tài)”的同構(gòu)映射，與時(shí)空大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法等耦合，實(shí)現(xiàn)時(shí)空感知、時(shí)空認(rèn)知和時(shí)空計(jì)算。例如，在實(shí)景三維數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)地理空間實(shí)時(shí)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，可以開(kāi)展時(shí)空型監(jiān)測(cè)、反饋、調(diào)控與服務(wù)，在三維數(shù)字空間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出解決方案，再回饋至現(xiàn)實(shí)世界的“物理空間”及人類活動(dòng)的“社會(huì)空間”，從而實(shí)現(xiàn)信息化條件下的智能化應(yīng)用（陳軍等，2022a）。

時(shí)空智能的應(yīng)用模式可以分為公共服務(wù)型和自主構(gòu)建型兩種類型。前者是構(gòu)建公共的時(shí)空智能服務(wù)平臺(tái)或中心，提供智能化的時(shí)空感知、時(shí)空認(rèn)知和時(shí)空管控等，支持用戶在自己已有的應(yīng)用場(chǎng)景中提升智慧化應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)全方位的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警和全流程的智能管控調(diào)控。例如，在智能感知方面，建立智能處理中心和控制服務(wù)中心，通過(guò)實(shí)時(shí)感知、遠(yuǎn)程分析、動(dòng)態(tài)反饋、適時(shí)控制，構(gòu)建天空地一體化的協(xié)同感知與監(jiān)測(cè)監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)、工況、環(huán)境等的有效感知。在智能認(rèn)知方面，建立時(shí)空知識(shí)中心，構(gòu)建領(lǐng)域時(shí)空知識(shí)圖譜，發(fā)展基于關(guān)聯(lián)查詢的格局描述、因果分析的成因診斷、計(jì)算推理的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以及知識(shí)融合的方案推薦等方法（劉萬(wàn)增等，2021）。在智能管控方面，構(gòu)建智慧化管控平臺(tái)，支撐面向具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景的業(yè)務(wù)流程梳理、主控要素解析、時(shí)空變量建模、時(shí)空智能計(jì)算等，提供“描述型、診斷型、預(yù)測(cè)型、方案型”的時(shí)空知識(shí)服務(wù)（陳軍等，2019a）。后者是由用戶自主構(gòu)建智能化應(yīng)用平臺(tái)。為此，應(yīng)建立時(shí)空智能的計(jì)算框架，集成時(shí)空記憶、時(shí)空推理、時(shí)空學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)，研制時(shí)空智能計(jì)算引擎，支撐時(shí)空信息的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)建模、認(rèn)知計(jì)算、靈性表達(dá)與知識(shí)服務(wù)。用戶只需定義自己的應(yīng)用場(chǎng)景，按照特定的規(guī)則進(jìn)行應(yīng)用建模和流程編排，分節(jié)點(diǎn)調(diào)用時(shí)空智能引擎，即可對(duì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景涉及的自然、人文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)體的要素、現(xiàn)象、過(guò)程、事件等進(jìn)行空間格局解析、結(jié)構(gòu)診斷、成因分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的時(shí)空智能應(yīng)用（劉萬(wàn)增等，2022）。

4  發(fā)展方向

在過(guò)去十多年里，我國(guó)利用以遙感、地理信息系統(tǒng)和空間定位為主體的現(xiàn)代時(shí)空信息技術(shù)，組織完成了全國(guó)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查、第三次全國(guó)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)、自然資源確權(quán)登記、全國(guó)土壤普查、國(guó)土年度變更調(diào)查、全國(guó)森林資源清查等重大工程，開(kāi)展了基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的國(guó)土空間規(guī)劃分析，實(shí)施了“五級(jí)三類”國(guó)土空間規(guī)劃編制，建立了國(guó)土空間規(guī)劃“一張圖”系統(tǒng)；開(kāi)展了自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、碳排放監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)核算等技術(shù)體系研究與建設(shè)，以及對(duì)標(biāo)聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展議程的空間型監(jiān)測(cè)評(píng)估試點(diǎn)等。但就整體而言，時(shí)空信息的賦能作用尚未充分發(fā)揮，數(shù)據(jù)開(kāi)放共享水平還不夠高，與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合的深度不足，與當(dāng)前國(guó)家和地方高質(zhì)量發(fā)展的要求尚有較大差距。具體說(shuō)來(lái)，目前高品質(zhì)的時(shí)空數(shù)據(jù)供給不足，統(tǒng)一權(quán)威的時(shí)空數(shù)據(jù)底座建設(shè)尚需加強(qiáng)；時(shí)空數(shù)據(jù)的高效率流通不暢，安全可信的時(shí)空數(shù)據(jù)流通體系亟需建立；時(shí)空信息的高層次分析能力不強(qiáng)，高耦合應(yīng)用不深，以人為本的高層次時(shí)空數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景亟待開(kāi)拓（陳軍等，2022a）。為此，應(yīng)該積極開(kāi)展時(shí)空信息治理，進(jìn)一步加強(qiáng)時(shí)空信息賦能的基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)所需的三維時(shí)空底座，建設(shè)高水平時(shí)空計(jì)算的算力基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施時(shí)空知識(shí)工程，更好地支撐數(shù)字化發(fā)展、賦能高質(zhì)量發(fā)展。時(shí)空信息賦能數(shù)字政府–數(shù)字經(jīng)濟(jì)–數(shù)字社會(huì)的主要內(nèi)容和方式，如圖3所示。

圖3  時(shí)空信息賦能數(shù)字政府–數(shù)字經(jīng)濟(jì)–數(shù)字社會(huì)

Fig. 3  Spatio-temporal information empowering digital government-digital economy-digital society

4.1  建設(shè)實(shí)景三維中國(guó)統(tǒng)一時(shí)空框架，提供高品質(zhì)時(shí)空數(shù)據(jù)供給

以往測(cè)繪部門生產(chǎn)的4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品，主要是依據(jù)平面圖或柵格模型，對(duì)具有鮮明多維、動(dòng)態(tài)特征的現(xiàn)實(shí)空間世界進(jìn)行數(shù)字化抽象、描述與表達(dá)，提供對(duì)各項(xiàng)工程建設(shè)與管理決策的支撐。在全社會(huì)數(shù)字化發(fā)展的新形勢(shì)下，傳統(tǒng)2維或2.5維的4D產(chǎn)品及其代表的數(shù)字地理空間框架表現(xiàn)出一定的局限性，已難以完全滿足在真三維數(shù)字空間中觀察、量測(cè)、分析、研判及模擬的需要，也無(wú)法全面支撐數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通。為了有效地支撐國(guó)家數(shù)字化發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展，自然資源部近期大力倡導(dǎo)和推進(jìn)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)，旨在為數(shù)字中國(guó)提供新一代的三維時(shí)空框架，為各行各業(yè)的數(shù)字化發(fā)展與應(yīng)用提供時(shí)空基底（陳軍等，2022a）。其核心是將多維動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)地理空間抽象為多類型、多尺度、多粒度的自然、人文和人工的地理空間實(shí)體，并進(jìn)行真實(shí)、立體的數(shù)字化描述與表達(dá)，研制出能客觀真實(shí)反映人類生產(chǎn)空間、生活空間和生態(tài)空間的實(shí)景三維信息產(chǎn)品，便于關(guān)聯(lián)和整合各類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和行業(yè)的多模態(tài)專題信息，更好地開(kāi)展時(shí)空演變、知識(shí)挖掘等高層次時(shí)空分析。

例如，依托實(shí)景三維中國(guó)提供的基礎(chǔ)地理實(shí)體和地理場(chǎng)景數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可以將反映自然資源、資產(chǎn)和資本的各類調(diào)查、監(jiān)測(cè)與分析評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成自然資源的實(shí)體數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)基于時(shí)態(tài)、位置、數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)的自然資源時(shí)空信息集成，建立起多尺度、多粒度的自然資源時(shí)空?qǐng)鼍澳Ｐ停约鞍y(tǒng)一底圖、底數(shù)、底板的實(shí)景三維國(guó)土信息模型，以更好地支撐自然資源的高效管理和國(guó)土空間的智慧管控（陳軍等，2022a；唐華等，2022）。值得說(shuō)明的是，手機(jī)信令、監(jiān)控視頻、興趣點(diǎn)（point of interest，POI）數(shù)據(jù)等泛在時(shí)空數(shù)據(jù)在反映人類時(shí)空活動(dòng)與行為等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)或特點(diǎn)，應(yīng)研究打通它們與實(shí)景三維中國(guó)的聯(lián)通與鏈接渠道，增強(qiáng)實(shí)景三維數(shù)據(jù)的語(yǔ)義。此外，還應(yīng)進(jìn)一步考慮政府、企業(yè)、個(gè)人、海外、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多種數(shù)據(jù)來(lái)源與地理空間實(shí)體的對(duì)接，逐步形成人、物、事、地等各類信息的動(dòng)態(tài)匯聚與時(shí)空整合。

4.2  打造時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施，支撐高層次時(shí)空分析應(yīng)用

無(wú)論是數(shù)據(jù)、算法模型還是平臺(tái)建設(shè)，當(dāng)前時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施與高水平時(shí)空計(jì)算的要求尚有較大差距。例如，算法模型以空間分析和數(shù)據(jù)處理為主，難以完全覆蓋高層次時(shí)空分析的內(nèi)容，系統(tǒng)平臺(tái)仍停留在SOA階段，尚未實(shí)現(xiàn)與云開(kāi)發(fā)、動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算等最新服務(wù)計(jì)算技術(shù)的深度融合，無(wú)法滿足跨域共享、動(dòng)態(tài)協(xié)同、智能計(jì)算的時(shí)空信息計(jì)算要求（陳軍等，2022a；吳華意等，2022）。為此，應(yīng)在實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的同時(shí)，整合多源、多類型、多維度時(shí)空數(shù)據(jù)，研發(fā)面向自然資源監(jiān)測(cè)、國(guó)土空間規(guī)劃、可持續(xù)發(fā)展評(píng)估等典型領(lǐng)域的高層次時(shí)空分析模型，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、專業(yè)化的時(shí)空計(jì)算平臺(tái)，提供高質(zhì)量的時(shí)空信息服務(wù)（張廣運(yùn)等，2021）。

具體來(lái)說(shuō)，就是要在傳統(tǒng)4D產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，以地理實(shí)體產(chǎn)品為紐帶，整合地理場(chǎng)景產(chǎn)品與地理實(shí)景產(chǎn)品，關(guān)聯(lián)國(guó)土空間信息和數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字政務(wù)、數(shù)字社會(huì)等數(shù)據(jù)，建立邏輯上一體、物理上分散的分布式時(shí)空信息數(shù)據(jù)資源，形成時(shí)空信息大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；以國(guó)家重大應(yīng)用為導(dǎo)向，構(gòu)建包括影像解析預(yù)訓(xùn)練大模型（張繼賢等，2021）、時(shí)空分析預(yù)測(cè)算法（張顯峰和崔偉宏，2001；朱會(huì)義等，2001；Zhang等，2020）、基礎(chǔ)指標(biāo)計(jì)算因子和決策模擬模型（陳軍等，2018；王卷樂(lè)等，2018；Liang等，2023）在內(nèi)的高層次分析計(jì)算模型，設(shè)計(jì)滿足個(gè)性化應(yīng)用需求的“積木式”或“拖拽式”的時(shí)空計(jì)算工具，從單純地提供基礎(chǔ)計(jì)算，走向提供定制化的高層次計(jì)算能力。通過(guò)對(duì)云開(kāi)發(fā)和動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算的深入研究，研發(fā)資源匯聚融合、處理動(dòng)態(tài)構(gòu)建、服務(wù)動(dòng)態(tài)推送等關(guān)鍵技術(shù)方法，解決數(shù)據(jù)資源匯聚集成難、領(lǐng)域知識(shí)凝練利用難、模型算法協(xié)同交互難等技術(shù)瓶頸，打通和整合各種數(shù)據(jù)、系統(tǒng)平臺(tái)資源，研制時(shí)空信息動(dòng)態(tài)服務(wù)計(jì)算平臺(tái)，形成開(kāi)放式、可持續(xù)的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建橫向互聯(lián)、縱向貫通、智能高效、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施。

4.3  開(kāi)展時(shí)空知識(shí)工程研究，提供高水平時(shí)空決策服務(wù)

時(shí)空知識(shí)是對(duì)實(shí)體空間位置、形態(tài)、分布、關(guān)系、運(yùn)動(dòng)、變化、趨勢(shì)等信息進(jìn)行概括和凝練，形成的具有時(shí)空特性、關(guān)聯(lián)化、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)（劉萬(wàn)增等，2021）。時(shí)空知識(shí)服務(wù)可用于對(duì)人和機(jī)器進(jìn)行雙向賦能，實(shí)現(xiàn)信息和知識(shí)的倍增效應(yīng)，因而成為時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。但目前人們對(duì)時(shí)空知識(shí)工程的研究剛剛起步，尚缺乏成套的實(shí)用模型算法和工程化軟件系統(tǒng)，致使“數(shù)據(jù)海量、信息爆炸、知識(shí)難求”的矛盾十分突出（陳軍等，2019a）。開(kāi)展時(shí)空知識(shí)工程的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新（孫一賀等，2020），從海量時(shí)空數(shù)據(jù)中挖掘有價(jià)值的時(shí)空知識(shí)，提供數(shù)據(jù)–信息–知識(shí)服務(wù)，是時(shí)空信息賦能研究的主要任務(wù)。

為此，首先要研究統(tǒng)一的時(shí)空知識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)從單一時(shí)空數(shù)據(jù)組織與表達(dá)到實(shí)體概念、過(guò)程、行為及其關(guān)系的整體性與系統(tǒng)性描述，以有效支撐對(duì)數(shù)據(jù)–信息–知識(shí)–智慧的全鏈條認(rèn)知；其次，應(yīng)建立時(shí)空大數(shù)據(jù)治理的基礎(chǔ)平臺(tái)與服務(wù)模式（林琿等，2018），對(duì)多時(shí)態(tài)、多維度、多尺度、多要素時(shí)空大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效治理，與多來(lái)源、多層次、多類型的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間化融合，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨領(lǐng)域、跨區(qū)域數(shù)據(jù)共享；繼而，應(yīng)研制時(shí)空知識(shí)建模、抽取、融合、存儲(chǔ)、推理的一系列模型、算法和工程化的軟件系統(tǒng)，以便面向經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市治理、公共服務(wù)、民生保障等高質(zhì)量發(fā)展需求，進(jìn)行業(yè)務(wù)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)構(gòu)建，靈活進(jìn)行時(shí)間、空間、語(yǔ)義概念建模，按需建立大規(guī)模領(lǐng)域時(shí)空知識(shí)圖譜（陸鋒等，2023，王鑫等，2023）。

要實(shí)現(xiàn)時(shí)空知識(shí)賦能，還需研制時(shí)空知識(shí)為引導(dǎo)、群智感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、模型算法為支撐的人機(jī)物混合–增強(qiáng)智能（陳軍等，2021，沈陽(yáng)和余夢(mèng)瓏，2023）。在多元實(shí)體時(shí)空關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，提供時(shí)空知識(shí)的深度挖掘、時(shí)空關(guān)系的演繹推理和時(shí)空事件的分析研判功能，通過(guò)空間維度的計(jì)算和分析，挖掘地理實(shí)體本質(zhì)特征、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和分布格局等知識(shí)；通過(guò)時(shí)間維度的預(yù)測(cè)和推理，展現(xiàn)地理實(shí)體的變化軌跡，揭示其內(nèi)在變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理現(xiàn)象成因、現(xiàn)狀、趨勢(shì)等因果關(guān)聯(lián)的一體化表達(dá)，提供描述型、診斷型、預(yù)測(cè)型、方案型等個(gè)性化知識(shí)服務(wù)與決策支撐。

4.4  發(fā)掘時(shí)空信息賦能潛力，支撐全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

時(shí)空信息在高質(zhì)量發(fā)展條件研判、環(huán)境調(diào)查、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過(guò)程洞察、趨勢(shì)預(yù)見(jiàn)、跟蹤問(wèn)效、模式重塑創(chuàng)新等方面大有作為。用時(shí)空信息說(shuō)話，在三維空間研判，靠時(shí)空知識(shí)決策，賦能數(shù)字化發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展，已成為政府和科技界共同關(guān)心的熱門話題（馬俊鵬等，2019；武昊，2021；陳軍等，2021）。其是通過(guò)時(shí)空感知、提取、分析、服務(wù)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，以及與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)的交叉融合，去激發(fā)不同主體所具有的數(shù)據(jù)、算法、算力等潛力，實(shí)現(xiàn)“用數(shù)據(jù)說(shuō)話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的數(shù)字治理范式（孟天廣，2021），助力數(shù)字政府、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)等建設(shè)與應(yīng)用。

（1）賦能數(shù)字政府。目前，國(guó)家和地方政府正積極利用數(shù)字技術(shù)，推動(dòng)構(gòu)建“以數(shù)據(jù)為依據(jù)、算法為核心、算力為支撐”的數(shù)字治理形態(tài)（郝躍等，2022）。時(shí)空信息通過(guò)提供時(shí)空關(guān)聯(lián)與融合、時(shí)空計(jì)算與分析、時(shí)空推理與服務(wù)等功能，在支撐數(shù)字治理過(guò)程中的時(shí)空邏輯與內(nèi)在契合方面發(fā)揮著重要的作用，可以打破層級(jí)、地域、部門、業(yè)態(tài)的限制，實(shí)現(xiàn)條塊結(jié)合與部門聯(lián)動(dòng)的治理合力，打通線上線下的治理資源，實(shí)現(xiàn)大范圍匹配后的資源精準(zhǔn)分配或科學(xué)分工。依據(jù)統(tǒng)一的三維時(shí)空底座，可以實(shí)現(xiàn)各行各業(yè)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的有效關(guān)聯(lián)、深度融合、智能處理、云化分享；在此基礎(chǔ)上，可以打造“一網(wǎng)通用”“一網(wǎng)通辦”“一網(wǎng)統(tǒng)管”等各類時(shí)空型政務(wù)服務(wù)平臺(tái)，助力治理主體走向協(xié)同化、治理層級(jí)走向扁平化和治理空間走向透明化（孟天廣，2021）。這不僅有助于實(shí)現(xiàn)政務(wù)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的全覆蓋、可追溯，而且能夠使得治理主體的互動(dòng)更加高效、治理決策的過(guò)程更加科學(xué)、治理任務(wù)的完成更加智能、治理領(lǐng)域的管理更加精細(xì)。

（2）賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)。在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的內(nèi)涵與外延可以跨越地域限制和時(shí)空限制（馮華和陳亞琦，2016）。在時(shí)空信息的支持下，通過(guò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化的協(xié)同作用，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主體可以突破溝通和協(xié)作的時(shí)空約束，重組生產(chǎn)要素，重構(gòu)發(fā)展模式，重塑發(fā)展態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)跨地域、高效率的供應(yīng)、生產(chǎn)和服務(wù)。例如，在實(shí)景三維信息的支持下，電力部門不僅能夠進(jìn)行風(fēng)、光資源時(shí)空分布的調(diào)查監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)線路巡檢、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等，而且能夠通過(guò)生產(chǎn)、服務(wù)、消費(fèi)等有關(guān)環(huán)節(jié)的時(shí)空連接，開(kāi)展跨越時(shí)空限制的生產(chǎn)要素供需匹配、資源優(yōu)化動(dòng)態(tài)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)鏈和服務(wù)鏈等全鏈條的智能互聯(lián)。這改變了經(jīng)濟(jì)時(shí)空的有效活動(dòng)范圍、行為模式及經(jīng)濟(jì)效率，在雙碳目標(biāo)下能源企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳數(shù)”新生態(tài)構(gòu)建等方面發(fā)揮著重要作用。

（3）賦能數(shù)字社會(huì)。當(dāng)前，時(shí)空泛在感知與高效傳輸?shù)哪芰Σ粩嗵嵘黝惿鐣?huì)治理的時(shí)空信息平臺(tái)不斷涌現(xiàn)，為治理信息化、管理網(wǎng)格化、服務(wù)精細(xì)化提供了先進(jìn)手段，大幅提升了人民群眾的獲得感、幸福感、安全感。例如，通過(guò)實(shí)景三維與建筑信息模型（building information modeling，BIM）、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)的有機(jī)融合，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間和各種物件的安全精細(xì)管理、應(yīng)急處置方案的分析模擬，打造社區(qū)15分鐘生活圈，優(yōu)化人居環(huán)境，重塑空間功能結(jié)構(gòu)等，促進(jìn)民生與公共服務(wù)資源的均衡性、公平性、優(yōu)質(zhì)性分配和評(píng)估，助力解決發(fā)展過(guò)程中的不平衡不充分的矛盾。

5  結(jié)束語(yǔ)

以時(shí)空信息助力數(shù)字化發(fā)展，賦能高質(zhì)量發(fā)展，意義重大，任重道遠(yuǎn)。從技術(shù)的角度看，這涉及時(shí)空數(shù)據(jù)獲取、信息處理、知識(shí)產(chǎn)生、智慧應(yīng)用的全鏈條。應(yīng)瞄準(zhǔn)時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展的重大需求，攻克時(shí)空連接、時(shí)空計(jì)算、時(shí)空智能等方面的關(guān)鍵技術(shù)難題，研制以實(shí)景三維中國(guó)為代表的新一代時(shí)空信息產(chǎn)品，打造時(shí)空算力基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施多層次的時(shí)空知識(shí)工程，提供高品質(zhì)的時(shí)空信息，支撐高層次的時(shí)空分析，開(kāi)展高水平的時(shí)空賦能。通過(guò)提供“無(wú)所不在的時(shí)空連接、無(wú)時(shí)不用的時(shí)空計(jì)算、無(wú)所不及的時(shí)空智能”，切實(shí)地推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字生活、數(shù)字治理等方面的賦能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展。從管理的角度看，時(shí)空信息賦能高質(zhì)量發(fā)展涉及政策、法規(guī)、體制等，其建設(shè)與應(yīng)用是一個(gè)龐大信息工程，很難短期一蹴而就。應(yīng)尊重發(fā)展規(guī)律，創(chuàng)新發(fā)展觀念，促進(jìn)跨界融合，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，打牢基礎(chǔ)，示范引領(lǐng)，穩(wěn)步推進(jìn)。

致謝  王東華、田海波、曹春華、陳常松、張俊、侯東陽(yáng)等為本文的撰寫提供了寶貴的意見(jiàn)和建議，在此一并表示致謝。