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1、,王家耀,“互联网+”时空大数据与“GIS”的演进和发展,信息工程大学地理空间信息学院,引言,时空大数据：大数据与地理时空数据的融合,“互联网+”时空大数据推动“GIS”的 演进与发展,CONTENT,“互联网+”的本质、意义与特征,关于“互联网+”时空大数据与“GIS”进一步发展的若干思考和建议,总结,01,引言,PART ONE,1.引言,我们应该怎样认识“互联网+”、大数据、时空大数据之间的关系？“互联网+”时空大数据背景下，如何推动“GIS”的演进与发展?将面临哪些挑战与机遇？,“互联网+”、大数据、时空数据、时空大数据，是学界和业界讨论最多的问题。“GIS”是地理学、测绘科学技术及计
2、算机通信网络等新兴信息技术交叉融合的产物。,02,“互联网+”的本质、意义与特征,PART TWO,2.“互联网+”的本质、意义与特征,“十三五规划”中提出，实施网络强国战略，实施“互联网+”行动计划，实施国家大数据战略。在此之前的2015年政府工作报告中就曾明确提出了“互联网+”，随后7月1日国务院发布“互联网+”行动指导意见，提出11项重点行动和7个方面的保障措施，紧接着不少省市也发布了相关文件。,提出,“互联网+”本质上是互联网、物联网、云计算等新兴信息技术在各行各业“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”中的深度融合集成创新应用，使之成为现代制造业、生产性服务业发展的新动力。,本质,现
3、在“互联网+”已经开始融入各行各业。可以说，我们这个时代已经就此打上了“互联网+”的烙印，中国已经开启了“互联网+”时代的大门，将引起一场科技革命和产业变革。,意义,2.“互联网+”的本质、意义与特征,跨界融合。+，就是跨界，就是变革，就是开放。创新驱动。传统的资源驱动方式创新驱动发展。重塑结构。打破原有的社会结构、经济结构、地缘结构、文化结构、管理模式。尊重人性。互联网力量之强大最根本的是源于对人性最大限度的尊重，对人体验的敬畏，对人的创造性的重视。真正体现“以人为本”。开放生态。“互联网+”本身就是开放的，重要的是化解掉过去制约创新的环境，真正实现“大众创业、万众创新”。连接一切。这是“互
4、联网+”的目标。,特征,03,时空大数据,大数据与时空数据的融合,PART THREE,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,这里，关键是“大”。没有统一的定义。但可以这样来理解：大数据是指其规模（体量大）和复杂程度（多样性）常常超出了目前数据库管理软件和传统数据处理技术在可接受的时间内（快速性）收集、存储、管理、检索、分析、挖掘和可视化（价值）能力的数据集的聚合。,大数据：,什么是“大数据”,大数据的本质,大数据的意义,大数据的本质，在于驾驭大数据，即应用大数据，也就是由对大数据的“拥有”变为对大数据的“使用”，大数据是“宝贝”还是“垃圾”，要用大数据思维去发掘“大数据”的潜在价值，大数据
5、的核心价值是“预测”。,大数据带来的信息风暴正在改变我们的生活、工作和思维，开启了一个重大的时代转型：思维变革、商业变革和管理变革。大数据产业的兴起，将颠覆千百年来人类的思维惯例，对人类的认知与世界交流方式提出了新的挑战：一切用数据说话，谁掌握了大数据谁就掌握了主动权。,大数据的特征,时空数据：,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,时空数据：,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,时空大数据：,这样界定时空大数据是基于两个事实：,一是，人类生活在地球上，人类的一切活动都是在一定的时空（时间和空间）中进行的，而所有数据都是人类活动（社会、生产、生活）的产物；二是，从可视化角度讲，所有大数据
6、只有当其与地理时空数据集成后，才能直观地为人们提供大数据的空间概念。,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,时空大数据：,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,时空大数据：,全球已经进入（时空）大数据时代，企业决策过程正由程序驱动变为数据驱动；（时空）大数据已成为制造业创新的动力，我国54%的制造业正在应用数字化工具推动转型升级。,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,来自解决人类面临的全球性问题的推动。,来自对地观测泛在测绘的推动。,来自新兴信息技术发展的推动。,来自企业经济效益的推动。,时空大数据：,政府的时空大数据,互联网时空大数据,企业的时空大数据,个人的时空大数据,3.时空大数
7、据：大数据与时空数据的融合,时空大数据：,除一般大数据的“4V”或“5V”特征外，还具有,3.时空大数据：大数据与时空数据的融合,04,“互联网+”时空大数据,推动GIS的演进和发展,PART FOUR,“GIS”发展至今，作为学术名词有三个。,“GIS”的三种学术名词,GIService,GIScience,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,GISystem,综合起来说，“GIS兼顾了科学、技术、工程和产业特性，构成了完整的“科学技术工程产业”的“全知识链”和“地理信息获取（传感网）处理（生产）应用（服务）”的“全产业链”。,其中，地理信息科学是基础，地理信息技术是支撑，
8、地理信息工程是科学和技术转化为生产力的关键，发展地理信息产业是目的。,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,单一,广泛,之一：GISystem（地理信息系统）,应用领域的演进,数字化工具的推动,地图数字化,对地观测,信息资源的演进,GIS由着重信息源一端到信息深加工一端转移,管理型,分析型,系统功能的演进,大数据时代的到来不仅解决了GIS的信息源问题，更重要的是对GIS功能提出了更严峻的挑战，决策支持GIS呼之即出,决策支持型,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,共享信息资源 网络环境下多个节 点协同工作
9、提供低成本的实时/准实时、智能化服务,两者之间有落差,系统体系结构的演进,之二：GISystemGIService,计算机通信网络技术的推动,结论：“GISystemGIService”是发展趋势,系统开发模式的演进,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,现代地理信息服务面临的挑战和机遇,地理时空大数据存储管理和智能处理。分布异构GIS纵向/横向集成。分布式服务组件到集成式服务组合。信息资源共享与协同解决问题（协同工作）地理时空信息“获取（传感网）处理（生产）应用”一体化,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,基本思路,
10、4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,基本架构,调用,之二：GISystemGIService,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,正是因为“互联网+”时空数据的推动才有目前的多种GIService模式,（1）基于网络服务(Web Service)的地理空间信息共享与空间数据互操作,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,（2）基于网格服务(Grid Service)信息资源共享与协同解决问题(协同工作),注册服务,验证服务,识别服务,查询服务,服务聚合,管理服务
11、,将系统功能按照标准封装为网络/网格服务,构造地理信息服务网格与虚拟组织，建立服务管理节点,用户按需组合服务形成面向应用的服务能力,网格条件下,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,（3）基于云计算的时空信息服务,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,（4）基于网格集成与弹性云的“混合式”时空信息服务,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之二：GISystemGIService,（5）基于位置的地理信息服务,这一概念源于位置服务（Location Based S
12、ervice,LBS）,又称定位服务，是由移动通信网络和定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息（如经纬度坐标数据），提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。所以，实际上是一种概念较宽泛的与位置有关的新型服务业务。从目前社会广泛应用实际情况来看，应界定为基于位置的地理信息服务，即“导航定位系统+导航电子地图系统”。,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之三：GIScience（地理信息科学）,GISystem与GIService具有显著的技术、工程和产业特性，但支撑GISystem与GIService技术、工程和产业
13、可持续发展的是科学，这就是GIScience（地理信息科学），其内容包括理论层面、技术层面和应用层面。,从”互联网+”时空大数据带来的科学范式变化看GIScience,美国著名科学哲学家THOMAS S.KUHN（库恩）在The Structure of Scientific Revolutions（科学革命的结构）一书中提出“范式”的概念和理论：,指的是一个共同体成员所共享的信仰、价值、技术等等的集合，指常规科学所赖以运作的理论基础和实践规范，是从事某一科学的研究者群体所共同遵从的世界观和行为方式。,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,之三：GIScience（地理信息科学
14、）,计算机图灵奖得主Jim Grey的四个科学范式理论,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,Jim Grey四个科学范式理论适合GIScience,1,2,3,4,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,当今的地理信息科学，正面临着时空大数据时代的全球性挑战，“第四范式”可能是解决面临挑战的具有本质性的理论、方法与技术，不仅是科研方式的转变，也是人们思维方式的大变化（大数据思维），通过大数据分析和大数据挖掘，可以发现过去的科学方法发现不了的新模式、新知识和新规律。这正是地理信息科学要解决的问题。所以，大数据时代的到来也是推动地理信息科学发展的重要因素，同时数据密
15、集型科学范式也成为地理信息科学的科学研究范式。,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,GIScience的内容体系,主要研究地理信息的本质、结构、描述、分类和表达，地理信息发生、提取、传输、重构和作用机制，地理信息运动过程中的熵增、熵减、误差和不确定性以及感应与行为机制，地理信息运动的计算模拟。,理论层面,主要包括地理信息技术系统的开发，集成与应用（GNSS、RS、GISystem），时空大数据基础设施建设技术。,技术层面,主要研究基于理论指导和技术支撑的人口、资源、环境和社会的区域规划和管理等方面的应用。,应用层面,地理信息科学是信息科学有关地理信息的一个分支学科（Goodc
16、hild，1992）。它的研究对象是地理信息，是关于地理信息的本质特征和运动规律的一门学科，是新的认知模式、观察视点和技术平台，其内容体系包括三个层面：,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,“互联网+”时空大数据，是伴随着计算机通信网络技术和空间感知技术的发展演进而逐步形成的，这个过程也促进了“GIS”的演进与发展进程。“互联网+”时空大数据时代的到来不是偶然的，“GIS”的发展演进也不是偶然的，两者相伴而行。GISystem、GIService、GIScience三者各自有不同的着重点，但地理信息（GI）是共同的对象。GISystemGIService，GISystem与G
17、IService上升到GIScience，构成了完整的地理信息“科学技术工程产业”的“知识链”和地理信息“获取（传感网）处理（生产）应用”的产业链。,4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展,05,关于“互联网+”时空大数据与“GIS”进一步发展的若干思考,PART FIVE,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,地理时空信息的本质、结构、描述、分类和表达。地理时空信息发生、解译与反演、提取、重构和作用机制。地理时空信息运动过程中的熵增、熵减、误差、不确定性以及感应与行为机制多模式时空综合认知理论多模式时空信息传输理论多源异构地理时空信息的集成、融合与同化理
18、论全球统一时空基准理论,（1）地理信息（GI）基本理论研究,高精度GNSS的全球化和时间系统的精准化技术。地理时空信息智能感知（时空大数据获取）技术地理时空大数据分布式存储与管理技术（NOSQL，Hadoop）地理时空大数据并行智能处理技术（MapReduce）地理时空大数据挖掘与知识发现技术地理时空大数据快速可视化技术地理时空信息智能服务技术,（2）地理信息（GI）核心技术攻关,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,地理信息“获取（传感网）处理（生产）应用（服 务）”的“一体化”技术。,“一体化”指“互联网+”环境下，地理时空信息从获取到提供应用的全过程或所有环节都在
19、网络/网格环境上进行，即实现地理（时空）信息在网络/网格上可控、有序、高效流动。核心技术基于“互联网+”的“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”的自适应构建技术基于“互联网+”的“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”各环节的软件接口技术线性“工作流”、“产业链”、“价值链”与分布式并行处理相融合的技术基于“互联网+”的信息资源共享与协同工作技术,（2）地理信息（GI）核心技术攻关,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,“互联网+”,地理时空数据,城市大数据（部门、行业）,时空大数据,共享,聚合,交换,是共享、交换城市大数据的时空框架，是各部门、各行业信息共享、交换的
20、平台，是一切大数据聚合在时空框架上的平台。同样，适用于“智慧地球”、“智慧中国”等建设。,（3）重视地理时空大数据在“智慧城市”中的应用,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数
21、据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,改变传统地理信息产业思维方式，强化网络思维、“互联网+”思维、“互联网+GIS”产业思维强力推进地理信息“获取（传感网）处理（生产）应用（服务）”的“全产业链”流程，彻底改变目前“三大环节”脱离的传统作业模式在“互联网+”时空大数据背景下，真正实现地理信息“处理（生产）”由着重信息源一端向着重信息深加工一端转移，着力地理信息产品的多样化、个性化、定制化充分发挥“互联网+”环境下
22、的“官方制图”、“企业制图”、“兴趣者制图”三类“主体”制图并存的作用。,（4）积极推动“互联网+”时空大数据与“GIS”产业化,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,如何在保证国家信息安全的前提下，最大限度地开放“互联网+”时空大数据，使时空大数据的价值最大化？制定公开与非公开时空大数据政策，要以要素或对象时空大数据是否涉及国家安全而不以时空大数据的空间尺度（比例尺）来划分公开与非公开。经国家指定的机构过滤后，将能够公开的时空大数据由社会分享。强化“互联网+”安全机制，保证非公开时空大数据的安全，没有“互联网+”安全，就没有“互联网+”,（5）积极推动“互联网+”时空
23、大数据的分享与安全,5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考,06,总结,PART SIX,6.总结,1.“互联网+”与“大数据”（时空大数据）是国家发展战略，是新兴信息技术产业的重要领域，“GIS”（GISystem、GIService、GIScience）具有科学、技术、工程和产业特性，要在“互联网+”时空大数据背景下，推动地理信息产业大发展。2.“互联网+”的本质是互联网、物联网、云计算等新兴信息技术与各行各业“全工作流”、“全产业链”和“全价值链”的深度融合集成应用。在“互联网+”架构上，实现时空数据与各部门、各行业大数据的共享、交换、聚合，形成时空大数据，是“智慧城市”、“智慧中国”、“智慧地球”建设的重要目标和任务。3.“大数据”技术的重要性不仅在掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有知识的数据进行专业化处理，如果把“大数据”比做一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“深加工能力”，通过“深加工”实现数据的“增值”。4.推动“互联网+”时空大数据与“GIS”的进一步发展，要进一步创新基础理论研究，突破一系列关键技术，从而支撑泛在测绘及包括基于位置服务（LBS）在内的“互联网+”时空大数据背景下新兴地理信息服务业的大发展。,致 谢,对报告中引用的有关文献的作者表示感谢！,
