⑴ 院士专家谈 - 时空大数据：地理信息产业融合发展必由之路
作 者 ：中国工程院院士 王家耀
地理信息产业是以现代测绘和地理信息系统、遥感、卫星导航定位等技术为基础，以地理信息资源开发利用为核心，从事地理信息获取、处理、应用的高技术服务业。自20世纪60年代地理信息系统提出以来，其应用逐渐拓展到多个行业，从产生、成长到壮大，地理信息产业发展取得了可喜成绩。
当前，我国的经济和 社会 发展已经进入新的 历史 阶段， 社会 主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾；以5G、云计算、大数据、边缘计算、物联网等为代表的新技术快速发展，人工智能技术也因深层神经网络的成功而获得了巨大进步；随着我国行政体制改革和自然资源管理体系的建立，地理信息产业已融入自然资源管理体系中。面对新的 社会 需求、新的技术进步和新的管理体系要求，亟待根据国家大政方针、 社会 生产需要、技术发展趋势、产业发展规律，做好地理信息产业的工程技术、商业模式、产品类型的转型升级与融合创新，进一步提高地理信息产业发展的质量和水平。
地理信息产业融合发展的驱动力——人工智能
信息化的发展遵循从数字化到网络化再到智能化的规律，地理信息产业的发展亦如此，智能化是地理信息产业融合发展的高级阶段。
“互联网 ”改变了地理信息产业发展的思维方式。“互联网 ”的本质是跨界融合。“基础地理信息 ”和“通用时空大数据平台 ”的本质也是跨界融合。“ ”是核心，提出跨界融合的解决方案是关键。只有这样，才能更充分地发挥基础地理信息和通用时空大数据平台的“基础”和“通用”作用，实现地理信息产业到时空大数据产业的转型升级。
云计算具有的信息资源管理、处理和应用的“全面弹性”，可以支撑“地理信息产业”到“时空大数据产业”的转型。时空大数据产业化需要超强计算能力的支持。云计算作为一种新的计算模式，通过“池化”和“云化”把数千台甚至上万台机器都放在一个“池子”里面，这是“资源弹性”；并在“资源弹性”即基础设施即服务（IaaS）之上增加了一层“应用弹性”，包括平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS），以满足时空大数据的“应用弹性”需求。云计算支撑时空大数据处理的分布式、协作（同）化和智能化；通过任务分解，解决分布式问题；通过工作流重构，解决并行问题；通过算法调度，解决协作（同）化问题。
时空大数据产业
——属于第四产业的范畴
时空大数据，指基于统一时空基准活动或存在于时间和空间与位置直接或间接相关联的大数据。据此，时空大数据由时空框架数据和时空变化数据两大类数据组成。
时空框架数据指基于统一时空基准的卫星导航定位数据（含连续运行参考站 CORS数据）、遥感影像数据、地图数据、地名数据等。时空变化数据包括 社会 经济人文数据、位置轨迹数据、与位置相关联的空间媒体数据、社交网络数据、搜索引擎数据、视频观测数据、生态环境监测数据等。时空变化数据聚合（关联）在时空框架数据上，就构成了时空大数据。时空大数据具有位置、属性、时间、尺度、分辨率、多样性、异构性、多维性、价值隐含性、快速性等特性。时空大数据产业，指以天空地海传感器网络为基础，以时空信息“获取（传感网） 处理（生产） 应用（服务）”为产业链，以人工智能等新兴信息技术为支撑，以数据密集型计算为特征的知识密集型信息产业，属于从第三产业中分离出来的第四产业的范畴。同地理信息产业相比较，时空大数据产业内涵要宽泛得多，规模要大得多，类型更具多维性和多样性，知识更密集，速度更快，产品更加多样化和个性化，其应用领域更加广阔，具有良好的产业发展前景。
时空大数据产业化的核心
——时空大数据平台
时空大数据平台是时空大数据产业化的核心。
它是指把各种分散的和分割的大数据即时空框架数据和时空变化数据汇聚到一个特定的平台上，并使之发生持续的聚合效应。这种聚合效应就是通过数据多维融合和关联分析与数据挖掘，揭示事物的本质规律，对事物做出更加快捷、更加全面、更加精准和更加有效的研判和预测。从这个意义上讲，时空大数据平台是大数据的核心价值，是大数据发展的高级形态，是大数据时代的解决方案。从产业化的角度讲，通用时空大数据平台是指将时空框架数据汇聚在一个特定平台上，利用这个平台生产军民两用的基础测绘地理信息产品。
所谓“通用时空大数据平台+”模式，即以通用时空大数据平台作为框架，聚合民用、军用的时空变化数据，分别构成时空大数据平台。“通用时空大数据平台+民用”模式，即将地方政府各部门各行业的政务、自然资源、规划、交通、水利、管网、人口、经济、人文、 社会 、医疗、教育、电力、公安等数据汇聚在通用时空大数据平台上，使之成为新型智慧城市的“智脑”，通过持续的聚合效应，生成各类（种）民用深加工知识产品，为政府综合决策、各部门各行业和 社会 公众提供智能化服务。
时空大数据产业化是通过时空大数据平台产业化实现的。因为时空大数据产业化是一个新问题，应该走一条从基础研究起步的产业化创新之路。这条创新之路首先要研究和建立以数据科学为核心的时空大数据理论体系。目前，“数据科学”的边界还不清晰，时空大数据理论研究薄弱，更未形成时空大数据的理论体系，而这是时空大数据产业化的基础。因此，这条创新之路要研究和建立以“数据隐含价值 计算发现价值 应用实现价值”为核心，以“数据获取（传感器网） 处理（生产） 应用（服务）”为产业链的时空大数据产业化技术体系。走在这条创新之路上的人，更要研究和设计包括软件产品、硬件产品、软硬件集成产品、各类（种）应用平台产品和数字产品在内的时空大数据产品体系。
总之，在当前全球数字经济快速发展的大背景下，数字化的知识和信息作为关键生产要素，以数字技术为核心驱动力量，以现代信息网络为重要载体，通过数字技术与实体经济深度融合，数字经济能够不断提高经济 社会 的数字化、网络化、智能化水平，以加速重构经济发展与 社会 治理模式。地理信息产业作为处理位置数据的核心产业，可以积极推动其基于“通用时空大数据平台+”模式深度融入数字产业化、产业数字化、数字化治理与数据价值化领域，积极融入自然资源管理工作整体布局，主动引领以地理信息为基础的新型智慧城市、实景三维中国、新型基础测绘建设，推进地理信息产业向全产业链发展，扩大地理信息产品供给面，加大地理信息消费级产品研发，鼓励新应用、培育新市场，让地理信息产品通过生态建设、智慧管理、数字经济服务国家战略建设并惠及全 社会 ，从而促使地理信息产业向时空大数据产业的融合发展与转型升级。
⑵ “大数据”, 揭示空间秘密
“大数据”, 揭示空间秘密
出门在外，一时间找不到方向和目的地了怎么办？马上查看手机里的电子地图!或许，你会这样应对。不过，你是否知道，这些与“地点”有关的信息从何而来？
2013年2月，国务院印发通知，决定从2013年到2015年开展第一次全国地理国情普查工作。杭州市的相关工作随即展开，并于近日完成了首批水、农用地、人工化区域、城市建设区、绿地率、绿化覆盖率等自然地理和教育、环卫、医疗、文体等公共设施的信息数据采集和生产，并计划以白皮书的形式发布。
业内人士称，这些地理国情数据一旦得到充分应用，其功能绝不仅限于对地点的定位。未来，它还将在优化城市布局、开启智慧生活、防灾减灾、城市精细化管理等方面发挥重大作用，连“淘宝”一类的商业大数据也要相形见绌。
它，究竟是怎样的大数据？
洞悉，身边的地理元素
刚搬到杭州和睦新村27幢居住的市民张小姐，要到位于大兜路历史街区的一家餐厅参加聚会。由于不熟悉路况，她通过手机里的“网络地图”获得了驾车推荐路线，一路按图索骥，顺利抵达约定地点。
与此同时，在杭州市测绘与地理信息局(规划局)内，任何一位工作人员只要登录 “杭州市地理市情平台”，同样的起点与终点之间，出现的是一张与网络地图十分相似的空间平面图。仔细比对便能发现二者的差异：前者在地理元素的呈现上相对简明，而后者更为精细，内容也更丰富。
“任何一种商业地图的底图，都来自于地理空间框架数据。” 杭州市测绘与地理信息局有关负责人说道。这是一个将全杭州市的地形图数据以及由道路、建筑、水域、绿化、空地等五层信息组成的影像数据经分层、整理后得到的庞大数据库。全球导航卫星定位、航空航天遥感等现代空间信息及测绘技术的运用，保证了它的高度准确性与权威性。
而在对外公开以前，它将依据测绘法规进行一系列脱密处理，在剔除那些必须保密的地理要素的同时，保留人们生产、生活、娱乐所需的其他地理信息，随后才能被加工制作成人们在日常生活中所见到的各类普通地图。
即便如此，这个看起来十分高大上的数据库，也不过是整个地理国情普查工作的基础。
据介绍，此次普查涵盖自然、人文、经济等多项地理元素，需要在各相关职能部门的共同参与下完成。其中，自然地理包括地形地貌、植被覆盖、水域、荒漠与裸露地等的类别、位置、范围、面积等，人文地理包括交通网络、镇村(街道)以及学校、医院、体育、文化等设施分布，经济地理则包括商店、企业的类型和分布等。
联合国有关文献资料表明，人类活动获得的信息80%与地理位置有关。随着杭州首批地理国情信息数据采集工作的完成，我们的日常生活及其赖以存在的空间，也正在被这个日益壮大的地理大数据所揭晓。比如，对于某个社区的医疗设施来说，离你最近的卫生站在哪里，它具有哪些科室，能为居民提供何种医疗服务，也能从该地理空间框架数据中快速找到答案。
优化，城市的空间布局
如今，淘宝卖家们热衷根据网站上公布的淘宝指数向特定人群推销商品，而对于一部分餐饮投资者来说，选择在哪个地段开出新的餐馆，往往是在参考了智能餐饮系统显示的外卖送餐密集点后所做出的选择。
普查地理大数据的目的亦是如此。据了解，这些海量数据最终都将被整合到“杭州市地理市情平台”上，依托成熟的地理空间框架数据，为全市相关工作提供更具针对性的地理信息服务。
规划部门的工作人员首先感受到它的“能耐”：“时常听到家长抱怨，某小区周边的小学数量太少，孩子上学很不容易。实际情况是不是这样？可以借助大数据来进行分析、判断。”
在工作人员的操作下，记者看到了一张该小区所在街道的7到12岁小学适龄人口与学校状况分布图。其中的人口信息源于第6次全国人口普查结果，深浅不一的绿色代表该年龄段人口在不同区块的分布密度，白色圆点代表街道现有的小学数量，各小学所辐射的半径则以1000米和500米为界，分为浅红和深红两种圆型区块。
“哪里的小学最集中，哪里最分散，它们的数量和布局是否与人口密度与服务范围相适应，答案一目了然。”规划部门工作人员说，在该小区所在的位置上，500米范围内建有1所小学，1000米内还有2所，基本可以满足周边适龄人口的入学要求。而在其他一些圆点分布明显较少的地块，还要新增几所小学、建在何处更为适宜，大数据也会提供一个相对客观的视角。
工作人员介绍说，随着许多大城市的新增用地日渐紧缺，如何对现有的存量空间进行优化、并在此基础上进行精细化管理，已成为他们十分关注的问题，地理大数据的运用在此时便显得尤为重要。
不仅如此，更多的单位与个人开始分享地理大数据的成果。据了解，杭州市测绘与地理信息局已经与市治水办、房管局、城投集团、电力局等部门对接，将地理国情普查形成的成果及时应用于他们所对应的工作之中。
展望，全方位智慧生活
如果有一天，你在行走中收到了这样一条手机短信，提示前方500米处有重大火情，并为你提供了最合适的出行线路选择。请不要诧异，这将是地理大数据在得到充分运用后，为智慧化城市管理所带来的突破。
收到消息的将不只你一人。智能楼宇中的安保人员可以根据火情方位的报警系统提示，调出监控画面，采取应急措施去关闭相应的防火卷帘;消防部门据此评估出能最快到达起火地点的消防支队，并迅速安排出警;交管部门也循声而来，帮助疏散该地点周边的道路交通……而在这一系列应急防灾机制的背后，是一套名为“CIM(City Information Modeling)”的“杭州城市全程信息模型”。
“这是一个集时间、信息、三维空间在内的五维集成数据模型，它既是地理大数据运用的理想模式，也是我们对于智慧城市的一种展望。”杭州市测绘与地理信息局有关负责人说。除了智慧管理城市、应急防灾以外，它还能准确模拟建筑内的每一处空间，并记录其相关信息，比如面积、功能等空间属性，以及出租情况、合同、装修、报表等资产信息;也可运用于城市地下管线的建设与管理。对于需要多部门综合协调的大型工程，它提供的大数据平台还能协助进行宏观分析，制定出更为直观、全面、周详的方案。
如何将展望变为现实？“使用统一的地理空间数据、打破信息壁垒，加强数据流通与应用是关键。”这位负责人告诉记者。
据介绍，随着地理空间框架数据的建立和地理国情普查工作的开展，各职能部门已经基于地理空间框架数据建立了各自的业务应用系统，把相关数据输入到统一的地理信息平台之中。然而，这些数据的更新并不及时，往往是有关信息已出现变动，但在相应的空间地图中并没有被同时更正，导致图示与现状信息不对称。
另一方面，大型企业的商业终端数据，如手机定位数据、淘宝消费数据与地理空间框架数据的结合，都能变成令人意想不到的信息，为各行各业提供服务和决策支持。
这位负责人表示，他们正在积极探索、拓宽地理信息的获取渠道，尝试与高德地图、阿里巴巴、省市移动公司等移动终端大数据产生部门对接，根据政府决策、部门管理以及经济社会的发展需求，定制专题数据应用课题，形成更多的应用范例。
⑶ 大数据在地理信息系统中有什么应用
GIS 的应用领域
地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。 (加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。)
以下地理信息系统的应用领域分别回答了在各自领域内的作用
◆ 资源管理 (Resource Management)
主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。
◆ 资源配置 (Resource Configuration)
在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
◆ 城市规划和管理 (Urban Planning and Management)
空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。
◆ 土地信息系统和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。
◆ 生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling)
区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。
◆ 应急响应 (Emergency Response)
解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
◆ 地学研究与应用 (Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。
◆ 商业与市场 (Business and Marketing)
商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年 龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。
◆ 基础设施管理 (Facilities Management)
城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、 电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
◆ 选址分析 (Site Selecting Analysis)
根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。
◆ 网络分析 (Network System Analysis)
建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。 警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。
◆ 可视化应用 (Visualization Application)
以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。
◆ 分布式地理信息应用 (Distributed Geographic Information Application)
随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。