地理信息系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析

高金龍

（山東國建土地房地產(chǎn)評估測繪有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

現(xiàn)階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展為地理信息行業(yè)的進(jìn)步提供巨大的推動作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)自身具備一定的優(yōu)勢和特點(diǎn)，能夠有效應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)中，并為地理信息系統(tǒng)的完善提供關(guān)鍵基礎(chǔ)。因此，需要加強(qiáng)對大數(shù)據(jù)的認(rèn)識和了解，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，凸顯大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵價(jià)值[1]。

1 大數(shù)據(jù)

“大數(shù)據(jù)”一詞最早于20 世紀(jì)80 年代由美國未來學(xué)家AlvinToffler 在其著作中提出，不過，到目前為止還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義。大數(shù)據(jù)已經(jīng)超越了GIS 領(lǐng)域在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的能力范圍，并且虛擬現(xiàn)實(shí)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使得大數(shù)據(jù)逐漸呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)海量性、復(fù)雜性等特征。同時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出更加快了網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展和增長的步伐。2017 年，劉先林院士就在其發(fā)表的論文中對“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代GIS 的智能特征進(jìn)行了論述并對其展望，指出“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代GIS 主要有作業(yè)范圍更廣、重復(fù)采集頻率更高、粒度更小、分辨率更高、精度更高、后處理更智能化、與大數(shù)據(jù)相融合和增強(qiáng)型GIS 對3DGIS提出了更高的要求?？梢?，互聯(lián)網(wǎng)對于GIS 行業(yè)的發(fā)展起著非常重要的推動作用，其為GIS 帶來了許多的機(jī)遇。然而，互聯(lián)網(wǎng)對GIS 的挑戰(zhàn)也在逐步增加。

2 地理信息系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，主要依靠計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施通過對地表空間數(shù)據(jù)的采集，收集整理，從而形成關(guān)于地標(biāo)信息數(shù)據(jù)的資料庫。各行各業(yè)的發(fā)展都離不開地理信息系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)資料庫，測繪行為更是離不開地理信息系統(tǒng)的支持。由此可見，地理信息系統(tǒng)的完善為測繪地理信息的高效推進(jìn)做出了巨大貢獻(xiàn)。另外，地理信息系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)涉及的范圍非常廣泛，其所收集的數(shù)據(jù)具有明顯的特征，這些特征通常表現(xiàn)為數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)豐富。

3 測繪地理信息服務(wù)在大數(shù)據(jù)時(shí)代面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

首先，收集數(shù)據(jù)的途徑明顯拓展。數(shù)據(jù)是提供測繪地理信息服務(wù)的基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的測繪地理信息中，需要由人工廣泛收集數(shù)據(jù)，不僅效率低而且不能保證數(shù)據(jù)的精確性，更重要的是難以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)支持。而應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，即使在脫離人工的條件下也可以快速準(zhǔn)確地收集大量數(shù)據(jù)，極大地提升了測繪地理信息服務(wù)水平。其次，提升了信息需求。結(jié)合前文的分析可以得知，在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，測繪地理信息服務(wù)開始走入人們的日常生活，人們對此也越來越關(guān)注，而且當(dāng)前政府機(jī)構(gòu)針對測繪地理信息管理制定了很多有效政策，使其在民生方面的作用得到了進(jìn)一步發(fā)揮。在信息爆炸式增長的今天，人們對信息的需求越來越大，由此提升了信息的消費(fèi)量，帶動了測繪地理信息服務(wù)的發(fā)展，使其發(fā)展空間得到了極大的拓展。最后，促進(jìn)工作效率的不斷提升。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅可以快速收集大量數(shù)據(jù)，而且還能快速分析整理有用數(shù)據(jù)，改變了人工分析整理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)模式，極大地提升了工作效率[2]。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中應(yīng)用的改善措施

4.1 提升數(shù)據(jù)存儲效率

信息化技術(shù)的發(fā)展，為大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。在很多行業(yè)，大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，為其發(fā)展合理縮減了運(yùn)行成本，并提升了數(shù)據(jù)信息的存儲效率和存儲數(shù)量，為后續(xù)工作的開展帶來了很大的幫助。在地理信息系統(tǒng)中，單個(gè)計(jì)算機(jī)磁盤能夠擁有30TB 的容量，為地理信息處理工作的開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展提供巨大的空間。然而，由于地理信息系統(tǒng)功能相對較多，且數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)形式較為多樣化，在數(shù)據(jù)處理上有一定的難度。為了能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，還要提高地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲效率，保證地理信息系統(tǒng)自身的存儲容量，并實(shí)現(xiàn)對地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整合。首先，需要提高地理信息系統(tǒng)中硬件設(shè)備的性能，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況，進(jìn)行升級和優(yōu)化，從而增加數(shù)據(jù)信息的存儲空間，滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的要求和標(biāo)準(zhǔn)。其次，對現(xiàn)有軟件進(jìn)行改善和優(yōu)化，從數(shù)據(jù)處理工作進(jìn)行著手，提高單位空間下數(shù)據(jù)的存儲量，并通過數(shù)據(jù)壓縮等形式，在相同存儲條件下提升數(shù)據(jù)存儲量。

4.2 在地理信息服務(wù)與城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用

1.在明確城鄉(xiāng)規(guī)劃目標(biāo)和要求后，管理部門要召開評審會，聽取有關(guān)專家意見建議并及時(shí)更改。

2.在當(dāng)前的規(guī)劃審查工作中，規(guī)劃審查員利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)將規(guī)劃與軟件程序相結(jié)合，提高規(guī)劃審查水平。

3.將項(xiàng)目和檢查結(jié)合起來，即實(shí)地勘察，這使得規(guī)劃技術(shù)主管的工作更加精細(xì)。為了提高評估效率，可以利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行高效率的評估，通過移動網(wǎng)絡(luò)和實(shí)地調(diào)查等方法對地理大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行測量。

4.3 積極拓展資源

相關(guān)企業(yè)應(yīng)積極拓展內(nèi)部資源，不斷增加資源儲存量，提升儲存、分析、整理資源的能力，同時(shí)將內(nèi)部資源安全對接網(wǎng)絡(luò)資源，并要不斷聚集重點(diǎn)資源，然后將相關(guān)資源高效應(yīng)用到測繪地理信息服務(wù)當(dāng)中，以充分發(fā)揮信息資源的作用。如果企業(yè)本身實(shí)力有限，不能達(dá)到以上要求，可以和相關(guān)企業(yè)或者社會組織、政府機(jī)構(gòu)等開展合作，共同挖掘資源并共享資源。另外，要在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上對資源的分配和使用進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，并通過多方聯(lián)系對資源體系加以完善。

4.4 提升數(shù)據(jù)庫可伸縮性和可擴(kuò)展性

目前，地理信息系統(tǒng)逐漸朝向現(xiàn)代化的方向發(fā)展，且地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量也在快速增長，對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及管理等工作提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，要保證地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可伸縮性以及可擴(kuò)展性。對于地理信息系統(tǒng)而言，如果采用較為傳統(tǒng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理，需要針對當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的信息進(jìn)行拓展并分析。在地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫使用較多，對其進(jìn)行升級和優(yōu)化，為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的升級提供重要保障。還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行升級，并根據(jù)相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)等，對數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分。這一系列的操作不僅會消耗一定的時(shí)間成本，可能還會造成資源的浪費(fèi)。另外，在地理信息系統(tǒng)中，還要加強(qiáng)對服務(wù)器本身狀態(tài)的關(guān)注，保證服務(wù)器自身的性能符合相關(guān)工作的實(shí)際需求。在地理信息系統(tǒng)中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息相對較多，從而造成程序的獨(dú)立性受到了不同程度的影響。為了能夠及時(shí)處理好此類情況，需要對地理信息系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)有效的處理。如果使用非規(guī)范化的處理方式，可能會增加數(shù)據(jù)維護(hù)難度。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)中，要保證地理信息數(shù)據(jù)庫的拓展，并提升其整體性能。

4.5 地理信息系統(tǒng)的防控體系

很多行業(yè)都存在安全漏洞，地理信息系統(tǒng)環(huán)境下大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)信息也難以避免。我們國家相對其他發(fā)達(dá)國家，大數(shù)據(jù)平臺建立興起較晚，存在一些數(shù)據(jù)泄露、數(shù)據(jù)庫被盜取、視頻及圖像被竊取等安全隱患。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)平臺的安全防護(hù)架構(gòu)中可以了解到，區(qū)域界線防護(hù)主要通過部署防火墻、IDS 及ACL 等設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致無法將邊界防護(hù)能力部署到接入層，結(jié)果就是感知層海量數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備只能依靠自身能力對抗?jié)撛陲L(fēng)險(xiǎn)。由于大數(shù)據(jù)平臺下地理信息系統(tǒng)安全領(lǐng)域尚未完善，不能采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的解決方式，如購買殺毒安全軟件以達(dá)到立竿見影的效果來保障視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全。建議開展對大數(shù)據(jù)環(huán)境下的信息邊緣安全保障體系的相關(guān)技術(shù)研究，期待采用新方式、新技術(shù)，為下一代大數(shù)據(jù)平臺安全發(fā)展繪制切實(shí)可行的技術(shù)藍(lán)圖。

4.6 在構(gòu)建大型數(shù)據(jù)處理平臺中的應(yīng)用

地圖的內(nèi)容比較多，信息量比較大，包括測量信息、航拍信息和測量工作信息等，信息存儲格式多樣，有文字的形式和圖片的形式。其中的一些信息（如表達(dá)式、音頻格式和視頻格式）的年代相對陳舊。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用改善了這一問題，構(gòu)建完整的大數(shù)據(jù)管理平臺，對不同的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對不同結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)處理。

4.7 存儲資源池建設(shè)

隨著用戶需求的不斷提升，必然要求利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、IT 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)，為海量地理數(shù)據(jù)的存儲、處理、開發(fā)利用等提供新的視角，使地理信息服務(wù)向智能化、個(gè)性化、娛樂化發(fā)展，提升地理信息獲取智能化水平。

1.海量存儲資源池。針對日常作業(yè)任務(wù)中產(chǎn)生的大量過程數(shù)據(jù)以及最終的檔案成果數(shù)據(jù)，應(yīng)該選擇擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低、高冗余的存儲類型，而集群式分布式存儲系統(tǒng)可以很好地滿足上述條件。集群分布式存儲系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，具有良好的橫向擴(kuò)展能力，存儲性能和容量隨著存儲節(jié)點(diǎn)的增加而線性增長，并能提供多種服務(wù)接口，且具有對數(shù)億級的非結(jié)構(gòu)化文檔進(jìn)行快速的讀取和檢索的能力。同時(shí)通過萬兆交換機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能服務(wù)器及分布式存儲的互聯(lián)。該系統(tǒng)在內(nèi)存、硬盤以及插槽等方面需具有良好的擴(kuò)展性,不僅能夠滿足檔案、災(zāi)備等對海量的數(shù)據(jù)存儲需求,同時(shí)也可以滿足虛擬化及高性能計(jì)算的存儲要求，同時(shí)良好的擴(kuò)展能力可以滿足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求。

2.核心數(shù)據(jù)庫。隨著越來越多的服務(wù)數(shù)據(jù)、專題應(yīng)用數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，綜合地理信息數(shù)據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多來源、多類型、多尺度、多時(shí)相地理信息的混合存儲、統(tǒng)一管理和集成展現(xiàn)。而采用FC-SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）通過將存儲設(shè)備、連接設(shè)備和接口集成在一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)中，可使存儲空間得到更加充分的利用，并且安裝和管理更加有效。FC-SAN 針對關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用提供了很好的優(yōu)化，其中包括響應(yīng)時(shí)間、可用性和可擴(kuò)展性等方面。其中的性能、數(shù)據(jù)一致性和可靠性可以確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全。高可用性和故障切換環(huán)境可以確保更低的成本、更高的應(yīng)用水平。

3.低延時(shí)應(yīng)急服務(wù)。測繪技術(shù)和測繪成果作為準(zhǔn)確掌握突發(fā)事件災(zāi)情險(xiǎn)情的重要手段，是實(shí)施減災(zāi)救災(zāi)的基礎(chǔ)依據(jù)，而優(yōu)化多源災(zāi)害信息獲取能力，提升數(shù)據(jù)處理環(huán)境和處理效率，需要通過構(gòu)建高性能的計(jì)算及存儲環(huán)境方能滿足實(shí)時(shí)的要求。全閃存高性能存儲可解決海量數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)庫等核心應(yīng)用問題，用更短的數(shù)據(jù)處理時(shí)間獲得更加精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應(yīng)急搶險(xiǎn)救援提供更加高效、精準(zhǔn)的監(jiān)測信息，提高應(yīng)急測繪保障服務(wù)能力。全閃存高性能存儲具備大容量、高性能、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)，并可以與已部署的混閃存儲進(jìn)行集群部署，實(shí)現(xiàn)存儲空間的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平滑遷移，不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)存儲容災(zāi)。

5 大數(shù)據(jù)在GIS 中的應(yīng)用展望

地理時(shí)空大數(shù)據(jù)在未來還會繼續(xù)以爆炸式增長，未來Linux 與云計(jì)算將快速發(fā)展，IT 行業(yè)最終將會成為社會基礎(chǔ)建設(shè)的重要部分。同時(shí)ARM 的低功耗計(jì)算平臺將會突飛猛進(jìn)發(fā)展，并且推動物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。智慧城市將成為這一時(shí)代的大浪潮，位置信息、GIS 服務(wù)信息將會變成城市中不可缺少的一部分。王爾琪等研究者在2015 年的論文中對未來GIS 發(fā)展的技術(shù)趨勢進(jìn)行了展望，除了云計(jì)算和低功耗計(jì)算平臺外，還有移動應(yīng)用、數(shù)據(jù)開放、大數(shù)據(jù)分析、“地理智慧”、三維技術(shù)、開源軟件、社會化軟件等領(lǐng)域的快速發(fā)展會帶動GIS 行業(yè)的融合性，使地理科學(xué)研究者、地理愛好者和地理信息服務(wù)的使用者都參與到地理信息的認(rèn)知、挖掘的過程中來。在2015 年，國務(wù)院正式印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，部署了大數(shù)據(jù)的發(fā)展與管理工作。未來大數(shù)據(jù)將推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)大數(shù)據(jù)的共享和利用，這將成為GIS 領(lǐng)域高速發(fā)展的一個(gè)良好契機(jī)。

6 結(jié)語

總而言之，在地理信息系統(tǒng)中，通過對大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，從根本上提升數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲能力，為地理信息工作的開展提供關(guān)鍵基礎(chǔ)。及時(shí)掌握大數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容，并意識到大數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵作用，采取合理有效的措施，從而實(shí)現(xiàn)對地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化和升級，促使地理信息行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展[3]。