《建筑创作》主编胡越、编辑陈一凡采访了航天测绘与地理信息学专家陈军院士。

　　访谈从陈军院士读书时的测绘工作谈起，围绕测绘不同阶段的发展状况及其在建筑规划设计中的应用，深入探讨了实景三维中国、时空信息、人工智能、算法、“德清样本”等议题，提出测绘未来发展中跨学科共建共享的健康发展之路。

　　陈    军

　　航天测绘与地理信息学专家

　　中国工程院院士

　　国际科学理事会会士

　　国家基础地理信息中心教授

　　莫干山地信实验室主任

　　《时空信息学报》主编

　　胡    越

　　全国工程勘察设计大师

　　北京建筑大学教授

　　北京市建筑设计研究院股份有限公司总建筑师

　　《建筑创作》杂志主编

　　丨 杂志内页 丨

　　完整版刊载于2024年03期 “建筑中的金属”

　　胡越：陈院士您好，非常感谢您能接受本刊的专访。建筑设计与测绘是紧密相连的，设计工作的第一个参考往往就是测绘图。但建筑师们对测绘专业的了解并不深入。请先简要介绍一下您和您的工作情况。

　　陈军：我上大学时，是在武汉测绘科技大学学习航空摄影则量，通过飞机从空中拍摄的立体像对，测定地表起伏与地物分布，进而绘制出大比例尺的地形图。1981年，我作为二年级研究生，被国家测绘局派去法国学习遥感技术。这是利用卫星从高空拍摄多光谱遥感影像，通过数字图像自动光谱分类等技术，测定森林、水体、建成区等的信息及其变化，最终绘制出地表覆盖和土地利用地图。

　　应该说，测绘是一个技术密集型的行业，所使用的技术手段已从早年的经纬仪、水准仪、立体量测仪等光学(模拟)仪器，逐步发展到以空间定位、对地观测、地理信息系统为核心的数字化测绘技术装备。换句话讲，现在的测绘不再是人们印象中扛着测量标尺漫山遍野测量的艰苦专业，而是变成了以时空信息为主要产出、以空天信息技术为主要手段、以跨学科交叉为赋能模式的工作，具有十分广泛的应用范围。

　　陈军院士(左)、胡越主编(右)

　　比如，我1983年毕业时，我的导师王之卓院士就提出要求：“我们国家还很穷，你已从国外学了遥感技术，应该想办法去解决实际问题。”因此，我开始尝试将遥感和GIS等测绘新技术用于城市规划。

　　起初是在武汉市汉阳区及湖北省随州市进行试验，通过利用多时相的航空航天遥感影像，测定城市用地分布、建成区平面扩展与立体形态、人口空间密度，以及查找排污点。经过几年的摸索，从1987年起，我与湖北省城市规划设计研究院边经卫、戴慎志等专家合作，将遥感和GIS技术运用于辅助黄石、襄樊、沙市、宜昌等城市的总体规划编制，包括进行规划基础资料的综合调查，开展城市用地评价、交通流量模拟与路网优化等，取得了良好的应用效果。这一应用不仅促进了新技术在城市规划领域的应用，还推动了测绘与城市规划的学科交叉与融合，得到了时任国家城乡建设环境保护部领导叶如棠、周干峙等，以及国家测绘局领导陈俊勇、金祥文等的充分肯定。在这个过程中，我结交了一大批规划界专家，了解了城市规划的知识与做法，体会到真正做到跨学科的交叉融合，必须“各自往前迈半步”。这对我日后的科学研究和职业生涯起到了重要作用。

　　目前我主要从事时空信息建模与赋能应用的研究，重点是研究智能化测绘、时空信息赋能机理、实景三维中国建设与应用等方面的基本问题与理论方法。

　　胡越：城市设计和建筑设计属于城市中观到微观的层次，需要对建成环境进行精细的表达。您所制作的实景三维中国，作为设计的基础信息，对设计师来说是非常有帮助的。

　　陈军：以往我们主要是将城市，甚至地球投影到二维平面上，测制带有等高线的二维地图;后来采用数字化技术，将等高线转化为数字高程模型，与数字化地图一道，形成了2~2.5维的基础地理信息。

　　在过去的三十年里，我们国家通过科技创新和不懈投入，建立了尺度多元、覆盖全面、不断更新的国家基础地理信息系统，不少城市完成了1:500到1:2000的大比例尺数字地图覆盖，在省级层面基本实现了1:10000覆盖，在国家层面完成了1:50000尺度的覆盖。这为经济建设、社会发展、国家安全以及数字化建设提供了极为重要的数字化空间载体与数据资源，并取得了十分显著的应用效益。

　　但随着应用的不断深入，这种2~2.5维的基础地理信息也表现出一定的局限性。这是因为我们生活在一个三维且不断变化的现实世界，简单使用2~2.5维的数字化表达，往往无法有效支撑三维空间的量测、分析与模拟。

　　因此，最近国家测绘主管部门——自然资源部正大力推动实景三维中国建设，将包括城市和社区在内的全域国土空间数字化，构建起具有立体化、真实化、实体化特征的实景三维数据空间，能够更加真实地描述和表达多维动态的现实世界，并实现三维数字空间与三维现实空间的有效关联互通。

　　实景三维示意图

　　实景三维中国建设将打造成实景三维的时空数据空间，为数字中国提供新一代的时空数据框架。城市设计和建筑设计的同行们可以利用这个实景三维的时空框架，了解一个城市的整体布局，也可以获得一栋建筑的细节信息，还可以实现不同层次间的时空连接。实景三维中国为设计师们提供了全新且精细的时空数据资源和支撑工具，帮助大家更方便地开展宏观的城市规划研究，中观的区域设计以及微观的建筑设计，提高设计研究的科学性和效率。

　　胡越：这种国家级的、具有权威性的数据特别重要。我们做设计工作，如果缺乏这种基础数据，大多只能依靠自己调研获得。很多时候，调研不仅复杂，还可能遗漏重要信息。有的项目资料齐全，信息丰富;有的则资料不全，信息匮乏。当我们将这些资料横向比较时，会发现信息并不具备普遍意义，最终的研究结果也就难以保证科学性。

　　陈军：长久以来，业界一直提倡权威部门提供权威数据，并实现数据的共建共享。对于时空信息来说，其类型复杂、尺度多元、变化频繁，不可能每一个人或单位都自己去采集和处理。理想的状况是由国家牵头，打造类似于电网和水网的时空信息基础设施(或称时空信息网)，向全社会提供从时空数据到时空信息及知识服务的全方位服务。未来应该能够像今天用水、用电一样便捷，只需接入时空信息网，就能得到想要的时空数据，并完成期望的时空计算。实际上，随着时空信息网的逐步发展与深入应用，时空信息大有作为，可望实现无域不达的时空感知，无处不在的时空连接，无时不用的时空计算，无所不及的时空智能，无隙可乘的时空安全。

　　当然，这种时空信息网的构建与维持需要全社会的支撑和参与，比如建筑和城市设计同行不光从时空信息网获得所需的项目资料，还可以将设计成果和竣工资料反馈到时空信息网中，形成众包信息机制。为了做到这一点，开展技术创新和加强标准化研究势在必行。大家在产生时空数据时，如果能够按照统一的标准进行，既便于自己复用，也便于其他人员共享。

　　胡越：近年来，人工智能的发展日新月异。您曾提及人工智能在测绘领域的作用，并倡导机器智能与自然智能的结合。从建筑师的角度出发，有人认为许多三维造型可以被机器取代;而有人则认为机器与人存在本质差异，因为人具有情感和价值判断。在测绘行业，您如何看待人工智能与人之间的关系?未来，它会对您的行业发挥怎样的作用?

　　陈军：在全国各行业的数字化转型过程中，测绘行业起步早，见效快。二十世纪九十年代起，我国历时数十年，成功完成了从模拟到数字化测绘的转型升级，有力地推动了地理信息产业的发展。数字化测绘的本质是对各种数据化的观测资料，采用定量算法或解析模型，在矢量或栅格等度量空间中进行量化计算与处理，实现几何处理、物理反演及误差分析。

　　但近年来，现有的数字化测绘技术体系往往“力不从心”，难以做到数据保障实时化、信息提取自动化，以及分析服务知识化。究其原因，一是国家高质量发展和全社会数字化转型对高质量时空信息、高层次时空分析、高水平时空赋能提出了新的更高的要求;二是现实世界中的自然要素、人文现象及人工设施纷繁多样、多维动态、关系错综复杂，往往无法用一组简洁通用的数学模型或算法加以完整描述。因此，利用新一代人工智能技术，从数字化测绘走向智能化测绘，势在必行。

　　实践表明，常规的深度学习、机器智能等没有充分顾及测绘对象的时空特性，因而也难以直接有效地解决智能化测绘的感知、认知、表达与服务计算等难题。另一方面，测绘专家具有丰富的感知、认知、表达等自然智能，在高维非线性的时空问题求解中，能发挥重要作用。将人类的自然测绘智能和新一代人工智能技术结合，形成时空型混合智能计算范式，从根本上提升测绘感知、认知、表达与计算的能力，就成为当前的重要发展方向。

　　例如，这是一张等高线图，一般来说相邻两根等高线间的差距不应超过1个等高距，即10m，但这里却出现了超过1个等高距的错误。简单地使用算法，是很难描述和识别这种错误，即使计算机深度学习也难以下手。测绘专家凭借其专业知识，总结出相邻等高线相离且满足高程递变规律这两点原则，从而设计出一种时空型混合计算方法，使计算机能够自动检测误差。这说明要做到智能化测绘，不能依赖机器智能，而是要解析和凝练人类在测绘活动中积累的丰富“自然智能”，将其与机器智能有机融合。

　　错误的等高线图

　　智能化测绘不是简单地用机器去替代人，而是让机器去做繁杂的计算和数据处理工作，让人类集中精力做知识凝练、创意设计、分析决策等更高层次的工作。换言之，未来的测绘工程师将更多地转变为时空知识工程师，由他们创造知识、发挥人类智慧，将复杂、困难、重复性的脑力劳动交由机器完成，最大化地提升测绘工作的效率和精度，同时形成一种人机和谐共生的新生态。相较于测绘，建筑设计和城市设计的知识含量更高，更需要进行该领域知识的凝练和总结，将其与机器智能结合，发展形成智能化建筑设计和智能化城市设计的理论方法与技术。

　　胡越：建筑是在一块一块的地块上设计。地块周边公共区域、道路下方的信息需要到市政部门获取，对于建筑师来讲，这是个有难度的事情。这需要有一个行业来整合这些信息。

　　陈军：这是一个困惑业界多年的难题。要解决这个问题，就必须转变观念，加强引导，实质性地推动城市时空信息的共建共享。不久前，国家发改委、国家数据局、财政部、自然资源部四部委联合发文，推动智慧城市建设，促进城市全域数字化转型。其中就明确提出，有条件的地方要推动实景三维、CIM和BIM的结合与应用。从内涵看，CIM包含了城市管理的有关信息数据;BIM则提供了细化到单体建筑与设施的详细信息;实景三维提供了宏观的统一时空底座，可以将CIM和BIM无缝地整合起来。当然，从技术上讲都是可行的，但这项工作难度高、工作量大，需要有一个逐步推进的过程，不能一蹴而就。

　　已有的三维实景建模实践

　　胡越：是的，信息的贯通太重要了。未来测绘将规划、建筑、景观设计整合在一个平台上，让我们可以在这个平台上进行设计，对设计是非常有帮助的。这么好的数据平台，需要有人使用。我们可以去做一些实践来推动这个应用。

　　陈军：准确地说，测绘行业是要构建实景三维时空框架，为规划、建筑、景观设计等方方面面的信息整合与贯通提供基础与便利。一些条件较好的城市可以先行先试，把测绘、规划、建筑等单位的力量与资源整合起来，共同设计、共同建设、共同应用。诚然，不同专业的专家们要各自往前迈半步：测绘时空信息技术领域的专家更多地学习了解建筑、规划和景观设计的需求，建筑师和规划师们也要多了解时空信息技术，学会使用，提出深度的需求。

　　我一直希望能联合组织一些活动，推动测绘与土木、建筑、水利的深度融合。例如，可以通过举办联合工作坊、实践项目和跨学科的研究项目，促进这些不同学科之间的沟通和理解，鼓励年轻专家们建立优势互补、互利互惠的实质性合作。这样会更好地发挥时空信息的重要作用，推动建筑规划、土木水利及测绘专业的健康发展。

　　胡越：太好了，我们期待能早日使用到这些成果。从建筑行业的角度来看，实景三维中国整合的基础资料信息，对我们设计的帮助非常大。而且，您谈到测绘学已经从地理信息向时空信息转变，其中获取到的城市发展时空数据和变化规律，对我们做城市规划和建筑设计都至关重要。“德清样本”的实践，不仅进行了复杂的分析和评估，还有后续的空间格局优化调整的行动方案，从更高的视角指导设计的方向。您今天谈了这么多测绘的内容和理解，对您来讲是日常的工作和思考，对我们建筑师来讲是新颖和跨学科的知识。我们收获非常大，而且很受启发。