⑴ 院士專家談 - 時空大數據：地理信息產業融合發展必由之路
作 者 ：中國工程院院士 王家耀
地理信息產業是以現代測繪和地理信息系統、遙感、衛星導航定位等技術為基礎，以地理信息資源開發利用為核心，從事地理信息獲取、處理、應用的高技術服務業。自20世紀60年代地理信息系統提出以來，其應用逐漸拓展到多個行業，從產生、成長到壯大，地理信息產業發展取得了可喜成績。
當前，我國的經濟和 社會 發展已經進入新的 歷史 階段， 社會 主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾；以5G、雲計算、大數據、邊緣計算、物聯網等為代表的新技術快速發展，人工智慧技術也因深層神經網路的成功而獲得了巨大進步；隨著我國行政體制改革和自然資源管理體系的建立，地理信息產業已融入自然資源管理體系中。面對新的 社會 需求、新的技術進步和新的管理體系要求，亟待根據國家大政方針、 社會 生產需要、技術發展趨勢、產業發展規律，做好地理信息產業的工程技術、商業模式、產品類型的轉型升級與融合創新，進一步提高地理信息產業發展的質量和水平。
地理信息產業融合發展的驅動力——人工智慧
信息化的發展遵循從數字化到網路化再到智能化的規律，地理信息產業的發展亦如此，智能化是地理信息產業融合發展的高級階段。
「互聯網 」改變了地理信息產業發展的思維方式。「互聯網 」的本質是跨界融合。「基礎地理信息 」和「通用時空大數據平台 」的本質也是跨界融合。「 」是核心，提出跨界融合的解決方案是關鍵。只有這樣，才能更充分地發揮基礎地理信息和通用時空大數據平台的「基礎」和「通用」作用，實現地理信息產業到時空大數據產業的轉型升級。
雲計算具有的信息資源管理、處理和應用的「全面彈性」，可以支撐「地理信息產業」到「時空大數據產業」的轉型。時空大數據產業化需要超強計算能力的支持。雲計算作為一種新的計算模式，通過「池化」和「雲化」把數千台甚至上萬台機器都放在一個「池子」裡面，這是「資源彈性」；並在「資源彈性」即基礎設施即服務（IaaS）之上增加了一層「應用彈性」，包括平台即服務（PaaS）和軟體即服務（SaaS），以滿足時空大數據的「應用彈性」需求。雲計算支撐時空大數據處理的分布式、協作（同）化和智能化；通過任務分解，解決分布式問題；通過工作流重構，解決並行問題；通過演算法調度，解決協作（同）化問題。
時空大數據產業
——屬於第四產業的范疇
時空大數據，指基於統一時空基準活動或存在於時間和空間與位置直接或間接相關聯的大數據。據此，時空大數據由時空框架數據和時空變化數據兩大類數據組成。
時空框架數據指基於統一時空基準的衛星導航定位數據（含連續運行參考站 CORS數據）、遙感影像數據、地圖數據、地名數據等。時空變化數據包括 社會 經濟人文數據、位置軌跡數據、與位置相關聯的空間媒體數據、社交網路數據、搜索引擎數據、視頻觀測數據、生態環境監測數據等。時空變化數據聚合（關聯）在時空框架數據上，就構成了時空大數據。時空大數據具有位置、屬性、時間、尺度、解析度、多樣性、異構性、多維性、價值隱含性、快速性等特性。時空大數據產業，指以天空地海感測器網路為基礎，以時空信息「獲取（感測網） 處理（生產） 應用（服務）」為產業鏈，以人工智慧等新興信息技術為支撐，以數據密集型計算為特徵的知識密集型信息產業，屬於從第三產業中分離出來的第四產業的范疇。同地理信息產業相比較，時空大數據產業內涵要寬泛得多，規模要大得多，類型更具多維性和多樣性，知識更密集，速度更快，產品更加多樣化和個性化，其應用領域更加廣闊，具有良好的產業發展前景。
時空大數據產業化的核心
——時空大數據平台
時空大數據平台是時空大數據產業化的核心。
它是指把各種分散的和分割的大數據即時空框架數據和時空變化數據匯聚到一個特定的平台上，並使之發生持續的聚合效應。這種聚合效應就是通過數據多維融合和關聯分析與數據挖掘，揭示事物的本質規律，對事物做出更加快捷、更加全面、更加精準和更加有效的研判和預測。從這個意義上講，時空大數據平台是大數據的核心價值，是大數據發展的高級形態，是大數據時代的解決方案。從產業化的角度講，通用時空大數據平台是指將時空框架數據匯聚在一個特定平台上，利用這個平台生產軍民兩用的基礎測繪地理信息產品。
所謂「通用時空大數據平台+」模式，即以通用時空大數據平台作為框架，聚合民用、軍用的時空變化數據，分別構成時空大數據平台。「通用時空大數據平台+民用」模式，即將地方政府各部門各行業的政務、自然資源、規劃、交通、水利、管網、人口、經濟、人文、 社會 、醫療、教育、電力、公安等數據匯聚在通用時空大數據平台上，使之成為新型智慧城市的「智腦」，通過持續的聚合效應，生成各類（種）民用深加工知識產品，為政府綜合決策、各部門各行業和 社會 公眾提供智能化服務。
時空大數據產業化是通過時空大數據平台產業化實現的。因為時空大數據產業化是一個新問題，應該走一條從基礎研究起步的產業化創新之路。這條創新之路首先要研究和建立以數據科學為核心的時空大數據理論體系。目前，「數據科學」的邊界還不清晰，時空大數據理論研究薄弱，更未形成時空大數據的理論體系，而這是時空大數據產業化的基礎。因此，這條創新之路要研究和建立以「數據隱含價值 計算發現價值 應用實現價值」為核心，以「數據獲取（感測器網） 處理（生產） 應用（服務）」為產業鏈的時空大數據產業化技術體系。走在這條創新之路上的人，更要研究和設計包括軟體產品、硬體產品、軟硬體集成產品、各類（種）應用平台產品和數字產品在內的時空大數據產品體系。
總之，在當前全球數字經濟快速發展的大背景下，數字化的知識和信息作為關鍵生產要素，以數字技術為核心驅動力量，以現代信息網路為重要載體，通過數字技術與實體經濟深度融合，數字經濟能夠不斷提高經濟 社會 的數字化、網路化、智能化水平，以加速重構經濟發展與 社會 治理模式。地理信息產業作為處理位置數據的核心產業，可以積極推動其基於「通用時空大數據平台+」模式深度融入數字產業化、產業數字化、數字化治理與數據價值化領域，積極融入自然資源管理工作整體布局，主動引領以地理信息為基礎的新型智慧城市、實景三維中國、新型基礎測繪建設，推進地理信息產業向全產業鏈發展，擴大地理信息產品供給面，加大地理信息消費級產品研發，鼓勵新應用、培育新市場，讓地理信息產品通過生態建設、智慧管理、數字經濟服務國家戰略建設並惠及全 社會 ，從而促使地理信息產業向時空大數據產業的融合發展與轉型升級。
⑵ 「大數據」, 揭示空間秘密
「大數據」, 揭示空間秘密
出門在外，一時間找不到方向和目的地了怎麼辦？馬上查看手機里的電子地圖!或許，你會這樣應對。不過，你是否知道，這些與「地點」有關的信息從何而來？
2013年2月，國務院印發通知，決定從2013年到2015年開展第一次全國地理國情普查工作。杭州市的相關工作隨即展開，並於近日完成了首批水、農用地、人工化區域、城市建設區、綠地率、綠化覆蓋率等自然地理和教育、環衛、醫療、文體等公共設施的信息數據採集和生產，並計劃以白皮書的形式發布。
業內人士稱，這些地理國情數據一旦得到充分應用，其功能絕不僅限於對地點的定位。未來，它還將在優化城市布局、開啟智慧生活、防災減災、城市精細化管理等方面發揮重大作用，連「淘寶」一類的商業大數據也要相形見絀。
它，究竟是怎樣的大數據？
洞悉，身邊的地理元素
剛搬到杭州和睦新村27幢居住的市民張小姐，要到位於大兜路歷史街區的一家餐廳參加聚會。由於不熟悉路況，她通過手機里的「網路地圖」獲得了駕車推薦路線，一路按圖索驥，順利抵達約定地點。
與此同時，在杭州市測繪與地理信息局(規劃局)內，任何一位工作人員只要登錄 「杭州市地理市情平台」，同樣的起點與終點之間，出現的是一張與網路地圖十分相似的空間平面圖。仔細比對便能發現二者的差異：前者在地理元素的呈現上相對簡明，而後者更為精細，內容也更豐富。
「任何一種商業地圖的底圖，都來自於地理空間框架數據。」 杭州市測繪與地理信息局有關負責人說道。這是一個將全杭州市的地形圖數據以及由道路、建築、水域、綠化、空地等五層信息組成的影像數據經分層、整理後得到的龐大資料庫。全球導航衛星定位、航空航天遙感等現代空間信息及測繪技術的運用，保證了它的高度准確性與權威性。
而在對外公開以前，它將依據測繪法規進行一系列脫密處理，在剔除那些必須保密的地理要素的同時，保留人們生產、生活、娛樂所需的其他地理信息，隨後才能被加工製作成人們在日常生活中所見到的各類普通地圖。
即便如此，這個看起來十分高大上的資料庫，也不過是整個地理國情普查工作的基礎。
據介紹，此次普查涵蓋自然、人文、經濟等多項地理元素，需要在各相關職能部門的共同參與下完成。其中，自然地理包括地形地貌、植被覆蓋、水域、荒漠與裸露地等的類別、位置、范圍、面積等，人文地理包括交通網路、鎮村(街道)以及學校、醫院、體育、文化等設施分布，經濟地理則包括商店、企業的類型和分布等。
聯合國有關文獻資料表明，人類活動獲得的信息80%與地理位置有關。隨著杭州首批地理國情信息數據採集工作的完成，我們的日常生活及其賴以存在的空間，也正在被這個日益壯大的地理大數據所揭曉。比如，對於某個社區的醫療設施來說，離你最近的衛生站在哪裡，它具有哪些科室，能為居民提供何種醫療服務，也能從該地理空間框架數據中快速找到答案。
優化，城市的空間布局
如今，淘寶賣家們熱衷根據網站上公布的淘寶指數向特定人群推銷商品，而對於一部分餐飲投資者來說，選擇在哪個地段開出新的餐館，往往是在參考了智能餐飲系統顯示的外賣送餐密集點後所做出的選擇。
普查地理大數據的目的亦是如此。據了解，這些海量數據最終都將被整合到「杭州市地理市情平台」上，依託成熟的地理空間框架數據，為全市相關工作提供更具針對性的地理信息服務。
規劃部門的工作人員首先感受到它的「能耐」：「時常聽到家長抱怨，某小區周邊的小學數量太少，孩子上學很不容易。實際情況是不是這樣？可以藉助大數據來進行分析、判斷。」
在工作人員的操作下，記者看到了一張該小區所在街道的7到12歲小學適齡人口與學校狀況分布圖。其中的人口信息源於第6次全國人口普查結果，深淺不一的綠色代表該年齡段人口在不同區塊的分布密度，白色圓點代表街道現有的小學數量，各小學所輻射的半徑則以1000米和500米為界，分為淺紅和深紅兩種圓型區塊。
「哪裡的小學最集中，哪裡最分散，它們的數量和布局是否與人口密度與服務范圍相適應，答案一目瞭然。」規劃部門工作人員說，在該小區所在的位置上，500米范圍內建有1所小學，1000米內還有2所，基本可以滿足周邊適齡人口的入學要求。而在其他一些圓點分布明顯較少的地塊，還要新增幾所小學、建在何處更為適宜，大數據也會提供一個相對客觀的視角。
工作人員介紹說，隨著許多大城市的新增用地日漸緊缺，如何對現有的存量空間進行優化、並在此基礎上進行精細化管理，已成為他們十分關注的問題，地理大數據的運用在此時便顯得尤為重要。
不僅如此，更多的單位與個人開始分享地理大數據的成果。據了解，杭州市測繪與地理信息局已經與市治水辦、房管局、城投集團、電力局等部門對接，將地理國情普查形成的成果及時應用於他們所對應的工作之中。
展望，全方位智慧生活
如果有一天，你在行走中收到了這樣一條手機簡訊，提示前方500米處有重大火情，並為你提供了最合適的出行線路選擇。請不要詫異，這將是地理大數據在得到充分運用後，為智慧化城市管理所帶來的突破。
收到消息的將不只你一人。智能樓宇中的安保人員可以根據火情方位的報警系統提示，調出監控畫面，採取應急措施去關閉相應的防火卷簾;消防部門據此評估出能最快到達起火地點的消防支隊，並迅速安排出警;交管部門也循聲而來，幫助疏散該地點周邊的道路交通……而在這一系列應急防災機制的背後，是一套名為「CIM(City Information Modeling)」的「杭州城市全程信息模型」。
「這是一個集時間、信息、三維空間在內的五維集成數據模型，它既是地理大數據運用的理想模式，也是我們對於智慧城市的一種展望。」杭州市測繪與地理信息局有關負責人說。除了智慧管理城市、應急防災以外，它還能准確模擬建築內的每一處空間，並記錄其相關信息，比如面積、功能等空間屬性，以及出租情況、合同、裝修、報表等資產信息;也可運用於城市地下管線的建設與管理。對於需要多部門綜合協調的大型工程，它提供的大數據平台還能協助進行宏觀分析，制定出更為直觀、全面、周詳的方案。
如何將展望變為現實？「使用統一的地理空間數據、打破信息壁壘，加強數據流通與應用是關鍵。」這位負責人告訴記者。
據介紹，隨著地理空間框架數據的建立和地理國情普查工作的開展，各職能部門已經基於地理空間框架數據建立了各自的業務應用系統，把相關數據輸入到統一的地理信息平台之中。然而，這些數據的更新並不及時，往往是有關信息已出現變動，但在相應的空間地圖中並沒有被同時更正，導致圖示與現狀信息不對稱。
另一方面，大型企業的商業終端數據，如手機定位數據、淘寶消費數據與地理空間框架數據的結合，都能變成令人意想不到的信息，為各行各業提供服務和決策支持。
這位負責人表示，他們正在積極探索、拓寬地理信息的獲取渠道，嘗試與高德地圖、阿里巴巴、省市移動公司等移動終端大數據產生部門對接，根據政府決策、部門管理以及經濟社會的發展需求，定製專題數據應用課題，形成更多的應用範例。
⑶ 大數據在地理信息系統中有什麼應用
GIS 的應用領域
地理信息系統在最近的30多年內取得了驚人的發展，廣泛應用於資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。 (加測繪、應急、石油石化等國民經濟各個領域。)
以下地理信息系統的應用領域分別回答了在各自領域內的作用
◆ 資源管理 (Resource Management)
主要應用於農業和林業領域，解決農業和林業領域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統計、制圖等問題。主要回答「定位」和「模式」兩類問題。
◆ 資源配置 (Resource Configuration)
在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國范圍內能源保障、糧食供應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證資源的最合理配置和發揮最大效益。
◆ 城市規劃和管理 (Urban Planning and Management)
空間規劃是GIS的一個重要應用領域，城市規劃和管理是其中的主要內容。例如，在大規模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。
◆ 土地信息系統和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許多內容，藉助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。
◆ 生態、環境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)
區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環境與區域可持續發展的決策支持、環保設施的管理、環境規劃等。
◆ 應急響應 (Emergency Response)
解決在發生洪水、戰爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線、並配備相應的運輸和保障設施的問題。
◆ 地學研究與應用 (Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統計分析、制圖等都可以藉助地理信息系統工具完成。
◆ 商業與市場 (Business and Marketing)
商業設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區周圍居民區的分布和人數，建成之後就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統的空間分析和資料庫功能可以解決這些問題。房地產開發和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。
◆ 基礎設施管理 (Facilities Management)
城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布於城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特徵的。它們的管理、統計、匯總都可以藉助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
◆ 選址分析 (Site Selecting Analysis)
根據區域地理環境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特徵、環境影響等因素，在區域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的空間分析功能。
◆ 網路分析 (Network System Analysis)
建立交通網路、地下管線網路等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規則、處理地下管線突發事件(爆管、斷路)等應急處理。 警務和醫療救護的路徑優選、車輛導航等也是GIS網路分析應用的實例。
◆ 可視化應用 (Visualization Application)
以數字地形模型為基礎，建立城市、區域、或大型建築工程、著名風景名勝區的三維可視化模型，實現多角度瀏覽，可廣泛應用於宣傳、城市和區域規劃、大型工程管理和模擬、旅遊等領域。
◆ 分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)
隨著網路和Internet技術的發展，運行於Intranet或Internet環境下的地理信息系統應用類型，其目標是實現地理信息的分布式存儲和信息共享，以及遠程空間導航等。