淺談地理信息大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用

張 宏 張浩宇

(遼寧經(jīng)緯測(cè)繪規(guī)劃建設(shè)股份有限公司，遼寧 沈陽110015)

1 概述

4G/5G時(shí)代，每個(gè)人都離不開的技術(shù)與應(yīng)用非大數(shù)據(jù)莫屬。即便拋開不動(dòng)產(chǎn)、戶籍這些非常用的重要地理信息大數(shù)據(jù)之外，更有百度大數(shù)據(jù)、阿里大數(shù)據(jù)、教育大數(shù)據(jù)、餐飲大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用等，幾乎每個(gè)人都耳熟能詳。外賣、快遞、出行路徑、路況、你在哪、商圈、規(guī)劃、今天走多少步多遠(yuǎn)……這些全民化的生活日常行為，都是最常用、最直觀、最有效的地理信息大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用。

2 地理信息概述

2.1 解釋說明

地理信息大數(shù)據(jù)：簡(jiǎn)單說就是一切與人類活動(dòng)活動(dòng)有關(guān)、與空間位置相關(guān)的地理信息系統(tǒng)，與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的必然產(chǎn)物，大量數(shù)據(jù)信息、覆蓋多學(xué)科領(lǐng)域其核心是地理信息數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是技術(shù)，重點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS），是利用軟硬件支持，建設(shè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，用于采集、存儲(chǔ)、處理、分析、定位、跟蹤、檢索和顯示空間數(shù)據(jù)信息，是地理信息大數(shù)據(jù)的前身。地理信息系統(tǒng)是天然大數(shù)據(jù)的依據(jù)是海量數(shù)據(jù)。

2.2 發(fā)展變化

地理信息技術(shù)，從全野外人工測(cè)繪到數(shù)字測(cè)繪，初級(jí)的聲光電設(shè)備，一直到航空攝影測(cè)量階段，多是政府的專項(xiàng)計(jì)劃任務(wù)，需要按標(biāo)準(zhǔn)保證精度、要素、屬性及其展示和應(yīng)用等要求。隨著各類傳感器、人工智能和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商的介入和推進(jìn)，地理信息大數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用更是層出不窮，開啟了時(shí)代新篇章。

2.3 特點(diǎn)

2.3.1 專項(xiàng)計(jì)劃任務(wù)。專項(xiàng)計(jì)劃任務(wù)的特點(diǎn)是：計(jì)劃性強(qiáng)、政府行為為主、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、精度高、專業(yè)性強(qiáng)、保密性高、歷史數(shù)據(jù)完整。以二維、靜態(tài)、專項(xiàng)計(jì)劃、純?nèi)斯づc自動(dòng)化相結(jié)合為主，專業(yè)人員、專業(yè)技術(shù)、專用設(shè)備、專用軟件。專項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)過脫密后，可成為公眾地理信息大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)框架缺點(diǎn)：靜態(tài)數(shù)據(jù)為主，涉密不易公開使用、數(shù)據(jù)海量，數(shù)據(jù)更新不及時(shí)。2.3.2 地理信息大數(shù)據(jù)。公眾地理信息大數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，更加先進(jìn)和自由，每個(gè)人隨時(shí)隨地都可以參與到地理信息大數(shù)據(jù)活動(dòng)中，促進(jìn)了智慧城市、智慧地球發(fā)展與應(yīng)用的步伐。地理信息大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為新興產(chǎn)業(yè)，其特點(diǎn)較多：動(dòng)靜結(jié)合，全民參與，自動(dòng)化、智能化凸顯；多維度、多元、多樣化，信息全面；自由、高精度、實(shí)時(shí)、高效、人工智能、室內(nèi)外一體化，專業(yè)技術(shù)要求和界限淡化等特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化并存的大數(shù)據(jù)特點(diǎn)；展示體驗(yàn)的效果更加豐富多彩；低門檻、互聯(lián)網(wǎng)+地理信息大數(shù)據(jù)普及，使全民參與成為現(xiàn)實(shí)。

3 應(yīng)用

我國(guó)地理信息應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先水平，與人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算等高新技術(shù)深度融合，覆蓋陸海空、室內(nèi)外、地下地上，包括矢量、柵格影像、BIM、三維、虛擬現(xiàn)實(shí)、VR、AR、MR 等，廣泛應(yīng)用于工作、生產(chǎn)、生活等各個(gè)方面。防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急輔助決策、防疫、陸?？铡⒛茉吹V產(chǎn)、規(guī)劃、不動(dòng)產(chǎn)、工程、科研、環(huán)保等國(guó)計(jì)民生各方面。中國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商、天地圖、百度、阿里、騰訊、高德、凱立德、交通運(yùn)輸、消費(fèi)等。

4 技術(shù)

4.1 作業(yè)方式

生產(chǎn)作業(yè)多通過人工、集成多傳感器的人工智能與自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)，或多種結(jié)合的方式。如影像分析與提取、機(jī)器人或傳感器自動(dòng)采集、網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)自動(dòng)分析等。

4.2 原理

技術(shù)原理主要是物理學(xué)原理，包括聲、光、電、磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)與力學(xué)等原理中的一種或多種組合，借助人工智能、大數(shù)據(jù)、通信、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定位、跟蹤、定向、測(cè)距、測(cè)高、測(cè)深、測(cè)角、測(cè)圖等目標(biāo)。

4.3 作業(yè)軟件

作業(yè)用的專業(yè)軟件產(chǎn)品非常多，僅我國(guó)民族品牌的廠商就有超圖、航天遠(yuǎn)景、吉奧、吉威數(shù)源、開思、南方、清華山維、瑞得、適普、四維、武漢中地、中望等，有的早已走向國(guó)際。

4.4 作業(yè)設(shè)備

4.4.1 分類。設(shè)備從技術(shù)角度分類有經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、全站儀、GNSS、測(cè)圖儀、無線定位儀、傳感器等，也有多種組合的一體化儀器設(shè)備。4.4.2 產(chǎn)品。產(chǎn)品有北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、GPS、RTK、CORS 站、全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、光學(xué)相機(jī)、攝像頭、聲吶、電臺(tái)、機(jī)器人、雷達(dá)儀、激光掃描儀、磁場(chǎng)掃描儀、陀螺儀、壓力計(jì)、流量計(jì)、無線定位儀、光學(xué)定位儀、手機(jī)平板類智能終端、測(cè)圖儀、繪圖儀、網(wǎng)絡(luò)等。4.4.3 載體。搭載或運(yùn)行各種采集儀器設(shè)備的載體，包括衛(wèi)星、飛機(jī)、車輛、船只、站房、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板、網(wǎng)絡(luò)等多種多樣。

4.5 定位技術(shù)

4.5.1 原始。星相定位、路基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、陀螺慣導(dǎo)和多普勒雷達(dá)自主導(dǎo)航。4.5.2 常用。以室外定位為主的技術(shù)有：解析測(cè)量：圖紙、航空攝影測(cè)量、測(cè)距儀、全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等。GNSS：中國(guó)北斗BDS、美國(guó)GPS、歐盟GSNS，俄羅斯GLONASS，及其衍生的CORS站、基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測(cè)站等?；荆阂苿?dòng)、聯(lián)通、電信基站定位?；旌希夯九cGNSS混合定位。4.5.3 新興。于室內(nèi)/外定位的新興技術(shù)有：Wifi、RFID射頻識(shí)別、紅外線、超聲波、iBeancon 藍(lán)牙、UWB超寬帶、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)、LED燈光、磁場(chǎng)、圖像識(shí)別、機(jī)器人、有線網(wǎng)絡(luò)等定位技術(shù)。

5 建設(shè)實(shí)施

5.1 需求

需求調(diào)研與分析至關(guān)重要：項(xiàng)目的用戶、干系人，既有的軟硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)，功能、性能、市場(chǎng)需求，密級(jí)、脫密等。

5.2 用戶

明確用戶群體、特征、使用特點(diǎn)、數(shù)據(jù)需求、功能需求、界面需求、性能需求等。

5.3 干系人

影響到系統(tǒng)建設(shè)、實(shí)施、運(yùn)行和運(yùn)維等各方面干系人，如投資人、行業(yè)管理部門、廠商/運(yùn)營(yíng)商/開發(fā)商等。干系人影響系統(tǒng)的投資、周期，甚至夭折。

5.4 軟件環(huán)境

開發(fā)、服務(wù)器和終端的軟件環(huán)境不同，性價(jià)比高、瘦客戶端、無版權(quán)糾紛是選擇宗旨。軟件環(huán)境包括：OS、數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS平臺(tái)和開發(fā)平臺(tái)，以及辦公、多媒體、安防、瀏覽器等軟件或插件。GIS平臺(tái)決定著其他配套軟件的選擇，國(guó)產(chǎn)自主平臺(tái)有MapGIS、SuperMap、GeoStar、CityStar、KQGIS、VrMap 百度、高德等，其中不乏國(guó)際品牌。國(guó) 際 主 流 平 臺(tái) 有ArcGIS、SkyLine、MapInfo、InterGraph、Google Earth 等。

5.5 硬件環(huán)境

5.5.1 服務(wù)器。硬件環(huán)境重點(diǎn)是服務(wù)器，根據(jù)實(shí)際情況選用實(shí)體、虛擬、云服務(wù)器，設(shè)置GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用、CA、備份、殺毒、交換、視頻、前置等服務(wù)器，按需選擇不同的硬件配置。5.5.2 負(fù)載與吞吐率。用戶并發(fā)訪問數(shù)、訪問的數(shù)據(jù)、調(diào)用的服務(wù)、每個(gè)訪問的不同響應(yīng)時(shí)間要求等參數(shù)，是決定服務(wù)器配置和網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)置的關(guān)鍵，考慮不周就會(huì)響應(yīng)不過來或者丟包，甚至導(dǎo)致服務(wù)器的癱瘓。

5.6 數(shù)據(jù)

來源：既有數(shù)據(jù)整合、全新生產(chǎn)、在線編輯、大數(shù)據(jù)交換采集。要充分考慮其標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)接、工期、難度、密級(jí)、工作量等。生產(chǎn)：人員、儀器設(shè)備、地理環(huán)境條件、季節(jié)、安全、工期等。資質(zhì)：在測(cè)繪資質(zhì)限定范圍內(nèi)接觸、生產(chǎn)、使用和管理數(shù)據(jù)。安全：密級(jí)、使用范圍、脫密、加密；生命財(cái)產(chǎn)安全及其注意事項(xiàng)。培訓(xùn)：技能、設(shè)計(jì)、安全、注意事項(xiàng)等。時(shí)效：元數(shù)據(jù)、版本控制。類別：基礎(chǔ)地理信息、專業(yè)地理信息、屬性信息；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)繪與地理信息標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、分類標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)專題要素、屬性結(jié)構(gòu)、代碼/編碼。整飾：地圖整飾、配圖、分級(jí)顯示中，要素的顯示效果與取舍。流程：生產(chǎn)、使用、更新、發(fā)布、管理等流程。更新：更新頻率、范圍、要素、方法、標(biāo)準(zhǔn)等。

5.7 實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是需要多專業(yè)人員共同努力和配合實(shí)現(xiàn)，專業(yè)包括地理信息及建庫(kù)、相關(guān)、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息系統(tǒng)、程序員、測(cè)試等。其基本過程是合同簽署、準(zhǔn)備、需求調(diào)研、詳細(xì)設(shè)計(jì)、開發(fā)、數(shù)據(jù)同步生產(chǎn)建設(shè)與入庫(kù)、測(cè)試、集成、試運(yùn)行、驗(yàn)收與運(yùn)行維護(hù)。根據(jù)需求調(diào)研與分析進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)：功能模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)、界面、后臺(tái)管理等。通過審批后，才能順序開始代碼編寫、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、入庫(kù)，測(cè)試、試運(yùn)行，驗(yàn)收與運(yùn)行維護(hù)等工作。

5.8 工作范圍

地理信息大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)工作，必須書面明確工作范圍，否則很有可能無限的增加工作量或無限的延期后果。主要工作內(nèi)容包括：用戶詳細(xì)需求分析；功能模塊設(shè)計(jì)、展示效果、流程等詳細(xì)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)成果及更新的詳細(xì)要求；第三方軟硬件采購(gòu)與維護(hù)，應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的內(nèi)容、范圍、方式、方法、時(shí)限，培訓(xùn)的場(chǎng)所、教材、講師等；實(shí)時(shí)交換或采集數(shù)據(jù)的接口、協(xié)議、維護(hù)等。

結(jié)束語

地理信息大數(shù)據(jù)專業(yè)人員工作辛苦，但產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。限于篇幅，本文未能展開說明。本文僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，歡迎批評(píng)指正。