“測繪4.0”：互聯網時代下的測繪地理信息

肖建華，彭清山，李海亭

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

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“測繪4.0”：互聯網時代下的測繪地理信息

肖建華，彭清山，李海亭

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

隨著互聯網時代的深刻變革，云計算、大數據、物聯網等智能化技術的發(fā)展在測繪行業(yè)不斷滲透，“互聯網+測繪”將成為測繪地理信息行業(yè)新常態(tài)。本文回顧了現代測繪技術發(fā)展歷程，在移動互聯時代背景下提出了“測繪4.0”的概念，并詳細詮釋了其內涵、特征及技術體系。為適應時代需要，本文結合云計算、大數據、物聯網等先進技術和測繪地理信息未來發(fā)展趨勢，提出了“實現1個升級目標，推進2個轉型工作，落實3項創(chuàng)新任務”的“測繪4.0”實踐工作思路，為信息化測繪向智能測繪轉型升級提供了參考。

測繪4.0；互聯網+；智能測繪；大數據；知識服務

一、引 言

測繪是一門古老的技術。早在公元前1400年，就已有地產邊界的測定[1]。第一次工業(yè)革命后，人們對地球表面的探索加速發(fā)展，為現代測繪技術的產生奠定了理論和物質基礎。我國自改革開放以來，測繪技術的發(fā)展主要經歷了模擬測繪、數字測繪和信息化測繪3個階段。近年來，隨著互聯網時代的深刻變革，云計算、大數據、物聯網等智能化技術的發(fā)展對測繪科學不斷滲透，測繪地理信息行業(yè)的產業(yè)結構、產品內容及服務范圍發(fā)生了重大變化?？梢灶A見，“互聯網+測繪”將成為測繪地理信息行業(yè)新常態(tài)?；ヂ摼W必將帶來現代測繪技術發(fā)展史上的第4次革命——“測繪4.0”。

二、現代測繪技術發(fā)展歷程

隨著人類社會的進步，經濟發(fā)展和科技水平不斷提高，測繪相關的理論、技術、方法及內涵也在不斷地發(fā)生變化。我國現代測繪技術的發(fā)展主要經歷了模擬測繪、數字測繪和信息化測繪3個階段[2]。

1) 模擬測繪階段。20世紀90年代以前，模擬測繪一直占主導地位。技術方法以簡單的生產工具輔以粗重的手工制作等模擬方式為主，產品種類以紙質為主的模擬形式存在。因此，模擬測繪具有生產工具笨重、作業(yè)方法陳舊、勞動強度大、工期時間長、成果形式單一等特點。

2) 數字測繪階段。從20世紀90年代初開始，3S技術和信息技術的發(fā)展和應用，推動測繪學科由傳統(tǒng)模擬測繪向數字化測繪轉變，表現為大地測量到GPS技術的融合與發(fā)展、攝影測量到RS的融合與發(fā)展、傳統(tǒng)地圖制圖到GIS的發(fā)展等諸多方面。至21世紀，初數字化測繪技術體系初步形成，測繪工作的價值由勞務密集型向技術密集型轉變。

3) 信息化測繪階段。21世紀以來，互聯網和信息技術的進一步發(fā)展使我國測繪在經歷由模擬測繪向數字測繪轉化后又進入一個新的發(fā)展階段。信息化測繪的核心是實現實時、有效的地理信息綜合服務，強調數據采集內容的多元化和專業(yè)化，特別是對地理信息的綜合分析與深層次應用。同時，由于信息化測繪強調面向對象的服務理念，進一步豐富了測繪成果的表現形式及內容，提高了地理信息產品的覆蓋領域和服務效率。

在測繪時代的更迭演化進程中，它們相互關聯、接續(xù)繼承、不斷發(fā)展，測繪技術的價值由傳統(tǒng)模擬時代的勞務成本價值、數字化測繪體系的技術成果價值發(fā)展為信息化測繪體系的社會經濟價值。近年來，隨著互聯網、云計算、大數據等現代信息技術的發(fā)展及相互滲透和集成，測繪地理信息技術將進入一個嶄新的時期，測繪技術的價值也將由信息化測繪體系的社會經濟價值上升為智能測繪體系下的知識服務價值。

三、“測繪4.0”的內涵、特征及技術體系

現代測繪技術發(fā)展的3個階段依賴于3次工業(yè)革命的發(fā)生，分別源于機械技術、電子技術和信息化技術。20世紀90年代以前，以光學測繪儀器為代表的模擬測繪階段為“測繪1.0”時代；20世紀90年代初以電子(數字)測繪儀器為代表，3S技術快速發(fā)展的數字測繪階段為“測繪2.0”時代；始于21世紀的以地理信息綜合服務為代表，強調地理信息綜合分析與深層次應用的信息化測繪階段為“測繪3.0”時代；而互聯網、云計算、大數據等智能技術的應用迎來了以智能測繪為主導的第4次測繪技術革命，即“測繪4.0”時代。

1.“測繪4.0”的內涵

“測繪4.0”的實質是智能測繪。它綜合運用移動互聯網技術、眾源地理信息技術和現代測繪技術等手段實現基礎數據采集，并利用云計算、數據挖掘、深度學習等智能技術實現測繪地理信息大數據管理，逐步實現測繪數據從信息服務到知識服務的轉變。

2.“測繪4.0”的特征

“測繪4.0”的主要特征如下：

1) “測繪4.0”是集成，是移動互聯、云計算、大數據等先進技術的集成，是空間基準信息、自然地理信息和社會經濟信息等數據資源的集成，是數據服務、信息服務和知識服務等按需服務的集成。

2) “測繪4.0”是互聯，是單機智能設備之間的互聯，是人通過網絡持續(xù)與設備進行交流的互聯，是人與人之間不斷變換生產者和使用者角色的互聯。

3) “測繪4.0”是數據，是“空天地?！睂Φ赜^測傳感網的專業(yè)測繪與泛在獲取的眾源時空地理信息一體化的數據。

4) “測繪4.0”是創(chuàng)新，是移動互聯、人工智能與空間地理信息集成的技術創(chuàng)新，是以知識服務為目標的產品創(chuàng)新，是市場為主導的生產模式和商業(yè)模式的業(yè)態(tài)創(chuàng)新。

5) “測繪4.0”是轉型，是生產手段從專業(yè)測繪向專業(yè)測繪與非專業(yè)測繪相結合的泛在測繪的轉型，是產品服務從“數據提供—信息服務”到“數據提供—信息服務—知識服務”的轉型。

3.“測繪4.0”的技術體系

“測繪4.0”的技術體系主要包括眾源地理信息泛在獲取技術、地理空間數據智能處理技術、空間地理信息真實表達技術、地理信息資源互聯共享技術、地理信息增值知識服務技術5個部分。

(1) 眾源地理信息泛在獲取技術

泛在獲取主要包含兩方面的含義：一是進一步構建“空天地?！币惑w化高精度實時測繪體系，使測繪從靜態(tài)到動態(tài)、從地基到天基、從區(qū)域到全局、從室外到室內、從被動式觀測發(fā)展為智能觀測，實現空間無縫的快速測圖控制；二是隨著互聯網、通信技術對測繪的加速滲透，互聯網地理信息產品得到廣泛應用，引發(fā)了以眾源地理信息獲取為特征的新一輪測繪技術變革。地理信息的更新可以是數據提供者，也可以是終端用戶。通過計算機通信網絡，實現整個傳感器網絡、專業(yè)人員和大眾用戶之間的實時互動，利用多種傳感器來感知目標位置、環(huán)境及變化。因此，眾源地理信息獲取將進一步模糊專業(yè)測繪和非專業(yè)測繪的界限、數據生產者和用戶之間的界限，引起人們觀念和生活方式的轉變[3]。

(2) 地理空間數據智能處理技術

隨著大數據時代的來臨，地理信息數據正以前所未有的速度不斷增長和積累，海量、多時態(tài)、多形態(tài)的地理空間數據對自動化處理、智能化處理提出了更高的要求?！皽y繪4.0”時代的數據智能處理技術體系主要包括兩方面的內容：一是多源異構時空地理數據快速處理技術。利用大數據、云計算等先進信息技術構建兩大資源池：數據資源池和計算資源池，將數據存儲與計算任務分布式部署在由大量計算機構成的資源池上，使用戶能夠按需獲取存儲能力、計算能力和基礎應用。同時，資源池還要解決異構多源和協(xié)同工作問題。二是基于機器學習和數據模型的知識發(fā)現與創(chuàng)新技術。利用人工神經網絡、支持向量機、遺傳算法、集成學習、深度置信網等機器學習或深度學習方法對空間地物特征進行歸納分析，對樣本數據進行學習，并形成創(chuàng)新知識，為測繪地理信息的知識服務奠定基礎。

(3) 空間地理信息真實表達技術

智慧城市是真實城市環(huán)境與虛擬城市環(huán)境的融合與協(xié)同，GIS在其中發(fā)揮重要的時空信息承載和紐帶作用，并提供了有力的可視化分析方法和支撐手段[4]?？臻g地理信息真實表達主要包含兩方面的內容：一是隨著移動測量技術和傾斜攝影技術的日漸成熟，三維實景技術將得到迅速發(fā)展和廣泛應用。真三維數據真實、直觀，更好地模擬了客觀世界中的三維空間實體及其相關信息，極大地增強了用戶體驗。在“測繪4.0”時代，真實表達將進一步替代抽象表達，成為空間地理信息可視化的主要成果形式。二是隨著人們對客觀世界認知的要求越來越高，地理信息的可視化表達將具有更高的準確性和實時性?！翱仗斓睾！币惑w化對地觀測傳感網將建立事件智能感知模型、空天地協(xié)同規(guī)劃模型、傳感器自適應組網及網絡資源應急配置方法，實現多源傳感器數據在時間、空間和光譜域的高精度同化和多層信息融合及傳感網資源的網絡化協(xié)同服務，為用戶實時或準實時地提供更為準確的空間地理信息。

(4) 地理信息資源互聯共享技術

隨著測繪地理信息的產業(yè)化，地理信息資源的互聯共享面臨著多源異構海量空間數據的存儲與共享、分布異構地理信息系統(tǒng)縱橫向集成、地理信息應用一體化服務等諸多挑戰(zhàn)。在“測繪4.0”時代，地理信息資源互聯共享將主要有以下4種方式[5]：一是基于Web Service的地理信息共享與空間數據互操作模式。它用統(tǒng)一資源標識符標識軟件應用程序，其接口和物理位置可以通過使用擴展標記語言(XML)來進行定義、描述和發(fā)現。二是基于Grid Service的地理信息資源共享與協(xié)同工作模式。它采用網格服務描述語言(GSDL)來描述服務，所有網格節(jié)點的資源統(tǒng)一以服務的方式對外提供。三是基于云計算的地理信息資源共享模式。它利用了云計算簡單而強大的計算能力，其體系結構可分為基礎設施層、平臺層、軟件層、應用層4個層次。四是基于網格集成與彈性云的混合式地理信息共享模式。它充分發(fā)揮網格集成和彈性云服務的優(yōu)勢，最大限度地縮短從地理信息獲取到提供地理信息服務的周期，它包括網格集成、彈性云服務和用戶應用3個層次[6]。

(5) 地理信息增值知識服務技術

知識服務是用戶目標驅動，面向知識內容和解決方案的服務[7]?！皽y繪4.0”時代的服務將以測繪地理信息大數據為基礎，以需求為導向,對地理信息進行增值服務和知識創(chuàng)新，向用戶提供專業(yè)化、個性化的測繪地理信息產品，主要體現在兩個方面：一是地理信息增值服務。地理信息增值服務主要存在兩種方式，通過對多源地理信息的綜合分析(疊加分析、緩沖分析、網絡分析等)產生新的信息或通過對地物特征進行歸納、對樣本數據進行學習產生新的知識。地理信息增值服務將通過知識創(chuàng)新與發(fā)現為用戶提供更優(yōu)的決策支撐或解決方案。二是個性化可定制知識服務。知識服務將注重顯性知識和隱性知識的結合，突破多源空間與專題信息集成技術、地理信息統(tǒng)計分析技術、基于位置的服務(LBS)技術等多項空間信息集成與核心支撐技術，建設完善的空間信息集成框架和標準規(guī)范，形成可定制、可擴展的地理空間信息與應用軟硬件平臺，進一步提高服務的預測能力、決策能力、應變能力。

四、“測繪4.0”的實踐思路

隨著全社會信息化水平的提高，地理信息生產與服務門檻不斷降低，地理信息產業(yè)已步入核心要素重新分配、生產關系加快調整的階段，加快推進地理信息產業(yè)結構調整和轉型升級，成為搶占發(fā)展制高點的必然選擇。地理信息產業(yè)是國家戰(zhàn)略性新型產業(yè)，根據我國的經濟發(fā)展現狀和技術水平，構建“測繪4.0”(智能測繪)的實踐思路可以歸納為“實現1個升級目標，推進2個轉型工作，落實3項創(chuàng)新任務”，即“123‘測繪4.0’工作方案”。

1.1個升級目標

“1個升級目標”是指為適應我國經濟的快速發(fā)展，以深化改革為主線，堅持“需求導向、科學發(fā)展”的原則，著力提升自主創(chuàng)新能力，進一步促進互聯網與測繪地理信息的深度融合，改造提升傳統(tǒng)測繪，培育壯大新興地理信息產業(yè)，全面優(yōu)化技術結構、組織結構、布局結構和行業(yè)結構，不斷增強測繪地理信息行業(yè)的核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力，用10年左右的時間，基本實現從“測繪3.0”(信息化測繪)到“測繪4.0”(智能測繪)的升級，為建設智慧中國奠定堅實的基礎。

2.2個轉型工作

“2個轉型工作”主要是指推進測繪手段、成果應用兩個方面的轉型。

1) 測繪手段要實現從專業(yè)測繪向專業(yè)測繪與非專業(yè)測繪相結合的泛在測繪轉型。隨著信息社會的來臨，地理信息產業(yè)開始發(fā)生裂變式變革，互聯網和移動互聯網正成為地理信息產業(yè)的主戰(zhàn)場。新技術、新服務、新應用紛至沓來，地理信息生產與服務去專業(yè)化趨勢明顯，同時也引發(fā)了地理信息產業(yè)核心要素的重新分配和生產關系的重構。測繪手段的轉型主要體現在兩個方面：一是積極構建“空天地?！币惑w化高精度實時測繪體系，使測繪從靜態(tài)到動態(tài)、從地基到天基、從區(qū)域到全局，使獲取的地理信息資源在時空上覆蓋面更廣、數據量更大、準確性更高、現實性更強；二是要將專業(yè)測繪和移動互聯網眾源地理信息獲取有機結合起來，做好眾源地理信息獲取平臺設計開發(fā)和測繪地理信息大數據建設工作，建設服務于政務、專業(yè)和公眾3個層面的大數據，實現“綜合性測繪、專題性服務”，分層分級實現對政務、專業(yè)、公眾的服務。

2) 成果應用要實現從“數據提供—信息服務”到“數據提供—信息服務—知識服務”的轉型。目前，我國的測繪產品仍處于較低層次，產品鏈短，不能完全滿足日益發(fā)展的社會和市場需求。測繪4.0時代將最大限度地利用信息資源優(yōu)勢，形成具有市場前景、技術優(yōu)勢明顯的測繪地理信息產品，進一步拓寬服務領域，形成完整產業(yè)鏈。另外，測繪地理信息還要借助云計算、模式識別等智能技術手段，對測繪地理信息大數據進行挖掘、深度學習，形成知識，最終建立服務于社會經濟發(fā)展的基礎公益智庫。測繪手段的轉型主要體現在3個方面：一要大力豐富測繪地理信息公共產品和服務內容，加快公眾版測繪地理信息產品研發(fā)，延展測繪地理信息的產業(yè)鏈，發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用，實現從“供給導向”向“需求導向”的轉型；二要創(chuàng)新地理信息分發(fā)服務模式，促進地理信息服務從傳統(tǒng)的點對點、面對面向網絡化云服務的轉型升級；三要處理好測繪地理信息成果保密與應用的關系。加強測繪地理信息科學定密與安全評估工作，爭取在政策和技術兩個層面取得突破。

3.3項創(chuàng)新任務

“3項創(chuàng)新任務”主要是指測繪地理信息事業(yè)要從技術、體制、服務3個方面進行全面創(chuàng)新。

1) 首先是技術創(chuàng)新?？茖W技術是第一生產力。技術創(chuàng)新主要包括3個方面：一是全方位提升地理信息獲取的技術水平。以發(fā)射測繪衛(wèi)星組網為核心，開發(fā)傾斜攝影測量、機載雷達激光等新型傳感器，加快構建“空天地海”一體化地理信息數據獲取裝備設施，大幅提升在全球范圍的地理信息獲取能力。二是進一步提升地理信息的處理、分析和服務能力，加快基礎設施的更新換代，開展多源遙感數據的高性能計算和自動化處理研究，加強云計算、大數據、虛擬現實等新技術的應用研究，構建云計算模式下的數據處理、管理和服務平臺，提升基礎地理信息數據泛在獲取、智能處理、真實表達和知識服務水平。三是加大測繪地理信息關鍵技術的攻關力度，主要體現在遙感綜合監(jiān)測技術、內外業(yè)一體化調查技術、多源數據融合與處理技術、遙感信息提取與解譯技術、地理要素變化檢測技術、地理統(tǒng)計與分析技術等方面。同時，測繪地理信息科技創(chuàng)新應向綜合化、通用化、社會化和協(xié)同化方向發(fā)展。

2) 體制創(chuàng)新方面，要進一步深化體制改革，創(chuàng)新管理方式，完善促進測繪地理信息創(chuàng)新發(fā)展的機制和制度。體制創(chuàng)新主要體現在5個方面：第一，堅持“市場導向，人才為先”的原則，創(chuàng)新基礎測繪管理模式，加強市場監(jiān)管，發(fā)揮市場的決定性作用，全面實現產業(yè)化，同時注重培養(yǎng)、用好、吸引各類人才；第二，完善科技創(chuàng)新激勵機制，建立創(chuàng)新基金，給予科研人員更多的利益回報和精神鼓勵；第三，成立創(chuàng)新測繪工作小組，在技術研發(fā)、產品生產、市場服務等環(huán)節(jié)形成自主創(chuàng)新鏈，切實發(fā)揮科研對創(chuàng)新驅動的引領和支撐作用；第四，加大對知識產權的保護力度，鼓勵職務創(chuàng)新和非職務創(chuàng)新；第五，完善科研成果評價體系，強化對科研成果的考核，對基礎和前沿技術研究實行同行評價，評價重點從研究數量向研究質量、原創(chuàng)價值、實際貢獻和成果轉化方向轉移。

3) 服務創(chuàng)新方面，要堅持服務大局、服務社會、服務民生的宗旨，不斷增強服務意識，加強制度建設創(chuàng)新服務方式。服務創(chuàng)新主要體現在3個方面：一是充分發(fā)揮市場在公共服務中的作用，突破測繪成果社會化應用難題，更好地滿足經濟社會發(fā)展需要；二是進一步豐富測繪地理信息產品，不斷創(chuàng)新公共服務內容和模式，通過市場手段滿足政府、行業(yè)和社會對測繪地理信息的個性化需求；三是充分利用測繪地理信息體系重構契機，建設測繪地理信息大數據，不斷拓展地理信息的應用服務新領域，提升公共服務的智能化水平，實現從單純的數據提供者向信息服務、知識服務轉變，努力實現測繪地理信息行業(yè)從信息化測繪到智能測繪的升級目標。

五、結束語

“測繪4.0”以智能測繪為核心目標，全面實現測繪手段和成果應用的進一步轉型升級，是智能測繪、泛在測繪與知識服務為一體的新一代測繪體系。“互聯網+測繪”是“測繪4.0”時代的標桿，我們應充分利用測繪地理信息行業(yè)體系重構契機，不斷拓展地理信息應用服務新領域，實現從單純的數據提供者向信息服務、知識服務轉變。

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“Geomatics 4.0”： Surveying, Mapping and Geoinfomation in the Internet Era

XIAO Jianhua，PENG Qingshan，LI Haiting

肖建華，彭清山，李海亭.“測繪4.0”：互聯網時代下的測繪地理信息[J].測繪通報，2015(7)：1-4.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0198

2015-01-27

肖建華(1963—)，男，教授級高工，主要從事城市勘測技術與行政管理工作。E-mail：xjhwhkc@163.com

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：0494-0911(2015)07-0001-04