1、“互联网+”时代的 地理时空大数据与地理信息科学01020304引言地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理信息科学：由来与内涵CONTENT“互联网+”的本质及其深远意义0506核心理论与关键技术总结01引论PART ONE1.引论 我们应该怎样认识大数据、地理时空大数据、“互联网+”与地理信息科学及其之间的关系呢？这是一个值得探讨的问题。 大数据、地理时空大数据、“互联网+”，是最近人们议论最多的问题；地理信息科学是地理学、测绘科学与技术都关注的问题，而且已经是一个学科专业。02“互联网+”的本质及其现实与深远意义PART TWO2.“互联网+”的本质及其现实与深远意义由李克强总理在
2、2015年的政府工作报告中提出，随后在今年的7月1日国务院发布“互联网+”行动指导意见，明确提出11项重点行动和7个方面的保障措施，紧接着深圳市等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的深度融合集成应用。本质“互联网+”是产业互联网化的着力点，将引起一场科技革命和产业变革。中国已经开启了“互联网+”时代的大门。 意义03地理时空大数据大数据与地理时空数据的融合PART THREE3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合这里，关键是“大”和“数据”。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
3、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不在于“大”，也不在于“数据”，而在于驾驭大数据，即应用大数据（见美Bill Franks驾驭大数据、美Anand Rajaiamen，Jffrey David Ullman互联网大规模数据挖掘与分布式处理、英维克托.迈尔-舍恩伯格大数据取舍之道、中谭磊大数据挖掘）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，大数据产业随之兴起，将颠覆千百年来人类的思维惯例，对人
4、类的认知与世界交流方式提出了新的挑战。（见英维克托.迈尔-舍恩伯格等大数据时代）3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空数据：什么是地理时空数据 指以地球为对象，基于统一时空基准，与位置相关联的地理要素（或现象）信息的数据。具有时间维（T）、空间维（S）和属性维（D）等特征。3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空数据：地理时空数据的本质反映地理世界（时空）的空间结构和空间关系及其随时间的变化，是人类认识地理世界的基础。地理时空数据的意义是共享、交换和聚合大数据的时空框架，是各部门、各行业信息共享、交换的平台，是一切大数据聚合的平台。3.地理时空大数据：大数据与地理
5、时空数据的融合地理时空大数据：什么是地理时空大数据 指大数据与地理时空数据的融合，即以地球为对象、基于统一时空基准，活动于时空中与位置直接或间接相关联的大数据。这样界定地理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.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空大数据：地理时空大数据的本质 揭示了几乎所有大数据都需要而且可以与地理时空数据融合的这样一个规律。如计划生育大数据与地理
6、时空数据融合，可以揭示执行计划生育政策以来国家人口增长和负增长时间序列趋势及其地区差异。3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空大数据：地理时空大数据的价值和意义 集大数据的价值意义与地理时空数据的价值意义于一体，任何规律的得出，任何决策的做出，都必须依据一定时间、确定地点（地区）的大数据，即地理时空大数据。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。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。产
7、生动因3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空大数据：地理时空大数据的来源政府的地理时空大数据互联网地理时空大数据企业的地理时空大数据个人的地理时空大数据3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合地理时空大数据：地理时空大数据的特征除一般大数据的“5V”或“4V”特征外，还具有位置位置点、线、点、线、面、体面、体的三维的三维位置位置（X,Y,ZX,Y,Z）拓扑、拓扑、方向、方向、度量很度量很复杂复杂时间时间位置、位置、属性等属性等随时间随时间变化而变化而变化变化尺度尺度空间尺空间尺度变化，度变化，即比例即比例尺变化尺变化多源多源异构异构空间基空间基准、时准、时间、尺间、尺度、
8、语度、语义等不义等不一致一致属性属性每个位每个位置点、置点、线、面、线、面、体上都体上都有自己有自己的数量、的数量、质量特质量特征和说征和说明性信明性信息息多维多维所有大所有大数据与数据与空间数空间数据集成据集成构成空构成空间数据间数据立方体，立方体，即即“全全息息”可可视化视化04地理信息科学由来与内涵PART FOUR4.地理信息科学：由来与内涵地理信息科学的形成来自两个方面：一是，科学融合与综合思潮的逻辑扩充，这是一条理论、演绎的思想路线；二是，技术与应用的推动，这是一条从实践到认识，从感性到理性的思想路线。两者相互交织，互相促动，共同推进地理信息科学的产生。 由来：信息时代地理学与测绘
9、学深化交叉发展的产物地理学古代地理学（19世纪中期前）近代地理学（传统地理学）现代地理学（信息化地理学）测绘学古代测绘学近代测绘学（传统测绘学）现代测绘学（信息化测绘学）GNSS、RS、GIS地理信息科学数字化测绘学计量地理学20世纪80年代数字革命信息革命20世纪末21世纪初4.地理信息科学：由来与内涵从GIS中之“S”看地理信息科学由来： 综合起来，兼顾了科学、技术、工程和产业，构成了完整的“科学-技术-工程-产业”的知识链。地理信息科学、技术是支撑；地理信息工程是关键，是科学技术转化为生产力的关键；发展地理信息产业是目的。 GIS发展至今，作为学术名称有三种称谓：GIServiceGIS
10、cienceGISystem强调GIS的工程技术的一面，很长时间内都被称之为“地理信息工程”强调GIS的科 学 的 一 面 ，1 9 9 2 年 由Goodchild提出，定义为“信息科学有关地理信息的一个分支学科”强调GIS的应用即地理信息产业的一面，是G I S y s t e m 、GISicence的根本目的4.地理信息科学：由来与内涵从科学范式变化的视角看地理信息科学由来： 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
11、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.地理信息科学：由来与内涵计算机图灵奖得主Jim Grey的四个科学范式理论4.地理信息科学：由来与内涵计算机图灵奖得主Jim Grey的四个科学范式理论第一范式第一范式产生于几千年前。是描述自然现象的，以观察和实产生于几千年前。是描述自然现象的，以观察和实 验为依据的研究，可称为经验范式。验为依据的研究，可称为经验范式。第二范式第二范式产生于几百年前。是以建模和归纳为基础的理论学科和分产生于几百年前。是以建模和归纳为基础的理论学科和分析范式，可称为理论范式。析范式，可
12、称为理论范式。第三范式第三范式产生于几十年前。是以模拟复杂现象为基础的计算科学范产生于几十年前。是以模拟复杂现象为基础的计算科学范式，可称为模拟或计算范式。式，可称为模拟或计算范式。第四范式第四范式今天正在出现，是以数据考察为基础，联合理论、实验和今天正在出现，是以数据考察为基础，联合理论、实验和模拟一体的数据密集计算的范式，可称为数据密集型范式。模拟一体的数据密集计算的范式，可称为数据密集型范式。4.地理信息科学：由来与内涵能不能利用Jim Grey四个科学范式理论来看地理信息科学呢1234第一范式：经验范式1、直观逻辑思维2、以观察者实验为依据产生于几千年前第二范式：理论范式1、科学假设、
13、理论分析2、以理论思维和数据方法为依据产生于几百年前第三范式：计算范式1、模拟计算、系统综合方法2、以计算机的应用为标志产生于20世纪初第四范式：数据密集型范式1、以地理时空大数据为基础2、以互联网、物联网、云计算为新的技术手段今天正在出现4.地理信息科学：由来与内涵 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
14、理信息科学发展的重要因素，同时数据密集型科学范式也成为地理信息科学的科学研究范式。4.地理信息科学：由来与内涵内涵：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（Goodchild，1992）。它的研
15、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，其内容包括三个层面：05核心理论与关键技术PART FIVE5.核心理论与关键技术（1）地理信息统一时空基准理论（空间、时间、物理基准）核心理论：全球大地坐标基准的归一化全球垂直基准的无缝化5.核心理论与关键技术核心理论：（2）地理信息的基本理论（3）地理信息同化理论（4）地理时空认知理论（5）地理信息传输理论（6）地理时空信息的解译与反演理论（7）地理时空信息的不确定性理论（8）地理时空信息（大数据）的可视化理论5.核心理论与关键技术（1）高精度GNSS的全球化和时间系统的精准化技术（2）地理
16、时空信息智能感知（时空大数据获取）技术（3）地理时空大数据分布式存储与管理技术（4）地理时空大数据并行处理技术（5）地理时空大数据挖掘与知识发现技术（6）地理时空大数据可视化技术关键技术：5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术5.核心理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于Web Service的地理信息共享与空间数据互操作技术WebWebServiceService目录服务目录服务 数据服务数据服务 操作服务操作服务 数据数据 Oracle
17、Oracle PostGISPostGIS SQL SQL ShapeShapeFileFileUDDIUDDI注册中心注册中心客户端客户端应用系统应用系统浏览器浏览器注册注册WSDLWSDL文档文档WSDLWSDL文档文档查找查找http:/www.uddi.orghttp:/www.uddi.org服务服务地址地址WSDLWSDL文档文档绑定绑定SOAPSOAP请求请求SOAPSOAP响应响应调用调用SOAPSOAP消息消息SOAPSOAP消息消息5.核心理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于Grid Service的信息资源共享与协同解决问题技术系统系统1 1系统系统2
18、2系统系统n n注册服务注册服务验证服务验证服务识别服务识别服务查询服务查询服务服务聚合服务聚合管理服务管理服务将系统功能将系统功能按照标准封按照标准封装为网络装为网络/ /网格服务网格服务构造地理信构造地理信息服务网格息服务网格与虚拟组织，与虚拟组织，建立服务管建立服务管理节点理节点用户按需组用户按需组合服务形成合服务形成面向应用的面向应用的服务能力服务能力应用n网格条件下网格条件下5.核心理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于云计算的地理时空信息服务技术5.核心理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于网格（Grid）集成与弹性云的“混合式”地理时空信息服务技术
19、5.核心理论与关键技术关键技术：（8）地理信息获取（传感器）、处理（生产）和应用（服务）“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地理信息科学总体框架现实的“地理世界”感知的“地理世界”重构的“
20、地理世界”认知的“地理世界”传感器网传感器网接近接近指导行动指导行动反馈反馈地理信息处理地理信息处理各类各类地理信息产品的派生地理信息产品的派生理解、分析与挖掘理解、分析与挖掘G I S现实世界的现实世界的第一次模型表达第一次模型表达现实世界的现实世界的第二次模型表达第二次模型表达用户对现实世界的用户对现实世界的认知模型（知识）认知模型（知识）06总结PART SIX6.总结地理信息科学是信息时代地理学与测绘学交叉融合和深化发展的新兴学科。“互联网+”的本质是互联网、物联网、云计算在各行各业深度融合集成应用，是地理信息科学发展的基石。地理时空大数据是大数据与地理时空数据的融合，反映地理世界（时空）的空间结构及随时间的变化，为地理信息科学的发展提供了取之不尽，用之不竭的数据支持。地理信息系统、地理信息科学、地理信息服务三者的侧重点不同，但兼顾了科学、技术、工程、产业的特征，构成了完整的“科学、技术、工程、产业”的知识链（或知识网络），这样就能揭示三者之间的关系。四个科学范式的理论也适用于测绘学与地理学科学范式的发展变化，*正在出现的数据密集型科学范式对于地理信息科学而言是思维方式的变革，也是科研方式的变革，即以计算为中心变为以数据为中心。核心理论与关键技术是支撑地理信息科学发展的必要条件，也是学科的研究内容。
