郑新奇，郑敏睿，肖 飞，4
（1.自然资源部国土空间大数据工程技术创新中心，北京 140083 ；
2.中国地质大学（北京）信息工程学院，北京 140083；
3.中国人民大学 公共管理学院，北京 100872；
4.自然资源部信息中心，北京 100812）
人类社会的发展，经历了从物质支撑、能量催化到信息助力的过程，反映了人类从初级智能到高级智能的不断进化。虽然信息是泛在的，但并非所有信息都能称为信息资源。从信息论的角度看，信息用于消除不确定性，信息的价值体现在不确定性的消除程度，这类有价值的信息才能构成资源。发挥信息效用、实现信息价值是信息共享和开发利用的目标。自然资源从物质到信息的转变经历了信息化的过程。信息化代表了信息技术被高度应用、信息资源被高度共享，同时，信息化也是信息技术产业发展与信息技术在社会经济各部门应用的基础上，不断改造传统的经济、社会结构从而通往理想状态的一段持续过程[1]。
笔者参与自然资源信息化相关工作至今已有30 余年。1984—1997 年，完成第一次全国土地调查（以下简称“一调”）；
2007—2009 年，完成第二次全国土地调查（以下简称“二调”）[2]；
2017—2020 年，完成第三次全国国土调查（以下简称“三调”）[3]。随着三次全国性大调查的开展，管理机构也实现从土地、国土资源到自然资源（与规划）的变化。近30 年来，信息技术发生了几次革命性的变化，从最初的单机版个人机、局域网到互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生、区块链以及现在热度很高的元宇宙等。机构变化、资源数据化、技术智能化、管理人本化等构成了一幅错综复杂的自然资源信息化图景。鉴于笔者的经历和对自然资源信息化的理解与感悟，本文从历史视角，围绕自然资源物质信息化到信息资源利用重大事件，总结讨论关于自然资源信息化的演化和展望。
国土资源信息化与土地信息学的发展密不可分，土地信息学是以权籍为核心、土地信息为对象，研究土地信息获取、分析、处理、存储与表达的理论、方法与技术，支撑土地调查、评价、规划、利用、整治和保护等信息共享与决策支持应用。中国国土资源信息化始于土地资源信息化，经历了起步、关键技术应用与稳步加速发展三个阶段[4]。本文对应将其分为土地资源信息化、国土资源信息化和自然资源信息化三个阶段并分别加以总结。
20 世纪50 年代末和60 年代初，随着计算机技术应用，数字地图开始出现，工作人员能够利用计算机对地图要素进行分析、处理。数字地图的应用从建立土地利用规划等自然资源管理信息系统开始。奥地利测绘部门于1956 年首先在计算机上建立了地籍管理数据库，随后其他国家测绘和土地管理部门都逐步开发了土地信息系统。土地信息系统的快速发展与政府部门利用计算机技术高效管理和分析大量空间属性的公共信息的迫切需求密不可分，也就是说，土地资源信息化从开始就被资源管理和规划等部门重视，并逐步投入应用。
由于计算机应用刚刚起步，“一调”的很多信息化工作先靠人工操作，如航片转绘、编图绘图、图件缩编等薄膜成图，再通过数字化板转到电脑。丰富多样的计算机应用程序，增加了后续各级数据汇总、图件缩编的难度。但是，这些信息化成果成为积木式搭建信息资源的重要里程碑。国家土地管理局从1986 年设立到1998 年被撤销，刚好是中国土地资源信息化的起步阶段。这个阶段可以说是群雄逐鹿的阶段，围绕土地资源信息化进行了大量的孤岛壁垒式探索，形成了各种各样数据格式的信息化成果。这样的结果也成为第二阶段重点解决的信息化难题之一。这个阶段起步虽然缺乏顶层设计和战略规划，但为土地资源信息化工作打开了一扇大门。
1998 年，国土资源部成立，主体业务仍然以土地资源管理为主。笔者在国土资源系统工作期间，经历了“金土工程”、国土资源“一张图”工程和“二调”。
由于土地资源信息化过程形成了多样的数据格式，依托这些数据的管理成为孤岛式管理，不能实现共享并发挥最大效益。2004 年，“金土工程”启动，为国土资源信息化的“一张图”工程奠定了坚实的基础[4]。“金土工程”在国土资源电子政务建设总体框架下，围绕国土资源管理的中心工作，选取耕地保护、地质灾害防治、矿产资源管理等重要业务，在流程梳理、整合再造的基础上，建立了覆盖国家、省、市、县四级的国土资源电子政务管理信息化系统。国土资源“一张图”工程集成了遥感、土地利用现状、土地变更调查和基础地理等多源空间数据，并实现了与国土资源的规划、审批、补充、开发利用、执法督查等行政监管系统协同调用、共同构建的统一综合监管平台。
国土资源信息化建设从1998 年国土资源部成立开始，开展“数字国土”和“金土工程”建设，实施国土资源“一张图”工程，国土资源信息化建设取得了丰硕成果[5-6]。国土资源部从1998 年成立到2018 年被撤销，实现了国土资源信息化顶层设计，其中，数据格式一体化夯实了国土资源“一张图”，实现了数据和信息共享、多源异构数据的可视化服务。
相较历经10 年的“一调”，“二调”所用时间缩短为不到4 年。这次调查以航空、航天遥感影像为主要数据源，采用内外业相结合的调查方法及统一标准的土地利用数据库建设和基于网络的信息共享及社会化服务等技术方法，建立了四级土地利用数据库、市县地籍信息系统和土地资源变化信息统计、监测与快速更新机制等，实现了调查信息的互联共享。
国土资源信息化建设历经20 年，取得突破性进展。这个阶段完成了全国国土资源“一张图”的巨大工程，实现了国土资源核心业务“地籍信息”的系统化管理，为后期的资源资产管理奠定了坚实基础。
2018 年，自然资源部成立，2017 年启动的第三次全国土地调查也改为第三次全国国土调查。调查要求充分利用遥感、卫星定位、地理信息系统及移动互联网、云计算、无人机等技术，全面应用“互联网+调查”新机制，最大限度减少人为干预。这些基本的技术规定，反映了自然资源信息化建设已经发展到新阶段。国土调查云以移动应用软件的方式服务国土调查和自然资源管理工作，具有遥感影像、基本农田、土地规划、土地调查和自然保护区等数据实时查询功能，提高了外业调查的工作效率，提升自然资源调查监测的信息化水平[7]。
自然资源部成立后，另外一个重大工程是全国国土空间规划编制。围绕国土空间规划，进一步促进了空间规划信息化水平。其中，通过学习欧盟宏观经济与土地利用政策综合评估项目（SENSoR）、欧盟2030—2050 年城市空间预测与国土影响评价[8-9]为中国国土空间规划提供了积极借鉴。研究人员对人与环境之间的互动进行了全面而深入的观察，利用新兴技术和公众共享信息收集健壮的数据集。根据收集的事实和数据，将关键的地理空间测量转换为数据驱动的计算机模型，以评估潜在风险并比较缓解方法，利用领先的地理可视化技术将这些计算机模拟演化为交互式工具，为解决环境和社会挑战、推进地理空间分析发展提供了指导。
笔者团队在20 多年的探索中，提出了基于时空动力学的国土空间规划集成技术框架，如图1所示[10]，从定界、定势、定量、定位、定事、定序、定施、定效八个方面进行空间规划框架设计，集成地理信息系统-系统动力学-元胞自动机-基于智能体的建模模型（GIS-SD-CA-ABM），构建了原型系统[11-12]，主要解决了长期以来空间规划要素分割的线性思维方式问题，建立的原型系统应用于2017 年的《全国国土规划纲要（2016—2030）》编制。目前，如何快速进行规划方案的情景模拟和政策评估的信息化仍然是国土空间规划中的薄弱环节。
图1 时空动力学模型算法原理示意图
人类智能包括两个方面：一是对自然界和人类社会内在规律的预知能力；
二是按照客观世界的内在规律和人的自身需要，对物质、能量和信息进行重新转化与组合的能力[13]。在大数据场景下，人脑机能的预知能力难以处理大量信息，而必须借助智能化的分析工具和分析系统，实现“智”和“能”的统一。国土资源信息化初期创新多立足于物质思维，创新活动围绕物质实体直接变换或改造成信息展开，忽视了信息对物质的能动作用，信息化创新显现一定的封闭性、边界性、控制性等特征。而信息思维下的物质、能量、信息应该是“等量齐观”，沿着“信息-能量-物质”路径，三者共同参与实体价值与虚拟价值协同互动过程，创新显现开放性、联系性、自然涌现性等特征[14]。基于这样的思维逻辑，自然资源信息化应该在物质实体信息加工后，遵循“智”和“能”的统一，通过智慧赋能，建设前瞻性自然资源大脑，实现预测预警安全管理，为切实履行“两统一”职责提供信息技术支撑。
4.1 城乡数字孪生权籍信息化
地籍是土地资源信息化的核心，是土地信息区别于其他信息的特殊性。随着社会和经济的发展，地籍不但为土地税收和土地产权保护服务，还要为自然资源利用规划和管理提供基础资料，是国家监管、以土地权属为核心、以地块为基础的土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用现状等土地信息的集合，具有显著的空间特征、丰富的属性描述和强烈的时态，是自然资源管理的基础。目前，地籍已经发展成为多用途权籍系统[15]。随着城乡一体化建设的推进，尤其是乡村振兴战略的贯彻实施，多用途权籍的内涵和外延更加丰富，且慢慢转变到自然资源资产信息等更为广泛的含义。鉴于此，本文认为土地信息的核心是地籍信息，地籍信息的核心是权籍信息，地籍信息外围是土地资源利用信息，最终是广义的土地信息及自然资源多功能权籍信息，如图2 所示。
图2 权籍信息及其多用途演变示意图
数字孪生技术的产生与发展，为权籍信息化再次赋能，让多功能权籍信息成为自然资源管理和国土空间规划与用途管制的新智能。《“十四五”国家信息化规划》《“十四五”数字经济发展规划》等国家总体规划确认将因地制宜探索构建数字孪生城市。北京、河南、山东、四川、广东等地政府陆续出台数字孪生城市相关政策和行动实施方案。此处的数字孪生城市是一个大概念，权籍数字孪生应该是其中的重要内容。在这样的数字孪生城市建设大背景下，城乡数字孪生权籍信息化将是未来自然资源信息化的趋势之一。当然，其前提是在“一张图”基础上实现物质（物理）性资源的信息化，包括各种自然资源信息的年度更新。未来自然资源信息化应树立大权籍观，开展自然资源信息的深度挖掘分析、综合表达、集成应用技术，探索大数据、云计算、人工智能在自然资源信息化中的应用。
4.2 “自然资源大脑”创建
物质性思维限制了人们对信息智能化的挖掘和知识发现。随着自然资源信息化发展，研究人员应该由初期的物质思维向信息对物质的能动作用转变，沿着“信息-能量-物质”路径强化自然资源信息化建设工作，“自然资源大脑”创建成为主要趋势之一。
类脑智能[16]有助于提升自然资源信息化认知非线性复杂问题的能力，实现自然资源信息化由物质数据驱动到信息资源驱动的转变，解决可视化主题多变、形式多样、快速、易理解、强交互等一系列难题。以位置为基础，全面反映位置本身及与位置相关的各种特征、事件或事物的全息位置地图，将多层次、多粒度、全方位反映空间位置和权籍信息的各种关联关系，形成多种场景，并以多种方式呈现给用户[17]。这样的智能化人本思维将对自然资源信息化产生跨越性甚至颠覆性的变化，如图3 所示。
图3 “自然资源类大脑”原理示意图[17]
4.3 国土空间规划与治理智能服务机器人
未来时空信息将与自然资源管理业务紧密融合，发展形成以全面动态感知、系统精准认知及全域智慧管控为主线的自然资源时空信息技术，为自然资源管理提供高质量的时空信息、高层次的时空分析和高水平的时空赋能[18]。强化时空信息赋能自然资源管理和国土空间智慧治理，基于“一张图”和国土空间基础信息平台，统筹建设智能分析决策“知识中台”，以算法库、模型库、知识库为核心，为智能分析决策提供地理空间感知、自然资源认知、管理决策预知支撑。形成基于“感知、传输、融合、分析、决策”五要素闭合链路的土地资源智能管控技术体系，从而实现土地资源的精确感知、全网共享、多维融合、精明利用、精准调控[19]，实现人、物在任何时间、地点之间的连接和交互，实现物理世界实时监测、管理和决策。随着空间数据挖掘能力的逐步发展及自然资源科学决策需求的不断强化，“数据+知识”的服务模式将逐步成为主流[20]。
4.4 政策方案的信息化预评估
土地资源信息化、国土资源信息化到自然资源信息化，走过了物质-能量-信息的正向信息化路径。未来，信息-能量-物质的思维范式将取代物质数据驱动模式。这样，以人为本的需求结合各种前瞻性的智能政策方案情景预测、更加全面的全样本分析范式，基于规则的预测机制，实现全息时空自然资源信息化综合集成研讨厅模式[21-22]。通过人工智能进一步解决海量数据存储成本高、数据管理分析难、数据使用效率低、数据挖掘难等问题[23]，满足人力服务与机器人服务的共同需求，解决从空间感知向空间认知等科学技术问题[24]，转变认知方式，重构自然资源信息化范式，赋予自然资源信息化新内涵。
4.5 综合集成技术应用
现有的信息化演进过程不断出现新技术，一些新技术在自然资源信息化过程中持续发挥作用，一些技术则昙花一现。归纳起来，目前自然资源信息化主要依托较成熟的技术，新技术的创造性研发，也就是0-1 的技术，实际上并不多见。但是基于已有较成熟的技术，无论是单体技术还是多种技术的集成应用都有比较好的生命力。因此，自然资源信息化技术通常会滞后前沿信息技术5 年以上。当前，自然资源信息化面临的主要问题之一就是如何鉴别和优选用于自然资源信息化的成熟技术和集成原理。因此，自然资源信息化技术需求与预测是当前乃至今后相当长一段时间需要重点关注的发展趋势。
本文总结了中国经历的土地资源信息化、国土资源信息化和自然资源信息化的路径，阐述了每个阶段都伴随中国的机构调整和全国土地（国土）调查，并且信息化也在这几十年不断完善，从积木式搭建、一体化夯实到智慧赋能，不断推进自然资源信息技术迭代升级。随着信息技术的发展进步，自然资源信息化也将迎来城乡数字孪生权籍信息化、提升人本智能思维的自然资源大脑化、服务机器人及政策研判新范式，总体发展定位在综合集成技术应用。
自然资源信息化将进一步依据自然资源信息化的物质、能量和信息的转化与演化过程，以系统论和信息论为理论基础、新的信息技术为重要工具，集成各种技术，探索业务需求和技术需求互动关系的机理、融合、挖掘、集成以及大数据、感知、数字孪生、元宇宙技术引进与应用、资源环境承载力模型研究、资源环境虚拟综合集成研讨厅、国土空间规划与治理服务机器人研制等问题[25-26]。
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