測繪技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算的出現(xiàn)，人類進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時代。無所不在的傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的實時連接，實現(xiàn)了工業(yè)化與信息化的綜合集成。地理空間信息的數(shù)據(jù)來源，是成千上萬個空天地專業(yè)和非專業(yè)的傳感器。信息系統(tǒng)已經(jīng)逐步實現(xiàn)了由靜態(tài)到多時相，再過渡到實時動態(tài)的發(fā)展轉(zhuǎn)變。同時，測繪科技也發(fā)展到了一個虛擬現(xiàn)實的集成空間。這個空間以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)處理、信息提取，進(jìn)而挖掘規(guī)律、尋找知識，為人們提供了各種智能化服務(wù)。這是當(dāng)今測繪地理信息科技創(chuàng)新具備的時代特征。

邁向自動化、智能化

人工作業(yè)的方式已無法應(yīng)對如今錯綜復(fù)雜的傳感網(wǎng)、龐大的數(shù)據(jù)量，在人工智能逐漸發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的作業(yè)方式已經(jīng)逐步實現(xiàn)了自動化和智能化。

測量定位由過去在作業(yè)圖板上手工定位逐漸發(fā)展為自動化、智能化的定位和導(dǎo)航后，作業(yè)效率大大提高了。以室內(nèi)外一體化高精度實時導(dǎo)航與位置服務(wù)的技術(shù)為例，目前已有科研團(tuán)隊針對大型復(fù)雜公共場所的安全監(jiān)控與應(yīng)急救援等重大應(yīng)用需求，致力于研究基于智能手機(jī)（優(yōu)于1米）和智能駕駛（優(yōu)于0.1米）的，高可用、自適應(yīng)和廣域覆蓋的室內(nèi)外一體化定位技術(shù)。在這一研究中，重點解決的科學(xué)問題是如何感知、認(rèn)知室內(nèi)幾何環(huán)境和信號環(huán)境的時空變化，提高對定位環(huán)境的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，實現(xiàn)定位指紋庫（包括Wi-Fi、指紋庫、磁場指紋庫等）、圖像特征庫、地表信息庫的自動更新。空間大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，為影像目標(biāo)自動相關(guān)、目標(biāo)自動發(fā)現(xiàn)、變化自動檢測的研究創(chuàng)造了條件，也為人機(jī)交互走向智能化、全自動化奠定了基礎(chǔ)。在這樣的基礎(chǔ)和背景下，各式各樣的測量機(jī)器人應(yīng)運而生。

大數(shù)據(jù)與人工智能

長期以來，測繪地理信息技術(shù)具有較強的測量、定位、目標(biāo)感知能力，而缺乏認(rèn)知能力。在大數(shù)據(jù)時代，人們通過處理、分析、融合和挖掘時空大數(shù)據(jù)，將其與人工智能的各種方法集成在一起，可以大大提高空間認(rèn)知能力，這也是測繪地理信息科技創(chuàng)新的發(fā)展方向。以數(shù)據(jù)為導(dǎo)引的大腦認(rèn)知過程，可以簡化為感知、認(rèn)知和行動三個步驟。這一認(rèn)知過程也被應(yīng)用到地理信息的測繪中。

未來的服務(wù)將會通過建設(shè)“一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)融合、智能服務(wù)”的衛(wèi)星遙感、導(dǎo)航與通信集成的天基信息網(wǎng)絡(luò)，與地面互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通，達(dá)到“天網(wǎng)”與“地網(wǎng)”的深度耦合，從而將有效數(shù)據(jù)和信息送到移動終端上。

發(fā)展通導(dǎo)遙感一體的天基信息實時服務(wù)，將為地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的活力。除增強遙感、通信、導(dǎo)航功能外，通過衛(wèi)星遙感、通信與導(dǎo)航技術(shù)的集成創(chuàng)新，還可以帶動以實時位置服務(wù)為代表的天基信息增值服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如新型天基信息服務(wù)移動終端與軟件（如手機(jī)APP）、衛(wèi)星多媒體通信服務(wù)、實時精密導(dǎo)航定位服務(wù)等。

在數(shù)字城市建立的網(wǎng)絡(luò)空間（Cyber Space）上，我們可以通過物聯(lián)網(wǎng)的各種傳感器，自動、實時采集現(xiàn)實城市中人、物的各種狀態(tài)和變化的數(shù)據(jù)，再利用人工智能和數(shù)據(jù)挖掘等智能手段，由云計算中心處理這些海量復(fù)雜計算，從而實現(xiàn)對城市的感知、認(rèn)知與控制反饋，為城市應(yīng)急、城市管理、智能制造、經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供各種智能化服務(wù)。

手機(jī)上的大數(shù)據(jù)時刻記錄著人們的活動。當(dāng)手機(jī)在室內(nèi)外的導(dǎo)航定位精度達(dá)到1米后，就可以精準(zhǔn)地確定持有者的活動范圍，判斷其當(dāng)前所在的具體位置。大數(shù)據(jù)不僅可以記錄我們的位置數(shù)據(jù)，還可以記錄我們的姿態(tài)數(shù)據(jù)。比如當(dāng)我們滑倒時，姿態(tài)會有一個較大幅度的變動，數(shù)據(jù)庫通過自動檢測姿態(tài)變化即可進(jìn)行判斷。利用這樣的感知過程，就可以了解手機(jī)主人的行為和心理。按照這種思路繼續(xù)開發(fā)，將來可以研發(fā)出一種智慧手機(jī)腦來服務(wù)于我們的學(xué)習(xí)、生活，實現(xiàn)對人體健康狀態(tài)的監(jiān)管。以上所述的內(nèi)容可以概括為對地觀測腦、智慧城市腦和智能手機(jī)腦。這是人工智能、腦認(rèn)知和對地觀測技術(shù)在大數(shù)據(jù)時代集成與融合的必然發(fā)展趨勢，它們從全球、城市和個人三個測度來實現(xiàn)空間認(rèn)知，必將推動地理空間信息的智能化發(fā)展和應(yīng)用。

空間信息實時處理服務(wù)

測繪地理信息學(xué)目前面臨著從區(qū)域制圖走向全球制圖、從室外走向室內(nèi)三維自動建模、從專業(yè)應(yīng)用走向大眾服務(wù)的趨勢。

全球制圖正取代區(qū)域制圖，成為測繪地理信息科研的熱點內(nèi)容。例如，我國“資源三號”衛(wèi)星能夠在不使用任何地面控制點的情況下，利用影像相關(guān)、選權(quán)迭代驗后方差估計的自動粗差探測等技術(shù)，計算8810景，從20TB原始數(shù)據(jù)、20億個匹配點中自動選擇300萬個堅強連接點，實現(xiàn)超大區(qū)域的空中三角測量，并將遙感影像自主定位精度從15米提高到5米之內(nèi)，全自動完成1：50000精度的全球數(shù)字DOM（數(shù)字正射影像圖）和DSM（數(shù)字地表模型）的制作。研究人員利用“資源三號”衛(wèi)星獲取的全國數(shù)據(jù)進(jìn)行全國數(shù)字表面模型和數(shù)字正射影像自動化生產(chǎn)時，需處理40TB數(shù)據(jù)量、60個計算節(jié)點，卻僅需15天就能完成。又如，我國在成功發(fā)射高分衛(wèi)星和環(huán)境災(zāi)害衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，未來5年內(nèi)即可具備以16米的分辨率每天將地球表面覆蓋一次的能力。將這些數(shù)據(jù)集成處理后，可為全球提供每月一張的土地覆蓋產(chǎn)品，從而為研究全球土地利用、全球生態(tài)環(huán)境的變化等提供多時態(tài)的服務(wù)產(chǎn)品。

測繪地理信息學(xué)已從研究室外地理信息為主走向室內(nèi)三維建模地理信息服務(wù)。目前，已有科研團(tuán)隊正在進(jìn)行大型公共場所室內(nèi)定位系統(tǒng)和室內(nèi)外一體化三維建模的優(yōu)化設(shè)計和仿真。他們開展了以高效云計算技術(shù)為支撐，海量眾源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，機(jī)器學(xué)習(xí)理論為依托的研究，運用室內(nèi)外一體化建模、定位環(huán)境的感知和認(rèn)知的新機(jī)理、新算法，提高其自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。這樣，我們就可以充分利用無人機(jī)、測繪機(jī)器人等傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)外的數(shù)據(jù)采集、分析，支持諸如機(jī)場、倉庫、超市，甚至無人超市、無人倉庫的自動化管理，為新型的室內(nèi)外管理提供基本的信息保障。

基于傳感器和通、導(dǎo)、遙一體化的空間信息實時處理服務(wù)，測繪地理信息科技逐漸從專業(yè)應(yīng)用走向大眾服務(wù)。無所不在的專業(yè)或非專業(yè)的空、天、地、海傳感器，使我們可以不斷獲得地球資源變化的信息和人類活動的海量空間大數(shù)據(jù)。這些大數(shù)據(jù)不僅可以用做以測繪地圖為主要目標(biāo)的產(chǎn)品，還能向普通大眾實時提供PNTRC（天基信息實時服務(wù)系統(tǒng)）的空間信息服務(wù)，即位置、導(dǎo)航、授時、遙感和通信。按照這個發(fā)展趨勢，一部智能手機(jī)就能夠獲得遙感衛(wèi)星影像的實時服務(wù)，智慧地理信息服務(wù)的范圍就會越來越廣。

地理空間信息服務(wù)可以實現(xiàn)實時化、自動化、智能化，服務(wù)更多的行業(yè)，推進(jìn)國家的經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)，惠及大眾民生，創(chuàng)造萬億產(chǎn)值。地理信息測繪科技創(chuàng)新正面臨著一個前所未有的大好時代，激勵我們?nèi)プ灾鲃?chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新和跨界創(chuàng)新。