地球大数据科学论丛 ||《城市可持续发展的地球大数据方法与应用》|人工智能|地理|城市可持续发展的地球大数据方法与应用|科学论丛

2015 年，联合国在《变革我们的世界：2030 年可持续发展议程》中提出了17项可持续发展目标(SDGs)和169项具体目标。SDG11 的发展进程和城市地区的可持续性对于所有可持续发展目标的实现至关重要。以对地观测、地理信息大数据等为代表的地球大数据具有宏观、动态、连续性等优势，已成为区域、国家及全球尺度城市土地利用制图、变化监测、城市环境及形态演变分析等研究的重要手段。《城市可持续发展的地球大数据方法与应用》一书结合近几年地球大数据应用于城市可持续发展研究领域的最新进展，对该领域采用的技术和方法进行了全面、系统的论述，并重点论述了地球大数据应用于城市可持续发展指标监测评估的典型实例。

可持续城市和社区(SDG11)是联合国可持续发展目标(SDGs)实现的核心之一。地球大数据存在宏观、动态、连续性等优势，为城市可持续发展指标监测评估提供了重要的技术手段。《城市可持续发展的地球大数据方法与应用》一书围绕地球大数据应用于城市可持续发展研究的方法、技术和应用案例，介绍了国际上主要的城市可持续发展指标体系和框架，详细论述了城市可持续发展指标监测与评估方法进展，阐述了城市可持续发展指标综合监测及可持续发展科学卫星应用实例，并指出了地球大数据应用于 SDG11 监测的研究前景。

本书主要的读者对象为遥感、地理信息科学、大数据、城市地理、城市规划、可持续发展等专业的高等院校师生，以及相关领域的研究人员等。

全书共 12 章，主要围绕城市可持续发展指标体系框架、联合国可持续发展目标 SDG11 指标监测、地球大数据城市可持续发展指标综合监测与评估三个方面展开。

第一部分(第 1 章～第 2 章)：城市可持续发展指标体系框架。城市可持续发展指标是连接学术研究和决策支持的重要纽带，合理的可持续发展指标是衡量城市可持续发展的关键。第 1 章主要阐述了城市可持续发展研究的背景与意义、研究进展、研究基本框架等。第 2 章围绕城市可持续性评估，介绍了国际上常用的城市可持续性评价指标框架体系，详细阐述了 SDG11(可持续城市和社区)的指标体系。
第二部分(第 3 章～第 9 章)：联合国可持续发展目标 SDG11 指标监测。本部分介绍了基于地球大数据的 SDG11 指标监测与预测的技术方法和应用案例，重点介绍了地球大数据应用于 SDG11.3.1 城市土地利用效率监测和预测的方法，描述了地球大数据应用于 SDG11.6 减少负面环境影响、SDG11.7.1 城市开放公共空间提取和评估的实践案例，以及地球大数据应用于减轻城市灾害风险的评估。
第三部分(第 10 章～第 12 章)：地球大数据城市可持续发展指标综合监测与评估。本部分主要阐述了地球大数据应用于城市可持续发展指标综合监测与评估的典型案例，介绍了可持续发展科学卫星 1 号，详细论述了夜间灯光影像应用于城市扩张监测、电力消费估算的方法与实例。第 12 章“展望与建议”在全书论述的基础上指出，虽然地球大数据为城市可持续发展研究提供了新的技术手段，但仍面临方法数据缺乏、计算平台能力薄弱一些问题，应当着力加强平台建设、信息服务、基础理论方法与应用研究，通过加强国际合作应对 SDG11 实现面临的各项挑战。

▋地球大数据科学论丛

第二次工业革命的爆发，导致以文字为载体的数据量约每 10 年翻一番；从工业化时代进入信息化时代，数据量每 3 年翻一番。近年来，新一轮信息技术革命与人类社会活动交汇融合，半结构化、非结构化数据大量涌现，数据的产生已不受时间和空间的限制，引发了数据爆炸式增长，数据类型繁多且复杂，已经超越了传统数据管理系统和处理模式的能力范围，人类正在开启大数据时代新航程。

当前，大数据已成为知识经济时代的战略高地，是国家和全球的新型战略资源。作为大数据重要组成部分的地球大数据，正成为地球科学一个新的领域前沿。地球大数据是基于对地观测数据又不唯对地观测数据的、具有空间属性的地球科学领域的大数据，主要产生于具有空间属性的大型科学实验装置、探测设备、传感器、社会经济观测及计算机模拟过程中，其一方面具有海量、多源、异构、多时相、多尺度、非平稳等大数据的一般性质，另一方面具有很强的时空关联和物理关联，具有数据生成方法和来源的可控性。

地球大数据科学是自然科学、社会科学和工程学交叉融合的产物，基于地球大数据分析来系统研究地球系统的关联和耦合，即综合应用大数据、人工智能和云计算，将地球作为一个整体进行观测和研究，理解地球自然系统与人类社会系统间复杂的交互作用和发展演进过程，可为实现联合国可持续发展目标(SDGs)做出重要贡献。

中国科学院充分认识到地球大数据的重要性，2018 年年初设立了 A 类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”(CASEarth)，系统开展地球大数据理论、技术与应用研究。CASEarth 旨在促进和加速从单纯的地球数据系统和数据共享到数字地球数据集成系统的转变，促进全球范围内的数据、知识和经验分享，为科学发现、决策支持、知识传播提供支撑，为全球跨领域、跨学科协作提供解决方案。

在资源日益短缺、环境不断恶化的背景下，人口、资源、环境和经济发展的矛盾凸显，可持续发展已经成为世界各国和联合国的共识。要实施可持续发展战略，保障人口、社会、资源、环境、经济的持续健康发展，可持续发展的能力建设至关重要。必须认识到这是一个地球空间、社会空间和知识空间的巨型复杂系统，亟须战略体系、新型机制、理论方法支撑来调查、分析、评估和决策。

一门独立的学科，必须能够开展深层次的、系统性的、能解决现实问题的探究，以及在此探究过程中形成系统的知识体系。地球大数据就是以数字化手段连接地球空间、社会空间和知识空间，构建一个数字化的信息框架，以复杂系统的思维方式，综合利用泛在感知、新一代空间信息基础设施技术、高性能计算、数据挖掘与人工智能、可视化与虚拟现实、数字孪生、区块链等技术方法，解决地球可持续发展问题。

“地球大数据科学论丛”是国内外首套系统总结地球大数据的专业论丛，将从理论研究、方法分析、技术探索以及应用实践等方面全面阐述地球大数据的研究进展。地球大数据科学是一门年轻的学科，其发展未有穷期。感谢广大读者和学者对本论丛的关注，欢迎大家对本论丛提出批评与建议，携手建设在地球科学、空间科学和信息科学基础上发展起来的前沿交叉学科——地球大数据科学。让大数据之光照亮世界，让地球科学服务于人类可持续发展。

——郭华东

中国科学院院士

地球大数据科学工程专项负责人

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▋作者简介

鹿琳琳

中国科学院空天信息创新研究院、可持续发展大数据国际研究中心副研究员。主要从事地球大数据城市可持续科学研究，包括遥感和地理信息在城市化与土地利用变化、环境影响、可持续发展指标评估、韧性城市等领域的技术与应用研究。主持国家自然学基金项目、国家重点研发计划课题、中欧合作龙计划项目、中国科学院战略性先导科技专项课题、中国科学院“一带一路”科技合作专项课题等国家和省部级科研项目20余项。担任“数字丝路”国际科学计划（DBAR）城市环境工作组联合主席，入选中欧土地与土壤专家委员会（Sino-EU Panel on Land and Soil，SEPLS）委员，地球观测组织全球城市观测与信息计划（GEO-GUOI）成员、人类星球计划（GEO-HPI）成员，英文期刊Geomatica、Discover Cities 编委。获自然资源科技进步奖、地理信息科技进步奖、华夏建设科学技术奖等奖励。发表论文140余篇，其中SCI论文70多篇，主编中文专著3部，参编中英文专著9部。

翁齐浩

香港理工大学讲座教授，赛马会对地观测创科实验室与地理空间智能研究中心主任。研究领域为遥感、地理信息科学、城市气候、城市生态、城市科学、可持续科学、地理时空人工智能。欧洲科学院(The Academy of Europe)外籍院士，美国电子电气工程师协会(IEEE)、美国科学促进会(AAAS)、美国地理学会(AAG)、美国摄影测量和遥感学会(ASPRS)和亚太人工智能学会(AAIA)会士。“国际摄影测量与遥感学会期刊” (ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing)、泰勒和弗朗西斯系列 (Taylor & Francis Series) ——“遥感应用” (Remote Sensing Applications) 和“影像科学” (Imaging Science) 主编。曾获NASA高级研究员奖、AAG杰出学术奖、Taylor & Francis 终身成就奖。发表论文290多篇，专著14部，论著被引用超过31000次，H指数80。

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