1、1/31/2023ICT大潮中的智慧空间计算系统大潮中的智慧空间计算系统地理信息系统教育部重点实验室1/31/2023概要概要ICT技术及计算隐喻泛在地图新媒体地图智慧空间计算1/31/20233ICT技术及计算隐喻引言计算系统的隐喻演变1/31/20231.引言引言 ICT的兴起:信息技术与通信技术相融合成的一个新的概念和技术领域 移动和云相关硬件、软件及大数据的发展 ICT领域智慧空间计算（智慧地球、智慧城市等）的提出 与地图学、GIS的关系（互联网、新媒体、智慧计算）1/31/20232.计算系统的隐喻演变计算系统的隐喻演变计算隐喻的演变：分布式、移动化普适计算&泛在计算分布式计算：计算
2、资源的共享，向计算中心的数据流移动计算：终端成为传感器1/31/20232.计算系统的隐喻演变计算系统的隐喻演变 从办公室到移动隐喻 WIMP（窗口、图标、菜单、箭头）位置成为要件 LBS与环境敏感服务 穿戴式计算 人的认知主体 从虚拟表达到真实嵌入隐喻 虚拟现实 嵌入与静默技术 从认知信息模型到认知计算模式 计算机信息模型作为的人的认知模型 感知计算和认知计算1/31/2023泛在地图泛在技术背景泛在地图系统设计1/31/20231 1 泛在技术背景泛在技术背景l泛在计算l普适计算l增强现实1/31/20239泛在计算 泛在计算(Weiser)非可见计算机(Norman)取代“办公室隐喻”的
3、下一代计算模式 Implosion:计算机越来越小 Explosion:交互空间,增强现实 静默技术，技术隐藏在背后 与虚拟现实反向发展1/31/202310普适计算 利用通信或网络技术获取信息 移动计算、嵌入式计算、分布式计算、云计算 感知计算/传感器网络/环境感知 隐式HCI/人工智能/智能体技术/静默技术1/31/202311增强现实 对真实世界进行增强 透明显示器加图形叠加层 将数字影像投射到平面上 三维模型或实况影像与自然物理世界混合显示 媒介包括移动电话、计算机摄像头、头盔、游戏终端、电视、眼镜等1/31/202312从真实到虚拟混合真实(MR)真实环境 虚拟环境增强现实(AR)增
4、强虚拟(AV)1/31/202313增强实现的原理 将图形、声音和其他感知增强实时叠加到真实世界环境上 图形会随着用户的眼睛或头部运动而改变1/31/202314所需装备头盔或CCD显示器跟踪系统移动计算能力1/31/2023152 2 泛在地图泛在地图l三元空间(物理,认知和数字)l回到真实l新型的GIS与地图:向感觉和知觉系统迁移l移动地图l地图的使用：HCIl地图新内容l地图新型叠置：虚拟与真实的匹配1/31/202316三元空间 三个空间:物理、认知、数字 物理空间就是周围所有的一切 认知空间是用户的交互 数字空间就是叠加到物理空间上的信息 地理增强现实（Geo-AR）就是三者在移动和
5、环境敏感条件下的结合1/31/202317回到真实 传统就GIS基本是面向虚拟的，最求真实世界状态和过程在计算机中的完美表达 Geo-AR重新关注真实世界，一切都是叠加在真实世界上的1/31/202318新型的GIS与地图 不同的GIS范式辅助人的认知的全过程 Geo-AR主要辅助认知的前两个过程：感觉和知觉 真实影像与视频为基础 三维信息、动态信息 室内空间或可观察空间 移动及免打扰环境 实时自然交互、处理与渲染1/31/202319移动地图 新型地图一切都叠加在视觉影像上而非纸面上 视觉叠加与信息集成 三维、动态、泛在、认知与生物物理 物理空间数据的实时采集与渲染 通过无线网络远程调取数据
6、 基于传感器和用户的多模式交互能力 传感器代表理性和科学的输入 用户代表认知、生物物理甚至是感性的输入1/31/202320地图的使用:HCI Geo-AR提供的空前交互方式 移动终端就是传感器：位置、姿态、视觉、听觉、动觉、重力感应、光感应等 越来愈多的穿戴式移动设备可以感知人体：眼镜、眼动追踪、虹膜技术、手表、电子腕带等 移动设备可以产生理性、科学或感性、情感相关的大数据 自然交互：以人和自然为中心、非可见的、静默的计算1/31/202321地图新内容 地图的几何与日常空间紧密相关 影像和视频成为基础图和空间参考系统 传统三维模型及相关数据库数据 实时实地获取的数据 群集智能，经网络共享的
7、数据与知识 历史与预测数据 多媒体和新媒体数据1/31/202322地图新型叠置 GIS 的发展来源于地图叠置 Geo-AR是一种新的叠置：一切需要的都可以叠加在真实世界影像上 不同的几何、投影、符号、渲染和分析潜力 不仅视觉能叠加，任何可以可视化的信息均能叠加显示 使不可见变得可见 是不可感知的变得可见1/31/2023233 3 系统设计系统设计l 硬件环境l 架构设计l 关键技术l 原型系统 1/31/202324硬件环境 不同平台的手机和平板（安卓、苹果和微软）嵌入式传感器 Location sensor:precise location coordinates from GPS Us
8、er orientation sensor:directional heading from a digital compass Touch sensors:Multi-touch input from one or more simultaneous gestures Light/dark sensor:Ambient light detection Device orientation&motion sensor:from built-in accelerometer,gyroscope Proximity sensor:device closeness to other objects
9、or people Audio sensor:input from a microphone Image&video sensors:capture/input from a camera(all kinds of signals can be found in real-time visual information)Device sensor:through Bluetooth 无线网络（3G、4G）1/31/202325架构设计 位置与定向 视频处理 三维模型处理 虚实融合显示 数据管理 网络数据传输 场景控制26关键技术 相机校准与传感器融合 数据流管理与实时分发 室内与室外影像注册
10、虚实融合与可视化策略 组合渲染 交互机制原型系统1/31/2023新媒体地图新媒体及其特点新媒体与地图学1/31/20231.新媒体及其特点新媒体及其特点 新媒体的定义 暗含某些未成型、未知和未确认的媒体 外观形式和技术实验的转换集 新技术与已建立媒体之间的复杂互动集 新媒体通常指基于信息技术发展起来的一组相对新兴的大众媒体1/31/20231.新媒体及其特点新媒体及其特点 新媒体举例 网络订阅源 博客 网络语音 播客 手机 网络摄像头 数字录像机 社交网络（脸书、人人网等）1/31/20231.新媒体及其特点新媒体及其特点新媒体带来的改变从现代到后现代，加速全球化进程，后工业信息化取代工业化
11、，改变现有地理政治格局，社会-技术-文化综合改变，社会与移动技术的改变1/31/2023新媒体 vs 老媒体1/31/20231.新媒体及其特点新媒体及其特点“新”的含义代表刚出现不久、前沿、技术驱动社会、文化革新等内涵，主要种类：新文字的体验世界表达方式的革新主体和媒体技术的新关系化身、身份及群体关系的新体验生物身体和技术媒体的关系新概念组织和产品的新模式1/31/2023参与可用性汇聚设计可重混性标准化数据驱动大众分类法维基百科博客 体验感 推送 音频与视频 移动性 开放应用程序接口 经济 社交软件 简单化1/31/20231.新媒体及其特点新媒体及其特点 新媒体的特点 数字化 交互性 超
12、文本特征 分散特征 虚拟性1/31/20232.新媒体与地图新媒体与地图 作为媒体的地图 地图的数字化 地图的网络化 地图的移动化 地图的泛在化 数字空间、智慧空间、赛博空间、虚拟地理环境1/31/20232.新媒体与地图新媒体与地图 作为媒体的地图 印刷版地图与出版业 电子地图与CD-ROM 网络地图与互联网 移动地图与移动终端 地图与多媒体 地图的传播与探索功能 地图的大众与个人功能1/31/20232.新媒体与地图新媒体与地图 地图的数字化 DRG DEM DLG 兴趣点数据 专业数据 社会经济统计数据 地图数据存储和处理的自动化和智能化 地图制作的全数字化 大型地图数据库、知识库和产品
13、库1/31/20232.新媒体与地图新媒体与地图 地图的网络化 网络DRG 网络DEM 网络DLG 网络地图服务（google map，openstreet等）网络地图数据挖掘 在线浏览与自主制图 公众参与的地图活动 基于网格及云计算的地图1/31/20232.新媒体与地图新媒体与地图 地图的移动化 移动终端所引发的国际一线IT公司地图大战 地图入口之争（线上/线下 O2O）iOS Android WP8移动制图 基于位置的服务 移动增强现实 感知世界的“眼睛”，最普及的物联网传感终端 可穿戴式计算机和智能眼镜等 多点触控、基于姿势的交互、语音等新兴人机交互界面及模式1/31/20232.新媒
14、体与地图新媒体与地图 地图的泛在化 无处不在的地图服务 室内外一体的导航服务 增强现实服务 物联网+地图服务 上下文敏感的地图信息服务 网络+位置+群组应用 社交网络中的地图及位置服务 赛博空间制图1/31/2023智慧空间计算认知论范式下的计算系统智慧空间计算的认知过程隐喻1/31/20231.认识论范式下的计算系统认识论范式下的计算系统认知与计算认知 vs 计算-人 vs 计算机人机互动是信息时代人和计算机协同工作的模式计算机提供信息服务人通过程序与数据提供计算机新功能目前仅局限在信息存贮与处理上1/31/20231.认识论范式下的计算系统认识论范式下的计算系统面向认知全过程的计算系统认知
15、全过程：感觉、知觉、记忆、思维和注意学习、语言、推理、联想、概念、模式识别、问题求解等计算系统须面向认知全过程特别是感知和思维智慧计算系统的新起点1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻 从智慧地球到智慧城市 具备人的认知能力的地球或城市 数据基础数字地球或数字城市 数据收集和传输的新选项物联网与大数据 更高速的计算能力云计算1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻 ICT发展导致计算系统开始与认知空间发生联系 自动数据搜集：视觉、听觉、触觉、动觉、平衡觉等 移动或穿戴设备与人的身体的结合 分布式传感器对人的感知系统的延伸 数据处理能力的强大
16、：图形-图像、大尺度-小尺度、静态-动态、2D-3D、户外-室内、时空采样-数据流 技术使得从抽象思维辅助到感知系统辅助成为可能1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻 感知与数据搜集网络化的传感网自动收集时空大数据并分享时空大数据包括人可以认知的多媒体数据，也包括物理化学仪器感知的数据，如大气、无线电等计算机具备感知能力意味着自我学习能力的形成为更高级的概念形成和思维加工提供原始素材1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻记忆与多重存贮计算机存贮类比于人的记忆系统短期记忆和长期记忆大数据的存贮和处理是挑战，因为它通常是异质异构的非结构化数据
17、，价值不一需要数据清洗、聚合与抽象化需要按时序、地点、主体和价值判断进行多重存贮1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻 思维与挖掘思维是最重要的认知过程，传统的数据处理类似于思维过程数据挖掘、深度学习和认知计算可以通过挖掘和深度学习发现模式、聚集、关联、分类及回归等与学习、语言、概念、联想、识别、问题求解等密切相关最终形成本体库、规则等知识表达1/31/20232.智慧空间计算的认知隐喻智慧空间计算的认知隐喻 注意与计算策略 摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍 以后“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管
18、电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头 量子计算机 计算机在相当长的时间内还是从属于人 注意机制为有限的计算能力下计算资源的合理调配提供支持 大数据的主动与被动搜集机制1/31/2023历史数据历史数据感知感知/计计量和数量和数据聚合据聚合实时的实时的数据处数据处理理数据采集与分发数据采集与分发预测模型预测模型业务洞察力业务洞察力 (in this context,(in this context,resource resource efficiency,efficiency,environmental environmental awareness)awareness)LOBLOBPro
19、cessesProcessesBusinessBusinessProcessesProcessesBusiness Business ProcessesProcesses业务、政务流程业务、政务流程的自动化的自动化(执行层面执行层面)“实时的、在线的、可操作的实时的、在线的、可操作的”-“-“不再是离线的、建议的不再是离线的、建议的”高粒度的数据高粒度的数据 (多种空间与时间多种空间与时间模式模式)Adaptation,Adaptation,optimization,optimization,automationautomation“Information Utility”businesses
20、“Information Utility”businesses(大量的信息资源整合的机会）大量的信息资源整合的机会）外部外部事件事件流程绩效（结果）流程绩效（结果）*Also Also assimilates assimilates impact of impact of external external business business imperativesimperatives空间与时间模式空间与时间模式（突发事件）（突发事件）业务、政务业务、政务流程的优化流程的优化 宏观控制系宏观控制系统与法规政策统与法规政策 外部外部物件物件智慧城市的内在机理智慧城市的内在机理1/31/2023 谢谢大家谢谢大家！
