大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取與服務(wù)方式的嬗變

大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取與服務(wù)方式的嬗變

吳芬芳1,熊卿2

(1.武漢大學(xué)學(xué)報信息科學(xué)版編輯部，湖北武漢430072； 2.武漢第二船舶設(shè)計研究所，湖北武漢430064)

摘要：地理信息是國家基礎(chǔ)信息資源，其獲取方式與服務(wù)方式與相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展水平相適應(yīng)。研究地理信息獲取和服務(wù)方式的發(fā)展變化過程和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取和服務(wù)的新方式，為地理信息發(fā)展和服務(wù)提供有益的參考。大數(shù)據(jù)時代，用戶使用地理信息的行為會成為地理信息服務(wù)依賴的重要數(shù)據(jù)，可以從中分析獲取大至人類群體活動規(guī)律、小至用戶行為習(xí)慣偏好等信息。此外，在這個階段，大眾不僅是地理信息服務(wù)的使用者，同時也是地理信息的采集者、提供者。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；地理信息獲?。坏乩硇畔⒎?wù)；志愿者地理信息

中圖分類號：P208

收稿日期：2014-12-20

作者簡介：吳芬芳(1979-)，女，編輯，碩士.

A survey of geographic information acquisition and service methods

WU Fen-fang1,XIONG Qing2

(1.Editorial Board of Geomatics and Information Science，Wuhan University，Wuhan 430072, China; 2.Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064, China)

Abstract：Geographic information is the basic national information resource, and the acquisition and service methods are related to the development level of science and technology. In this paper, it presents the development process of geographic information acquisition and service methods as well as the new methods for geographic information acquisition and service in the age of big data. In the age of big data, user’s behavior of using geographic information becomes more important to geographic information service, and useful information can be extracted from user’s behavior. In addition, at this stage, the public is not only the users of geographic information service, but also the geographic information provider.

Key words：big data; geographic information acquisition; geographic information service; volunteer geographic information

近年來，地理信息產(chǎn)業(yè)迅速興起并保持高速增長，在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的作用日益顯現(xiàn)。地理信息產(chǎn)業(yè)是以現(xiàn)代測繪和地理信息系統(tǒng)、遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航定位等技術(shù)為基礎(chǔ)，以地理信息開發(fā)利用為核心，從事地理信息獲取、處理、應(yīng)用的高技術(shù)服務(wù)業(yè)[1]。地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)歷了從經(jīng)典地理學(xué)、地圖學(xué)→地理信息系統(tǒng)→地理信息科學(xué)，由科學(xué)理論→技術(shù)→產(chǎn)業(yè)化的過程。筆者在地理信息領(lǐng)域?qū)W習(xí)、從事論文編輯工作近二十年，親歷了地理信息系統(tǒng)從地理學(xué)、地圖學(xué)中發(fā)展而來，又由技術(shù)發(fā)展成科學(xué)，直至形成蓬勃產(chǎn)業(yè)的過程。

地理信息獲取、處理和應(yīng)用是地理信息領(lǐng)域研究的三大主題，也是地理信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)?，F(xiàn)今已是互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代，移動終端在人們生活中占據(jù)著重要的地位。在這樣的時代，地理信息獲取的方式更加多樣化，獲取的地理信息數(shù)據(jù)規(guī)模更加巨大，大眾將獲得更加靈活、豐富的地理信息服務(wù)。本文主要研究地理信息獲取方式和地理信息服務(wù)方式的發(fā)展變化過程，探討大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取和服務(wù)的新方式。

1大數(shù)據(jù)時代對信息獲取的要求

現(xiàn)今已進(jìn)入移動互聯(lián)網(wǎng)普及的大數(shù)據(jù)時代，移動互聯(lián)網(wǎng)及其提供的各種應(yīng)用和服務(wù)深入普通大眾的生活，影響和改變著人們的生活方式。人們利用移動終端，規(guī)劃行車路線、旅行行程，查找醫(yī)院、美食等各種生活信息，查看別人對各種服務(wù)的評價或分享自己的經(jīng)驗。這些應(yīng)用和服務(wù)需要大數(shù)據(jù)的支撐，同時也從人們使用各種服務(wù)的過程中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。

深入普通大眾日常生活的各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對信息獲取提出了新要求：①實時性。區(qū)別于傳統(tǒng)的地圖服務(wù)，諸如路線導(dǎo)航、打車服務(wù)之類的應(yīng)用服務(wù)對信息獲取的實時性要求很高，要求獲得實時信息提供給大眾;②全方位性。各種移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)深入大眾日常生活的方方面面，需要獲取各方面的數(shù)據(jù)作為支撐來提供服務(wù);③交互性。傳統(tǒng)方式是由專業(yè)人員獲取信息，提供給普通大眾，而現(xiàn)今大眾亦成為信息的提供者，信息獲取的方式具有交互性。

地理信息是服務(wù)人們?nèi)粘Ｉ畹幕A(chǔ)信息資源，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代對地理信息的獲取和服務(wù)方式提出新的要求。在技術(shù)發(fā)展和新需求的推動下，地理信息獲取和服務(wù)方式也有了發(fā)展和變革。

2地理信息獲取方式的嬗變

地理信息的獲取方式，與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平相適應(yīng)，經(jīng)歷以下幾個發(fā)展階段：

1)實地測繪。在以紙質(zhì)地圖作為主要地理信息載體的時代，獲取地理信息的主要手段是實地測繪。測量人員利用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測距儀、全站儀等測量儀器進(jìn)行實地測量，獲取原始的描述地表形態(tài)的地理信息，處理后制成地圖以供應(yīng)用。這種方式獲取的地理信息客觀、真實、詳細(xì)，但需要耗費大量的人力及物質(zhì)資源，耗時長，且受制于惡劣氣候和地形條件，天氣惡劣的時候不能作業(yè)，地形條件惡劣的地區(qū)甚至難以作業(yè)，造成數(shù)據(jù)缺失。

2)攝影測量與遙感技術(shù)。攝影測量與遙感技術(shù)是利用非接觸成像和其他傳感器來獲取地理信息。這種方式技術(shù)性強，受天氣條件的限制較小，以非接觸的方式獲取數(shù)據(jù)，可以在人力難以到達(dá)的地區(qū)作業(yè)。早年，攝影測量的應(yīng)用主要是根據(jù)航空圖片繪制地圖，地理信息系統(tǒng)出現(xiàn)后，攝影測量和遙感成為首要的地理信息來源。近年來，航天技術(shù)、通信技術(shù)和信息技術(shù)飛速發(fā)展,遙感技術(shù)也隨之發(fā)展，傳感器搭載平臺從航天、近空間、航空到地面固定和地面移動，傳感器電磁波譜從紫外線、可見光、紅外線、微波、合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)到太赫茲，獲取的目標(biāo)影像比例尺從宏觀到微觀,其空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率逐步提高,形成天地一體化攝影測量與遙感的數(shù)據(jù)獲取方法。

目前，我國獲取地理信息數(shù)據(jù)的主要技術(shù)手段是利用航空攝影測量獲得的像片進(jìn)行制圖。隨著衛(wèi)星遙感空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率的不斷提高，高分辨率衛(wèi)星圖像將成為主要的地理信息數(shù)據(jù)獲取和更新手段。為解決好基礎(chǔ)地理信息主要數(shù)據(jù)源的問題，我國正在抓緊研究建設(shè)地理信息數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，包括對地觀測系統(tǒng)(航空、航天遙感系統(tǒng))、野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人文經(jīng)濟(jì)要素信息搜集系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[1]指出，要“發(fā)展測繪應(yīng)用衛(wèi)星、高中空航攝飛機、低空無人機、地面遙感等遙感系統(tǒng)，加快建設(shè)航空航天對地觀測數(shù)據(jù)獲取設(shè)施，形成光學(xué)、雷達(dá)、激光等遙感數(shù)據(jù)獲取體系，顯著提高遙感數(shù)據(jù)獲取水平”。目前，我國已經(jīng)擁有氣象、資源、海洋等系列的衛(wèi)星系統(tǒng)，并正在實施測繪、減災(zāi)等應(yīng)用衛(wèi)星計劃，穩(wěn)定的衛(wèi)星遙感平臺初步形成。顧名思義，無人機遙感是指在無人駕駛的飛機上搭載傳感器來獲取地理信息的方式，其具有既能克服有人航空遙感受制于長航時、大機動、惡劣氣象條件、危險環(huán)境等的影響，又能彌補衛(wèi)星因天氣和時間無法獲取感興趣區(qū)遙感信息的空缺，提供多角度、高分辨率影像，還能避免地面遙感工作范圍小、視野窄、工作量大等因素，正逐步成為衛(wèi)星遙感、有人機遙感和地面遙感的有效補充手段[2]。車載移動測量系統(tǒng)是以車輛為平臺，搭載激光掃描儀、CCD相機、GPS與IMU等傳感器的地理信息集成采集系統(tǒng)。目前，我國已實現(xiàn)成熟的商用車載移動測量系統(tǒng)。

3)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。其利用定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進(jìn)行定位、導(dǎo)航，為用戶提供定位、導(dǎo)航數(shù)據(jù)，目前已投入使用的有美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐盟的Galileo系統(tǒng)尚在建設(shè)中。GPS是最早，也是目前應(yīng)用最廣泛的全球定位系統(tǒng)，全天候向全球各地提供三維位置、三維速度等信息。歐盟的Galileo尚未提供服務(wù)，我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)已在軍用及民用領(lǐng)域開展應(yīng)用。

4)移動互聯(lián)網(wǎng)深入大眾的日常生活，給地理信息的獲取方式提供了新的途徑。此前，地理信息由專業(yè)人員采集并處理，而移動互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用使得普通民眾正在成為地理信息采集提供者。例如，已在歐洲得到應(yīng)用的開放街道地圖。另外，大眾使用地理信息的行為會成為地理信息服務(wù)依賴的重要數(shù)據(jù)。例如移動搜索，位置是一種輸入，搜索引擎會參考當(dāng)前位置、周邊信息，以及位移記錄、在不同位置的搜索行為等歷史數(shù)據(jù)，給出更合適的答案。還可以從用戶使用地理信息的行為中分析獲取大至人類群體活動規(guī)律、小至用戶行為習(xí)慣偏好等信息。這就是互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取的新方式。

3地理信息服務(wù)方式的嬗變

地理信息的服務(wù)方式也經(jīng)歷了從單一到多樣化、從單向到交互、從無差別到個性化定制的發(fā)展變化過程。

1)紙質(zhì)地圖。文獻(xiàn)[3]認(rèn)為，地理信息科學(xué)本質(zhì)上是技術(shù)推動下地理學(xué)思想演變的結(jié)果，是新的技術(shù)平臺、觀察視點和認(rèn)知模式下地理學(xué)的新范式，是信息時代地理學(xué)。紙質(zhì)地圖是經(jīng)典地理學(xué)主要的地理信息載體，所以，可以認(rèn)為紙質(zhì)地圖是最早的地理信息服務(wù)形式。“一圖勝千言”，各種類型的地圖在不同領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。其中，由測繪工作者實地測量的數(shù)據(jù)處理制成的地形圖是各種專題地圖的基礎(chǔ)底圖，各種專題地圖可分類為自然地理圖、社會經(jīng)濟(jì)地圖、交通地圖、教學(xué)圖、軍用地圖、航樣圖等，人們生活中常見的交通旅游圖就屬于專題地圖中的一種。在計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起以前，紙質(zhì)地圖是主要的傳統(tǒng)的地理信息服務(wù)方式。

2)數(shù)字地圖與網(wǎng)絡(luò)地圖。20世紀(jì)60年代，計算機技術(shù)的突破性進(jìn)展促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生，地理信息系統(tǒng)是在計算機軟硬件支持下，以獲取、存儲、編輯、檢索、制圖、分析和顯示整個或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。自此，數(shù)字地圖、網(wǎng)絡(luò)地圖逐步發(fā)展。20世紀(jì)90年代，美國一家研究中心開發(fā)出了世界上第一個WebGIS的原型系統(tǒng)，是最早的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)雛形。WebGIS服務(wù)除了提供常規(guī)的、紙質(zhì)地圖也能提供的地圖查詢服務(wù)外，還能提供各種空間分析服務(wù)。PC互聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)是主要的地理信息服務(wù)方式。

3)導(dǎo)航與位置服務(wù)。導(dǎo)航與位置服務(wù)是指在導(dǎo)航定位技術(shù)、移動通信技術(shù)、數(shù)字地圖技術(shù)的支持下，建立人、事、物、地在統(tǒng)一時空基準(zhǔn)下的位置與時間標(biāo)簽及其關(guān)聯(lián)，為政府、企業(yè)、行業(yè)及公眾用戶提供隨時獲知所關(guān)注目標(biāo)的位置及位置關(guān)聯(lián)信息的服務(wù)[4]。移動互聯(lián)網(wǎng)時代，地理信息技術(shù)進(jìn)入社會化、產(chǎn)業(yè)化階段，地圖服務(wù)從專業(yè)領(lǐng)域走向大眾服務(wù)，地理信息服務(wù)深入普通大眾的日常生活，廣泛應(yīng)用于旅游出行、醫(yī)療、商業(yè)選址等方面。車載導(dǎo)航服務(wù)、手機導(dǎo)航服務(wù)可以提供地點查找、路線導(dǎo)航、周邊生活信息查詢等服務(wù)，與其他專業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合，還可提供打車服務(wù)、公交到站信息服務(wù)。文獻(xiàn)[1]指出，要“發(fā)展地理信息與導(dǎo)航定位融合服務(wù)，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升導(dǎo)航電子地圖、互聯(lián)網(wǎng)地圖等基于位置的服務(wù)能力”。

4地理信息獲取與服務(wù)的融合

互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代，大眾不僅是地理信息服務(wù)的使用者，同時也是地理信息的采集者、提供者。一方面，大眾可以使用地圖、導(dǎo)航、生活信息查詢等與生活息息相關(guān)的地理信息服務(wù)方式。另一方面，大眾也可以提供以下幾種地理信息數(shù)據(jù)：①基于移動互聯(lián)網(wǎng)，大眾直接采集并提供地理信息數(shù)據(jù)，如志愿者地理信息;②用戶使用地理信息的行為成為地理信息的來源，可以從中分析獲取大至人類群體活動規(guī)律、小至用戶行為習(xí)慣偏好等信息。

志愿者地理信息(volunteered geographic information,VGI)是地理信息獲取的新方式，是由大眾采集并向大眾提供的地理信息數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)地理信息采集和更新方式相比，來自非專業(yè)大眾的眾源空間數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、現(xiàn)勢性好、信息豐富、成本低等特點和優(yōu)勢，成為近年來國際地理信息科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點[5-10]。VGI的成功范例例如開放街道地圖(OpenStreetMap, OSM) ， OSM是一個網(wǎng)上地圖協(xié)作計劃，其目標(biāo)是創(chuàng)造一個內(nèi)容自由且能讓所有人編輯的世界地圖。OSM可以看做是地圖領(lǐng)域的維基百科，每個人都可以對它進(jìn)行編輯，每個人都可以是數(shù)據(jù)提供者。VGI和OSM是計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動終端技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)等共同發(fā)展、相互融合的結(jié)果，使得地理信息服務(wù)從單向的專業(yè)人員向用戶提供應(yīng)用服務(wù)，向雙向的交互模式轉(zhuǎn)變。

5計算機科學(xué)發(fā)展對地理信息科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)

縱觀地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程，可以看出，地理信息科學(xué)的發(fā)展與計算機科學(xué)和信息科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)，計算機和信息科學(xué)研究的重大進(jìn)展，必將帶來地理信息科學(xué)領(lǐng)域的突破和進(jìn)步。實際上，研究者們認(rèn)為，地理信息科學(xué)是地理科學(xué)和信息科學(xué)及其他相關(guān)科學(xué)的融合，是信息科學(xué)與技術(shù)在地理學(xué)的引入和地理學(xué)的信息覺醒[3，11]。計算機技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)的興起促進(jìn)了地理信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和社會化(見表1)。大數(shù)據(jù)時代的到來，也將為地理信息科學(xué)的發(fā)展提供更好的技術(shù)平臺。其中顯而易見的是，地理信息獲取的方式更加多樣化，獲取的地理信息數(shù)據(jù)規(guī)模更加巨大，大眾將獲得更加靈活、豐富的地理信息服務(wù)。

地理信息作為基礎(chǔ)性信息資源的一個重要組成部分，其獲取方式與服務(wù)方式的發(fā)展變化與信息技術(shù)的發(fā)展變革相關(guān)，不同時期，在信息技術(shù)發(fā)展的不同階段，相應(yīng)地，對應(yīng)著不同的地理信息獲取和服務(wù)方式。20世紀(jì)上半頁及以前，紙質(zhì)地圖是主要的地理信息服務(wù)方式，獲取地理信息的手段主要是實地測繪和早期的攝影測量與遙感技術(shù)。隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，計算機和互聯(lián)網(wǎng)深入人們的日常生活，網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)和導(dǎo)航與位置服務(wù)成為主要的地理信息服務(wù)方式，高分辨率衛(wèi)星圖像成為地理信息數(shù)據(jù)獲取和更新的主要方式。移動互聯(lián)網(wǎng)時代，各種技術(shù)手段的應(yīng)用使得獲取的地理信息數(shù)據(jù)多源、海量、異構(gòu)，從海量的復(fù)雜數(shù)據(jù)中獲取知識正是大數(shù)據(jù)時代的特點。這個階段，大眾既是地理信息服務(wù)的使用者，也是地理信息的采集者、提供者。可以從大眾使用地理信息的行為中分析獲取大至人類群體活動規(guī)律、小至用戶行為習(xí)慣偏好等信息，大眾還可以通過志愿者的信息、眾源開放街道地圖等方式為其他地理信息服務(wù)使用者提供地理信息。這個發(fā)展過程中，當(dāng)然也有一些亟需解決的技術(shù)問題，如眾源地理信息數(shù)據(jù)的可靠性問題、信息冗余問題等。

6結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代，地理信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，對地理信息的獲取提出了更高需求，同時給大眾提供了更加豐富、個性化的地理信息服務(wù)方式。本文回顧了地理信息獲取和服務(wù)方式的發(fā)展變化過程，介紹了互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代地理信息獲取和服務(wù)的新方式，指出了計算機科學(xué)發(fā)展對地理信息科學(xué)發(fā)展的重要促進(jìn)作用。計算機技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)的興起促進(jìn)了地理信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。移動互聯(lián)網(wǎng)普及的大數(shù)據(jù)時代，地理信息服務(wù)深入普通大眾日常生活，大眾在使用豐富多樣而個性化的地理信息服務(wù)的同時，也是地理信息的采集者、提供者，地理信息的獲取和服務(wù)在此融合。

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[責(zé)任編輯：張德福]