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1、泛在测绘与泛在地图的概念与发展趋势CONCEPTS AND DEVELOPMENT OF UBIQUITOUS MAPPING AND UBIQUITOUS MAP,刘经南 武汉大学,内 容,泛在测绘与泛在地图的产生背景,泛在测绘的学科体系与技术架构,泛在测绘与泛在地图的应用,结 语,泛在测绘与泛在地图的概念,泛在测绘带来的机遇与挑战,一、泛在测绘与泛在地图的概念,泛在测绘是指用户在任何地点和任何时间为认知环境与人的关系而使用和创建地图的活动泛在测绘是指可使用户随时随地创建和使用地图来解决空间问题的能力或环境,泛在测绘的概念：,泛在定位的概念：,泛在定位是用户在泛在测绘过程中，利用多种感知技术
2、来感知目标位置、环境及其变化的活动,泛在地图的概念：,符合泛在测绘定义，利用泛在定位和多种资源创建的用户感兴趣的目标和其自身实时动态的场景地图,人们的认识空间是多维与多视点的，动态的,地面,地下,地上,多视点,多维,将现实世界抽象简化并投影到二维平面上（典型的地图形式）,传统地图表示却是二维静态的,一、泛在测绘与泛在地图的概念,用户既是测绘产品创建（生产）的主体，又是使用测绘产品的客体用户感兴趣或能够感兴趣的任何目标或相关人的位置都是测绘的对象，无论是室内还是室外了解人与环境的实时状态，而不是静态状态对人的位置和状态的感知、对环境的感知，以及对人与环境的关系的感知将是泛在测绘的重点要实现泛在测
3、绘，三维实时实景数字地图技术将是主要的基础，智能感知网将是重要基础设施,泛在测绘概念的含义：,一、泛在测绘与泛在地图的概念,车载和个人导航电子地图，认知本人与周边环境的实时动态关系目标监控电子地图，认知目标或相关人与其相应的环境实时动态关系“驴友”自制旅游电子地图或纸质地图，非专业制作，非标准或非严格标准，有拓朴与量测关系，兴趣点丰富气象云图，云层与台风实时状态变化的监测显示，小比例尺，球面投影，可量测，有影像，认知地理环境与天气动态变化的关系网上电子地图，有标准，专业制作，能近实时，易更新，用户可参与、可自行加工,当前已经出现的泛在测绘地图的举例：,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图的特点
4、,实时性和现势性强大，可随时更新内容信息和表达方式可以任意改变和叠加：如同卫星影像，街景，照片，人工素描场景等很容易加载GIS功能、导航功能及满足其他需求网络电子地图变成了电子产品的一个“元素”或“元器件”地图的制作变得十分简单，网络电子地图的使用者也可变成地图的编辑和制作者网络电子地图的个性化定制,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图和内容信息的深度关联和挖掘：如从街景图、到百货店的室内全景图、到店内3F一个角落的花店、到鲜花的各种信息网络电子地图的无缝连接：从GoogleEarth、到2D/3D平面/立体地图、到步行者地图、到地下空间地图、到交通工具利用的各种时间连接地图，地图的空间和时间
5、利用都可以无缝隙实现用户需求的地图定制服务：一方面用户可以自己制作自己的地图，另一方面，可以向用户提供个体需求的各种服务网络电子地图的存储介质更加广泛：智能手机、电子书等终端将成为网络地图的使用主体,古代手绘地图,气象云图,3.网络电子地图的发展趋势,网络电子地图的特点,实时性和现势性强大，可随时更新内容信息和表达方式可以任意改变和叠加：如同卫星影像，街景，照片，人工素描场景等很容易加载GIS功能、导航功能及满足其他需求网络电子地图变成了电子产品的一个“元素”或“元器件”地图的制作变得十分简单，网络电子地图的使用者也可变成地图的编辑和制作者网络电子地图的个性化定制,网络电子地图的发展趋势,网络
6、电子地图和内容信息的深度关联和挖掘：如从街景图、到百货店的室内全景图、到店内3F一个角落的花店、到鲜花的各种信息网络电子地图的无缝连接：从GoogleEarth、到2D/3D平面/立体地图、到步行者地图、到地下空间地图、到交通工具利用的各种时间连接地图，地图的空间和时间利用都可以无缝隙实现用户需求的地图定制服务：一方面用户可以自己制作自己的地图，另一方面，可以向用户提供个体需求的各种服务网络电子地图的存储介质更加广泛：智能手机、电子书等终端将成为网络地图的使用主体,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图的特点,实时性和现势性强大，可随时更新内容信息和表达方式可以任意改变和叠加：如同卫星影像，街景
7、，照片，人工素描场景等很容易加载GIS功能、导航功能及满足其他需求网络电子地图变成了电子产品的一个“元素”或“元器件”地图的制作变得十分简单，网络电子地图的使用者也可变成地图的编辑和制作者网络电子地图的个性化定制,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图和内容信息的深度关联和挖掘：如从街景图、到百货店的室内全景图、到店内3F一个角落的花店、到鲜花的各种信息网络电子地图的无缝连接：从GoogleEarth、到2D/3D平面/立体地图、到步行者地图、到地下空间地图、到交通工具利用的各种时间连接地图，地图的空间和时间利用都可以无缝隙实现用户需求的地图定制服务：一方面用户可以自己制作自己的地图，另一方面，
8、可以向用户提供个体需求的各种服务网络电子地图的存储介质更加广泛：智能手机、电子书等终端将成为网络地图的使用主体,3.网络电子地图的发展趋势,网络电子地图的特点,实时性和现势性强大，可随时更新内容信息和表达方式可以任意改变和叠加：如同卫星影像，街景，照片，人工素描场景等很容易加载GIS功能、导航功能及满足其他需求网络电子地图变成了电子产品的一个“元素”或“元器件”地图的制作变得十分简单，网络电子地图的使用者也可变成地图的编辑和制作者网络电子地图的个性化定制,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图和内容信息的深度关联和挖掘：如从街景图、到百货店的室内全景图、到店内3F一个角落的花店、到鲜花的各种信息
9、网络电子地图的无缝连接：从GoogleEarth、到2D/3D平面/立体地图、到步行者地图、到地下空间地图、到交通工具利用的各种时间连接地图，地图的空间和时间利用都可以无缝隙实现用户需求的地图定制服务：一方面用户可以自己制作自己的地图，另一方面，可以向用户提供个体需求的各种服务网络电子地图的存储介质更加广泛：智能手机、电子书等终端将成为网络地图的使用主体,3.网络电子地图的发展趋势,网络电子地图的特点,实时性和现势性强大，可随时更新内容信息和表达方式可以任意改变和叠加：如同卫星影像，街景，照片，人工素描场景等很容易加载GIS功能、导航功能及满足其他需求网络电子地图变成了电子产品的一个“元素”或
10、“元器件”地图的制作变得十分简单，网络电子地图的使用者也可变成地图的编辑和制作者网络电子地图的个性化定制,网络电子地图的发展趋势,网络电子地图和内容信息的深度关联和挖掘：如从街景图、到百货店的室内全景图、到店内3F一个角落的花店、到鲜花的各种信息网络电子地图的无缝连接：从GoogleEarth、到2D/3D平面/立体地图、到步行者地图、到地下空间地图、到交通工具利用的各种时间连接地图，地图的空间和时间利用都可以无缝隙实现用户需求的地图定制服务：一方面用户可以自己制作自己的地图，另一方面，可以向用户提供个体需求的各种服务网络电子地图的存储介质更加广泛：智能手机、电子书等终端将成为网络地图的使用主
11、体,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,科学技术发展的支撑实时信息获取技术：实时卫星定位技术、激光扫描等移动测图技术，智能传感技术、摄影测量与遥感技术、视频测图技术高速信息传递技术：泛在网络（Ubiquitous Network），即电信网、互联网、广电网之间；固定网、移动网和无线接入网之间；基础通信网、应用网和射频感应网之间的多网的协同与融合信息处理技术智能信息处理技术：粒子群算法、混合智能算法、免疫算法、神经网络、机器学习、生物计算、DNA计算、量子计算、模糊逻辑、知识发现、数据挖掘等,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,实时信息表达技术：三维建模技术，三维实景重现虚拟现实技术，三维动漫和游戏
12、技术等信息基础设施技术：基于IPV6的新一代因特网技术，3G和4G宽带移动通信技术，高性能并行计算机技术，云计算技术等等认知科学与人类行为学的深入研究和快速发展控制科学与实时智能控制理论与技术的快速发展,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,社会经济发展的需求地理环境的实时监测：城市、农村不同功能区块水量消耗的监测，局部气象的监测，生态环境变化的监测与分析，土壤含水与主要元素变化的监测，大气质量变化的实时监测，洪水、干旱发生全过程和环境影响的监测和评估，地震震前、同震、震后的地壳形变的全程实时监测和分析等,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,智能交通的道路监测：道路车辆交通流量的监测，道路移动车辆工
13、况信息的监测，道路健康状态与病害的实时监测，道路及周边区域气候与环境的监测,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,城镇与乡村综合信息监测：学校、医院、公共娱乐、大型商业活动中心、娱乐中心等场所安全状态的监测，公共活动场所人员集散状态监测，城乡土地利用变化和非法建筑物状态的实时监测，城镇公共基础设施运行状态和安全状态的监测等等,校园RFID学生安全监控网,二、泛在测绘与泛在地图的产生背景,各种专业性监测：不同物流公司货物流转的全程监测，各种野外工作人员和考察队伍工作状态和安全状态的监测，大型旅游景点人员和车辆及旅游环境的监测，办公和居民区室内外环境的三维实景网上认知,在这些监测中，都需要解决人与人、
14、人与物、人与环境、人与行业、行业与环境的动态实时的相互沟通和了解,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,1. 传统测绘与泛在测绘定义的相同和差别传统测绘的定义：测绘就是利用测量仪器测定地球表面自然形态的地理要素和地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等，然后根据观测到的这些数据通过地图制图的方法将地面的自然形态和人工设施等绘制成地图 测绘学概论,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,相 同：1）都是测量、描述和认知地表自然与人工形态、环境并绘制成地图2）都用同样的测绘学理论，如地图投影理论、大地水准面理论等，都使用类似的测绘技术和相应的数据处理过程,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,差 别：1）传
15、统测绘：见物、见环境，不见人 泛在测绘：强调人作为主体或客体与物、与环境的关系，图中隐藏有人（导航地图）或实际有人的活动2）传统测绘：是静态的，如表示变化，是定时更新的 泛在测绘：是实时的，动态的，用户与环境的实时动态变化，物体、目标与环境的动态变化，人与目标、物体与环境的相对变化3）传统测绘：地图专业化制作，标准严谨清晰，制作地图主体与使用地图的客体是分开的 泛在测绘：专业化与非专业化制作同在，标准与非标准共存，制作地图与使用地图的主客体可分也可不分,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,4）传统测绘：测量感知体系多基于静态手段 泛在测绘：测量感知体系基于实时动态5）传统测绘：多2D，2.5D，
16、以人工控制方式可漫游地图 泛在测绘：多2.5D或真3D，人与环境交互的自适应动态实时地图，或多人多目标多环境实时交互式地图,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,2. 泛在测绘与传统测绘的关系两者最终表达形式都是地图，地图的可量测性、认知性，可交流沟通性是一致的。从这个意义上说，两者的理论体系是一致的，都属测绘学范畴。但泛在测绘是传统测绘的最新发展和未来趋势,传统地图为了表达现实性，需要定期更新，不同比例尺更新周期不一样。设定更新周期为 ，则更新频率f为1/ ；若用Mt表示传统地图，Mu表示泛在地图，则两者关系之一可写为： ，当且仅当 ，即 时，也就是实时更新。另外，传统地图更新是整体的，泛在地图
17、更新是按需的，因而是局部的,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,传统测绘： 泛在测绘：传统测绘：以图廓坐标为参考，以方里网为参考 泛在测绘：没有图廓和方里网，以地心坐标值为参考，人或目标永远处于地图的中心，以人或目标周边的环境或前方以及左右的环境为准，摄取动态图框,传统地图上方表示正北方向，泛在地图多选择主体（subject）用户的正前方向为地图上方， 若用 表示与正北方向间的方位， 表示与地图正上方间的方位（顺时针），t表正北方向，u表前进方向,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,传统测绘：比例尺和图上分辨率及精度是相一致和匹配的，除非已升级为数字电子地图，比例尺不能改变，数字电子地图能变比例尺
18、，但精度和分辨率不能提高或降低 泛在测绘：比例尺、精度、分辨率均是可变的，比例尺可无级放大缩小，随需求或随场景变化而自适应地变化，但精度和分辨率只随用户要求而变传统测绘：是非现场制作的，非亲历感知的 泛在测绘：用户是可在现场亲历制作、感知的,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,3. 泛在测绘的技术体系坐标基准和框架：地心的，全球的，如ITRF yy，WGS-84 ，CGCS2000等时间基准：世界协调时 UTC投影方法与显示方式：从椭球（坐标）到椭球（坐标）的三维表达，从椭球到全球大地水准面的三维表达，从椭球到圆球的投影表达；直接对距离、方位、姿态等要素数据的三维或椭球面的计算表达,三、泛在测绘
19、的学科体系和技术架构,测量方式：泛在定位：空天地协同式智能传感网（含实时遥感 、实时动态定位、实时无线智能感知网络等）表达方式：实时、动态、三维、实景的泛在地图（Ubiquitous map)显示方式：2维或3维计算机屏幕，3维视屏眼镜，3维视屏生物芯片，可折叠便携电子显示纸等,三、泛在测绘的学科体系和技术架构,基础设施：泛在通信网络（Ubiquitous Communication Network），地球信息智能感知网络（Geoinfo Sensor Web），高性能计算机与服务器网络，智能、实时或快速软件处理平台依赖技术：实时或近实时遥感，高精度实时导航，实时视频测图处理，三维实景动态地图
20、制作，三维立体显示，智能控制，云计算,地球空间信息智能传感器网基础设施的空间结构,地球空间信息智能传感网,四、泛在测绘与泛在地图的应用,军事应用： 敌我双方军力、武器、后勤布署动态及其瞬态变化的任意比例尺度、分辨率和精确度的三维场景地图，适合各级指挥员的指挥用地图，适合战术级战斗级的单兵和团队作战用图以及各级泛在地图间的信息联动,四、泛在测绘与泛在地图的应用,行业用图： 水利，气象：城镇居民供水、用水，实时动态消耗监测与分析，云图云团的流向趋势与地形互相作用与降雨分布的关系分析，雷暴的监控与预测和损害分析 地震：地震区域震前、震后、同震的地形变与破裂过程分析 城乡土地利用与生态环境：变化的实时
21、性监测分析,四、泛在测绘与泛在地图的应用,智能交通应用： 交通状态监测与导引地图：个人与车辆导航 步行者导引地图：将会出现交互式对话与触摸，甚至通过生物芯片直接在大脑产生图像场景环境的导盲电子地图,五、泛在测绘带来的机遇和挑战,测绘科学技术-地球空间信息技术进入了新时代泛在测绘的发展要求测绘的内涵和内容发生了扩张性、协同性变化，测绘进入了环境认知、个性需求、地理域情全面、实时、协同性和大 众式监测的新时代地理域情是泛指国家和公众利益需求的（包括国内外）地理要素的现状、历史、未来和变化发展趋势，地理域情信息的全面、实时、协同性、大众式监测要求测绘建立适应泛在测绘要求的地球空间信息智能传感网的新手
22、段,五、泛在测绘带来的机遇和挑战,泛在测绘将促进人的观念和生活方式的变革用户也是泛在测绘的主体，将真正实现按需测绘的愿景泛在地图是三维的、实时动态的、真实地球的映射，将大大提高人和社会的认知能力，使虚拟世界和真实世界实现无缝对接新技术的竞争将促进原创性的研发，这将引起技术创新的新高潮，服务模式的多样化和地理信息产业的大发展,五、泛在测绘带来的机遇和挑战,泛在测绘涉及测绘学理论和技术，智能传感技术和方法，智能控制理论和方法，地球各圈层的耦合关系，还有很多未知的领域有待探索，具有很多的科学和技术克难攻坚的挑战泛在测绘还涉及人的心理、认知与行为科学，也涉及其它人文科学和社会科学，泛在测绘与人文社会科
23、学的关系的研究尚未开始,五、泛在测绘带来的机遇和挑战,泛在测绘在全面、深刻、高精度、高分辨率认知人与环境、目标与环境的关系及其动态变化的同时，也将涉及人的隐私、商业情报和国家机密。如何在促进其发展的同时，用法律来规范泛在测绘的行为是一个极具挑战的问题,加强基础性研究个人行为与群体行为时空分布特征、模型和认知，地理环境的认知和统计分析3维实景地图制图学和屏显导航地图制图学着力前沿技术探索智能位置、速度和属性感知与传感，智能识别与控制智能软件开发，显示泛在地图的技术和新媒介开展相关人文社科和相应的法规研究,迎接挑战的策略,拓展应用领域弱势人群行为导引和监控，高铁运行和监控等等都是一个极富挑战、复杂
24、而亟待研究和开发的领域战场环境的泛在测绘和泛在地图的应用将是难度最大，复杂度最高，技术最尖端的应用，它的应用开发将全面推动其它领域的应用，推动泛在测绘本身的发展,迎接挑战的策略,创新服务模式应研究公益性服务、增值性服务与商业性服务的关系应探索政府、企事业服务与公众化、个性化服务的模式,迎接挑战的策略,六、结 语,泛在测绘和泛在地图是适应以人为本发展模式，适应人类绿色发展、智能发展模式的新型的、新兴的测绘、定位导航和地图制作的未来模式随着国防、经济、社会需求的成倍增多，实时和动态交互式泛在定位技术的快速发展，泛在测绘与泛在地图已经开始进入当代社会的实际应用，其发展也只取决于人们想象力的限制，其发展速度之快也将是难以预料的,六、结 语,泛在测绘不仅对测绘科学技术产生巨大的推动和影响，将模糊测绘专业人士和非专业人士的界线，对政治、军事、经济、社会、文化的冲击也是巨大的，将引起人们观念的变化和生活方式的变化泛在测绘发展过程也带来了基础研究、应用开发的原始创新机遇、服务模式、商业拓展的新空间，给专业测绘机构和企业带来新的机遇与挑战,谢谢大家！,
