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数字地球与地名数字化

在地第二次世界大战以后,尤其是20世纪80年代以来,随着新科学技术革命席卷全球,人类社会正在从以物质为核心的工业经济时代迈向以信息为核心的知识经济时代,现代信息技术的发展给人类社会的各个方面带来一场深刻的革命。进入90年代,信息社会化、社会信息化的强烈需求已经成为全球共识,信息管理数字化与政治多极化、经济全球一体化成为当今世界三大发展趋势。面对以信息为基础的知识经济大潮的迅猛兴起,美国副总统戈尔(Al Gore)于1998年1月31日在《数字地球:认识21 世纪我们这颗星球》[i]的演讲中,率先提出了“数字地球”(Digital Earth)的新概念,迅速引起全世界政界、学术界和高新技术产业界的强烈反响和关注。我国高层领导和科学家也高度重视这一问题,1998年6月1日,江泽民主席在接见两院院士时明确指出了数字地球的战略意义[ii]。此后,我国有关部门和科技界就数字地球问题进行了比较广泛的研究、探讨,并提出了“中国数字地球”或“数字中国”的命题[iii][iv]。本文拟就如何迎接数字地球的挑战,实现地名的数字化管理,谈几点粗浅的看法。

    一、数字地球的概念、特点及其战略意义
    1、数字地球的概念
    自1998年初戈尔首次提出数字地球以来,全球科学界、政界对有关数字地球的问题发表了大量的论述,但到目前为止,还没有形成严格而又权威的科学定义。概括地讲,数字地球即信息化或者说数字化的地球,是“一个能嵌入海量地理信息的、多分辨率的、真实地球的三维描述” NOTEREF _Ref454879729 \f \h ① ,是地球的虚拟对照体,也就是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识,是“一个从数字化、数据构模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实[v]”的开放而复杂的巨系统,是集地球科学、信息科学、计算机科学、空间探测和数字通讯等诸多学科理论、技术于一体,以工程建设和产业化发展为导向的,旨在促进21世纪人类社会可持续发展的一项宏伟的科学体系。其核心思想,一是用数字化手段整体性地处理和应用全球信息(或者说与空间位置相关的信息),二是最大限度地利用信息资源。
    2、数字地球的提出及其背景
    用数字化的方式来定量地描述和研究人类居住的星球这一追求由来已久。但只有进入空间时代和信息社会,科学技术飞速进步的今天,随着人造地球卫星、航天飞机、宇宙探测、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、卫星通信、数字光缆、计算机网络等现代技术的成熟和应用,使有关地球的海量数据实现快速、批量地采集、整理、传输、分析、处理并用于科学预测预报,从而超越时空局限,渗透到千家万户,深刻地影响着、甚至改变人们的生产、生活和交往方式,数字化的地球才被人们认识,并作为一种知识创新的信息资源和能够增值的社会财富。因此,可以说数字地球是现代科学技术发展的必然结果,是信息科学、空间科学、数字通讯等现代科学技术与地球科学交融的前沿阵地。
    数字地球的提出,有着深刻的时代背景、经济背景和技术背景。从时代背景看,冷战结束后,世界的重心由苏美在政治和军事上的全面对峙变为政治多极化和经济全球化,随着全球化趋势的增强,要求人们更快地获取全球准确的信息,而全球战略的推行也必须有新的技术支撑。从经济背景看,面对即将到来的知识经济时代,“世界各国都在抓紧制定面向新世纪的发展战略,争先抢占科技、产业和经济的制高点” NOTEREF _Ref454875685 \f \h ② 。从技术背景看,数字地球的提出是第二次世界大战以来,特别是本世纪70年代以来的“信息革命”的一个自然的发展,是空间技术、信息技术、网络及其应用技术发展到一定阶段的产物,与数字地球最直接相关的计算机、网络、通讯、RS、GIS、GPS、全球对地观测系统(Earth Observing System,EOS)和地学数字技术发展迅速,并逐步与全球化连在一起,国家级、地区级和全球空间数据基础设施(NSDI、RSDI、GSDI)从90年代开始起步,已在世界范围内积累了海量的数据。
    美国率先提出数字地球这一战略思想也绝非偶然,而是有其极其深远的全球战略考虑。可以说数字地球是美国全球战略的延续和发展,是战后国际地缘政治的继续和新动向,是后冷战时期全球经济“大战”在科学技术上的表现。冷战以后,随着苏联的解体,美国成为全球唯一的超级大国,从而失去了全民的共同目标和压力,面临政治和经济两个方面可持续发展的挑战。为了确保在信息时代的全球领导地位,美国在结束星球大战计划、积极推动EOS计划和推出新一代因特网以后,将数字地球作为国家发展战略,并使之成为继信息高速公路(Information Highway)和知识经济之后各发达国家政府高度重视的战略思想。从星球大战计划到信息高速公路再到数字地球,是美国企图在政治、经济、军事、科技方面长期称霸全球的战略体系。在某种意义上讲,数字地球与星球大战计划更相似,更具有政治、军事含义。
    3、数字地球的特点
    数字地球的概念首先由政治家提出,而不是由科学家提出,而且引起政界、学术界和经济界的广泛重视,其表述不是用一套系统、严密的科学语言,而是用近于科学幻想的语言描述,带有十分明显的国家综合战略色彩。因此,数字地球具有政治性、战略性、综合性、全球性、高投入、高风险、跨学科、军民两用等特点,必须由政府组织各方面的专家协同攻关,并进行必要的国际合作。
    数字地球从本质上讲是一个超巨大的信息系统,但与一般的信息系统相比,数字地球又有其特殊性,主要体现在以下几个方面:第一,具有空间性、数字性和整体性,这三者的融合和统一构成了数字地球与其他信息系统的根本区别。第二,数字地球的数据具有无边无缝的分布式数据结构,包括多源、多比例尺、多分辨率的,历史和现时的,矢量和栅格格式的数据。第三,具有可迅速充实、联网的地理数据库。第四,数字地球以图象、图形、图表、声音、文本报告等形式提供服务,其中信息服务是最主要的任务。第五,采用开放平台、构件技术、动态互操作等先进的技术方案。第六,无论生产者是谁,也无论数据在什么地方,任何一个联网的用户都可以根据自己的权限,以多种形式、实时查询和调用数字地球的信息。第七,数字地球的服务对象覆盖整个社会的各个层面,无论是政府机关还是社会团体,无论是跨国集团还是民间作坊,无论是军事部门还是民用单位,无论是科教文卫领域还是各个经济行业,无论是政府官员还是普通百姓,无论是专业人士还是平常员工,都可以从数字地球找到需要的信息。第八,通过特殊的传感装置,可以实现包括视觉、听觉、嗅觉、触觉等在内的虚拟操作。第九,通过数据仓库等技术,可进行时空反演。
    4、数字地球的战略意义
    弗朗西斯·培根早就说过“知识就是力量”。20世纪初萧伯纳又说:“知识和知识者将统治世界”。1919年美国工程师威廉·亨利·史密斯提出“科技治国论(专家治国论)”。而E·拉兹洛则说:“在20世纪末和21世纪初,规定世界上权力与财富性质的游戏规则已经改变。权力不再以诸如某个办公室或某个组织的权威之类的传统标准为基础,财富的含义正在从诸如黄金、货币和土地之类有形的东西转移开去。一个比黄金、货币和土地更灵活的无形的财富和权力基础正在形成。这个新基础以思想、技术和通信占优势为标志。一句话,以‘信息’为标志”[vi]。托勒夫说,当今世界 经济的发展要靠信息和技术,不能靠肌肉,而要靠脑袋。
    数字地球作为虚拟的现实世界,其对人类的积极作用,无论如何想象都不会过分。从国家战略的高度看,信息时代的到来,正在逐步地、全方位地改变人类的生存和发展方式,未来世界的利益分配,将无不与数字地球息息相关。在未来的利益冲突中,从舆论宣传、社会导向、心理战、外交攻势、文化入侵,直到政治颠覆、军事打击,都在很大程度上依赖对数字地球的控制。可以说,数字地球将深刻地影响世界自然和社会资源的分配,在未来社会中起到举足轻重的作用,各国全球战略的成败首先取决于数字地球方面的力量对比。从社会发展的观点出发,数字地球是知识经济赖于发展的基石,对人类把握全球环境变化、改善生存环境、更好地协调人与自然的关系、实现可持续发展战略具有十分重要的意义。从科学技术本身分析,数字地球为21世纪空间科学、信息科学和地球科学的发展提供了崭新的思路,为相关的自然科学、社会科学、应用科学与技术的深层次融合提供了模拟试验平台,使人类对全球性复杂巨系统的分析、预测、预报更加科学、准确、客观。
    单从经济的角度分析,随着信息科学的创立和低成本电子元件的出现,信息产业于20世纪40年代在发达国家崭露头角,70年代中叶信息经济在发达国家国民经济中占有相当重要的地位,至80年代发达国家50%以上的国民生产总值与信息行业有关。由于自然资源的有限性,随着以计算机科学技术发展为特征的信息革命的深入,世界经济模式必然由现行的以消耗自然资源为主的工业经济模式逐步过渡到以利用信息资源为主的知识经济模式。从知识经济的观点出发,世界上的资源分为3种,即物质、能量、信息。对于三者的重要性,有关专家指出,没有物质,就什么都不存在;没有能量,就什么都不会发生;没有信息,就什么都没有意义(Without materials,nothing exists;Without energy,nothing happens;Without information,nothing makes sense)。而不被利用和传播的信息,同样没有意义。在即将到来的知识经济为特征的信息社会中,信息是主要经济资源,数字化信息是知识经济的物质形式,而数字地球可以包容80%以上的人类信息资源。由此可见,以数字形式处理一切与空间位置相关信息为特征的数字地球,对于开发信息资源的重要作用,建设数字地球必将对形成一个广泛而又重要的产业产生决定性影响。

    二、数字地球对地名管理的挑战
    1、地名在信息时代的重要地位
    地名作为最常用的社会公共信息之一,不仅与人们的日常生活息息相关,而且是国家行政管理、经济建设、国内外交往不可或缺的基础信息资源,地名在未来社会的重要作用将日益显现。一方面,随着国家解体、民族独立、体制变革,以及社会、经济、文化的发展,新地名大量涌现;另一方面,进入信息时代,现代交通、通讯技术突飞猛进,世界各国之间的联系越来越频繁和密切,国家间、地区间的相互依存、相互渗透不断加深,特别是随着全球一体化进程的加快,国际合作与竞争空前广泛、激烈,地名信息的传递速度不断加快、使用频率日益提高,对不同语言文字地名之间的转译、全球地名单一罗马化、地名国家标准化以及及时、高效地收集、整理、标准化处理、传输地名信息的要求越来越高。总之,在当今世界,无论是社会交往、经济交流、信息传输,还是现代战争,都离不开地名信息。
    更为重要的是,在知识经济时代,信息技术是知识经济的主体,而地理信息正逐步成为信息技术的主流,基础地理信息系统建设已成为信息数字化的基础和重要发展方向,由此可见基础地理信息的战略地位。所谓基础地理信息,即通用性最强,共享需求最大,几乎为所有与地理信息有关的行业采用作为统一的空间定位和进行空间分析的基础地理单元,主要由自然地理信息中的地貌、水系、植被和人文地理信息中的地名、居民点、政区、边界、交通网、大型建筑物和构筑物及其他特殊地物等要素,以及用于地理信息空间定位的地理坐标系网格组成。显然,地名在上述要素中基于主导地位,除了地理坐标系网格和表示地形的等高线以外,其他的基础地理信息要素离开了地名都无法独立存在,没有名称的点、线、多边形和数字是不能反映地理信息的。从上述分析,我们不难发现,地名信息是基础地理信息的基本要素,是以信息为核心的知识经济时代最基本的经济资源。
    2、国际上地名数字化发展趋势
    正是基于对地名信息重要性认识的不断深入,世界各国都高度重视地名数字化建设,联合国地名专家组为此设立了“地名数据自动化处理工作组”,专门负责地名信息化建设的协调工作。在最近召开的几次联合国地名标准化大会和地名专家组会议上,对地名信息系统(Geographical Names Information System,GNIS)建设和地名信息的国际交流提出了较高的要求。世界上多数发达国家建立了国家级GNIS,已有100多个大型地名数据库投入使用。为了保持在全球竞争中处于优势地位,美国、俄罗斯、加拿大、英国、德国、法国等国家还组织专门力量搜集、研究、译写、整理、储存国内外地名资料,不断完善GNIS,更新、扩充地名数据库。其投入的资金、人力有不断加大的趋势,很多发达国家建立了国家地名信息网站,美、俄等国不仅重视本国地名数据库的建设与完善,还建立了庞大的世界地名数据库。从2000年1月在美国纽约召开的第20次联合国地名专家组会议了解的情况看,发达国家地名信息化的步伐明显加快,地名信息数字化、网络化使发达国家地名信息储存能力和传播速度大大提高,发展中国家与发达国家在地名信息化方面的差距越来越大。
    欧美大国不仅建立了完善的国家GNIS,并且广泛应用于政治、外交、军事、经济各个领域,在经济合作、交流及竞争,政治斗争、外交活动、军事行动等方面发挥着越来越重要的作用。典型的案例,一是以美国为首的北约在对南斯拉夫的军事干预中,广泛使用数字地图,地名信息数据库在制定作战计划、估算打击效果,在为飞机、军舰导航,在确保巡航导弹特别是精确制导的导弹准确命中目标等方面都发挥了重要的作用。二是在1995年11月波黑谈判中,美国通过精确、逼真的三维数字地图演示“虚拟打击”和领土划分、安全通道划定模拟方案,成功地说服了米洛舍维奇及波黑塞族谈判代表,顺利达成“戴顿协议”,取得了外交斗争的胜利。而以美国为首的北约轰炸我驻南使馆后,其掩盖事实真相的谎言就是在轰炸中使用的数字地图的地名资料更新不及时,造成误炸,从另一个侧面反映了发达国家在GNIS建设方面的进展及地名信息在现代社会中的重要性。在某种意义上地名数字化建设已成为发达国家争霸全球的重要工具和手段之一。
    3、数字地球对地名管理的挑战
    地名从人类诞生开始就已产生,作为人类识别空间位置的符号,一直伴随着人类文明的发展。传统的纸质地图、地球仪离不开地名,现代的GPS、GIS、RS、电子地图(矢量化的数字地图和扫描形成的栅格地图)也离不开地名,数字地球更离不开地名,而且对传统的地名管理、科研、使用模式提出了严峻的挑战。
    数字地球最主要的基础设施建设是信息高速公路和全球空间数据基础设施(GSDI),GSDI的重要组成部分为全球基础地理信息系统(GFGIS),而地名信息是基础地理信息的基本要素。因此,发展数字地球必须首先发展GSDI,而建设GSDI离不开地名信息数字化。离开地名数据,GSDI就无法建设,而GSDI没有建成,数字地球就是空想。数字地球是对真实地球时空和属性的五维数字化再现及其超媒体、高速宽带网络传输,这不仅对地名的标准化、快速查询、动态管理、图表联动提出了新的要求,而且对地名数据的知识挖掘和海量地名信息的可视化、数字化,地名信息的共享和传输的高速化、网络化、安全性,以及地名所表示的地理实体的时空和属性五维集成、虚拟实现提出了严峻的挑战。
    从另一个角度看,数字地球是一个挑战性的国家目标,实现这一目标是国家之间综合国力的竞争和发展机遇的争夺战,在客观上使发展中国家陷入进退两难的境地:不发展数字地球,则有可能在维护国家安全和利益方面陷入被动,而发展数字地球,又需要大量的资金和技术投入,乃至倾举国之力。中国要实现经济和社会可持续发展的战略目标,形成科学技术的自主创新能力,不仅必须参与数字地球的竞争,而且要利用数字地球挑战所带来的机遇,探索适合中国国情的发展方式。数字地球是一个整体性、导向性的战略目标,其内涵非常广泛,我国现有的经济基础和技术基础都无法支撑数字地球战略的全面实施。因此,建设中国数字地球应当在现有的基础上找到一些切入点,既要结合国家和民族的根本利益,又能切实可行地做起来。对此很多专家指出,当前要重点搞好中国国家空间数据基础设施(CNSDI)建设,解决原始空间数据太多、而可用的数据太少的问题,这也是中国数字地球工程最重要、最主要的任务之一,地名数字化建设则是CNSDI的先导项目,是建设中国数字地球的基础性工程。

    三、地名数字化建设的必要性和可行性
    1、我国地名数字化建设现状
    中国幅员辽阔、历史悠久,地名信息资源十分丰富。建国以来,党和国家高度重视地名工作,地名管理和科研取得了巨大成绩。半个世纪以来,地名管理部门以“普查”的形式为国家建设服务,在新中国的建设、发展和现代化进程中发挥了重要的作用。但是,随着国家经济和社会的发展以及学科本身的进展,“普查”阶段作为一个必不可少的历史阶段,已接近结束。寻求新的发展,为国家作出更大的贡献,是地名科研和管理工作面临的一个跨世纪的战略课题。
    由于种种原因,我国地名数字化建设起步晚、基础差,远远落后于发达国家。结果一方面长期积累下来的大量地名信息,由于处理手段落后,处于孤立、分散状态,因无法使用而闲置在地名管理机构的文件、档案里,无人问津;而另一方面,社会各界对地名信息的需求越来越大,却无从查询、检索,更谈不上快速传递地名信息。这就好比,一方面大量的粮食堆积在仓库里霉烂变质,另一方面很多的人在挨饿。
    面对上述状况,近几年有些地方地名管理部门开始尝试建立本地的小型地名数据库,但一般只有地名属性资料,没有矢量化地图,更无法实现地名属性资料与地图、多媒体信息的链接和交互式访问,仍停留在普通数据库管理的水平,而且因为没有统一技术标准,相互之间缺乏兼容性,无法实现资源共享。从总体上讲,我国地名数字化建设开发利用水平低,信息量少,发展不平衡,不具备空间分析能力,标准化程度低,其应用基本限于个别地方的地名管理部门,信息的准确、翔实、时效性较差,信息的管理、开发利用和辅助决策水平低,不能满足地名管理和社会各界的要求。
    2、地名数字化建设的必要性和紧迫性
    (1)数字地球的提出向传统的地名管理、科研、使用模式提出了严峻的挑战,地名数字化建设是实现数字地球的基础和前提。面对数字地球的挑战,尽快建立高起点、高质量、高效率的中国国家地名信息系统(China Geographical Names Information System,CGNIS),最终实现地名数字化管理,是建设中国数字地球的基础工程,有利于提高地名信息资源的利用率和社会经济效益,从而为地名部门在知识经济时代创造新的增长点,使我们在为地名管理和社会各界服务的同时,通过地名信息的开发,创造可观的社会财富。建立以计算机等现代高新技术为基础的GNIS,以科学的方式收集、整理、标准化处理、储存、管理、输出地名信息,实现地名的快速查询、动态管理、图表联动和地名信息的可视化、数字化及地名信息传输的高速、保密,快速及时地为政府管理部门和社会各界提供统一、齐全、准确、标准的国内外地名信息,是社会经济发展的客观要求,也是我们义不容辞的历史使命。
    (2)地名管理决策的科学化迫切需要管理手段的现代化,实现地名数字化管理已成为地名管理部门和科研机构21世纪的战略重点。长期以来,尽管我们建立了比较系统、齐全的地名管理机构,国家投入了大量的人力、物力用于地名的标准化工作,各级地名管理部门和广大地名工作者为促进我国地名管理的科学化和规范化进行了艰苦卓绝的努力。但是,由于没有建立GNIS,缺乏现代化的管理手段,无法实现快速查询、检索,更谈不上计算机辅助决策、多方案比较,只能就事论事,始终没能从根本上克服实际工作中存在的盲目性、随意性和被动性。在地名管理决策中,凭经验、拍脑袋的情况时有发生,甚至在县级以上政区命名、更名过程中,省级人民政府正式上报国务院的报告拟定的方案还经常出现重名问题,同音的现象就更是司空见惯。地名档案的保存仍以文件卷宗、卡片等纸质为主,查询只能通过手工检索。一方面地名档案保管、更新困难,很多资料不能及时归档,已存档的资料得不到妥善保存,由于纸质档案占用的空间大、对保存条件要求高,而不少地名档案管理单位资金紧张、设备不足,档案丢失、损毁已不是个别现象;另一方面,由于查询、检索困难,地名档案的利用率极低,大量的地名档案多年无人问津,大大降低了地名档案的社会价值。
    建国50多年地名工作的实践使我们充分认识到,制约我国地名管理科学化、规范化水平提高的一个关键原因就是管理手段落后,没有现代化的管理手段就不可能真正实现地名管理决策的科学化、规范化。面对新世纪信息技术革命浪潮的冲击,再不建立GNIS,我们就有可能被历时的潮流所抛弃,知识经济要求地名管理跟上时代的步伐,呼唤早日建立GNIS,将信息化、数字化技术引入地名管理领域,也只有这样才能促进我国地名管理决策水平的提高。
    (3)地名理论研究离不开地名信息化。由于没有GNIS,我们的研究方法基本上仍停留在考证、描述、推理、个案分析、局部归纳的传统水平上,地名普查和实际工作中积累的大量宝贵的地名资料,因没有建立起有效的数据库而无法利用,科学的统计、模拟、定量分析、比较研究等手段尚未引入地名研究领域,致使我们至今对中国地名带有全局性的内在规律,如地名的地域分布规律、地名通名使用频率、地名命名和更名规律等,缺乏定量分析,了解不深、研究不透。离开正确理论的指导、缺乏科学的依据,地名管理就无法走上科学化的轨道。这是地名宏观管理水平上不去、制定的法规不严密、微观管理不深入的深层次原因之一。此外,由于没有GNIS,我们编辑出版地名图、录、典、志和行政区划图、表、手册等,主要依靠传统的手工作业,效率低、周期长、成本高,如《中华人民共和国地名大词典》的编纂历时15年,无法满足地名管理和社会各界对地名信息时效性的要求。
    (4)相关部门的信息化建设迫切需要地名数字化。国内测绘、城市建设和规划、国土、国防等部门的数字化、信息化建设已取得很大的成绩。但由于没有地名数字化的支持,与空间有关的信息系统的实用价值大大降低。正是因为地名数字化在空间信息数字化建设中具有如此重要地位,公安、交通、邮电、通讯、国防 、新闻出版、测绘等部门迫切希望地名主管部门尽早建立CGNIS。
    (5)发达国家在地名数字化建设方面取得的巨大成就,既为我国地名信息化、数字化建设提供了可以借鉴的经验,更对我们的工作提出了严峻的挑战。历史的经验告诉我们,落后就要挨打。面对我们与发达国家在地名信息化建设方面的差距,吸取他国之长,奋起直追、迎头赶上是我们唯一正确的选择。信息时代瞬息万变、一日千里,机不可失、时不我待,尽快建立CGNIS已成为摆在我们面前的一项十分迫切的历史使命。
    3、地名数字化建设的可行性
    第一,从社会因素分析
    (1)党和国家领导人高度重视信息化建设工作。早在1984年中国改革开放的总设计师邓小平就指出:“搞现代化要从交通、通信入手”。江泽民主席更是把信息化作为社会主义现代化建设的基础之一,要求有关部门和科研机构下大力气进行“中国数字地球”或“数字中国”建设。明确指出:“四个现代化,哪一化也离不开信息化”。“在世纪之交,全球信息化进程明显加快,我们要迎接21世纪的挑战,就必须重视发展信息产业”。“当今世界,以信息技术为主要标志的科技进步日新月异,高科技成果向现实生产力的转化越来越快,初见端倪的知识经济预示人类经济社会生活将发生新的巨大变化。世界各国都在抓紧制定面向新世纪的发展战略,争先抢占科技、产业和经济的制高点。面对这个态势,我们必须顺应潮流,乘势而上”。国务院十分注重以数字化、信息化为特征的高科技的健康发展,于1993年成立了“国家经济信息化联席会议”,不久改组为“国务院信息化工作领导小组”,1998年组建“信息产业部”,并不断加大在信息化建设方面的投资力度。
    (2)社会各界支持空间信息数字化建设。1999年发生的以美国为首的北约轰炸我驻南使馆事件,不仅激发了全国人民的爱国热情,也使人们进一步认识到信息化建设特别是空间信息系统建设的重要性、必要性。社会信息化、信息社会化、加快国家以信息化为重要组成部分的高新技术发展步伐,已成为全党、全国各族人民的共识。随着社会的发展、各方面的交流日益广泛,上至中央下至百姓对地名信息重要性的认识不断提高,开展地名数字化建设工作具有广泛的社会基础。
    (3)民政部领导重视、支持CGNIS建设工作,部长办公会议就此进行了多次专题讨论,部长亲自过问地名信息化工作,部办公厅、区划地名司、人事教育司、财务司等有关司(厅)在人、财、物各个方面给予大力支持。
    (4)国家有关部门迫切需要并支持、鼓励地名信息化、标准化工作,对地名数字化建设寄以厚望。公安部信息中心、信息产业部信息中心、国家测绘局国家基础地理信息中心、国家发展计划委员会宏观经济研究院等单位先后与我们联系,或希望我们提供数字化地名信息,或要求我们协助开发有关信息系统。
    (5)各级地名管理部门在实际工作中逐步认识到地名数字化建设的重要性,有开发、建设GNIS的愿望和积极性,特别是近几年一些地方尝试研究了小型地名数据库,如江苏省、上海市、广东省、南京市、新疆维吾尔自治区克拉玛依市、天津市红桥区等都在地名信息化建设方面进行了有益的尝试,有的还开始建立自己的地名网站、信息台,为当地市民服务。
    第二,从技术因素分析
    (1)3S(GIS、RS、GPS)技术、计算机技术、网络技术近年来的蓬勃发展为地名数字化建设提供了深厚的技术基础。我国从20世纪80年代开始对GIS进行研究和应用,制定了相应的标准规范,测绘、城市规划建设、土地管理、农业、地矿等部门利用GIS技术已建成或已开始建设的信息系统,为我们解决可能遇到的技术问题提供了很好的借鉴。
    (2)我国地名工作者为实现地名现代化管理已经进行了多年不懈的努力,制定了一些相关的技术规范。英、法、德、俄、阿拉伯、西班牙六个语种的“外语地名汉字译写导则”国家标准于1999年颁布实施,“地名信息系统分类编码”等国家标准已由国家技术监督局批准正式立项。
    (3)民政部地名研究所是我国地名研究的职能机构,也是全国唯一一个集地名理论研究、应用研究、地名译写(包括外语地名汉字译写、少数民族语地名汉字译写、中国地名罗马字母拼写等)、地名标准化和单一罗马化处理、地名技术标准制定、地名人才培训、地名信息汇集和交流于一体的国家级综合性科研基地,设有地名信息系统研究室,并有地名译写研究室、地名应用理论研究室等配套科研机构,拥有地理学、地名学、测绘学、计算机科学、外语、历史、行政区划等多个学科的专业人员,初步具备了实现地名数字化的技术力量。
    (4)国家有关科研机构、大专院校在GIS论理研究及其应用方面取得了重大的突破,特别是随着“八五”、“九五”有关空间信息处理、传输、共享等方面科技攻关项目的完成,一批国产化的GIS软件逐步成熟,如MapGIS、Citystar、Geostar等,已通过国家权威机构的评审检测投入商业运行,对国外通用GIS软件的研究和二次开发也有了很大的进步,还有很多科研单位的研究成果有待转化为产品。“十五”国家科技攻关更是把以GIS、GPS、RS为核心的空间信息技术作为重点领域,3S的产业化、集成化和实用化问题已引起各方面的高度重视。
    第三,从经济因素和现有基础分析
    (1)各级地名管理部门在长期的管理工作中,特别是经过地名普查、补查,积累了大量的地名数据。仅我国大陆及沿海岛礁第一次大规模地名普查,就普查地名550万条,其中已经标准化处理的达13万条,仅对外公布的南海诸岛标准名称就达287个,不仅基本上消除了地名使用中长期存在的混乱状况,而且为地名属性数据库建设节省了大量宝贵的资金和时间。
    (2)民政部地名研究所在实际工作中逐步建成了包括图形工作站、服务器、高性能计算机、绘图仪、扫描仪、数字化仪、大屏幕投影仪等设备在内的局域网,初步具备建立CGNIS所需要的硬件设备。
    (3)财政部已批准CGNIS建设第一期工程,国家发展计划委员会将GNIS研究列为重要科研课题之一,从经费上能保证地名数字化建设工作的顺利启动。随着国家“十五”期间在空间信息研究和信息化建设领域投资力度的进一步加大,只要我们扎扎实实地把工作做好,地名数字化建设经费是完全有保障的。
    (4)测绘、城市建设和规划、国土等部门已建成的各种比例尺的数字地图数据库,为我们在较短的时间内、以比较低的成本建成地名地图数据库创造了条件。
    (5)GNIS具有数量众多的用户群,潜在的经济价值很高,发展到一定阶段后,随着GNIS在地名系统的推广、普及,特别是面向公众的GNIS走向市场,完全有能力步入滚动发展的良性循环的轨道。

     四、地名数字化建设构想
    1、地名数字化建设总体目标
    第一,建立功能齐全、数据库覆盖全球范围、能满足地名管理和地名科研及社会各界使用地名信息需要的CGNIS。初步设想数据库收录地名1000万条以上,其中国内地名200万条以上,国外地名(包括国际公有领域)800万条以上;属性库国内部分每条地名平均30个字段,国外部分平均15个字段(通用的为母语拼写、罗马字母拼写、中文译写、分类代码、个体代码、经度、纬度、国别、历史沿革9个);不包括多媒体字段,属性库国内部分每条地名数据量估计为1000个字节(1K),200万条为20亿字节(2000M,2G),国外部分每条500个字节,800万条为40亿字节(4G),合计6个G;多媒体信息按文本信息的3倍计算则为18个G,对应的地图库(按二维数字化计算)信息量应在4个G以上,合计达28个G。若地图库为三维数字化或者部分为栅格数据,则地图库数据将成十倍增长;在数据库维护过程中,还将形成大量的历史地名数据。
    第二,根据数字地球的要求,进行地名信息网络集成和时空集成。“拥有联网的地理空间信息系统是数字地球的重要组成部分” NOTEREF _Ref454879729 \f \h ① ,网络是数字地球不可缺少的基础和特征。网络集成就是要创建地名Web服务站点和空间数据仓库体系,建立在网络支持下的对象代理机制,实现地名数据库的动态访问、查询、检索、空间分析和政府决策,建立地名元数据和网络信息标准,确保地名数据的共享。时空集成即建立地名时、空、属性五维数据库,运用时空数据模型进行时空拓扑分析,从而实现地名信息的时空模拟、时空仿真、时空反演。
    第三,实现地名实体的虚拟现实(Virtual Reality,VR)。即利用计算机图形技术、仿真技术、人-机接口技术、多媒体技术及传感器技术,由计算机生成地名所代表的地理实体的模拟环境,通过多种传感设备使地名用户“投入”虚拟现实,包括 三维立体视觉及身临其境的触觉、嗅觉和感觉,实现用户与地名虚拟环境进行自然交互。VR基于现实,但可以超越现实,将有力地推动地名的动态模拟、仿真和规划。
    第四,全面实现地名数字化管理。在各级地名部门基本建成地名信息系统的基础上,一方面,不断更新、维护地名数据库,研制功能更加齐全的软件,实现地名的数字化管理;另一方面,将地名信息系统融入数字地球,成为数字地球的有机组成部分,同时通过网络走入千家万户,为社会各界的交往服务。
    2、CGNIS建设主要任务
    CGNIS作为实现地名数字化管理的首期工程,也是实现“中国数字地球”这一国家战略目标的基础性先导项目,其建成和使用,具有重要的现实意义和深远的历史意义,必将在社会各个领域产生不可估量的社会效益和经济效益。CGNIS建设主要包括明确建立系统的目标,进行需求和可行性分析,完成立项报告、落实建设经费,研究、设计系统功能,配置满足要求的硬件,研制适用的软件,制定包括地名分类代码、个体编码、译写规则在内的一系列技术标准、规范,收集地名资料并按技术标准进行标准化处理,将标准化的资料输入数据库,对软、硬件和数据库进行不断的更新、维护等大量工作。这些工作可概括为前期准备、硬件建设、软件建设、数据库建设、系统维护5个方面。
    (1)前期准备即为全面启动CGNIS建设工程进行调查、研究,创造必要的人、财、物基础。
    (2)硬件建设即购置必要的设备,建立一个符合技术标准、安全、适用的计算机系统。主要设备包括:大容量服务器、图形工作站、若干微机组成的数据处理设备;宽幅彩色扫描仪、数字化仪、绘图仪、彩色喷墨打印机、激光打印机等输入、输出设备;大屏幕显示器和投影仪等显示设备;磁带库、光盘库、光盘刻录机等存储设备;大功率UPS稳压电源、集线器等辅助设备。上述设备可采用总线式以太网结构组成局域网,与Internet国际互联网相连,以实现资源共享,并满足多用户输入、输出,矢量化处理、编辑的要求。
     (3)软件建设即研制开发一个适用于地名专业需要,并且具有综合性、开放性、适应性、智能性、稳定性、安全性特色的软件,既能管理大型字符、多媒体数据库,又能管理大型地图矢量数据库,并能在这两种数据库之间进行信息交流,并随着相关软件技术的进步而不断改进、完善。软件建设除计算机编程工作外,还包括功能设计和制定地名分类代码、个体编码技术标准等大量技术工作。
     (4)数据库建设即收集国内外主要地名资料,加以标准化处理,输入数据库,并与相应的地图矢量化数据库链接为统一的整体。包括制定各种外语地名汉字译写、国内少数民族语地名汉字译写及地名单一罗马化等一系列标准,以及国内地名标准化的各种规范、细则。CGNIS数据库由地图矢量或栅格数据库(简称地图库)和地名属性信息资料数据库(简称属性库)两部分组成。地图库储存地名图示信息,包括地名编码、矢量或栅格数据及地图注记等。属性库储存地名文字资料、统计数字和声像等多媒体信息,包括地名的标准名称(国外和少数民族语地名除汉字译写名称外,还包括原文拼写的名称)、行政隶属、罗马字母拼写、经纬度、别名(简称、雅称、亦称)、文字说明(如历史沿革和名称来历、含义)、分类代码、地名编码(用来连接地图库)、有关统计数字、图片、录音、录像等。
     (5)系统维护就是对系统的软、硬件和数据库不断进行完善,保持系统的先进、准确、及时性。具体地讲就是根据用户实际工作的需要,针对系统应用中出现的新情况、新问题,吸收计算机硬件技术和地理信息系统、数据库技术的最新发展成果,及时更新硬件设备,不断推出功能更加完善、适应性更强的软件,提高数据库管理的效率,改进管理模式,在不断扩充数据库的同时,跟踪地名最新变化情况,对已有的数据库进行更新,包括数据的改变、增加、删除、数据库结构的重组等。
     3、CGNIS主要功能
     CGNIS主要功能设计为数据输入、地名排序、统计分析、查询浏览、专题制图、结果输出6大模块,另有退出键和帮助等功能,通过上述功能我们可以方便地查询各种地名文件、技术规范,为地名命名、更名提供科学的决策依据,编纂各种类型的地名录、地名辞典、行政区划表、政区地名图等图、录、典、志,设计制作地名信息多媒体光盘,在城市建立多媒体指路系统。
     (1)数据输入即对属性库和地图库中的数据进行输入、管理。包括输入新的数据,建立新的数据库;更新已有的数据库,在已有的数据库中对信息有变化的地名数据进行修改、更新;输入新的数据,对已有的数据库进行扩充;读取其他格式的数据库,并将其转换为本系统格式的数据库;将本系统格式的数据库转换为其他格式的数据库。
     (2)地名排序即利用属性库的信息,根据不同需要,对地名进行多种方式的排序,包括按汉字部首、汉字笔画、汉语拼音字母、罗马字母、统计数字5种方式进行排序。
     (3)查询浏览即利用属性库和地图库的信息,根据不同需要,分别对地名进行数据表和地图查询检索,浏览属性库中的表格和地图库中的各种地图,包括表格查询、地图查询、表格浏览、地图浏览。为方便查询浏览设计的特殊功能主要有:用于浏览地图和空间查询的地图放大或缩小、漫游、流动注记、空间定位、单图和多图显示、地名标注、地图综合与详化、多媒体目录导航;用于属性库、地图库双向查询的图层属性查询、跨图属性查询、分区属性查询、空间位置查询、逻辑表达式查询;用于时空信息查询的历史地名空间位置查询、地名的历史变迁查询。此外,在查询浏览中,随时可以显示当前地名的多媒体信息。
     (4)统计分析即利用属性库的信息,根据不同需要,对地名进行统计分析,包括专业统计和属性分析。专业统计即对地名管理和研究常用的专名、通名进行统计分析,主要有:重名统计即统计汉字书写相同的地名;同音统计即统计罗马字母拼写相同的地名;通名统计即统计通名的使用频率。属性分析即对属性库中地名的统计字段进行统计分析,包括特征计算、频率分布、相关分析、回归分析等。
     (5)专题制图即利用属性库中的信息进行统计分析,并将结果反映在相关的地图上,同时生成相应的数据表,包括柱状图、饼状图、分类分级统计图、百分比结构图、金字塔形图、组合图等。通过专题图整饰菜单,可对当前专题图进行编辑,内容包括通过对话框输入、修改图名、图例、注记、制作单位、调整版面大小、改变颜色等。
     (6)信息输出即根据需要将数据库中的数据以合适的介质输出服务器或计算机或工作站。输出的方式包括纸质打印、胶片打印、刻制光盘和磁带或磁盘、网络传输、投影输出等;输出的内容包括数据库中的原始数据(含地图矢量和栅格数据、属性数据)、经筛选的数据,以及查询、检索、统计分析、排序、专题制图等功能处理形成的图、表、文字和多媒体信息。
     4、CGNIS技术指标
     第一,制定CGNIS主要规范、标准,包括:(1)地名分类代码、个体编码体系;(2)主要外国语种地名汉字译写标准;(3)国内主要少数民族语地名汉字译写及单一罗马化标准。
     第二,达到CGNIS设计要求的计算机编程技术,包括:(1)地名按汉字笔画、部首及罗马字母、分类编码、地理代码、统计资料等关键字段排序技术;(2)地名文字信息、统计数据与地图、多媒体信息交互访问、查询、检索技术;(3)地名专业统计分析技术;(4)地名专题制图技术;(5)系统维护及地名资料更新技术。
     第三,数据库建设技术,包括:(1)地名地图库、属性库链接技术;(2)数据格式转换技术;(3)矢量数据、统计数字、文本资料及图片、录音、录像等多媒体信息集成技术。
     关键技术内容主要有:(1)地名分类代码、个体编码体系;(2)地名实体空间分析与地名属性的联动及集成技术;(3)地名汉字笔画、部首排序技术;(4)地名专业分析统计及专题制图技术;(5)地名信息数据格式转换与保密技术;(6)非常用汉字字库建设。
     5、CGNIS技术路线和技术手段
     在集中优势力量进行关键技术攻关的同时,收集、整理、录入国内外地名信息,采取研究、开发、应用一条龙的方式,建立实用、功能齐全、面向宏观管理和社会各界需要的运行系统。应用系统及软件的研制实行专家、专业管理人员、用户与软件研制人员相结合的方式进行。项目攻关进程主要由总体设计和标准研制、关键技术研究、数据库建设、系统集成四个阶段组成 。
     主要技术手段包括:(1)采用面向对象的技术方法。即将复杂的系统分解成不同对象,并以消息的形式,建立对象之间的联系,使分析、设计和实现系统的方法学原理与人们认识客观世界的过程尽可能一致,以便于用户理解和接受。(2)数据挖掘和知识发现。数据挖掘和知识发现是人工智能技术与数据库技术紧密结合的产物,是严格遵循特定的步骤,反复进行人机交互,从大型数据库中识别出有效的、有用的、人们能理解的知识的过程。对数据库记录的属性字段进行更高层次的归纳抽象而建立起来的属性层次关系称为概念树。利用概念树提升的方法,对CGNIS中具有复杂的多级隶属关系和时空结构关系的数据进行知识挖掘,得到高度概括的知识基表,再将其转换成知识规则,形成知识库,这将大大压缩表现、管理数据所需的空间。(3)时空数据索引与切换。基于面向对象的方法和对数据特性的分析,在系统设计中根据数据的等级、空间、时间等属性特征,为各类数据确定最为合理的时空表现方式,在不同特性的数据之间找到有机联系,并据此采用不同的信息交流和数据切换方式,按照信息内容的重要性、普遍性和紧迫性协调、优化各组成部分的表现性能和相互关系,使数据组成尽可能小的集合体,建立分级、分时、分区的多级索引,实现时间与空间信息的自由切换。(4)多媒体信息的继承与表现。CGNIS将最终实现超文本的智能化管理,采用面向对象的方法,分析和确定各媒体信息单元之间的相互关系,建立多媒体超文本信息网络,用非线性的结构形式去存储、管理多媒体信息,为用户提供更为灵活、方便、友好的信息查询、检索手段,如过滤式查询、结构化查询,基于内容的检索和基于时延敏感性媒体的检索等。

     五、地名数字化建设进展与计划
     1、起步阶段工作步骤
     第一步,明确建立CGNIS的目的、要求,进行必要性、可行性分析,完成立项报告,落实必要的经费和人员;
     第二步,进行总体设计,拟定总体设计方案,制定CGNIS建设远景规划和十年计划,估算各阶段数据库信息总量;
     第三步,研究、设计CGNIS主要功能、数据库结构,制定地名分类代码、个体编码等有关技术标准;
     第四步,配置国家地名信息中心硬件设备,研制CGNIS软件,建立小比例尺地图数据库和国内外重要地名属性数据库;
     第五步,进行系统集成、试运行和测试,CGNIS投入使用,创建中国地名信息网站;
     第六步,在地名系统进行GNIS建设试点,开展GNIS建设宣传和培训工作,一方面为全面推广作准备,另一方面为改进CGNIS软件、完善系统提供实践依据;
     第七步,全面开展GNIS建设工作,为地名管理服务,根据用户的要求,向社会各界提供专门的地名信息,必要时对地名之星进行再开发,研制行业地名信息系统,如邮电部门地名自动查询系统、城市指路系统等;
     第八步,做好系统维护工作,对软件、硬件进行升级,结合地方GNIS建设不断丰富、更新CGNIS数据库。
     2、建设进展
     自1998年底我们全面启动CGNIS建设工程以来,经过各方面近两年多的共同努力,国家地名信息系统建设已初见成效,地名数字化工作迈出了可喜的第一步。
    (1)前期准备和硬件建设顺利完成。CGNIS已分别在财政部和国家发展计划委员会立项,民政部地名研究所局域网已经建成,初步形成了一个符合技术标准、安全、适用的计算机硬件系统。
    (2)软件研制取得阶段性成果。研究、制定了中国地名信息系统建设总体框架、功能设计,地名排序字库基本建成,地名分类编码、数据项设计草案初步形成。地名信息系统通用软件──“地名之星”研制第一期工程顺利结束,在集成、测试的基础上,经有关专家评审、鉴定,性能稳定、功能齐全,已投入使用,“地名之星”2000版的研制工作开始启动,将于年内完成。
    (3)数据库建设工作陆续展开。已录入国内地名数据资料约400万字,全国县级以上政区地名数据库第一期工程初步完成,50多万条的国外地名数据库的整理和标准化处理开始进行,中国海域地名属性数据库、主要自然地理实体地名属性数据库及南极地名属性数据库设计基本完成,即将开始录入。
    (4)地方GNIS建设试点开始起步。民政部区划地名司已正式行文有关地方地名管理机构,决定进行GNIS建设试点工作,各项准备正在紧锣密鼓地展开。
    (5)GNIS培训、创建中国地名信息网站已经准备就绪。
     3、近期计划(2000~2002年)
    在“地名之星”试运行版的基础上开发研制2000版;制定并颁布实施“地名信息分类编码”国家标准;录入国内地名数据500万字、国外地名数据400万字,初步建成中国主要地名属性数据库(包括中国县级以上政区地名数据库、中国海域地名数据库、中国主要自然地理实体地名数据库)和中国百万分之一级地名地图矢量数据库(包括1:400万和1:100万),建成南极地名属性数据库和25万条左右外国重要地名译名数据库,将外国重要地名译名数据库中的汉字译名以行业标准的形式颁布实施;举办2~3期地名信息系统培训班,选择几个不同层次的地方进行地名信息系统建设推广试点工作,建成2~3个省级地名信息管理系统、3~4个城市地名信息管理系统,其中1个城市同时建成多媒体指路系统;创建中国地名信息网站,为各级地名机构交流、传输地名信息提供桥梁和纽带,方便社会各界查询、检索、浏览公开发布的地名信息,提高地名信息的共享水平和使用率。
     4、中期规划(2003~2006年)
    研制“地名之星”网络、单机合成版,在软件中引进数据仓库、三维仿真等处于前沿的新技术,增强软件为管理决策等实际需要服务的能力;制定地名信息系统数据库结构、主要类别地名个体编码规则、汉语地名生僻字和多音字标准化处理规则、5~10个语种外语地名汉字译写导则、30万条外语地名汉字译写规范等国家标准;继续扩建中国国家地名数据库,建成中国乡级以上政区地名属性数据库、50万条外国地名属性数据库、部分国家地名属性数据库和中国1:25万、世界千万分之一级、部分国家百万分之一级地名地图矢量数据库;继续开展地名信息系统建设培训和普及工作,有计划、有步骤地在地名管理部门推广地名数字化建设工作,多数省区、部分城市建成地名数据库(分别包含十万分之一级、万分之一级地名地图矢量数据库);根据用户的要求,向社会各界提供专门的地名信息,必要时研制行业地名信息系统,如邮电部门地名自动查询系统。
     5、远期规划(2007~2010年)
    进一步增强“地名之星”功能,完成网络集成、时空集成,初步建成地名实体虚拟环境;基本建成中国国家地名信息数据库,包含国内、国外(包括国际公有领域)各100万条地名属性数据库,能覆盖全球的多比例尺地名地图矢量数据库,比较详细的世界重要国家和周边国家地名数据库;在全国范围内全面展开地名信息系统建设工作,所有省区、大多数城市建成地名信息系统;通过中国地名网站建立地名信息网络体系,实现地名信息的网上传递、申报、处理、集成、发布。
     初步估算,到2010年,CGNIS数据库200万条地名,平均每条地名15个字段,其中文本数据400个字节,共约8亿个字节,多媒体信息按文本信息的2倍计算为16亿个字节,考虑到地图库包含部分栅格数据,地图库信息量为15亿个字节,合计达4个G。

     = 1 \* GB3 ① AL Gore. The Digital Earth:Understanding our planet in 21st Century. Given at the California Science center ,
Los Angeles, California, on January 31,1998. http://www.digitalearth.net.cn。
     = 2 \* GB3 ② 江泽民同志在接见中国科学院第九次院士大会和中国工程院第四次院士大会部分院士和外籍院士时的讲话,《中国科学报》1998年6月2日。
     = 3 \* GB3 ③ 徐冠华:《全社会要高度关注“数字地球”》,《科学新闻周刊》1999年第1期。
     = 4 \* GB3 ④ 徐冠华、孙枢、陈运泰、吴忠良:《迎接“数字地球”的挑战》,《遥感学报》1999年第2期。
     ⑤崔伟宏主编:《数字地球》,中国环境科学出版社,1999年版。
     ⑥拉兹洛:《决定命运的选择》第6页,三联书店,1997年版。


 

 



[日期:2013-05-28] 来源:未知  作者:济南地名网 阅读:72
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