李德仁院士
作为三大高新技术，地球空间信息产业欣欣向荣
上世纪90年代，我们把全球定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的集成简称为3S集成。最近在美国的《自然》杂志上读到美国科技自由撰稿人维吉尼亚·格文（Virginia Gewin）的文章。该文的标题为《地图制图的机遇》，它给我们从事3S集成的人带来了许多有说服力的信息，表明地球空间信息产业欣欣向荣。文章的主要内容为：
第一，今年年初，美国劳动部将地球空间技术、纳米技术与生物技术一起确定为新出现的和正在发展中的三大最重要技术。
第二，地球空间信息产业的产值以超出预计的速度飞快增长。美国劳动部预计，原预测的全球地球空间信息在2005年的产值为50亿美元，现在有望达到300亿美元。以出售商用1米高分辨率卫星为业务的SpaceImaging公司的业务量增长了70％。美国军方在过去两年中已在商业GIS与遥感技术方面花费了10亿美元，军费中对地球空间信息技术的更多花费便可想而知了。
第三，地球空间信息高技术人才的需求量极大。以美国为例，美国航天局（NASA）有26％的高技术地球空间技术人员将在下一个10年中退休，仅美国影像制图局（NIMA）在今后3年中，就将招收7000名掌握遥感技术的GIS技术人员。全球则有14万个单位需要地球空间技术人员，其中大多数为地方、国家和国际的政府与政务机构。此外，未来10年人才需求的主要领域是资源环境、国防与安全、城市与交通以及土地管理等方面。
第四，随着移动定位服务和空间决策支持系统的推广，地球空间信息技术将创造更多的非政府部门的就业机会和民营企业。除了高学历人才的需求外，对GIS一般技术人员的需求量也将会显著增加。例如，美国环境系统研究所（ESRI）就雇用了2500名雇员，这个研究所的定期培训班1年能培训20万人，这些人由于会使用其软件（ARCINFO），给公司的市场拓展带来了极好的机遇。欧州航空局（ESA）和美国国家科学基金联合主办了一个为期3个月的夏季培训班，为全世界培训从事空间数据基础设施、空间分析和地图可视化的人才。
在我国高校中，设置测绘、RS和GIS这些有关地球空间信息学专业的学校在最近5年内已发展到150个，每年招生达到5000人以上。
作为时空信息高科技，地球空间信息技术发展前途无量
地球空间信息科学是在上世纪八九十年代形成的。随着信息技术、通信技术、航天遥感、导航定位技术的发展，在本世纪，地球空间信息的数据采集将形成海陆空天一体化的传感器网络并与全球信息网格相集成，从而实现自动化、智能化和实时化地回答何时（When）、何地（Where）、何目标（What Object）发生了何种变化（What Change）的问题，并且把这些时空信息（即4W）随时随地提供给每个人，服务到每件事（4A服务：Anyone，Anything，Anytime and Anywhere）。下面从时空信息获取、加工、管理和服务四个方面对未来的技术发展做一简要叙述。
时空信息获取的天地一体化和全球化
人类生活在地球的四大圈层（岩石圈、水圈、大气圈和生物圈）的相互作用之中，其活动范围可涉及上天、入地和下海。这种自然和社会活动有80％与其所处的时空位置密切相关。为了获得这些不间断变化的地理空间信息（下面简称时空信息），在上个世纪航空航天信息获取和对地观测技术的成就的基础上，21世纪人们已纷纷在构建天地一体化的对地观测系统，以便实现全球、全天时、全天候地获取低中高分辨率的点方式和面方式的时空数据。
由美国政府发起，于2003年7月31日在美国国务院内召开了第一次对地观测部长级高峰会议，有34个国家的科技部长或其代表以及联合国相应机构参加了会议。会议发布了对地观测华盛顿宣言，成立了政府间对地观测协调组织（GEO）。华盛顿宣言正式提出，要建立一个功能强大的、协调的、持续化的分布式全球对地观测系统（GEOSS）。该系统的框架文件已在2008年4月完成，并于4月25日在日本东京召开的第二次部长级对地观测高峰会议上通过。现在正着手制定10年实施计划。这种合作主要涉及全球环境、资源、生态及灾害等方面，研究的问题包括海洋、全球碳循环、全球水循环、大气化学与空气质量、陆地科学、海岸带、地质灾害、流行病传播与人类健康等。用于国防安全的军事卫星技术不在合作之列，但各国都给予了很大的关注。在未来争夺制天权的过程中，又联合又竞争的局面值得我们给予充分的注意和关心。
就是在华盛顿第一次高峰会上，欧洲航空局（ESA）正式提出其GMES计划，即全球环境与安全监测计划。该计划将建立和健全一个由高中低分辨率的对地观测卫星组成的观测系统，这个系统将与伽利略全球卫星导航定位系统一起，为欧盟18个国家的环境（包括生态环境、人居环境、交通环境等等）和安全（包括国家安全、生态安全、交通安全、健康安全等）提供实时服务。
我国目前正在制定从现在到2020年的国家中长期科技发展规划。在这个规划中，将正式提出建立我国天基综合信息系统的建议，即通过发射一系列持续运转的卫星群，实现卫星通信、数据中继、全球卫星导航定位和各类卫星遥感数据的集成，来获取国家经济建设、国防建设和社会可持续发展所需要的时空信息。我国天基综合信息系统将与国外的对地观测系统相互协调与合作，成为信息时代我国的天地一体化时空信息获取系统，从而为地球空间信息的数据源提供坚实的保证。
时空信息加工与处理的自动化、智能化与实时化
面对海量对地观测数据和各行各业的迫切需求，我们面临着数据又多又少的矛盾局面，一方面数据多到无法处理，另一方面用户需要的数据又找不到，致使无法快速及时地回答用户提出的问题。于是，对时空信息加工与处理提出了自动化、智能化和实时化的问题。
目前，卫星导航定位数据的处理已经比较成熟地实现了自动化、智能化和实时化，借助于数据通信技术、厘米级精度动态实时差分测量技术、实时广域差分技术等已使空间定位达到米级、分米级乃至厘米级精度。美国的GPS正在升级并改进其性能；欧盟正在紧锣密鼓地推进由30颗卫星组成的伽利略计划；我国的二代北斗卫星导航定位系统也将由12颗卫星组成，对更广大的地域实施实时卫星导航定位服务，希望到2020年建成类似伽利略系统的我国独立自主的全球导航定位系统。
遥感数据，包括高分辨率光学图像、高光谱数据和合成孔径雷达数据的处理，就几何定位和影像匹配而言，可以说已经解决。要进一步研究的是无地面控制的几何定位，这主要取决于卫星位置和姿态的测定精度。目标识别和分类的问题一直是图像处理界关心的问题，智能化的人机交互式的方法已普遍得到应用，人们追求的是全自动方法。因为只有全自动化才有可能实现实时化和在轨处理（SmartSensor），进而构成传感器网格（SensorGrid），实现直接从卫星上传回经在轨加工后的有用数据和信息。基于影像内容的自动搜索和特定目标的自动变化检测，可望尽快地实现全自动化，将几何与物理方程一起实现遥感的全定量化反演是最高理想，本世纪内可望解决。
时空信息管理和分发的网格化
在计算机中，时空信息是通过数字地图来表示的，是在计算机中存贮的拓朴关系的坐标串。在万维网环境下，实时查询和检索GIS数据是成功的。随着全球信息网格（GIG）概念的提出，人们将要面临在下一代GGG（Great Global Grid）互联网上进行网格计算。即不仅可查询和检索到GIS时空数据，而且要能利用网络上的计算资源进行网格计算。在网格计算环境下，目前的GIS数据面临着空间数据基准不一致、空间数据时态不一致、语义描述不一致以及数据存贮格式不一致这四大障碍。
因此，建立全球统一的空间信息网格势在必行。为此，我们提出了从用户需求出发的空间信息多级网格（SIMG）的概念，用粗细网格来统一存贮时空数据。基本的思想是在地理坐标框架下，根据自然社会发展的不平衡特征将全球分成粗细不等的网格，以网格中心点的经纬度坐标和全球地心坐标系坐标作为参照标准，存贮各个网格内的数据及其属性特征。这种存贮方法特别适合于国家社会经济数据空间统计与分析，如果能解决空间信息多级网格与现有不同比例尺空间数据库的相互转换，GIS的应用将会上一个新的台阶，空间数据挖掘也可望得到更好应用，使空间分析和辅助决策支持上一个新台阶。
解决空间数据语义的不一致，需要借助本体数据库思想建立一个统一的语义网格，来描述同一客体在不同专业空间数据库中的语义及其转换。解决时态不一致是一个十分复杂的问题，可以借助覆盖全球的同时态卫星数据快速更新已有的不同时态的空间数据库，建立按年或按月的数据文本。解决数据格式不一致和软件资源共享的问题，国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）的联邦数据库与互操作工作组已取得有效成果。