智能化時(shí)代的地理信息數(shù)據(jù)重構(gòu)思考

［關(guān)鍵詞］智能化；地理信息；數(shù)據(jù)；重構(gòu)

1. 地理信息數(shù)據(jù)的發(fā)展

地理信息數(shù)據(jù)的存儲、傳輸技術(shù)和應(yīng)用隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)發(fā)展而改變，隨著信息化技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展而不斷發(fā)展。地理信息數(shù)據(jù)經(jīng)歷了模擬化、數(shù)字化、信息化、智慧化等幾個(gè)發(fā)展階段。

地理信息數(shù)據(jù)是與地理空間有關(guān)的自然地理、人文地理等數(shù)據(jù)。初期人們對地理信息數(shù)據(jù)的認(rèn)識發(fā)生在日常生活中，隨著人類活動(dòng)的廣泛，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事活動(dòng)、工程實(shí)施等，對地理信息數(shù)據(jù)的了解需求越來越迫切，這也推動(dòng)了早期地圖的發(fā)展[1]。早期的地圖沒有數(shù)學(xué)坐標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)符號等，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人類對地球的認(rèn)識越來越深入，地理信息的表達(dá)、獲取、應(yīng)用也越來越多、越來越深刻了，表述內(nèi)容信息也越來越豐富多樣。

近代以來，隨著測繪技術(shù)、航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)走向了模擬化的發(fā)展階段。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使得地理信息數(shù)據(jù)邁向了數(shù)字化的發(fā)展階段，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)推動(dòng)地理信息數(shù)據(jù)到了信息化發(fā)展階段。當(dāng)前地理信息數(shù)據(jù)面臨著大的技術(shù)變革，即將走向智慧化的發(fā)展階段，這后面有當(dāng)前的大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的推動(dòng)[2]。社會(huì)發(fā)展、治理能力現(xiàn)代化需要地理信息數(shù)據(jù)的智能化獲取、處理、存儲、管理、應(yīng)用、歸檔。

2. 智能化的需求

遙感數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及社會(huì)信息化的發(fā)展催生著地理信息數(shù)據(jù)的智能化。

智能化就是要實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)從獲取到管理決策的高效、準(zhǔn)確、可靠、自動(dòng)化以及安全。要從地理信息數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、應(yīng)用來認(rèn)識、實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的智能化。地理信息數(shù)據(jù)一是來自地表自然界，二是來自人工建造、改造的內(nèi)容，即人工構(gòu)筑物，自然界對人工構(gòu)筑物有著基礎(chǔ)性的影響，人工構(gòu)筑物對自然界也有著巨大的影響。目前地理信息數(shù)據(jù)的來源有傳統(tǒng)測繪、遙感技術(shù)、GNSS 測量、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、工程測繪、傾斜攝影測量等手段，數(shù)據(jù)種類和形式更加多元化，數(shù)據(jù)量也越來越大，當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢表現(xiàn)出主要數(shù)據(jù)來源應(yīng)屬遙感、互聯(lián)網(wǎng)眾籌等[3]。

數(shù)據(jù)多了，帶來的好處是可用數(shù)據(jù)資源豐富了，以前想解決的問題現(xiàn)在變成現(xiàn)實(shí)。如遙感數(shù)據(jù)用于用地執(zhí)法工作等。帶來的問題是使用時(shí)不知道選擇哪一個(gè)數(shù)據(jù)源好，數(shù)據(jù)之間的差異性不知道如何面對，存儲的空間越來越大，成本增加，數(shù)據(jù)處理的成本也在增加。

社會(huì)信息化的發(fā)展，人們的生活更加高效，活動(dòng)空間擴(kuò)大。包括治理體系和治理能力現(xiàn)代化。這些對社會(huì)整體信息化提出了更多的要求，而地理信息是社會(huì)整體信息化的一個(gè)“ 數(shù)字底座”，對其他信息有著承載、整合、監(jiān)控的作用。當(dāng)前信息化的應(yīng)用場景走向三維模式[4]，帶有三維場域、時(shí)間信息的地理信息數(shù)據(jù)成為了未來發(fā)展的趨勢，一些應(yīng)用需要三維信息才能夠說清楚。如深圳市目前開始了城市空間建設(shè)用地地上、地表和地下分別設(shè)立使用權(quán)，探索按照海域的水面、水體、海床、底土分別設(shè)立使用權(quán)，促進(jìn)空間合理開發(fā)利用，這就對三維空間的精細(xì)化、智能化管理提出了要求。智慧城市是當(dāng)前信息化的重要著力點(diǎn)，智慧城市的建設(shè)也需要地理信息數(shù)據(jù)的智能化。

不同的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的內(nèi)容、組織方式是不同的，紙質(zhì)圖、數(shù)字化制圖、信息系統(tǒng)建設(shè)、智能化應(yīng)用對地理信息數(shù)據(jù)提出了不同的需求[5]。

3. 重構(gòu)的思路和技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為了適應(yīng)智能化的需求，需要依托當(dāng)前的技術(shù)、面向智能化應(yīng)用將地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。重構(gòu)的思路和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的初步思考如下。

3.1重構(gòu)的思路

3.1.1面向高效治理的重構(gòu)

數(shù)據(jù)支撐高效治理是當(dāng)前首要考慮的維度。高效治理需要從各類數(shù)據(jù)中分析提取與管理決策相關(guān)的信息，提供輔助決策信息。信息應(yīng)該包含法律法規(guī)、政策文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)事實(shí)、可靠度（誤差）分析等，這些信息需要以管理決策者的維度整合后呈現(xiàn)。對于地理信息數(shù)據(jù)來說，直接服務(wù)管理決策的信息是不完整的，需要與其他的經(jīng)濟(jì)、文化、應(yīng)急、社會(huì)、自然等信息接合、整合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析比對，綜合法律法規(guī)、政策文件等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提煉出可用的信息。

這個(gè)需求需要地理信息數(shù)據(jù)具備時(shí)間、地理實(shí)體編碼（掛接其他信息）、數(shù)據(jù)來源、用途、準(zhǔn)確度等屬性，提供基本的查詢、面積計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析等工具，為后期的管理決策使用作好必要的準(zhǔn)備。

3.1.2全生命周期的重構(gòu)

從數(shù)據(jù)管理本身的角度來看，為了更好地支持智能化應(yīng)用，需要對數(shù)據(jù)全生命周期進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)的全生命周期涉及數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、流轉(zhuǎn)、應(yīng)用、變化、歸檔、失效等多個(gè)環(huán)節(jié)和階段，數(shù)據(jù)要對象化（注意對象化交叉重疊現(xiàn)象的處理），并將不同階段的變化記錄下來，為數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)使用提供必要信息。

這些需求需要地理信息數(shù)據(jù)在屬性上或者元數(shù)據(jù)上不斷記錄變化情況，至少包含產(chǎn)生時(shí)間、來源情況、使用中的變化信息、主要應(yīng)用場景、反饋信息、歸檔時(shí)間等。地理信息數(shù)據(jù)的全生命周期的管理是滿足今后智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)工作，區(qū)塊鏈技術(shù)可以應(yīng)用到這里。

3.1.3確保數(shù)據(jù)可靠地重構(gòu)

地理信息數(shù)據(jù)作為智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)，為管理決策分析服務(wù)，需要數(shù)據(jù)是可靠的，這是重構(gòu)的重要要求。可靠代表著數(shù)據(jù)的來源可靠、數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠、數(shù)據(jù)安全方面可靠、數(shù)據(jù)時(shí)效性方面可靠，可靠是智能化應(yīng)用的重要方面，不可靠的數(shù)據(jù)做出的管理決策是不可靠的[6]。

可靠性的需求需要數(shù)據(jù)攜帶著來源、質(zhì)量（對于地理信息數(shù)據(jù)來說重要的要素是精度、坐標(biāo)系等）、保密、完整性等信息。高效的管理決策需要可靠的數(shù)據(jù)來支撐。

3.1.4面向快速更新的重構(gòu)

當(dāng)前信息化應(yīng)用的一個(gè)重要維度就是數(shù)據(jù)的快速更新。自然地理、人工構(gòu)筑物等變化更新的速度比較快，這對于應(yīng)用來說更新的周期、實(shí)時(shí)性顯得特別重要。更新還需要考慮經(jīng)濟(jì)成本、更新周期、技術(shù)方法等因素。當(dāng)前測繪地理信息行業(yè)的技術(shù)裝備更新比較快，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的研制更新的迭代頻率較高，對于地理信息數(shù)據(jù)的更新來說十分有利。

更新是基礎(chǔ)性技術(shù)工作，工作量大。為了能滿足后期的使用，需要將后期的應(yīng)用向前推，就是在獲取的第一步兼顧到后期的工作需要。更新還要實(shí)現(xiàn)低成本、高效的目標(biāo)，從成本效率的角度分析，遙感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)眾籌等辦法成為了地理信息數(shù)據(jù)更新的主要手段。

3.1.5兼顧已有應(yīng)用的重構(gòu)

地理信息數(shù)據(jù)的重構(gòu)是測繪地理信息行業(yè)的技術(shù)革命，發(fā)展的過程中要兼顧已有的數(shù)據(jù)成果和技術(shù)。行業(yè)已有的與生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程、成果標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)建庫規(guī)范等要綜合、統(tǒng)籌在一起。已有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是重構(gòu)的基礎(chǔ)。

3.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的探索

3.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

當(dāng)前的地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有面向?qū)ο蟆㈥P(guān)系型、對象關(guān)系型、場模型等。地理信息領(lǐng)域有地理實(shí)體模型，這樣的數(shù)據(jù)類型應(yīng)用領(lǐng)域比較廣，是未來發(fā)展的重點(diǎn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的第一步，是支持智能化的要害。自然資源部的《新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)試點(diǎn)技術(shù)大綱》中提出了地理實(shí)體的概念、數(shù)據(jù)模型等[7]，可以很好地支持今后的智能化應(yīng)用。地理實(shí)體的相互關(guān)系如下圖1。

本文的思路是數(shù)據(jù)對象的組成部分是變化的，數(shù)據(jù)元、地理實(shí)體的組織模式是符合自然社會(huì)活動(dòng)實(shí)際，滿足實(shí)際應(yīng)用需要的。需要在地理實(shí)體的基礎(chǔ)上增加可變的數(shù)據(jù)要素項(xiàng)，從數(shù)據(jù)產(chǎn)生、協(xié)同應(yīng)用、分析、歸檔中自動(dòng)增加數(shù)據(jù)描述項(xiàng)，記錄全生命周期的信息，可以借助XML、區(qū)塊鏈、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、地理實(shí)體技術(shù)、服務(wù)注冊技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到智能化的應(yīng)用目的。

在應(yīng)用遙感影像發(fā)現(xiàn)地表變化輔助衛(wèi)片執(zhí)法工作實(shí)例中，對解譯圖斑的后續(xù)數(shù)據(jù)分析過程中，一般方法是通過與各項(xiàng)專題數(shù)據(jù)相疊加后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)形成分析數(shù)據(jù)報(bào)表，供決策人員使用。本文討論的方法，是將圖斑按面狀地理實(shí)體對待，初始圖斑并無任何意義，單純的是一個(gè)地理實(shí)體，參考地理實(shí)體編碼規(guī)范賦予唯一標(biāo)識，當(dāng)此實(shí)體進(jìn)入到數(shù)據(jù)資源庫中時(shí)，以數(shù)字標(biāo)簽方式通過空間、時(shí)間兩個(gè)維度與各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并對實(shí)體進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體入庫后產(chǎn)生數(shù)據(jù)“磁吸”效應(yīng)。數(shù)據(jù)資源庫內(nèi)容越豐富，數(shù)字標(biāo)簽越多，變大數(shù)據(jù)“千人千面”的缺憾為優(yōu)勢，豐富地理實(shí)體的數(shù)據(jù)維度，使用戶體驗(yàn)“橫看成嶺側(cè)成峰”的大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，以便在執(zhí)法督察業(yè)務(wù)中可以從時(shí)間維度（過去與現(xiàn)在、春夏秋冬四季等）、現(xiàn)狀地類維度、實(shí)體占地面積大小維度、空間位置等多維度、靈活地進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，輔以GIS應(yīng)用研發(fā)的技術(shù)方法，成功避免了改變一個(gè)要求，技術(shù)人員就要重新進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理分析，減少工作重復(fù)性，提高了工作效率和決策者對數(shù)據(jù)的滿意度[8]。

3.2.2數(shù)據(jù)屬性的調(diào)整

當(dāng)前地理信息數(shù)據(jù)的屬性比較豐富，但分散在以圖層為基礎(chǔ)的各專題數(shù)據(jù)中，整合建庫后也以這樣的形式整合在一起，面對智能化應(yīng)用缺少屬性的自動(dòng)擴(kuò)展、屬性識別等。

數(shù)據(jù)屬性應(yīng)該是可自定擴(kuò)展的，成為數(shù)據(jù)的標(biāo)簽。經(jīng)過本文的討論與應(yīng)用，初步形成了面向業(yè)務(wù)對地理實(shí)體“磁化”以自動(dòng)吸附標(biāo)簽的方法和應(yīng)用。隨著應(yīng)用的發(fā)展，將進(jìn)一步深入探討一個(gè)實(shí)體進(jìn)入數(shù)據(jù)庫后從物理“磁吸”到“化學(xué)反應(yīng)”創(chuàng)新，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源庫建設(shè)從整合到融合，攻克語義描述近似性的難題，解決了數(shù)據(jù)存儲分散使得數(shù)據(jù)分析、信息提取難度大的問題。

3.3.3數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫應(yīng)該是“數(shù)據(jù)湖”模式，支持多種數(shù)據(jù)的“流入”、存放。進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持分布式存放、進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)自動(dòng)編碼、數(shù)據(jù)粒度可組合，支持多種應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)“一庫多能、按需組裝”。

3.3.4面向整合分析的設(shè)計(jì)

整合主要是面向與其他行業(yè)數(shù)據(jù)的整合。整合主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是空間位置關(guān)聯(lián)，二是地理對象關(guān)聯(lián)掛接。需要兩個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)來解決，一是地理編碼技術(shù)，包含正向、反向編碼；二是地理實(shí)體編碼技術(shù)。

分析要面向管理決策控制，分析規(guī)律、形勢變化。規(guī)律性的內(nèi)容包含自然地理規(guī)律、人和自然相互作用之間的規(guī)律、經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的規(guī)律。這些規(guī)律對于管理決策以及控制規(guī)律過程有著基礎(chǔ)性作用。

4. 應(yīng)用展望

地理信息數(shù)據(jù)智能化的序幕剛拉開，將來面臨的問題還比較多，發(fā)展的路程還比較遠(yuǎn)。需要行業(yè)內(nèi)多創(chuàng)新，加強(qiáng)數(shù)據(jù)理論方面和技術(shù)方面的創(chuàng)新、交流、廣泛應(yīng)用，在廣泛應(yīng)用中推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)的落地開花。