淺談地理信息大數據技術與應用

張 宏 張浩宇

(遼寧經緯測繪規劃建設股份有限公司，遼寧 沈陽110015)

1 概述

4G/5G時代，每個人都離不開的技術與應用非大數據莫屬。即便拋開不動產、戶籍這些非常用的重要地理信息大數據之外，更有百度大數據、阿里大數據、教育大數據、餐飲大數據及其應用等，幾乎每個人都耳熟能詳。外賣、快遞、出行路徑、路況、你在哪、商圈、規劃、今天走多少步多遠……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據技術與應用。

2 地理信息概述

2.1 解釋說明

地理信息大數據：簡單說就是一切與人類活動活動有關、與空間位置相關的地理信息系統，與大數據相結合的必然產物，大量數據信息、覆蓋多學科領域其核心是地理信息數據，關鍵是技術，重點是產業與應用。地理信息系統（簡稱GIS），是利用軟硬件支持，建設的計算機應用系統，用于采集、存儲、處理、分析、定位、跟蹤、檢索和顯示空間數據信息，是地理信息大數據的前身。地理信息系統是天然大數據的依據是海量數據。

2.2 發展變化

地理信息技術，從全野外人工測繪到數字測繪，初級的聲光電設備，一直到航空攝影測量階段，多是政府的專項計劃任務，需要按標準保證精度、要素、屬性及其展示和應用等要求。隨著各類傳感器、人工智能和網絡的發展應用，運營商的介入和推進，地理信息大數據技術和應用更是層出不窮，開啟了時代新篇章。

2.3 特點

2.3.1 專項計劃任務。專項計劃任務的特點是：計劃性強、政府行為為主、標準統一、精度高、專業性強、保密性高、歷史數據完整。以二維、靜態、專項計劃、純人工與自動化相結合為主，專業人員、專業技術、專用設備、專用軟件。專項數據經過脫密后，可成為公眾地理信息大數據的基礎框架缺點：靜態數據為主，涉密不易公開使用、數據海量，數據更新不及時。2.3.2 地理信息大數據。公眾地理信息大數據的技術手段，更加先進和自由，每個人隨時隨地都可以參與到地理信息大數據活動中，促進了智慧城市、智慧地球發展與應用的步伐。地理信息大數據已經成為新興產業，其特點較多：動靜結合，全民參與，自動化、智能化凸顯；多維度、多元、多樣化，信息全面；自由、高精度、實時、高效、人工智能、室內外一體化，專業技術要求和界限淡化等特點；結構化、半結構化和非結構化并存的大數據特點；展示體驗的效果更加豐富多彩；低門檻、互聯網+地理信息大數據普及，使全民參與成為現實。

3 應用

我國地理信息應用方面處于世界領先水平，與人工智能、大數據、互聯網+、云計算等高新技術深度融合，覆蓋陸海空、室內外、地下地上，包括矢量、柵格影像、BIM、三維、虛擬現實、VR、AR、MR 等，廣泛應用于工作、生產、生活等各個方面。防災減災與應急輔助決策、防疫、陸海空、能源礦產、規劃、不動產、工程、科研、環保等國計民生各方面。中國三大通信運營商、天地圖、百度、阿里、騰訊、高德、凱立德、交通運輸、消費等。

4 技術

4.1 作業方式

生產作業多通過人工、集成多傳感器的人工智能與自動化、網絡，或多種結合的方式。如影像分析與提取、機器人或傳感器自動采集、網絡大數據自動分析等。

4.2 原理

技術原理主要是物理學原理，包括聲、光、電、磁場、運動與力學等原理中的一種或多種組合，借助人工智能、大數據、通信、計算機信息系統等技術，實現定位、跟蹤、定向、測距、測高、測深、測角、測圖等目標。

4.3 作業軟件

作業用的專業軟件產品非常多，僅我國民族品牌的廠商就有超圖、航天遠景、吉奧、吉威數源、開思、南方、清華山維、瑞得、適普、四維、武漢中地、中望等，有的早已走向國際。

4.4 作業設備

4.4.1 分類。設備從技術角度分類有經緯儀、水準儀、測距儀、全站儀、GNSS、測圖儀、無線定位儀、傳感器等，也有多種組合的一體化儀器設備。4.4.2 產品。產品有北斗導航定位系統、GPS、RTK、CORS 站、全站儀、經緯儀、水準儀、測距儀、光學相機、攝像頭、聲吶、電臺、機器人、雷達儀、激光掃描儀、磁場掃描儀、陀螺儀、壓力計、流量計、無線定位儀、光學定位儀、手機平板類智能終端、測圖儀、繪圖儀、網絡等。4.4.3 載體。搭載或運行各種采集儀器設備的載體，包括衛星、飛機、車輛、船只、站房、計算機、手機、平板、網絡等多種多樣。

4.5 定位技術

4.5.1 原始。星相定位、路基無線電導航系統、陀螺慣導和多普勒雷達自主導航。4.5.2 常用。以室外定位為主的技術有：解析測量：圖紙、航空攝影測量、測距儀、全站儀、水準儀、經緯儀等。GNSS：中國北斗BDS、美國GPS、歐盟GSNS，俄羅斯GLONASS，及其衍生的CORS站、基準點、觀測站等。基站：移動、聯通、電信基站定位。混合：基站與GNSS混合定位。4.5.3 新興。于室內/外定位的新興技術有：Wifi、RFID射頻識別、紅外線、超聲波、iBeancon 藍牙、UWB超寬帶、ZigBee 無線網絡、LED燈光、磁場、圖像識別、機器人、有線網絡等定位技術。

5 建設實施

5.1 需求

需求調研與分析至關重要：項目的用戶、干系人，既有的軟硬件環境、數據、系統，功能、性能、市場需求，密級、脫密等。

5.2 用戶

明確用戶群體、特征、使用特點、數據需求、功能需求、界面需求、性能需求等。

5.3 干系人

影響到系統建設、實施、運行和運維等各方面干系人，如投資人、行業管理部門、廠商/運營商/開發商等。干系人影響系統的投資、周期，甚至夭折。

5.4 軟件環境

開發、服務器和終端的軟件環境不同，性價比高、瘦客戶端、無版權糾紛是選擇宗旨。軟件環境包括：OS、數據庫、GIS平臺和開發平臺，以及辦公、多媒體、安防、瀏覽器等軟件或插件。GIS平臺決定著其他配套軟件的選擇，國產自主平臺有MapGIS、SuperMap、GeoStar、CityStar、KQGIS、VrMap 百度、高德等，其中不乏國際品牌。國 際 主 流 平 臺 有ArcGIS、SkyLine、MapInfo、InterGraph、Google Earth 等。

5.5 硬件環境

5.5.1 服務器。硬件環境重點是服務器，根據實際情況選用實體、虛擬、云服務器，設置GIS、數據庫、應用、CA、備份、殺毒、交換、視頻、前置等服務器，按需選擇不同的硬件配置。5.5.2 負載與吞吐率。用戶并發訪問數、訪問的數據、調用的服務、每個訪問的不同響應時間要求等參數，是決定服務器配置和網絡帶寬設置的關鍵，考慮不周就會響應不過來或者丟包，甚至導致服務器的癱瘓。

5.6 數據

來源：既有數據整合、全新生產、在線編輯、大數據交換采集。要充分考慮其標準、對接、工期、難度、密級、工作量等。生產：人員、儀器設備、地理環境條件、季節、安全、工期等。資質：在測繪資質限定范圍內接觸、生產、使用和管理數據。安全：密級、使用范圍、脫密、加密；生命財產安全及其注意事項。培訓：技能、設計、安全、注意事項等。時效：元數據、版本控制。類別：基礎地理信息、專業地理信息、屬性信息；結構化數據、半結構化數據、非結構數據。國家標準：測繪與地理信息標準、編碼標準、分類標準、安全標準、信息系統標準等。系統標準：數學基礎、對接標準、專業專題要素、屬性結構、代碼/編碼。整飾：地圖整飾、配圖、分級顯示中，要素的顯示效果與取舍。流程：生產、使用、更新、發布、管理等流程。更新：更新頻率、范圍、要素、方法、標準等。

5.7 實現

系統實現是需要多專業人員共同努力和配合實現，專業包括地理信息及建庫、相關、數據庫、信息系統、程序員、測試等。其基本過程是合同簽署、準備、需求調研、詳細設計、開發、數據同步生產建設與入庫、測試、集成、試運行、驗收與運行維護。根據需求調研與分析進行詳細設計：功能模塊、數據庫、結構、界面、后臺管理等。通過審批后，才能順序開始代碼編寫、數據生產、入庫，測試、試運行，驗收與運行維護等工作。

5.8 工作范圍

地理信息大數據應用系統的開發建設工作，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。主要工作內容包括：用戶詳細需求分析；功能模塊設計、展示效果、流程等詳細設計；數據成果及更新的詳細要求；第三方軟硬件采購與維護，應用系統運行維護的內容、范圍、方式、方法、時限，培訓的場所、教材、講師等；實時交換或采集數據的接口、協議、維護等。

結束語

地理信息大數據專業人員工作辛苦，但產業可持續發展。限于篇幅，本文未能展開說明。本文僅代表個人觀點，歡迎批評指正。