大数据时代地理信息获取与服务方式的嬗变

2015-03-17吴芬芳,熊卿

测绘工程 2015年10期

大数据时代地理信息获取与服务方式的嬗变

吴芬芳1,熊卿2

(1.武汉大学学报信息科学版编辑部，湖北武汉430072； 2.武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)

摘要：地理信息是国家基础信息资源，其获取方式与服务方式与相关学科技术的发展水平相适应。研究地理信息获取和服务方式的发展变化过程和互联网大数据时代地理信息获取和服务的新方式，为地理信息发展和服务提供有益的参考。大数据时代，用户使用地理信息的行为会成为地理信息服务依赖的重要数据，可以从中分析获取大至人类群体活动规律、小至用户行为习惯偏好等信息。此外，在这个阶段，大众不仅是地理信息服务的使用者，同时也是地理信息的采集者、提供者。

关键词：大数据；地理信息获取；地理信息服务；志愿者地理信息

中图分类号：P208

收稿日期：2014-12-20

作者简介：吴芬芳(1979-)，女，编辑，硕士.

A survey of geographic information acquisition and service methods

WU Fen-fang1,XIONG Qing2

(1.Editorial Board of Geomatics and Information Science，Wuhan University，Wuhan 430072, China; 2.Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064, China)

Abstract：Geographic information is the basic national information resource, and the acquisition and service methods are related to the development level of science and technology. In this paper, it presents the development process of geographic information acquisition and service methods as well as the new methods for geographic information acquisition and service in the age of big data. In the age of big data, user’s behavior of using geographic information becomes more important to geographic information service, and useful information can be extracted from user’s behavior. In addition, at this stage, the public is not only the users of geographic information service, but also the geographic information provider.

Key words：big data; geographic information acquisition; geographic information service; volunteer geographic information

近年来，地理信息产业迅速兴起并保持高速增长，在我国经济社会发展中的作用日益显现。地理信息产业是以现代测绘和地理信息系统、遥感、卫星导航定位等技术为基础，以地理信息开发利用为核心，从事地理信息获取、处理、应用的高技术服务业[1]。地理信息产业的发展，经历了从经典地理学、地图学→地理信息系统→地理信息科学，由科学理论→技术→产业化的过程。笔者在地理信息领域学习、从事论文编辑工作近二十年，亲历了地理信息系统从地理学、地图学中发展而来，又由技术发展成科学，直至形成蓬勃产业的过程。

地理信息获取、处理和应用是地理信息领域研究的三大主题，也是地理信息产业持续发展的基础。现今已是互联网大数据时代，移动终端在人们生活中占据着重要的地位。在这样的时代，地理信息获取的方式更加多样化，获取的地理信息数据规模更加巨大，大众将获得更加灵活、丰富的地理信息服务。本文主要研究地理信息获取方式和地理信息服务方式的发展变化过程，探讨大数据时代地理信息获取和服务的新方式。

1大数据时代对信息获取的要求

现今已进入移动互联网普及的大数据时代，移动互联网及其提供的各种应用和服务深入普通大众的生活，影响和改变着人们的生活方式。人们利用移动终端，规划行车路线、旅行行程，查找医院、美食等各种生活信息，查看别人对各种服务的评价或分享自己的经验。这些应用和服务需要大数据的支撑，同时也从人们使用各种服务的过程中产生了海量数据。

深入普通大众日常生活的各种互联网应用对信息获取提出了新要求：①实时性。区别于传统的地图服务，诸如路线导航、打车服务之类的应用服务对信息获取的实时性要求很高，要求获得实时信息提供给大众;②全方位性。各种移动互联网应用服务深入大众日常生活的方方面面，需要获取各方面的数据作为支撑来提供服务;③交互性。传统方式是由专业人员获取信息，提供给普通大众，而现今大众亦成为信息的提供者，信息获取的方式具有交互性。

地理信息是服务人们日常生活的基础信息资源，互联网大数据时代对地理信息的获取和服务方式提出新的要求。在技术发展和新需求的推动下，地理信息获取和服务方式也有了发展和变革。

2地理信息获取方式的嬗变

地理信息的获取方式，与科学技术发展的水平相适应，经历以下几个发展阶段：

1)实地测绘。在以纸质地图作为主要地理信息载体的时代，获取地理信息的主要手段是实地测绘。测量人员利用水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪等测量仪器进行实地测量，获取原始的描述地表形态的地理信息，处理后制成地图以供应用。这种方式获取的地理信息客观、真实、详细，但需要耗费大量的人力及物质资源，耗时长，且受制于恶劣气候和地形条件，天气恶劣的时候不能作业，地形条件恶劣的地区甚至难以作业，造成数据缺失。

2)摄影测量与遥感技术。摄影测量与遥感技术是利用非接触成像和其他传感器来获取地理信息。这种方式技术性强，受天气条件的限制较小，以非接触的方式获取数据，可以在人力难以到达的地区作业。早年，摄影测量的应用主要是根据航空图片绘制地图，地理信息系统出现后，摄影测量和遥感成为首要的地理信息来源。近年来，航天技术、通信技术和信息技术飞速发展,遥感技术也随之发展，传感器搭载平台从航天、近空间、航空到地面固定和地面移动，传感器电磁波谱从紫外线、可见光、红外线、微波、合成孔径雷达、激光雷达到太赫兹，获取的目标影像比例尺从宏观到微观,其空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率逐步提高,形成天地一体化摄影测量与遥感的数据获取方法。

目前，我国获取地理信息数据的主要技术手段是利用航空摄影测量获得的像片进行制图。随着卫星遥感空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率的不断提高，高分辨率卫星图像将成为主要的地理信息数据获取和更新手段。为解决好基础地理信息主要数据源的问题，我国正在抓紧研究建设地理信息数据获取系统，包括对地观测系统(航空、航天遥感系统)、野外数据采集系统和人文经济要素信息搜集系统。

文献[1]指出，要“发展测绘应用卫星、高中空航摄飞机、低空无人机、地面遥感等遥感系统，加快建设航空航天对地观测数据获取设施，形成光学、雷达、激光等遥感数据获取体系，显著提高遥感数据获取水平”。目前，我国已经拥有气象、资源、海洋等系列的卫星系统，并正在实施测绘、减灾等应用卫星计划，稳定的卫星遥感平台初步形成。顾名思义，无人机遥感是指在无人驾驶的飞机上搭载传感器来获取地理信息的方式，其具有既能克服有人航空遥感受制于长航时、大机动、恶劣气象条件、危险环境等的影响，又能弥补卫星因天气和时间无法获取感兴趣区遥感信息的空缺，提供多角度、高分辨率影像，还能避免地面遥感工作范围小、视野窄、工作量大等因素，正逐步成为卫星遥感、有人机遥感和地面遥感的有效补充手段[2]。车载移动测量系统是以车辆为平台，搭载激光扫描仪、CCD相机、GPS与IMU等传感器的地理信息集成采集系统。目前，我国已实现成熟的商用车载移动测量系统。

3)全球导航卫星系统。其利用定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航，为用户提供定位、导航数据，目前已投入使用的有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、中国的北斗卫星导航系统，欧盟的Galileo系统尚在建设中。GPS是最早，也是目前应用最广泛的全球定位系统，全天候向全球各地提供三维位置、三维速度等信息。欧盟的Galileo尚未提供服务，我国的北斗卫星定位系统已在军用及民用领域开展应用。

4)移动互联网深入大众的日常生活，给地理信息的获取方式提供了新的途径。此前，地理信息由专业人员采集并处理，而移动互联网的广泛应用使得普通民众正在成为地理信息采集提供者。例如，已在欧洲得到应用的开放街道地图。另外，大众使用地理信息的行为会成为地理信息服务依赖的重要数据。例如移动搜索，位置是一种输入，搜索引擎会参考当前位置、周边信息，以及位移记录、在不同位置的搜索行为等历史数据，给出更合适的答案。还可以从用户使用地理信息的行为中分析获取大至人类群体活动规律、小至用户行为习惯偏好等信息。这就是互联网大数据时代地理信息获取的新方式。

3地理信息服务方式的嬗变

地理信息的服务方式也经历了从单一到多样化、从单向到交互、从无差别到个性化定制的发展变化过程。

1)纸质地图。文献[3]认为，地理信息科学本质上是技术推动下地理学思想演变的结果，是新的技术平台、观察视点和认知模式下地理学的新范式，是信息时代地理学。纸质地图是经典地理学主要的地理信息载体，所以，可以认为纸质地图是最早的地理信息服务形式。“一图胜千言”，各种类型的地图在不同领域中发挥着重要作用。其中，由测绘工作者实地测量的数据处理制成的地形图是各种专题地图的基础底图，各种专题地图可分类为自然地理图、社会经济地图、交通地图、教学图、军用地图、航样图等，人们生活中常见的交通旅游图就属于专题地图中的一种。在计算机、互联网技术兴起以前，纸质地图是主要的传统的地理信息服务方式。

2)数字地图与网络地图。20世纪60年代，计算机技术的突破性进展促进了地理信息系统的产生，地理信息系统是在计算机软硬件支持下，以获取、存储、编辑、检索、制图、分析和显示整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。自此，数字地图、网络地图逐步发展。20世纪90年代，美国一家研究中心开发出了世界上第一个WebGIS的原型系统，是最早的网络地图服务雏形。WebGIS服务除了提供常规的、纸质地图也能提供的地图查询服务外，还能提供各种空间分析服务。PC互联网时代，网络地图服务是主要的地理信息服务方式。

3)导航与位置服务。导航与位置服务是指在导航定位技术、移动通信技术、数字地图技术的支持下，建立人、事、物、地在统一时空基准下的位置与时间标签及其关联，为政府、企业、行业及公众用户提供随时获知所关注目标的位置及位置关联信息的服务[4]。移动互联网时代，地理信息技术进入社会化、产业化阶段，地图服务从专业领域走向大众服务，地理信息服务深入普通大众的日常生活，广泛应用于旅游出行、医疗、商业选址等方面。车载导航服务、手机导航服务可以提供地点查找、路线导航、周边生活信息查询等服务，与其他专业领域相结合，还可提供打车服务、公交到站信息服务。文献[1]指出，要“发展地理信息与导航定位融合服务，结合北斗卫星导航产业的发展，提升导航电子地图、互联网地图等基于位置的服务能力”。

4地理信息获取与服务的融合

互联网大数据时代，大众不仅是地理信息服务的使用者，同时也是地理信息的采集者、提供者。一方面，大众可以使用地图、导航、生活信息查询等与生活息息相关的地理信息服务方式。另一方面，大众也可以提供以下几种地理信息数据：①基于移动互联网，大众直接采集并提供地理信息数据，如志愿者地理信息;②用户使用地理信息的行为成为地理信息的来源，可以从中分析获取大至人类群体活动规律、小至用户行为习惯偏好等信息。

志愿者地理信息(volunteered geographic information,VGI)是地理信息获取的新方式，是由大众采集并向大众提供的地理信息数据，与传统地理信息采集和更新方式相比，来自非专业大众的众源空间数据具有数据量大、现势性好、信息丰富、成本低等特点和优势，成为近年来国际地理信息科学领域的研究热点[5-10]。VGI的成功范例例如开放街道地图(OpenStreetMap, OSM) ， OSM是一个网上地图协作计划，其目标是创造一个内容自由且能让所有人编辑的世界地图。OSM可以看做是地图领域的维基百科，每个人都可以对它进行编辑，每个人都可以是数据提供者。VGI和OSM是计算机技术、互联网技术、移动终端技术、导航定位技术等共同发展、相互融合的结果，使得地理信息服务从单向的专业人员向用户提供应用服务，向双向的交互模式转变。

5计算机科学发展对地理信息科学发展的促进

纵观地理信息产业的发展过程，可以看出，地理信息科学的发展与计算机科学和信息科学的发展息息相关，计算机和信息科学研究的重大进展，必将带来地理信息科学领域的突破和进步。实际上，研究者们认为，地理信息科学是地理科学和信息科学及其他相关科学的融合，是信息科学与技术在地理学的引入和地理学的信息觉醒[3，11]。计算机技术的发展促进了地理信息系统的出现，互联网的兴起促进了地理信息技术的产业化和社会化(见表1)。大数据时代的到来，也将为地理信息科学的发展提供更好的技术平台。其中显而易见的是，地理信息获取的方式更加多样化，获取的地理信息数据规模更加巨大，大众将获得更加灵活、丰富的地理信息服务。

地理信息作为基础性信息资源的一个重要组成部分，其获取方式与服务方式的发展变化与信息技术的发展变革相关，不同时期，在信息技术发展的不同阶段，相应地，对应着不同的地理信息获取和服务方式。20世纪上半页及以前，纸质地图是主要的地理信息服务方式，获取地理信息的手段主要是实地测绘和早期的摄影测量与遥感技术。随着计算机技术和信息技术的发展，计算机和互联网深入人们的日常生活，网络地图服务和导航与位置服务成为主要的地理信息服务方式，高分辨率卫星图像成为地理信息数据获取和更新的主要方式。移动互联网时代，各种技术手段的应用使得获取的地理信息数据多源、海量、异构，从海量的复杂数据中获取知识正是大数据时代的特点。这个阶段，大众既是地理信息服务的使用者，也是地理信息的采集者、提供者。可以从大众使用地理信息的行为中分析获取大至人类群体活动规律、小至用户行为习惯偏好等信息，大众还可以通过志愿者的信息、众源开放街道地图等方式为其他地理信息服务使用者提供地理信息。这个发展过程中，当然也有一些亟需解决的技术问题，如众源地理信息数据的可靠性问题、信息冗余问题等。

6结束语

互联网大数据时代，地理信息产业蓬勃发展，对地理信息的获取提出了更高需求，同时给大众提供了更加丰富、个性化的地理信息服务方式。本文回顾了地理信息获取和服务方式的发展变化过程，介绍了互联网大数据时代地理信息获取和服务的新方式，指出了计算机科学发展对地理信息科学发展的重要促进作用。计算机技术的发展促进了地理信息系统的出现，互联网的兴起促进了地理信息技术的产业化。移动互联网普及的大数据时代，地理信息服务深入普通大众日常生活，大众在使用丰富多样而个性化的地理信息服务的同时，也是地理信息的采集者、提供者，地理信息的获取和服务在此融合。

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