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    時空大數(shù)據(jù)及其在智慧城市中的應(yīng)用

    2017-04-06 11:04:07信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院王家耀
    衛(wèi)星應(yīng)用 2017年3期
    關(guān)鍵詞:時空

    · 文 |信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院 王家耀

    時空大數(shù)據(jù)及其在智慧城市中的應(yīng)用

    · 文 |信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院 王家耀

    王家耀簡介:

    王家耀,1936年生,湖北省武漢市人,中國工程院院士?,F(xiàn)任中國人民解放軍信息工程大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,政府特殊津貼獲得者。曾任國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成員、中國測繪地理信息學(xué)會理事、地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)委員會主任。

    王家耀院士長期從事地圖制圖與地理信息工程領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。作為主要學(xué)科帶頭人,最先在國內(nèi)創(chuàng)辦計算機(jī)地圖制圖、地理信息工程等新專業(yè)。主持完成國家及軍隊科研項目20余項,獲國家、軍隊科技進(jìn)步獎9項,出版學(xué)術(shù)著作8部。發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇,主編學(xué)術(shù)論文集4部。其中,《地圖制圖數(shù)據(jù)處理的模型方法》提出了模型方法是地圖制圖的重要科學(xué)方法等觀點,為現(xiàn)代地圖學(xué)開拓了新的研究領(lǐng)域;《數(shù)字地圖自動制圖綜合原理與方法》等3部著作先后獲全國高等學(xué)校優(yōu)秀測繪教材一等獎;《空間信息系統(tǒng)原理》被譽(yù)為“知識創(chuàng)新的專著”。

    一、引言

    (一)空間與時間

    在哲學(xué)上,空間與時間一起構(gòu)成運動著的物質(zhì)存在的兩種基本形式。空間指物質(zhì)存在的廣延性;時間指物質(zhì)運動過程的持續(xù)性和順序性??臻g和時間具有客觀性,同運動著的物質(zhì)不可分割。沒有脫離物質(zhì)運動的空間和時間,也沒有不在空間和時間中運動的物質(zhì)??臻g和時間也是相互聯(lián)系的。現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展,特別是相對論,證明空間和時間同運動著的物質(zhì)的不可分割的聯(lián)系??臻g和時間是無限和有限的統(tǒng)一。就宇宙而言,空間無邊無際,時間無始無終;而對各個具體事物來說,則是有限的[1]。

    (二)空間參照與時間參照

    空間參照與時間參照是自然與社會現(xiàn)象的兩個基本參照系統(tǒng),任何事物和任何現(xiàn)象都離不開這兩個基本參照。換句話說,空間坐標(biāo)與時間刻度是標(biāo)識自然萬物與社會現(xiàn)象的兩個基本特征[2]。

    (三)人類活動與空間時間

    人類生活在地球上,人類的一切活動(學(xué)習(xí)、工作、生活等)都是在確定的時間與確定的空間(位置)進(jìn)行的,時時刻刻都與時間空間相關(guān)聯(lián)。什么時間、什么地點、在干什么?什么時間、什么地方、發(fā)生什么事?什么時間、在什么地方、探測(深空、深地、深海)到了什么?全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GNSS)、遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS),即“3S”集成(基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))技術(shù)和時空大數(shù)據(jù)與智能挖掘技術(shù),可以回答以上問題。

    (四)大數(shù)據(jù)研究面臨的問題

    近些年來,學(xué)界和業(yè)界對大數(shù)據(jù)的問題十分重視,國內(nèi)外出版了許多論著[3-16],特別是成立了許多研究院所(中心),但是目前該領(lǐng)域的研究還存在不少問題,歸納起來,大致有以下幾個方面:

    1)論述商業(yè)大數(shù)據(jù)的多(受商業(yè)利益驅(qū)動),研究科學(xué)大數(shù)據(jù)的少(科學(xué)決策驅(qū)動不夠);

    2)研究一般大數(shù)據(jù)的多,而涉及時空大數(shù)據(jù)的少,這涉及對大數(shù)據(jù)與時空大數(shù)據(jù)本質(zhì)的認(rèn)識問題;

    3)研究大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的多,真正研究大數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)的少;

    4)試圖掌握(擁有)大數(shù)據(jù)的多,而真正應(yīng)用大數(shù)據(jù)的少,有的甚至不知道怎樣應(yīng)用大數(shù)據(jù);

    5)數(shù)據(jù)隱含價值→技術(shù)發(fā)現(xiàn)價值→應(yīng)用實現(xiàn)價值,或數(shù)據(jù)→大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與挖掘→決策支持的大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)尚未形成;

    6)大數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)化還剛剛起步,更未形成大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)體系(軟件產(chǎn)品、軟硬件集成產(chǎn)品、數(shù)據(jù)產(chǎn)品);

    7)數(shù)據(jù)科學(xué)的邊界還不夠清晰,大數(shù)據(jù)理論研究薄弱,更未形成大數(shù)據(jù)理論體系。

    二、時空大數(shù)據(jù)及其科學(xué)價值與意義

    (一)時空數(shù)據(jù)與時空大數(shù)據(jù)

    時空數(shù)據(jù)是以地球為對象,基于統(tǒng)一時空基準(zhǔn)的與位置直接或間接相關(guān)聯(lián)的地理要素(或現(xiàn)象)信息的數(shù)據(jù)。具有時間維(T)、空間維(S)和屬性維(D)等多維特征。時空大數(shù)據(jù)則是大數(shù)據(jù)與地理時空數(shù)據(jù)的融合,即以地球為對象、基于統(tǒng)一時空基準(zhǔn),活動于時空中與位置直接或間接相關(guān)聯(lián)的大數(shù)據(jù)。

    時空大數(shù)據(jù)揭示了幾乎所有大數(shù)據(jù)都是在一定的時間和空間中產(chǎn)生的,與位置直接或間接相關(guān)聯(lián)的。大數(shù)據(jù)本質(zhì)上就是時空大數(shù)據(jù),它是現(xiàn)實地理世界空間結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系各要素(現(xiàn)象)的數(shù)量、質(zhì)量特征及其隨時間變化而變化的數(shù)據(jù)集的“總和”。

    (二)時空大數(shù)據(jù)的類型

    時空大數(shù)據(jù)主要包括時空基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、GNSS和位置軌跡數(shù)據(jù)、大地測量與重磁測量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、與位置相關(guān)的空間媒體數(shù)據(jù)等類型。

    1. 時空基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

    時空基準(zhǔn)數(shù)據(jù)主要包含時間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(守時系統(tǒng)數(shù)據(jù)、授時系統(tǒng)數(shù)據(jù)、用時系統(tǒng)數(shù)據(jù))和空間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(大地坐標(biāo)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、重磁基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、高程和深度基準(zhǔn)數(shù)據(jù))的總和。

    2. GNSS和位置軌跡數(shù)據(jù)

    ●GNSS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)

    一個基準(zhǔn)站按1s采樣率一天得到的數(shù)據(jù)量約為70MB,按全國3000個基準(zhǔn)站計算,則一天的數(shù)據(jù)總量約為210GB。

    ● 位置軌跡數(shù)據(jù)

    通過GNSS測量和手機(jī)等方法獲得的用戶活動數(shù)據(jù),可被用于反映用戶的位置和用戶的社會偏好及相關(guān)交通情況等,包括個人軌跡數(shù)據(jù)、群體軌跡數(shù)據(jù)、交通軌跡數(shù)據(jù)、信息流軌跡數(shù)據(jù)、物流軌跡數(shù)據(jù)、資金流軌跡數(shù)據(jù)等。

    3. 大地測量與重磁測量數(shù)據(jù)

    包括大地控制數(shù)據(jù)、重力場數(shù)據(jù)、磁場數(shù)據(jù)等。

    4. 遙感影像數(shù)據(jù)

    ●衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)——可見光影像數(shù)據(jù)、微波遙感影像數(shù)據(jù)、紅外影像數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)掃描影像數(shù)據(jù)

    ●航空遙感影像數(shù)據(jù)

    ●地面遙感影像數(shù)據(jù)

    ●地下感知數(shù)據(jù)——地下空間和管線數(shù)據(jù)

    ●水下聲納探測數(shù)據(jù)——水下地形和地貌數(shù)據(jù)、阻礙物數(shù)據(jù)

    5. 地圖數(shù)據(jù)

    指各類地圖、地圖集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量大。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國1∶5萬數(shù)字矢量線劃地圖(DLG)數(shù)據(jù)量達(dá)250GB、數(shù)字柵格地圖(DRG)數(shù)據(jù)量達(dá)10TB,1∶1萬DLG達(dá)5.3TB、DRG達(dá)350TB。

    6. 與位置相關(guān)的空間媒體數(shù)據(jù)

    指具有空間位置特征的隨時間變化的數(shù)字化文字、圖形、圖像、聲音、視頻、影像和動畫等媒體數(shù)據(jù),如通信數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、搜索引擎數(shù)據(jù)、在線電子商務(wù)數(shù)據(jù)、城市監(jiān)控攝像頭數(shù)據(jù)等。

    (三)時空大數(shù)據(jù)的科學(xué)價值與意義

    這里,僅從時空大數(shù)據(jù)帶來的科學(xué)范式的變化和產(chǎn)業(yè)的變化予以說明。

    1.時空大數(shù)據(jù)帶來的科學(xué)范式的變化

    美國著名科學(xué)哲學(xué)家Thomas S.Kuhn(庫恩)在《The Structure of Scientific Revolutions》(《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》)一書中提出“范式”的概念和理論:指的是一個共同體成員所共享的信仰、價值、技術(shù)等的集合,指常規(guī)科學(xué)所賴以運作的理論基礎(chǔ)和實踐規(guī)范,是從事某一科學(xué)的研究者群體所共同遵從的世界觀和行為方式。

    計算機(jī)圖靈獎得主Jim Grey的四個科學(xué)范式理論。其中:第一范式,稱為經(jīng)驗范式,產(chǎn)生于數(shù)千年前,是描述自然現(xiàn)象的,人們依靠經(jīng)驗和觀察為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)研究,即依靠科學(xué)實驗的方式探索未知;第二范式,稱為理論范式,產(chǎn)生于幾百年前,是以建模和歸納為基礎(chǔ)的理論學(xué)科和分析范式,即在科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型歸納形成相應(yīng)的規(guī)則和理論;第三范式,稱為計算范式,產(chǎn)生于幾十年前,是以模擬復(fù)雜現(xiàn)象為基礎(chǔ)的計算科學(xué)范式,即在科學(xué)實驗很難進(jìn)行、理論計算難以開展和歸納的情況下,采用模擬仿真方式以驗證理論及方法正確的可能性,同時探索更廣泛的科學(xué)領(lǐng)域;第四范式,稱為數(shù)據(jù)密集型范式,今天正在出現(xiàn),是以數(shù)據(jù)考察為基礎(chǔ),聯(lián)合理論、實驗和模擬一體的數(shù)據(jù)密集計算的范式,即從數(shù)據(jù)入手,使用計算機(jī)程序?qū)嫶蟮臄?shù)據(jù)庫進(jìn)行挖掘,尋找數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。從本質(zhì)上講,他們是利用計算機(jī)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,從而發(fā)現(xiàn)各種規(guī)則。

    測繪學(xué)與地理學(xué)的發(fā)展與演進(jìn),同Jim Grey四個科學(xué)范式的理論非常契合。當(dāng)今的地球空間信息科學(xué),正面臨著時空大數(shù)據(jù)時代的全球性挑戰(zhàn),“第四范式”可能是解決面臨挑戰(zhàn)的具有本質(zhì)性的理論、方法與技術(shù),不僅是科研方式的轉(zhuǎn)變,也是人們思維方式的大變化(大數(shù)據(jù)思維),通過大數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)挖掘,可以發(fā)現(xiàn)過去的科學(xué)方法發(fā)現(xiàn)不了的新模式、新知識和新規(guī)律。這正是地球空間信息科學(xué)要解決的問題。

    所以,大數(shù)據(jù)時代的到來也是推動地球空間信息科學(xué)發(fā)展的重要因素,同時數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式也成為地球空間信息科學(xué)的科學(xué)研究范式。

    2.時空大數(shù)據(jù)帶來的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的變化

    在時空大數(shù)據(jù)時代,應(yīng)該走一條從時空大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)研究起步的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)化之路,這樣才能可持續(xù)發(fā)展。

    (1)構(gòu)建時空大數(shù)據(jù)理論體系

    圍繞時空大數(shù)據(jù)科學(xué)理論體系、時空大數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)與科學(xué)理論、時空大數(shù)據(jù)驅(qū)動的顛覆性應(yīng)用模型探索等開展重大基礎(chǔ)研究,構(gòu)建時空大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論與方法體系。

    (2)構(gòu)建時空大數(shù)據(jù)技術(shù)體系

    采用政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新模式和基于開源社區(qū)的開放創(chuàng)新模式,圍繞時空大數(shù)據(jù)存儲管理、時空大數(shù)據(jù)智能綜合與多尺度時空數(shù)據(jù)庫自動生成及增量級聯(lián)更新、時空大數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析與挖掘、時空大數(shù)據(jù)可視化、自然語言理解、深度學(xué)習(xí)與深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)、人類自然智能與人工智能深度融合、信息安全等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新性研究,形成時空大數(shù)據(jù)技術(shù)體系。

    (3)構(gòu)建時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

    圍繞時空大數(shù)據(jù)獲取、處理、分析、挖掘、管理、應(yīng)用等環(huán)節(jié),研發(fā)時空大數(shù)據(jù)存儲與管理軟件、時空大數(shù)據(jù)分析與挖掘軟件、時空大數(shù)據(jù)可視化軟件等軟件產(chǎn)品與軟硬件集成產(chǎn)品和多樣化數(shù)據(jù)產(chǎn)品,提供時空數(shù)據(jù)與各行各業(yè)大數(shù)據(jù)、領(lǐng)域業(yè)務(wù)流程及應(yīng)用需求深度融合的時空大數(shù)據(jù)解決方案,形成比較健全實用的時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系。

    三、時空大數(shù)據(jù)與智慧城市

    (一)智慧城市的內(nèi)涵與特征

    1. 內(nèi)涵

    目前,我國的城市信息化建設(shè)絕大部分還停留在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化階段,而一旦數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展成熟,積累了大量數(shù)據(jù),勢必就會產(chǎn)生進(jìn)一步的信息化需求,這就是智能化。簡單地說,智慧城市就是讓城市更聰明,本質(zhì)上是讓作為城市主體的人更聰明。通過互聯(lián)網(wǎng)把無處不在的被植入城市物體的智能化傳感器連接起來形成的物聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)對物理城市的全面感知,利用云計算等技術(shù)對感知信息進(jìn)行智能處理和分析,實現(xiàn)網(wǎng)上“數(shù)字城市”與物聯(lián)網(wǎng)的融合,并發(fā)出指令,對包括政務(wù)、民生、環(huán)境、公共安全、城市服務(wù)、工商活動等在內(nèi)的各種需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持。

    2. 特征

    (1)透徹感知

    無處不在的智能傳感器,對物理城市實現(xiàn)全面、綜合的感知和對城市運行的核心系統(tǒng)實時感測,實時智能地獲取物理城市的各種信息。

    (2)全面互聯(lián)

    通過物聯(lián)網(wǎng)將無所不在的智能傳感器連接起來,通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的智能傳輸和存儲。

    (3)深度整合

    當(dāng)前智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵點。充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)信息資源整合、設(shè)備資源整合、業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合,打造完善、高效的數(shù)據(jù)流,并以此促進(jìn)業(yè)務(wù)流程改造和轉(zhuǎn)型,提升綜合服務(wù)和決策能力。

    (4)資源共享

    當(dāng)前智慧城市建設(shè)的重要突破點。以信息資源為核心,從技術(shù)層面和管理體制方面著手推進(jìn)智慧城市信息共享,打破信息孤島,建立科學(xué)合理的管理制度和標(biāo)準(zhǔn)體系。

    (5)協(xié)同運作

    建設(shè)成為面向?qū)ο蟮姆?wù)聚合。

    (6)智能服務(wù)

    在城市智慧信息設(shè)施基礎(chǔ)上,利用云計算服務(wù)模式,充分利用和調(diào)動現(xiàn)有一切信息資源,通過構(gòu)架一個新型的服務(wù)模式或一種新的能提供服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理、數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn),為人們提供各種不同層次、不同要求的低成本、高效率的智能化服務(wù)。

    (7)激勵創(chuàng)新

    鼓勵政府、企業(yè)和個人在智慧信息基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行科技和業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用,尋求新的經(jīng)濟(jì)增長點,為城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供源源不斷的動力。

    (二)新型智慧城市及其對時空信息的需求

    1. 新型智慧城市及其特點

    截至2015年底,我國智慧城市建設(shè)的數(shù)量已達(dá)到386個,其中省級和副省級智慧城市建設(shè)達(dá)到100%,地級市建設(shè)智慧城市達(dá)到74%,縣級市建設(shè)智慧城市達(dá)到32%,取得了一些進(jìn)展,但也暴露了許多問題,主要表現(xiàn)在:缺乏國家層面的頂層設(shè)計與綜合協(xié)調(diào)機(jī)制;缺乏健全的信息安全技術(shù)、機(jī)制與體系;缺乏應(yīng)對大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的技術(shù)與管理機(jī)制;缺乏智慧城市建設(shè)的風(fēng)險認(rèn)識和對應(yīng)策略;盲目跟風(fēng),無明確目標(biāo);協(xié)調(diào)不夠,各自為政;試點過多,流于形式;體制機(jī)制缺乏創(chuàng)新。

    根據(jù)智慧城市建設(shè)中暴露出來的問題,亟待加強(qiáng)頂層設(shè)計、統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)引導(dǎo)、有序推進(jìn)。正是在這種情況下,國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)絡(luò)辦等25個部委于2016年5月聯(lián)合成立了新型智慧城市建設(shè)部級協(xié)調(diào)工作組。新型智慧城市是適應(yīng)新型智慧城鎮(zhèn)化建設(shè),以信息化創(chuàng)新引領(lǐng)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型,全面推進(jìn)新一代信息通信技術(shù)與城市發(fā)展融合創(chuàng)新,加快工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化融合,提高城市治理能力現(xiàn)代化水平,實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的新路徑、新模式、新形態(tài)。

    2. 新型智慧城市對時空信息的需求

    新型智慧城市對時空信息的需求,主要體現(xiàn)在智慧城市時空信息云平臺建設(shè)(如圖1所示)。其中:

    1)共享。指地理時空數(shù)據(jù)為城市各部門(行業(yè))共享(城市“一張圖”),即各部門(行業(yè))在統(tǒng)一的地理時空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建設(shè)各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

    2)交換。各部門(行業(yè))能交換的信息都應(yīng)以統(tǒng)一地理時空數(shù)據(jù)進(jìn)行定位,相互交換,避免出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。

    3)聚合。指各部門(行業(yè))除不能公開的信息都應(yīng)聚合在統(tǒng)一的地理時空數(shù)據(jù)上,以建立城市綜合決策系統(tǒng)。

    4)傳感網(wǎng)接入。指時空信息云平臺應(yīng)是一個開放共享平臺,包括具有空間位置特征的地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)(如大氣、地面溫度、水質(zhì)監(jiān)測、土壤監(jiān)測等)和地下管線智能感知設(shè)備等,都應(yīng)能接入時空信息云平臺。

    5)時空大數(shù)據(jù)體系。指傳感網(wǎng)接入數(shù)據(jù)、地理時空數(shù)據(jù)與各部門(行業(yè))融合的數(shù)據(jù)所建成的時空大數(shù)據(jù)集,并對其進(jìn)行一致性處理,形成時空大數(shù)據(jù)體系。

    6)時空大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與挖掘。指對時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行時間序列和空間趨勢的統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘,發(fā)現(xiàn)知識,為空間決策支持系統(tǒng)提供知識服務(wù)。

    3. 時空大數(shù)據(jù)在智慧城市中的應(yīng)用

    (1)智能交通

    智能交通系統(tǒng)(ITS)擁有實時的交通和天氣信息,所有車輛都能夠預(yù)先知道并避開交通堵塞,減少二氧化碳的排放,沿最快捷的路線到達(dá)目的地,能隨時找到最近的停車位,甚至在大部分時間車輛可以自動駕駛,而乘客可以在旅途中欣賞在線電視節(jié)目。

    這需要信息技術(shù)、交通大數(shù)據(jù)、先進(jìn)交通管理給予支持。依托城市交通信息中心,實現(xiàn)城市公共汽車系統(tǒng)、出租車系統(tǒng)與軌道交通系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、電子通信系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、電子地圖系統(tǒng)綜合集成的一體化交通信息管理。

    目前智能交通已經(jīng)取得以下應(yīng)用實例:

    1)利用智能交通信息技術(shù)支撐、交通大數(shù)據(jù)支撐、先進(jìn)交通管理支持等,實現(xiàn)道路的“零堵塞”、“零傷亡”和“極限同行能力”。

    2)利用車輛軌跡和交通監(jiān)控數(shù)據(jù),為政府改善交通狀況,為乘客提供交通信息,為駕駛員提高行車效益提供幫助。

    3)根據(jù)用戶歷史數(shù)據(jù),為司機(jī)和乘客設(shè)計一種雙向最優(yōu)出租車招車/候車服務(wù)模型。

    4)基于出租車GNSS軌跡數(shù)據(jù),并結(jié)合天氣及個人駕駛習(xí)慣、技能和對道路的熟悉程度等,設(shè)計針對個人的最優(yōu)導(dǎo)航算法,可平均為每30min的行車路線節(jié)約5min時間。

    5)利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和用戶車輛慣性傳感器數(shù)據(jù),匯集司機(jī)急剎、急轉(zhuǎn)等駕駛行為數(shù)據(jù),預(yù)測司機(jī)的移動行為,為司機(jī)提供主動安全預(yù)警服務(wù)。

    (2)智能電網(wǎng)

    以先進(jìn)的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ),以電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互為手段,以實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全為目標(biāo)的先進(jìn)的現(xiàn)代化電力系統(tǒng),其核心是實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動化和智能化。

    信息技術(shù)支持:通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對電網(wǎng)和用戶的信息進(jìn)行實時監(jiān)控和采集,并可將已嵌入智能傳感器的各類供電、輸電和用電設(shè)備連成一體,從而實現(xiàn)各類設(shè)備的物理實體入網(wǎng),通過智能化、網(wǎng)絡(luò)化的管理實現(xiàn)能源替代以及對電能的最優(yōu)配置和利用。

    電網(wǎng)大數(shù)據(jù)支持:通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),連接遍布電網(wǎng)六大要素的傳感器,每秒從發(fā)電系統(tǒng)讀取60次同步相量測量值記錄所有電流數(shù)據(jù)和智能電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),智能電表每隔15min到1h從每個家庭或企業(yè)自動采集數(shù)據(jù),甚至跨區(qū)域電網(wǎng)收集數(shù)據(jù)。電網(wǎng)基礎(chǔ)地理空間大數(shù)據(jù),如電網(wǎng)布局的空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系數(shù)據(jù)、全部傳感器位置數(shù)據(jù)、輸電線路巡線位置軌跡數(shù)據(jù)、停電或事故斷電等電網(wǎng)安全數(shù)據(jù)。

    先進(jìn)電網(wǎng)管理支持:集發(fā)電監(jiān)控中心、調(diào)度中心、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)等于一體的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)。

    目前智能電網(wǎng)已經(jīng)取得以下應(yīng)用實例:

    1)智能電表數(shù)據(jù)的應(yīng)用:更好地掌控電網(wǎng)中用戶的需求層次;監(jiān)控各種電器詳細(xì)的電力消耗情況;可按時間或需求量的變化定價;根據(jù)用電模式對用戶進(jìn)行分類;避開高峰時段用電;識別用電需求來自哪個地方或用戶。

    2)智能電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運行:基于智能電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)覆蓋范圍布局的空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系的優(yōu)化設(shè)計;基于電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)上所有傳感器的精確空間定位;基于電網(wǎng)地理空間大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)(集發(fā)電系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等于一體)的高效運行。

    (3)智能物流

    采用GNSS、PDA、多功能手持終端、RFID、無線網(wǎng)關(guān)等設(shè)備,集生產(chǎn)中心、倉儲中心、商務(wù)中心、配送中心、監(jiān)控中心等于一體的精細(xì)化、智能化、協(xié)同化物流信息系統(tǒng)。

    信息技術(shù)支持:GNSS、多種感知設(shè)備(溫、濕、壓等多功能手持終端、RFID等)、無線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)。

    物流大數(shù)據(jù)支持:覆蓋物流網(wǎng)范圍的地理空間大數(shù)據(jù)、物流系統(tǒng)五元素空間位置數(shù)據(jù)、物流網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)交通數(shù)據(jù)、油氣管道線路位置數(shù)據(jù)及其感知設(shè)備上的位置數(shù)據(jù)、智能物流過程的大數(shù)據(jù)、食品物流過程數(shù)據(jù)(溫、濕、壓、車況、人況)、油罐或化學(xué)品等易燃易爆物流過程實時動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)、物流車等的位置軌跡數(shù)據(jù)、物流車時間數(shù)據(jù)、車速數(shù)據(jù)。

    先進(jìn)物流管理支持:集生產(chǎn)中心、倉儲中心、商務(wù)中心、配送中心、監(jiān)控中心于一體的智能物流信息系統(tǒng)中心。

    目前智能物流已經(jīng)取得以下應(yīng)用實例:

    1)對物流車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和指揮調(diào)度:根據(jù)顯示在電子地圖上的GNSS記錄的物流車輛位置軌跡數(shù)據(jù),分析和掌控物流車輛(隊)行駛狀況;根據(jù)顯示在電子地圖上的相應(yīng)感知設(shè)備記錄的車上物資的溫度、濕度、壓力等監(jiān)控數(shù)據(jù),分析和掌控物流物資的安全狀況。

    2)對油氣管道物流狀況的監(jiān)控:根據(jù)管道安全巡線員利用PDA和GNSS進(jìn)行巡線的數(shù)據(jù),進(jìn)行分析并發(fā)出應(yīng)對指令;根據(jù)管道上各類感知設(shè)備記錄的溫、濕、壓、損數(shù)據(jù),進(jìn)行分析并采取相應(yīng)措施。

    3)物流安全事故預(yù)防和事故處理:監(jiān)控中心根據(jù)物流大數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析,發(fā)現(xiàn)可能隱患,并提出預(yù)防措施;對已發(fā)事故,利用監(jiān)控中心的物流信息系統(tǒng)平臺研究處理方案,調(diào)集和組織力量趕赴事發(fā)現(xiàn)場搶救。

    (4)智慧醫(yī)療

    智慧醫(yī)療是為了實現(xiàn)各級醫(yī)院之間人才資源、醫(yī)療信息資源和醫(yī)療文獻(xiàn)資源共享。

    信息技術(shù)支持:人的身體和生理微型感知技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù);醫(yī)學(xué)影像分析處理和三維仿真技術(shù);計算機(jī)電子醫(yī)療檔案技術(shù);醫(yī)療衛(wèi)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

    醫(yī)療大數(shù)據(jù)支持:城市醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)(行政機(jī)構(gòu)、各類各級醫(yī)院、衛(wèi)生院所、保健院、藥品商店、急救中心等)的空間分布數(shù)據(jù);地方病、流行病、急性傳染病數(shù)據(jù);各類各級醫(yī)院特色(專業(yè))、人才、床位、醫(yī)療檔案(病歷)、大型專業(yè)和特殊設(shè)備、醫(yī)療文獻(xiàn)等數(shù)據(jù);個人保健數(shù)據(jù)。

    目前智能醫(yī)療已經(jīng)取得以下應(yīng)用實例:

    1)流感傳播預(yù)測:美國Rochester大學(xué)的研究人員利用全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù),分析紐約63萬多微博用戶的440萬條微博數(shù)據(jù),繪制身體不適用戶位置“熱點”地圖,顯示流感在紐約的傳播情況,指出最早可在個人出現(xiàn)流感癥狀之前8天做出預(yù)測,準(zhǔn)確率達(dá)90%。

    2)個人保?。和ㄟ^安裝在人身上的各類傳感器,對人的健康指數(shù)(體溫、血壓、心電圖、血氧等)進(jìn)行監(jiān)測,并實時傳遞至醫(yī)療保健中心,如有異常,保健中心會通過手機(jī),提醒你去醫(yī)院檢查身體。

    3)遠(yuǎn)程醫(yī)療:通過國家衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò),利用醫(yī)療資源共享及檢查結(jié)果互認(rèn)數(shù)據(jù)以及急重病人異地送診過程中的實時監(jiān)控數(shù)據(jù),在線會診分析、治療和途中急救等。

    (5)智慧城市社會管理

    信息技術(shù)支持:傳感網(wǎng)監(jiān)測技術(shù);平安城市監(jiān)控攝像頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測、車流監(jiān)測;GPS/北斗導(dǎo)航技術(shù);搜索引擎技術(shù);地理信息系統(tǒng)技術(shù)。

    城市社會化大數(shù)據(jù)支持:城市基礎(chǔ)地理空間信息交換共享平臺(一張圖)大數(shù)據(jù);位置軌跡數(shù)據(jù);平安城市攝像頭監(jiān)控數(shù)據(jù);空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù);搜索引擎數(shù)據(jù);流動人口注冊數(shù)據(jù)。

    目前智慧城市社會管理已經(jīng)在平安城市中得到應(yīng)用。利用部署在大街小巷的監(jiān)控攝像頭數(shù)據(jù),進(jìn)行圖像敏感性智能分析,并與110、119、112等交互,通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報警系統(tǒng)之間的聯(lián)動,從而構(gòu)造和諧安全的城市生活環(huán)境。例如:

    1)從城市人群流動數(shù)據(jù)中,揭示區(qū)域功能和區(qū)域人流的關(guān)系,對城市區(qū)域的社會學(xué)功能進(jìn)行分類和優(yōu)化。

    2)利用地理監(jiān)測站有限的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),結(jié)合交通流道路結(jié)構(gòu)、興趣點分布、氣象條件和人群流動規(guī)律等大數(shù)據(jù),基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立數(shù)據(jù)與空氣質(zhì)量的映射關(guān)系,從而推斷出整個城市細(xì)粒度的空氣質(zhì)量。

    3)通過對各類企業(yè)(特別是房地產(chǎn))的銷售狀況的監(jiān)管和分析,發(fā)現(xiàn)不交或交增值稅的問題,征收或罰款,確保國家和地方財政收入。

    四、總結(jié)

    1)大數(shù)據(jù)是信息時代發(fā)展的必然趨勢,已經(jīng)滲透到社會工作、學(xué)習(xí)、生活的方方面面,我們這個時代已近乎就此打上了大數(shù)據(jù)的烙印,必將帶來思維變革、商業(yè)變革和管理變革,我們必須認(rèn)識大數(shù)據(jù)、適應(yīng)大數(shù)據(jù),應(yīng)用大數(shù)據(jù)。

    2)時空大數(shù)據(jù)是時空數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)的融合,強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)的空間化(空間定位)。一切大數(shù)據(jù)都是人類活動的產(chǎn)物,而人類的一切活動都是在一定的時間和空間進(jìn)行的,所以大數(shù)據(jù)都具有時間和空間特征,從這個角度看,大數(shù)據(jù)本質(zhì)上就是時空大數(shù)據(jù)。時空大數(shù)據(jù)是一個更為科學(xué)的術(shù)語。導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)則是時空大數(shù)據(jù)的一種最基本的組成部分。

    3)時空大數(shù)據(jù)時代的到來,使我們面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。時空大數(shù)據(jù)帶來了科學(xué)范式的變化,可能是解決當(dāng)前面臨挑戰(zhàn)的具有本質(zhì)性的理論、方法與技術(shù);時空大數(shù)據(jù)有可能實現(xiàn)“數(shù)據(jù)→信息→知識→決策支持”到“數(shù)據(jù)→知識→決策支持”的轉(zhuǎn)變;時空大數(shù)據(jù)推動時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的變化,可能形成以時空大數(shù)據(jù)科學(xué)為核心的理論體系、以人類自然智能與計算機(jī)人工智能深度融合為核心的技術(shù)體系和以軟件產(chǎn)品、軟硬件集成產(chǎn)品和數(shù)據(jù)產(chǎn)品為核心的產(chǎn)品體系。

    4)時空大數(shù)據(jù)無論在軍事領(lǐng)域還是民生領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用,并將帶來革命性的影響。其中民生領(lǐng)域的智慧城市是大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的必然。應(yīng)用的拓展將帶來新的科學(xué)問題,需要新的關(guān)鍵技術(shù)。

    [1]夏征農(nóng),陳至立.辭海(第六版,縮印本)[M],上海辭書出版社,2010.4.

    [2] [德] MichaclSoffel Ralf Langhans著,王若璞,趙東明譯.時空參考系[M],科學(xué)出版社,2015.9.

    [3] [英]維克托·邁爾-舍恩伯格,肯尼思·庫克耶著,盛楊燕,周濤譯.大數(shù)據(jù)時代[M],浙江人民出版社,2013.6.

    [4] [美]BillFranks著,黃海,車皓陽,王悅等譯.駕馭大數(shù)據(jù)[M],人民郵電出版社,2013.3.

    [5] [美]AnandRajaraman, Jeffrey David Ullman著,王斌譯.大數(shù)據(jù)挖掘[M],人民郵電出版社,2013.2.

    [6] [英] 維克托·邁爾-舍恩柏格著,袁杰譯.刪除-大數(shù)據(jù)取舍之道[M],浙江人民出版社,2013.1.

    [7] 涂子沛著.大數(shù)據(jù)[M],廣西師范大學(xué)出版社,2013.4.

    [8] 楊軼莘著.大數(shù)據(jù)時代下的統(tǒng)計學(xué)[M],電子出版社,2015.9.

    [9]楊旭著.重構(gòu)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計[M],電子出版社,2014.8.

    [10][美]埃里克·西格爾著,周昕譯.大數(shù)據(jù)預(yù)測[M],中信出版社,2015.4.

    [11][美]Bernard Marr著,秦磊,曹正鳳譯.智能大數(shù)據(jù)SMART準(zhǔn)則:數(shù)據(jù)分析方法、案例和行動綱領(lǐng)[M],電子工業(yè)出版社,2015.10.

    [12][美]Michael Manoochehri著,戴志偉,許楊毅等譯.尋路大數(shù)據(jù):海量數(shù)據(jù)與大規(guī)模分析[M],電子工業(yè)出版社,2014.11.

    [13]吳朝暉,陳華鈞,楊建華著.空間大數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)設(shè)施[M],浙江大學(xué)出版社,2013.1.

    [14]大數(shù)據(jù)時代的中國機(jī)遇.文摘365[引用日期2013-05-30]

    [15]“大數(shù)據(jù)時代”來臨.北京晚報網(wǎng).2012-06-15[引用日期2012-10-10]

    [16]工信部.電信研究院大數(shù)據(jù)白皮書(2014年).

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