出品：“科学与中国”院士专家巡讲团
制作：中国科普博览
监制：中国科学院部工作局中国科学院计算机网络信息中心
编者按：一带一路的推进困难重重。粮食安全、自然灾害无不是我们所面临的挑战。而我国的空间对地观测技术，则可以为一带一路“保驾护航。为此，我们中国的科学家发起了数字丝路国际科学计划。中科院院士郭华东表示：“中国人发起的“数字丝路”计划，是一个开放的、协同的、共享的计划，我们是手拉手计划，欢迎大家一起来参加这个计划。我们的理念就是说，地球大数据服务一带一路，DBAR计划服务于一带一路所有的国家。”
郭华东院士演讲实录（上）：
大家好，我是郭华东，来自科学院遥感与数据地球研究所。今天我给大家介绍的内容是空间科技护航一带一路。首先我想让大家看两张遥感影像，目前呈现在大家面前的是一张彩色的影象，它是白天拍摄的图象，在这张图片上你可以看到有两条先上面也就北面这条红色的线是丝绸之路经济带，下面这种前绿色的线是21世纪海上丝绸之路，就在同一个地区，我们有另外一幅卫星图象，这张图象大概拍摄于晚上的9点钟左右，大家可以看到有暗的地方，有亮的地方，所有这些亮的地方，像东亚地区、西欧地区，事实上是经济发展程度的显示，也是工业化程度高低的一种显示，所以从这张图上可以看到我们丝绸之路经济带在经济发展程度来看是两边高，中间低，看完了两张遥感图象以后，我们可以认识到一带一路确确实实是一个突破性、全局性的全球倡议和国家战略，我认为它具有范围广、周期长、领域宽等一系列的特点。这样对一带一路沿线国家生态环境格局和发展潜力进行宏观动态的分析，为一带一路建设提供基础性、宏观性的环境数据具有重要的意义。
大家都知道空间对地观测技术，这个技术具有宏观快速准确，客观规律数据的特点和能力，可以说是实现环境观测的非常有效的手段，可以为一带一路建设提供重要的帮助和决策支持。
今天我就给大家介绍三个方面的内容，首先，讲一带一路面临的一系列挑战，其次介绍一下我国空间对地观测技术发展。第三条也是最重要的，介绍一下我们中国科学家发起的数字丝路国际科学计划。
大家都要问，一带一路面临什么样的挑战？首先一带一路面临全球变化的挑战，在这张图上你可以看到，左上角这张图，事实上来讲，这个椭圆的蓝色的范围圈定的是我们一带一路的主要地区，这几年来全球的气候在不断地变化，全球的温度在不断地上升，左下这张图可以看到这个地区的土壤湿度也在不断变化，右下这张图可以看到，位于我们中亚地区的咸海从浩瀚的湖泊到慢慢地演化到基本上湖泊消失了这么一个程度，所以可以看出全球地表的水在减少，然后此地表的一些水储量在减少，这都是全球环境变化带来的结果，这样的环境变化，确确实实要给我们一带一路建设带来很大的挑战。同时我们面临着粮食安全的挑战，大家都知道，无饥饿和粮食安全是联合国的一个重要的目标，联合国发起了大的一个计划，事实上来讲，就讲到我们到2030年要实现可持续的发展，在联合国制订可持续发展这个目标的中间，零饥饿和无饥饿一起构成粮食安全是联合国要做的重要目标，诚然零饥饿也是中国落实2030年可持续发展议程国别方案一个重要目标。大家可以看到，面临粮食安全的挑战这块集中的地区也在一带一路地区。第三个挑战可以说自然灾害的挑战，自然灾害大家都比较熟悉，地震、旱灾、水灾、风暴潮等等，那么在我们讲到的一带一路这个地区，自然灾害尤为严重，为什么这样说，这张全球的图大家都看出来了，一带一路地区，可以说85%重大的自然灾害都发生在亚洲地区，我们这个地区很严重，那其中超过80%灾害是什么，是地震灾害、风暴潮灾害、水旱灾害，这三大灾害构成了全球无论是死亡的人数还是经济损失的80%，叠加起来一个85%，一个80%都发生的地区，所以这种挑战是显而易见的。同时做一带一路建设我们要做一系列的大的工程的实践，但是做工程建设的时候，其实面临着很多的风险，大家都知道中巴走廊，从我们的新疆南下到了巴基斯坦的瓜达尔港，几百公里长度的一个中巴走廊，其实面临着很多的风险，有地震的风险，灾害的风险，特别是水灾的风险特别大，这张图上大家已经看出来，一系列重大的项目就要在这儿实施。
但是，一系列的水旱灾害威胁着我们，面临这样的威胁，我们都要有科学的行动，我们都要有应对措施，从而避免这些灾害带来的影响，在这样一个地区，其实经济发展不平衡，城市化进程也不均衡，大家可以看到，这个地区是城市化发展比较快的地区，城市化本身来讲，也是带来经济发展不平衡这样一个后果，所以经济的不平衡、城市化发展不平衡，特别城市化本身的快速发展，对各个地区的经济、人口各方面都带来另外一个系列的挑战。那么面对以上的挑战，人类怎么去应对，我们中国的科技界怎么去应对，我们有很多种理论，有种模型、方法技术，目前摆在我们面前的空间对地观测技术其实是个非常先进的技术，它可以把一带一路作为一个整体来进行认知，可以说它有着其他技术难以替代的，有的时候是唯一的可以发挥作用的一个技术，重要的一点就是可以帮助我们的决策者我们的政府解决可持续发展问题，提供决策支持，那么于是中国发起了一带一路国际倡议，中国现在在实践我们一带一路国家战略，对于空间技术来讲，我们提出这么一个口号，国家利益延伸到哪，空间信息我们就要保障在哪里。
这也就是说我们要利用空间科技技术，来为一带一路实施保障、来护航的一个重要的思路。这样做，实现我们对地观察大数据共享对于我们中国的倡议的发展、对于沿线60几个国家的发展都具有重要意义。几个重要意义举一些例子，比如说粮食生产监测，具有重要战略意义，大家都知道在这个带上刚才讲到了粮食安全带来的风险，那么一带一路国家水稻产量占全球总产量88%，这个量可谓之大，小麦产量超过全球走产量的60%，玉米总产量超过三分之一，其中柬埔寨、泰国是我国重要的稻米进口来源国，还有一些国家在能源、在其他的资源方面对我们国家都非常有意义，一带一路重要国家中间我们的粮食估产能力不是太强，所以我们国家这方面很强，急需开展国际合作，实现我国粮食的估产技术的输出。第二个意义，大家可以看到城市化信息空间观测意义重大，我刚才其实讲了，全球百分之60以上的人口集中在一带一路的沿线的国家和地区，大部分都是发展中国家，城市化率相对较低，随着城市化的发展，城市病逐渐也显现出来了，我们急需用空间对地观测技术进行城市化的监测，提供城市化的信息支持。
刚才就介绍了我们面临一些挑战，同时讲了如果我们利用我们的对地观测技术，可以应对这些挑战，那么我们国家的对地观测技术发展情况到底如何呢，所以第二部分我想用一些时间给大家介绍一下我们中国空间对地观测技术的发展，这张图有点复杂，这张图有点看不清楚，但是我想给大家概要地做一个介绍，遥感在座的我不知有多少大家熟悉遥感，我可以告诉大家今年是2017年，在55年前，遥感这门科学技术正式问世了，也就是有说半个多世纪的历史了。我们国家由于历史的原因是40多年前才开始发展的遥感技术，但是40多年来应该说发展得很快，摆在大家面前的这张图，其实左侧大家看到了气象卫星、资源卫星、环境卫星、海洋卫星等等，还有我们的一些导航卫星，这些年来取得了长足的发展，不仅我们现在很多卫星用在国民经济建设各个方面，像我们的气象卫星，大家如果喜欢看新闻联播，新闻联播要播到7点半的时候就要有气象预报，气象预报就是用的我们中国的风云卫星，不仅现在有很多卫星大家可以看出最右一栏，在未来或者到2020年我们国家还要发射一系列的卫星，发射遥感卫星，发射导航卫星，所以我们国家的发射这些对地观测威胁数量在国际上目前是属于前茅的，当然我们要进一步提高它的质量和它的技术能力。
下面简单地讲一下我们讲的卫星是个什么具体的情况呢，我们叫资源系列卫星，叫环境系列卫星，那么资源系列卫星，我们叫资源系列一号二号三号，我们的国家领导人出去访问的时候，比如到巴西去，肯定要访问巴西的宇航院，为什么，20多年来中国一直和巴西进行着资源卫星的合作，那么资源卫星目前应用在我们的土地调查、粮食估产、灾害检测、森林囤积量的监测、环境调查等各个方面，在我们国家经济发展中起了很重要的我们，环境系列卫星一开始这个很多人不注重环境，那么近年来环境得到了充分的重视，我们国家发射一系列的环境卫星，大家可以看到，北方的一些陆地的污染，南方一些水面的污染，近些年来用环境卫星做了很多很多的工作。这张图大家看到的是气象卫星，气象卫星应该说在咱们的这些运行卫星里面，是运行得比较成熟的一个系列卫星，这就为什么每天晚上7点半我们可以坐在电视机前看我们气象卫星产出的云图来听讲解员进行天气预报的情况，从这张图你可以看出我们国家做了几十年的战略规划，气象卫星一代一代地健康地高质量地向前发展。
海洋卫星，以前资源卫星检测陆地，气象卫星检测大气，环境卫星监测陆地和大气，对海洋的重视程度不是太高。这些年来我们国家对海洋、对海洋卫星予以了充分的重视，从这张图上我们可以看出来，我们国家已经发射了一系列的卫星，这些卫星对海洋的初级生产力，比如海洋表面的一些叶绿素进行监测，对海洋的动力学进行监测，比如海浪、海风等等，包括海洋灾害进行监测，所以海洋卫星这些年发挥的作用越来大。随着我们国家经济程度不断地发展，随着我们国家经济的快速发展，我们的城市建设、我们的高速公路的建设、我们一些大工程的建设，越来越不能满足于一些中低分辨率的卫星，因为那些中低分辨率的卫星事实上来讲对于该看的一些现象很难具备看到的能力，那么它需要什么，需要我们高分辨率卫星，高分辨率比如说你能看一米的就比看10米的要清楚得多，比如在广谱上我们就要能看10纳米的比100纳米的就要高，那我们时间分辨率上我们能一个小时获取一个图象，那就比一天获取一个图像利用程度更高，所以高分辨率是个综合的概念，我们政府意识到市场经济、社会对高分辨率卫星发展的需求，所以在7年前，也就2010年，开始启动我们高分辨率对地观测卫星计划，这是我们16个重大专项之一，它的目标就是计划到2020年建成我国自主的陆地大气和海洋观测系统。
发展了7年，现在就是已经有4颗卫星上天了，这4颗卫星应该说都比较成功。首先，大家可以看到这张图上讲到的GF1，就是高分的简称，高分一号卫星2013年发射上天的，分辨率是黑白是两米，高广谱是8米，彩色的分辨率低一点，但是广谱分辨率高，然后黑白的是空间分辨率高一些，彩色分辨率要低一些。那么大家可以看到这是我们的上海，可以看到黄埔江、看到浦东，我们整个上海蒸蒸日上的建设情况。这个是高分二号的卫星，高分二号卫星是2014年发射上天的，大家看这是在北京，它的分辨率就更高了，分黑白达到0.8米，彩色也是达到3.2米，这张图片上大家可以看到我们的公园、车站，大的楼房都历历在目。这是去年上天的一个高分三号卫星，三号卫星它事实上来讲，和刚才一号二号不一样，一号二号都是在白天来获取这些数据，因为它只有在阳光照射条件下，在没有云、没有雨的条件下才能获取图象，这张图象什么图象，是一张雷达图象，雷达它本身特点是什么，在座的大家可能都了解一些，它可以全天后工作，全天时工作，就是24小时都成象，你有没有太阳、白天黑夜都可以，你刮风下雨还是晴朗天气我都可以成象，就是我雷达自己发射电磁波，回收这些电磁波，我本身就起到一个小太阳的作用，同时，它最大的一个优势，还可以对某些地物有一定穿透能力，比如说若干年前我们用长波雷达系统就能发现埋藏在咱们陕西宁夏一带的被干沙覆盖的明隋时代的长城。
明隋时代的长城到现在1000年了，1600年了，还发现隋代两批长城，就是说能够穿透干沙，发现地下的地物，所以这是一个非常重要的技术，这样的技术对我们像每年南方长江中下游有水灾，有了雷达图象，即使在下雨有云情况下我们雷达都能穿透云雾小雨，发现下面一些水灾蔓延的情况，对抗洪救灾它是非常非常重要的武器。
那么这是高分四号卫星，2015年拍摄的，它的分辨率不是特别高，它的空间分辨率是50米，但它时间分辨率高，这点对一些做全球的环境观测等等是非常有利的这样一些参数。
刚才大家看到陆地上很多高分辨率卫星图象，现在请大家看一下这个幻灯片，我们讲海上丝绸之路，那么海上丝绸之路重要的是对一些海口的城市，海洋带的城市，对一些港口进行分析和监测，这里大家可以看到了，不仅我们广州的港口，三亚的凤凰港，海口的港口，我们都可以监测，而且你可以看到像左侧，像科伦坡的港口、吉隆坡的港口，新加坡的港口，事实上我们具备了对全球港口进行监测的能力。
具备了这样一些能力，大家都知道对一带一路研究来说，它实在是太有用了。那么讲到这的时候，我们来看看这么一个幻灯片，这个幻灯片讲的什么，是全球的地球观测卫星，中间是我们的地球，周围有很多很多的卫星，这些卫星有遥感卫星、有导航的卫星、有地球物理卫星等等等等，也就是说今天我们在这儿学习，今天我们在这儿讲课，今天我们在这儿听课，我们在这儿研讨的时候，在我们地球轨道上有很多很多的卫星正在不断地运行，然后不断地获取我们地球表面的和次地表的一些有用的信息，所以进入到我们今天这个时代可以说全球无处不在的都有我们地球观察卫星在准实时或者实时地获取着我们方方面面的地球表面的信息。那么我为什么要讲到这一点，就是说刚才讲的我们中国有资源卫星、环境卫星、气象卫星、海洋卫星等等卫星，还有高分辨率卫星，中国对地观测能力非常强了，但是世界上还有更多的卫星我们中国不可能卫星包揽天下，也要做国际合作，就像我们一带一路，一带一路不仅造福于中国，更重要的造福于沿线国家，造福于全球。
所以，我们在技术上也是共享的，我们中国不失时机地也接受国际上一些先进的卫星，正是因为如此，我们中国的国家重大基础设施，中国遥感卫星地面战，经过这些年的努力，已经建成了五站网系统，五站网叫什么？大家在这张图上就能看到，一个圈就是一个站，有北京密云建了一个站，在新疆喀什建了一个站，在海南三亚建了站，这三个站它其实就可以覆盖了中国陆海的全部疆土，还可以告诉大家，这三个站也覆盖了我们亚洲疆土70%的面积，不仅如此，去年底，在我们政府的支持下，我们中国科学院又在北极建了卫星接收站，和瑞典合作，建一个覆盖北极的这么一个系统，同时在国内在云南也建站，五站网系统，将来我们的站可以遍布全球，全球数据我们都可以接收，于是对我们一带一路的环境监测、资源调查等等提供了非常非常重要的信息支持。刚才讲到的都是遥感卫星，就是地面有什么样的东西，这是个城市还是个山川还是个河流，这是城市的公园还是楼房，是大学还是一个公司，等等，回答地球表面是什么的问题。现在，大家看到的这个幻灯片，换了个角度了，叫导航卫星，导航卫星大家都知道是做定位用的，是说我在地球的一个什么地方，刚才是是什么，现在回答在哪，当我们回答了是什么、又知道在哪的问题以后，大家都知道我们很多事情做起来就方便得多了，那么以前我们用了不少的国外的一些导航卫星，当然现在也得用，可是前些年开始，我们国家开始发射北斗导航卫星计划，北斗导航卫星计划，根据计划到2020年的时候，有35颗卫星上天， 构成一个全球的网络，当这个目标实现的时候，中国的北斗导航卫星，将和美国的咱们的讲的GPS卫星和欧盟的它们的伽利略卫星，然后和俄罗斯的（葛珞纳斯）卫星，四大卫星并排前进，也就是说我们中国北斗导航也是屹立于世界之林的一个导航卫星系列，和我们遥感卫星一起，再加上我们通讯卫星，就构成了我们强大的一个对地观测能力。在这些强大的对地观测能力的支持之下，进一步地我们要做什么，这给大家展示的我们叫数字地球科学平台，什么叫数字地球科学平台。数字地球的概念是18年前问世的，我记得当时我们中国科学院组织召开第一届数据国际会议，当时我作为大会秘书长，报社的记者采访我说，郭先生什么是数字地球，我当时其实并不是特别能说得清楚，因为那个技术太新了，刚刚问世，我说根据我的理解，数字地球就是把我们人类居住的地球装进我的计算机。其实这是一个科普的说法，也就是说我们利用卫星、利用其他的数据，然后形成一个覆盖我们地球表面的数字系统，一个信息圈，来认识我们居住的地球，这点其实是非常重要非常重要的，比如说现在给大家看到的这张幻灯，全球的空间大数据信息产品，刚才讲的概念都是由这些构成的，数字地球由一些大数据信息产品构成，比如说产品的类型，陆地的、海洋的、大气的、城市的，然后时空尺度有全球的和区域的，在陆地的我们有很多具体的分类，比如说大家比较熟悉的植被、森林、叶绿素，海洋大家都知道有海表温度、然后海表的盐度，大气大家知道二氧化碳、气溶胶，城市有我们城市用地，还有地面沉降等等，所以这都是我们的数据产品，而且这是我们做出的大数据产品，那么由于这些年坚持这样做，其实它是非常有用的，这举了一个例子，在2014年的时候，当时联合国秘书长潘基文，潘基文秘书长发起了一个气候变化峰会，邀请全球的100多个国家的首脑们出席这个会议，出席这个会议做什么，他们联合国发起了一个全球脉动计划，也就是要用我们的大数据来应对气候变化，这张图想给大家展示的一个目的就是说大数据可以应对气候变化，大数据正在是我们数据一个重要组成部分，大数据可以为一带一路建设作出我们的贡献，当时46个国家来对它这个全球脉动奖申请，最后评的结果，在全球46个国家中间，选出9个获奖团队，我们的这个团队就成为9个获奖团队之一，也是我国唯一的一个获奖项目，这件事说明大数据何其重要，对地观测大数据能够解决一带一路方方面面的问题。紧接着，我就是把刚才的理念收集来了，我说18年前我的理念是把地球装进计算机，大家可以看出来这么个表达，然后现在我们说用地球大数据来研究一带一路，是什么意思呢，其实装进了计算机的地球，就是我们地球大数据一个集成，我们有了地球大数据我们就掌握了人类认识地球的一个钥匙，或者掌握了人类认识地球的一个未来的武器。我们中国科学家发起成立了一个国际数字研究学会，学会下面有一个学会官方刊物叫做《国际数字地球学报》，在这个学报里面，我做主编，其实先几年写了一个编者按，每年一月我也写个编者按，就是数字地球就是地球大数据，所以大家对这件事情不妨我们可以讨论一下，就是说基于对地观测技术的基础上发展起来的数字地球，当然从认识程度来看我们如果叫地球大数据，可能其实利用这些大数据来解决我们一带一路方方面面问题可能会更加给力。
所以，刚才讲了我们前面面临的一带一路的挑战问题，我们讲到为了应对挑战我们中国人发展的一些对地观测技术，目前具有了世界级的水平，我们对地观测的能力还在不断地往前发展。
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