注：本文為出版于2019年10月的《李德仁院士文集》的序言。作者李德仁院士?！独畹氯试菏课募窌夸浺姸l。

李德仁

現(xiàn)代科學(xué)研究的基本對(duì)象集中于物質(zhì)、能量和信息三大主題，從20世紀(jì)20年代信息概念基本形成起，到40年代由于信息技術(shù)的突破和信息理論的創(chuàng)立，人類開始進(jìn)入了信息時(shí)代。    

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隨后，信息技術(shù)和信息理論的研究及應(yīng)用工作開始全面展開。50年代以來(lái)，信息革命的浪潮席卷全球。到90年代初，信息概念與信息技術(shù)已經(jīng)深入到生產(chǎn)與生活的各角落，信息產(chǎn)業(yè)迅速崛起，以信息高速公路為主干的社會(huì)信息 *** 正在世界許多國(guó)家加速興建，信息革命已向人類展示了光明燦爛的前景。

信息革命主要經(jīng)歷了兩次大的浪潮:之一次形成了信息科學(xué)和信息產(chǎn)業(yè)，并以電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明為標(biāo)志；第二次信息革命作為一次深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)革命，以微電子技術(shù)、空間技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合為特征。它給整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)、管理、服務(wù)和生活系統(tǒng)乃至現(xiàn)有的社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的之一次工業(yè)革命對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、文化等各方面的影響。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)進(jìn)入“數(shù)字地球”時(shí)代。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，人類正在大踏步地向萬(wàn)物互聯(lián)的“智慧地球”時(shí)代邁進(jìn)。

地球作為人類賴以生存的最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展最基本的條件。因此，人類在認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過(guò)程中必須正確處理人與自然的關(guān)系，如合理利用資源、提高資源的利用效率、統(tǒng)籌規(guī)劃國(guó)土資源的開發(fā)和整治、控制環(huán)境污染，以及改善生態(tài)環(huán)境等。

隨著社會(huì)和技術(shù)的迅速發(fā)展，人類改造自然的能力不斷??強(qiáng)，人類活動(dòng)引起的全球變化目益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。從最近幾個(gè)世紀(jì)的歷史看，人類活動(dòng)對(duì)地球生態(tài)的影響主要是向變壞的方面發(fā)展。隨著世界人口的急劇增加，造成的資源大量消耗、生態(tài)環(huán)境惡化已是全世界有目共堵的事實(shí)。因此可以概括地講，人口、資源、環(huán)境和災(zāi)害是當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展所面臨的四大問(wèn)題。

地球及其環(huán)境個(gè)由大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈構(gòu)成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，為了解決人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，需要人們不斷地認(rèn)識(shí)地球。

地球科學(xué)作為一門已有數(shù)百年發(fā)展歷史的學(xué)科，在研究地球及其各圈層的起源、結(jié)構(gòu)、演化與運(yùn)動(dòng)規(guī)律等基礎(chǔ)理論方面，已取得了突破性進(jìn)展，并通過(guò)對(duì)上述四大問(wèn)題的研究與戰(zhàn)略決策，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。

隨著人類社會(huì)步入信息時(shí)代，一方面，有關(guān)地球科學(xué)問(wèn)題的研究需要以信息科學(xué)為基礎(chǔ)，并以現(xiàn)代信息技術(shù)為手段，建立地球信息的科學(xué)體系；另一方面，地球信息技術(shù)的發(fā)展又極大地促進(jìn)了地球科學(xué)研究，特別是對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使一些重大的地學(xué)問(wèn)題面臨著新的突破。

地球空間信息學(xué)正是在地球科學(xué)與信息科學(xué)技術(shù)的交叉、滲透與融合的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。它作為地球信息科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科，可為地球科學(xué)問(wèn)題的研究提供空間信息框架、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和信息處理的技術(shù) *** ；同時(shí)，它又通過(guò)多平臺(tái)、多尺度、多分辨率、多時(shí)相的空、天、地對(duì)地感知和認(rèn)知手段改變和提高人們觀察地球的能力，為人們作出準(zhǔn)確而全面的判斷與決策提供大量可靠的信息。

從本質(zhì)上講，地球空間信息學(xué)應(yīng)作為認(rèn)知科學(xué)的一個(gè)組成部分，它要研究和解決加何從各種對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)中智能地提取信息和知識(shí)的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一信息一知識(shí)的自動(dòng)轉(zhuǎn)化。

• 來(lái)自衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)是以點(diǎn)方式記錄電磁波信號(hào)，代表從衛(wèi)星到達(dá)地面目標(biāo)點(diǎn)的相位和時(shí)延；

• 來(lái)自光學(xué)遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)是以面方式來(lái)反映地表光譜反射率的灰度矩陣;來(lái)自合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)是衛(wèi)星后向反射到目標(biāo)的相位和振幅記錄。

這些不同類型的電磁波信號(hào)均要穿過(guò)大氣的電離層和對(duì)流層，會(huì)對(duì)原始信號(hào)產(chǎn)生干擾和影響，所以地球空間信息學(xué)的感知和認(rèn)知涉及各類傳感器的建模、校正與標(biāo)定，自主定位與定姿，各類數(shù)據(jù)的預(yù)處理與精處理，特征提取與目標(biāo)識(shí)別，語(yǔ)義與非語(yǔ)義信息的提取，信息融合與集成，以及空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)等方面，是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。

當(dāng)前，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)和嵌入式通用計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)應(yīng)急任務(wù)對(duì)航天信息感知和認(rèn)知的實(shí)時(shí)要求，在軌處理和嵌入式實(shí)時(shí)智能化處理以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一信息一知識(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)化的問(wèn)題已被提到日程上來(lái)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，無(wú)所不在的傳感器 *** 將現(xiàn)實(shí)物理空間活動(dòng)中的人、車、物的時(shí)空信息直接映射到數(shù)字 *** 空間，使地球空間信息學(xué)從對(duì)地觀測(cè)拓展到對(duì)人和人類社會(huì)活動(dòng)的觀測(cè)，通過(guò)地學(xué)計(jì)算可支持定量化的社會(huì)科學(xué)研究。

夜光遙感多時(shí)相數(shù)據(jù)可用于戰(zhàn)爭(zhēng)與和平、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、碳排放、城市發(fā)展和全球貧困分布諸方面的研究，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和手機(jī)數(shù)據(jù)記錄著人、車出行和物質(zhì)的流通，這些時(shí)空大數(shù)據(jù)的智能分析將支持科學(xué)處理人與自然的關(guān)系，推進(jìn)人類社會(huì)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

地球空間信息學(xué)又是一門面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和大眾民生應(yīng)用需求的服務(wù)科學(xué)。它需要從理解用戶的自然語(yǔ)言入手，搜索可用來(lái)回答用戶需求的數(shù)據(jù)，優(yōu)選提取信息和知識(shí)的工具，形成合理的數(shù)據(jù)流與服務(wù)鏈，通過(guò) *** 通信的方式，將有用的信息和知識(shí)及時(shí)送達(dá)給用戶。

從這個(gè)意義上看，地球空間信息服務(wù)的更高標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的時(shí)間(right time)將所需位置(right place)上的正確數(shù)據(jù)/信息知識(shí)(right data/information/knowledge)送到需要的人手上(right person)。面向任務(wù)的地球空間信息聚焦服務(wù)，將長(zhǎng)期以來(lái)數(shù)據(jù)導(dǎo)引的產(chǎn)品 *** 和分發(fā)模式轉(zhuǎn)變成需求導(dǎo)引的聚焦服務(wù)模式，從而解決目前對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)“又多、又少”的矛盾(每天接收的各類衛(wèi)星數(shù)據(jù)達(dá)到TB甚至PB級(jí)，而用戶需要的數(shù)據(jù)又十分匱缺)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)代替產(chǎn)品，通應(yīng)當(dāng)今大數(shù)據(jù)智能時(shí)代的需求。

李德仁

2019年8月18日