“测绘4.0”：互联网时代下的测绘地理信息

2015-02-06肖建华彭清山李海亭

测绘通报 2015年7期

关键词：测绘服务

肖建华，彭清山，李海亭

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

“测绘4.0”：互联网时代下的测绘地理信息

肖建华，彭清山，李海亭

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

随着互联网时代的深刻变革，云计算、大数据、物联网等智能化技术的发展在测绘行业不断渗透，“互联网+测绘”将成为测绘地理信息行业新常态。本文回顾了现代测绘技术发展历程，在移动互联时代背景下提出了“测绘4.0”的概念，并详细诠释了其内涵、特征及技术体系。为适应时代需要，本文结合云计算、大数据、物联网等先进技术和测绘地理信息未来发展趋势，提出了“实现1个升级目标，推进2个转型工作，落实3项创新任务”的“测绘4.0”实践工作思路，为信息化测绘向智能测绘转型升级提供了参考。

测绘4.0；互联网+；智能测绘；大数据；知识服务

一、引言

测绘是一门古老的技术。早在公元前1400年，就已有地产边界的测定[1]。第一次工业革命后，人们对地球表面的探索加速发展，为现代测绘技术的产生奠定了理论和物质基础。我国自改革开放以来，测绘技术的发展主要经历了模拟测绘、数字测绘和信息化测绘3个阶段。近年来，随着互联网时代的深刻变革，云计算、大数据、物联网等智能化技术的发展对测绘科学不断渗透，测绘地理信息行业的产业结构、产品内容及服务范围发生了重大变化。可以预见，“互联网+测绘”将成为测绘地理信息行业新常态。互联网必将带来现代测绘技术发展史上的第4次革命——“测绘4.0”。

二、现代测绘技术发展历程

随着人类社会的进步，经济发展和科技水平不断提高，测绘相关的理论、技术、方法及内涵也在不断地发生变化。我国现代测绘技术的发展主要经历了模拟测绘、数字测绘和信息化测绘3个阶段[2]。

1) 模拟测绘阶段。20世纪90年代以前，模拟测绘一直占主导地位。技术方法以简单的生产工具辅以粗重的手工制作等模拟方式为主，产品种类以纸质为主的模拟形式存在。因此，模拟测绘具有生产工具笨重、作业方法陈旧、劳动强度大、工期时间长、成果形式单一等特点。

2) 数字测绘阶段。从20世纪90年代初开始，3S技术和信息技术的发展和应用，推动测绘学科由传统模拟测绘向数字化测绘转变，表现为大地测量到GPS技术的融合与发展、摄影测量到RS的融合与发展、传统地图制图到GIS的发展等诸多方面。至21世纪，初数字化测绘技术体系初步形成，测绘工作的价值由劳务密集型向技术密集型转变。

3) 信息化测绘阶段。21世纪以来，互联网和信息技术的进一步发展使我国测绘在经历由模拟测绘向数字测绘转化后又进入一个新的发展阶段。信息化测绘的核心是实现实时、有效的地理信息综合服务，强调数据采集内容的多元化和专业化，特别是对地理信息的综合分析与深层次应用。同时，由于信息化测绘强调面向对象的服务理念，进一步丰富了测绘成果的表现形式及内容，提高了地理信息产品的覆盖领域和服务效率。

在测绘时代的更迭演化进程中，它们相互关联、接续继承、不断发展，测绘技术的价值由传统模拟时代的劳务成本价值、数字化测绘体系的技术成果价值发展为信息化测绘体系的社会经济价值。近年来，随着互联网、云计算、大数据等现代信息技术的发展及相互渗透和集成，测绘地理信息技术将进入一个崭新的时期，测绘技术的价值也将由信息化测绘体系的社会经济价值上升为智能测绘体系下的知识服务价值。

三、“测绘4.0”的内涵、特征及技术体系

现代测绘技术发展的3个阶段依赖于3次工业革命的发生，分别源于机械技术、电子技术和信息化技术。20世纪90年代以前，以光学测绘仪器为代表的模拟测绘阶段为“测绘1.0”时代；20世纪90年代初以电子(数字)测绘仪器为代表，3S技术快速发展的数字测绘阶段为“测绘2.0”时代；始于21世纪的以地理信息综合服务为代表，强调地理信息综合分析与深层次应用的信息化测绘阶段为“测绘3.0”时代；而互联网、云计算、大数据等智能技术的应用迎来了以智能测绘为主导的第4次测绘技术革命，即“测绘4.0”时代。

1.“测绘4.0”的内涵

“测绘4.0”的实质是智能测绘。它综合运用移动互联网技术、众源地理信息技术和现代测绘技术等手段实现基础数据采集，并利用云计算、数据挖掘、深度学习等智能技术实现测绘地理信息大数据管理，逐步实现测绘数据从信息服务到知识服务的转变。

2.“测绘4.0”的特征

“测绘4.0”的主要特征如下：

1) “测绘4.0”是集成，是移动互联、云计算、大数据等先进技术的集成，是空间基准信息、自然地理信息和社会经济信息等数据资源的集成，是数据服务、信息服务和知识服务等按需服务的集成。

2) “测绘4.0”是互联，是单机智能设备之间的互联，是人通过网络持续与设备进行交流的互联，是人与人之间不断变换生产者和使用者角色的互联。

3) “测绘4.0”是数据，是“空天地海”对地观测传感网的专业测绘与泛在获取的众源时空地理信息一体化的数据。

4) “测绘4.0”是创新，是移动互联、人工智能与空间地理信息集成的技术创新，是以知识服务为目标的产品创新，是市场为主导的生产模式和商业模式的业态创新。

5) “测绘4.0”是转型，是生产手段从专业测绘向专业测绘与非专业测绘相结合的泛在测绘的转型，是产品服务从“数据提供—信息服务”到“数据提供—信息服务—知识服务”的转型。

3.“测绘4.0”的技术体系

“测绘4.0”的技术体系主要包括众源地理信息泛在获取技术、地理空间数据智能处理技术、空间地理信息真实表达技术、地理信息资源互联共享技术、地理信息增值知识服务技术5个部分。

(1) 众源地理信息泛在获取技术

泛在获取主要包含两方面的含义：一是进一步构建“空天地海”一体化高精度实时测绘体系，使测绘从静态到动态、从地基到天基、从区域到全局、从室外到室内、从被动式观测发展为智能观测，实现空间无缝的快速测图控制；二是随着互联网、通信技术对测绘的加速渗透，互联网地理信息产品得到广泛应用，引发了以众源地理信息获取为特征的新一轮测绘技术变革。地理信息的更新可以是数据提供者，也可以是终端用户。通过计算机通信网络，实现整个传感器网络、专业人员和大众用户之间的实时互动，利用多种传感器来感知目标位置、环境及变化。因此，众源地理信息获取将进一步模糊专业测绘和非专业测绘的界限、数据生产者和用户之间的界限，引起人们观念和生活方式的转变[3]。

(2) 地理空间数据智能处理技术

随着大数据时代的来临，地理信息数据正以前所未有的速度不断增长和积累，海量、多时态、多形态的地理空间数据对自动化处理、智能化处理提出了更高的要求。“测绘4.0”时代的数据智能处理技术体系主要包括两方面的内容：一是多源异构时空地理数据快速处理技术。利用大数据、云计算等先进信息技术构建两大资源池：数据资源池和计算资源池，将数据存储与计算任务分布式部署在由大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取存储能力、计算能力和基础应用。同时，资源池还要解决异构多源和协同工作问题。二是基于机器学习和数据模型的知识发现与创新技术。利用人工神经网络、支持向量机、遗传算法、集成学习、深度置信网等机器学习或深度学习方法对空间地物特征进行归纳分析，对样本数据进行学习，并形成创新知识，为测绘地理信息的知识服务奠定基础。

(3) 空间地理信息真实表达技术

智慧城市是真实城市环境与虚拟城市环境的融合与协同，GIS在其中发挥重要的时空信息承载和纽带作用，并提供了有力的可视化分析方法和支撑手段[4]。空间地理信息真实表达主要包含两方面的内容：一是随着移动测量技术和倾斜摄影技术的日渐成熟，三维实景技术将得到迅速发展和广泛应用。真三维数据真实、直观，更好地模拟了客观世界中的三维空间实体及其相关信息，极大地增强了用户体验。在“测绘4.0”时代，真实表达将进一步替代抽象表达，成为空间地理信息可视化的主要成果形式。二是随着人们对客观世界认知的要求越来越高，地理信息的可视化表达将具有更高的准确性和实时性。“空天地海”一体化对地观测传感网将建立事件智能感知模型、空天地协同规划模型、传感器自适应组网及网络资源应急配置方法，实现多源传感器数据在时间、空间和光谱域的高精度同化和多层信息融合及传感网资源的网络化协同服务，为用户实时或准实时地提供更为准确的空间地理信息。

(4) 地理信息资源互联共享技术

随着测绘地理信息的产业化，地理信息资源的互联共享面临着多源异构海量空间数据的存储与共享、分布异构地理信息系统纵横向集成、地理信息应用一体化服务等诸多挑战。在“测绘4.0”时代，地理信息资源互联共享将主要有以下4种方式[5]：一是基于Web Service的地理信息共享与空间数据互操作模式。它用统一资源标识符标识软件应用程序，其接口和物理位置可以通过使用扩展标记语言(XML)来进行定义、描述和发现。二是基于Grid Service的地理信息资源共享与协同工作模式。它采用网格服务描述语言(GSDL)来描述服务，所有网格节点的资源统一以服务的方式对外提供。三是基于云计算的地理信息资源共享模式。它利用了云计算简单而强大的计算能力，其体系结构可分为基础设施层、平台层、软件层、应用层4个层次。四是基于网格集成与弹性云的混合式地理信息共享模式。它充分发挥网格集成和弹性云服务的优势，最大限度地缩短从地理信息获取到提供地理信息服务的周期，它包括网格集成、弹性云服务和用户应用3个层次[6]。

(5) 地理信息增值知识服务技术

知识服务是用户目标驱动，面向知识内容和解决方案的服务[7]。“测绘4.0”时代的服务将以测绘地理信息大数据为基础，以需求为导向,对地理信息进行增值服务和知识创新，向用户提供专业化、个性化的测绘地理信息产品，主要体现在两个方面：一是地理信息增值服务。地理信息增值服务主要存在两种方式，通过对多源地理信息的综合分析(叠加分析、缓冲分析、网络分析等)产生新的信息或通过对地物特征进行归纳、对样本数据进行学习产生新的知识。地理信息增值服务将通过知识创新与发现为用户提供更优的决策支撑或解决方案。二是个性化可定制知识服务。知识服务将注重显性知识和隐性知识的结合，突破多源空间与专题信息集成技术、地理信息统计分析技术、基于位置的服务(LBS)技术等多项空间信息集成与核心支撑技术，建设完善的空间信息集成框架和标准规范，形成可定制、可扩展的地理空间信息与应用软硬件平台，进一步提高服务的预测能力、决策能力、应变能力。

四、“测绘4.0”的实践思路

随着全社会信息化水平的提高，地理信息生产与服务门槛不断降低，地理信息产业已步入核心要素重新分配、生产关系加快调整的阶段，加快推进地理信息产业结构调整和转型升级，成为抢占发展制高点的必然选择。地理信息产业是国家战略性新型产业，根据我国的经济发展现状和技术水平，构建“测绘4.0”(智能测绘)的实践思路可以归纳为“实现1个升级目标，推进2个转型工作，落实3项创新任务”，即“123‘测绘4.0’工作方案”。

1.1个升级目标

“1个升级目标”是指为适应我国经济的快速发展，以深化改革为主线，坚持“需求导向、科学发展”的原则，着力提升自主创新能力，进一步促进互联网与测绘地理信息的深度融合，改造提升传统测绘，培育壮大新兴地理信息产业，全面优化技术结构、组织结构、布局结构和行业结构，不断增强测绘地理信息行业的核心竞争力和可持续发展能力，用10年左右的时间，基本实现从“测绘3.0”(信息化测绘)到“测绘4.0”(智能测绘)的升级，为建设智慧中国奠定坚实的基础。

2.2个转型工作

“2个转型工作”主要是指推进测绘手段、成果应用两个方面的转型。

1) 测绘手段要实现从专业测绘向专业测绘与非专业测绘相结合的泛在测绘转型。随着信息社会的来临，地理信息产业开始发生裂变式变革，互联网和移动互联网正成为地理信息产业的主战场。新技术、新服务、新应用纷至沓来，地理信息生产与服务去专业化趋势明显，同时也引发了地理信息产业核心要素的重新分配和生产关系的重构。测绘手段的转型主要体现在两个方面：一是积极构建“空天地海”一体化高精度实时测绘体系，使测绘从静态到动态、从地基到天基、从区域到全局，使获取的地理信息资源在时空上覆盖面更广、数据量更大、准确性更高、现实性更强；二是要将专业测绘和移动互联网众源地理信息获取有机结合起来，做好众源地理信息获取平台设计开发和测绘地理信息大数据建设工作，建设服务于政务、专业和公众3个层面的大数据，实现“综合性测绘、专题性服务”，分层分级实现对政务、专业、公众的服务。

2) 成果应用要实现从“数据提供—信息服务”到“数据提供—信息服务—知识服务”的转型。目前，我国的测绘产品仍处于较低层次，产品链短，不能完全满足日益发展的社会和市场需求。测绘4.0时代将最大限度地利用信息资源优势，形成具有市场前景、技术优势明显的测绘地理信息产品，进一步拓宽服务领域，形成完整产业链。另外，测绘地理信息还要借助云计算、模式识别等智能技术手段，对测绘地理信息大数据进行挖掘、深度学习，形成知识，最终建立服务于社会经济发展的基础公益智库。测绘手段的转型主要体现在3个方面：一要大力丰富测绘地理信息公共产品和服务内容，加快公众版测绘地理信息产品研发，延展测绘地理信息的产业链，发挥市场在资源配置中的决定性作用，实现从“供给导向”向“需求导向”的转型；二要创新地理信息分发服务模式，促进地理信息服务从传统的点对点、面对面向网络化云服务的转型升级；三要处理好测绘地理信息成果保密与应用的关系。加强测绘地理信息科学定密与安全评估工作，争取在政策和技术两个层面取得突破。

3.3项创新任务

“3项创新任务”主要是指测绘地理信息事业要从技术、体制、服务3个方面进行全面创新。

1) 首先是技术创新。科学技术是第一生产力。技术创新主要包括3个方面：一是全方位提升地理信息获取的技术水平。以发射测绘卫星组网为核心，开发倾斜摄影测量、机载雷达激光等新型传感器，加快构建“空天地海”一体化地理信息数据获取装备设施，大幅提升在全球范围的地理信息获取能力。二是进一步提升地理信息的处理、分析和服务能力，加快基础设施的更新换代，开展多源遥感数据的高性能计算和自动化处理研究，加强云计算、大数据、虚拟现实等新技术的应用研究，构建云计算模式下的数据处理、管理和服务平台，提升基础地理信息数据泛在获取、智能处理、真实表达和知识服务水平。三是加大测绘地理信息关键技术的攻关力度，主要体现在遥感综合监测技术、内外业一体化调查技术、多源数据融合与处理技术、遥感信息提取与解译技术、地理要素变化检测技术、地理统计与分析技术等方面。同时，测绘地理信息科技创新应向综合化、通用化、社会化和协同化方向发展。

2) 体制创新方面，要进一步深化体制改革，创新管理方式，完善促进测绘地理信息创新发展的机制和制度。体制创新主要体现在5个方面：第一，坚持“市场导向，人才为先”的原则，创新基础测绘管理模式，加强市场监管，发挥市场的决定性作用，全面实现产业化，同时注重培养、用好、吸引各类人才；第二，完善科技创新激励机制，建立创新基金，给予科研人员更多的利益回报和精神鼓励；第三，成立创新测绘工作小组，在技术研发、产品生产、市场服务等环节形成自主创新链，切实发挥科研对创新驱动的引领和支撑作用；第四，加大对知识产权的保护力度，鼓励职务创新和非职务创新；第五，完善科研成果评价体系，强化对科研成果的考核，对基础和前沿技术研究实行同行评价，评价重点从研究数量向研究质量、原创价值、实际贡献和成果转化方向转移。

3) 服务创新方面，要坚持服务大局、服务社会、服务民生的宗旨，不断增强服务意识，加强制度建设创新服务方式。服务创新主要体现在3个方面：一是充分发挥市场在公共服务中的作用，突破测绘成果社会化应用难题，更好地满足经济社会发展需要；二是进一步丰富测绘地理信息产品，不断创新公共服务内容和模式，通过市场手段满足政府、行业和社会对测绘地理信息的个性化需求；三是充分利用测绘地理信息体系重构契机，建设测绘地理信息大数据，不断拓展地理信息的应用服务新领域，提升公共服务的智能化水平，实现从单纯的数据提供者向信息服务、知识服务转变，努力实现测绘地理信息行业从信息化测绘到智能测绘的升级目标。

五、结束语

“测绘4.0”以智能测绘为核心目标，全面实现测绘手段和成果应用的进一步转型升级，是智能测绘、泛在测绘与知识服务为一体的新一代测绘体系。“互联网+测绘”是“测绘4.0”时代的标杆，我们应充分利用测绘地理信息行业体系重构契机，不断拓展地理信息应用服务新领域，实现从单纯的数据提供者向信息服务、知识服务转变。

[1] 宁津生，陈俊勇，李德仁，等.测绘学概论[M].武汉：武汉大学出版社,2004：3-4.

[2] 肖建华，罗名海，王厚之.城市测绘的发展历程[M].北京：测绘出版社,2009：3-4.

[3] 刘经南.泛在测绘与泛在定位的概念与发展[J].导航天地，2011(4)：28-30.

[4] 朱庆.三维GIS及其在智慧城市中的应用[J].地球信息科学，2014(3)：151-157.

[5] 库热西·买合苏提.测绘地理信息转型升级研究报告[M].北京：社会科学文献出版社,2014：201-217.

[6] 吴朝晖，际华均，杨建华.空间大数据信息基础设施[M].杭州：浙江大学出版社,2013.

[7] 李霞，樊治平，冯博.知识服务的概念、特征与模式[J].情报科学，2007(10):1584-1587.

“Geomatics 4.0”： Surveying, Mapping and Geoinfomation in the Internet Era

XIAO Jianhua，PENG Qingshan，LI Haiting

肖建华，彭清山，李海亭.“测绘4.0”：互联网时代下的测绘地理信息[J].测绘通报，2015(7)：1-4.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0198

2015-01-27