“經(jīng)過自我完善之后的增強(qiáng)型GIS，將會(huì)有更寬廣的應(yīng)用空間。”
他一開口說話，2016中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)大會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)馬上安靜了下來。
今年77歲、向來直言不諱、兩次獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)工程院首批院士劉先林，第一次全面、系統(tǒng)地向與會(huì)者展示了他關(guān)于GIS產(chǎn)業(yè)的最新思考。
盡管他的PPT幾乎沒有照片和視頻，只有直白的文字，但這依然不能掩蓋他的睿智。
以下文字記錄摘自劉先林院士于1 1月1日在長(zhǎng)沙大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的PPT和演講內(nèi)容(內(nèi)容未經(jīng)本人核實(shí))：
劉先林：大家好!
在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代以前，測(cè)繪地理信息行業(yè)可以說是利用各種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)的典范，受到過科技部長(zhǎng)甚至總理的表揚(yáng)。
但是，在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代到來之后，由于網(wǎng)商、電商、通訊運(yùn)行商、上市公司、O2O小企業(yè)……甚至像華為這樣的創(chuàng)新型典范企業(yè)，都介入了位置服務(wù)。
是的，地理信息行業(yè)既有挑戰(zhàn)又有危機(jī)，必須大力加強(qiáng)創(chuàng)新，提升自己，迎接挑戰(zhàn)。
一、要提升采集裝備。
首先，采集裝備應(yīng)該提升。這包括幾個(gè)方面：
- 移動(dòng)傳感：從單一傳感器到集成傳感器;
- 從移動(dòng)感知到固定感知(傳感網(wǎng));
- 從有限數(shù)據(jù)源(可見光)到多源(多光譜、激光、SAR……);
- 從幾何參數(shù)感知到物理參數(shù)感知(溫度、濕度、PM2.5……);
- 從二維被動(dòng)感知到三維主動(dòng)感知(三維激光、三維SAR);
- 從移動(dòng)感知到感知移動(dòng)(視頻、衛(wèi)星影像感知移動(dòng)物體)。
互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的數(shù)據(jù)采集應(yīng)該是多源的，而且具有“三高”的特性。多源，包括可見光、多光譜、激光、微波、無線電波(毫米波)等。“三高”指的是“高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高譜段分辨率”。同時(shí)，還需要盡快補(bǔ)充從互聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的技術(shù)，或者說在互聯(lián)網(wǎng)上用搜索方式采集數(shù)據(jù)。
在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，GIS采集裝備應(yīng)該是一機(jī)多用的。例如，衛(wèi)星應(yīng)該是一星多用，這樣可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)。集成化的移動(dòng)測(cè)量機(jī)頭，可以方便的放在多種載體上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(例如SSW系統(tǒng))。昂貴的航空照相機(jī)應(yīng)該既可以拍斜片，也可以拍下視片;既可以拍成大比例尺，也可以拍成小比例尺(例如SWDC)。
一般來說，采集裝備的價(jià)格都非常昂貴，它應(yīng)該變得像柔韌性加工一樣，具備柔性使用的功能。
智能手機(jī)，也是一機(jī)多用的典型。智能手機(jī)的應(yīng)用價(jià)值在不斷變化。人手一臺(tái)的智能手機(jī)，不僅有極大的存儲(chǔ)空間，高速的通訊能力和豐富的應(yīng)用軟件(APP)，還有定位、照相、定姿甚至激光掃描等功能。智能手機(jī)不僅可用于志愿者的泛在測(cè)繪，專業(yè)測(cè)繪隊(duì)伍也將會(huì)使用。
室內(nèi)定位的采集方式也在發(fā)生變化。例如普通GNSS接收機(jī)+偽衛(wèi)星+組合導(dǎo)航的方式，或者基于三大運(yùn)營(yíng)商的基站定位(基站天線坐標(biāo)，時(shí)間，電文)的方式，以及室內(nèi)協(xié)同導(dǎo)航(光、電、影、地磁……)的方式。從目標(biāo)來說，我們希望室內(nèi)定位技術(shù)既能用于室內(nèi)建模，又能用于移動(dòng)終端(如手機(jī)和汽車)進(jìn)入室內(nèi)的定位。從目前來看，最有希望的還是手機(jī)基站定位。
與室內(nèi)定位密切相關(guān)的室內(nèi)建模，正在快速興起。在室內(nèi)定位問題解決之后，我們可以直接采用室外的移動(dòng)測(cè)量建模技術(shù)，可以用SLAM，可以用基于單站激光生產(chǎn)的彩色點(diǎn)云并建模，也可以基于多視點(diǎn)多方向大重疊照片像元級(jí)匹配生產(chǎn)的點(diǎn)云。期望達(dá)到的目標(biāo)是高分辨率、高精度、能夠按未來室內(nèi)建模分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)提取。
二、數(shù)據(jù)采集工作的趨勢(shì)與挑戰(zhàn)?！?/span>
1、作業(yè)范圍更廣泛。
我們的作業(yè)范圍變得更為廣泛，從地表、地下、水上到水下。
2、重復(fù)采集頻率更高。
眾多手機(jī)APP對(duì)空間數(shù)據(jù)的采集精度很低(10m甚至更低)，但是時(shí)間頻率非常高(秒級(jí)甚至更高)。相對(duì)而言，地理信息行業(yè)采集的數(shù)據(jù)空間精度很高，但是時(shí)間頻率很低。過去是一年一次，發(fā)展到現(xiàn)在很多城市是三個(gè)月一次，今后時(shí)間頻率還會(huì)進(jìn)一步提高。
也就是說，要從地理空間信息發(fā)展為地理時(shí)空信息。至于這種數(shù)據(jù)怎樣融入所謂的大數(shù)據(jù)技術(shù)，我們還有許多工作要做。
3、粒度更小，分辨率更高。
比如夜間車速40km/h，覆蓋面積3車道，采到的路面高清影像需要人工來進(jìn)行權(quán)屬單位提取，未來將會(huì)自動(dòng)提取。
另外，室內(nèi)建模點(diǎn)云間隔將達(dá)到毫米級(jí)。
4、精度更高。
例如，軟土地帶地鐵管道收斂誤差變形快速普查可以達(dá)到毫米級(jí)。
5、數(shù)據(jù)后處理更智能化。
數(shù)據(jù)后處理將從早期的人工處理、到工廠化生產(chǎn)無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、再到智能化生產(chǎn)有結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)+人工編輯(特別是人文)。后處理的核心是自動(dòng)和智能提取。
6、與大數(shù)據(jù)相融合。
剛剛興起的大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，是無訂單、不招標(biāo)、無預(yù)算、無合同、保密、無明確使用對(duì)象和目的，全部是網(wǎng)上進(jìn)行。其空間分辨率很低，但是時(shí)間分辨率非常高。這與我們的測(cè)繪大數(shù)據(jù)有極大的區(qū)別。
但是，兩種大數(shù)據(jù)的相互融合，會(huì)大大提高數(shù)據(jù)的價(jià)值。這就要依靠虛實(shí)空間、線上線下的融合，把不保密的大數(shù)據(jù)，加入我們的測(cè)繪數(shù)據(jù)，進(jìn)行增值服務(wù)。
7、增強(qiáng)型GIS對(duì)3D GIS提出了更高的要求。
增強(qiáng)型GIS需要具備以下特性：
- 可接受多源數(shù)據(jù)(模型、3D矢量、二維地圖、立面矢量、正射、點(diǎn)云……);
- 多種格式(模型、矢量、影像等)的導(dǎo)入導(dǎo)出;
- 各種豐富的漫游觀察(多元數(shù)據(jù)疊加顯示、豐富的漫游路線、自定義的函數(shù)渲染);
- 可以管理到對(duì)象的統(tǒng)計(jì)分析;
- 溯源功能(允許用戶看到對(duì)象的原始照片和點(diǎn)云等);
- 用3D模型產(chǎn)出矢量地圖、立面矢量、正射、立面正射，實(shí)現(xiàn)一測(cè)多用。
智慧測(cè)繪想要生產(chǎn)知識(shí)、輔助決策，就要生產(chǎn)并處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這有幾個(gè)方面的原因。首先，“一張皮”的三維只能觀看并獲得感性認(rèn)識(shí);其二，有分層的三維數(shù)據(jù)可以生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)構(gòu)，以餅狀圖、柱狀圖表現(xiàn);其三，有矢量的對(duì)象化數(shù)據(jù)可以輸出各類統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)的空間分布專題圖;最后，每個(gè)對(duì)象掛接一個(gè)完備的屬性數(shù)據(jù)，配合決策模型就可以生產(chǎn)知識(shí)。具體來說，就是讀取對(duì)象中的屬性項(xiàng)，對(duì)對(duì)象的屬性項(xiàng)進(jìn)行函數(shù)檢索，并進(jìn)行分析，得到訂制的專題圖。
那么，屬性項(xiàng)從何而來?
第一，自動(dòng)分類提取時(shí)將與幾何有關(guān)的位置、形狀、尺寸、絕對(duì)位置、相對(duì)位置等屬性自動(dòng)填入，并在對(duì)對(duì)象進(jìn)行編輯時(shí)，也要關(guān)聯(lián)到屬性項(xiàng)。第二，從個(gè)專業(yè)部門共享來的專業(yè)數(shù)據(jù)，有大量的屬性內(nèi)容。第三，從大數(shù)據(jù)公司購(gòu)買大數(shù)據(jù)，將其中與屬性項(xiàng)有關(guān)的內(nèi)容填入。
由于大數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)的，因此屬性項(xiàng)的內(nèi)容應(yīng)該帶有時(shí)間維，形成所謂的動(dòng)態(tài)屬性。
三、增強(qiáng)型GIS有更寬廣的應(yīng)用空間?！?/span>
我認(rèn)為，在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，經(jīng)過自我完善之后的增強(qiáng)型GIS，將會(huì)有更寬廣的應(yīng)用空間。
1、萬億產(chǎn)值的智慧城市中的地理信息。
智慧城市定義被不斷更新：
6年前，智慧城市=數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng);
4年前，智慧城市=數(shù)字城市+大數(shù)據(jù);
2年前，智慧城市=數(shù)字城市+移動(dòng)互聯(lián);
2年后，智慧城市=數(shù)字城市+無人化、智能化……
但從本質(zhì)上說，最重要的應(yīng)該是“智慧”二字。
用建設(shè)目標(biāo)來定義智慧城市，可能更容易理解。所謂智慧城市，就是用真實(shí)數(shù)據(jù)和科學(xué)決策使城市的發(fā)展更節(jié)能、更綠色、更環(huán)保、更可持續(xù)發(fā)展、更具生物多樣性、更幸福……
大數(shù)據(jù)時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代為智慧城市提供的地理空間信息服務(wù)，將會(huì)是全息三維。構(gòu)建全息三維，可以概括眾多智慧項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地理信息基礎(chǔ)空間信息的需要。例如智能停車場(chǎng)、智慧物流、智慧公車出租。
人類社會(huì)最將會(huì)走向無人機(jī)物流時(shí)代，這時(shí)就需要地理信息行業(yè)提供城市三維模型作為無人機(jī)飛行三維管道導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
城市自助公車安裝位置傳感器，可以對(duì)這些自助車進(jìn)行無線管理、防盜、限制應(yīng)用范圍、收取租金、方便停車。這種功能需要在城市GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持下運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、萬億產(chǎn)值的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的地理信息。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)就是把計(jì)算機(jī)中的場(chǎng)景三維數(shù)據(jù)，與實(shí)地觀察到的景觀數(shù)據(jù)(未必是三維)，融合(套合)在一個(gè)屏幕上，來實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用。
因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所用到的地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一定是三維的。所以當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)普及時(shí)，對(duì)三維的地理信息將會(huì)有更大的需求。
其中，可能會(huì)出現(xiàn)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與地理信息相融合的應(yīng)用，流入基于AR的自動(dòng)駕駛、基于AR的智慧旅游、基于AR的野外數(shù)據(jù)補(bǔ)測(cè)(有針對(duì)性)、泛在測(cè)繪、視頻數(shù)據(jù)與實(shí)地模型的疊加分析等。
3、更深層次的專業(yè)應(yīng)用。
更深層次的專業(yè)應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)，例如公路BIM。
虛實(shí)融合，指的是網(wǎng)絡(luò)空間與GIS實(shí)體空間相互融合。那么，虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間有什么共同點(diǎn)?兩個(gè)空間都是面向保存、記錄、分配人類活動(dòng)留下來的痕跡，而不面向微觀空間(分子、原子、納米、細(xì)菌等)。這兩個(gè)空間暫時(shí)不面向宏觀空間，例如太陽系、升空。既然是面向并管理相同的對(duì)象，所以有必要融合。
那么，該怎么克服GIS空間的局限性?
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)空間，需要對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(服務(wù)器、PC機(jī)、WIFI、防火墻)都分配唯一的IP地質(zhì)，對(duì)移動(dòng)實(shí)體(持有手機(jī)的人等)進(jìn)行管理，再利用物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)時(shí)輸出動(dòng)態(tài)的分析結(jié)果。
對(duì)于GIS空間，基本上只管理到圖層，沒有對(duì)圖層下的實(shí)體進(jìn)行唯一的編碼，只對(duì)固定對(duì)象進(jìn)行測(cè)量與管理，只是利用空間并只輸出各種靜態(tài)的空間分析成果。
我們知道，電子標(biāo)簽可以實(shí)現(xiàn)幾何實(shí)體映射到網(wǎng)絡(luò)空間，它具有定位功能、通訊功能。有唯一網(wǎng)址的電子標(biāo)簽，可以植入GIS空間每個(gè)實(shí)體，例如帶手機(jī)的人。
虛擬空間的進(jìn)一步融合，將會(huì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)空間統(tǒng)一編址，任何網(wǎng)絡(luò)空間的IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)空間位置，任何一個(gè)GIS空間的實(shí)體都對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，并且互為屬性項(xiàng)。
因此我說，對(duì)地理信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響的傳感網(wǎng)的下一個(gè)階段，可能是電子標(biāo)簽網(wǎng)。
我們知道，測(cè)繪標(biāo)志經(jīng)歷了可見光標(biāo)志、激光標(biāo)志、微波角反射器等，現(xiàn)在迎來了更為重要的一個(gè)階段：電子標(biāo)簽(如RFID等)。
如果GIS空間的實(shí)體都布設(shè)了廉價(jià)、防盜、有源、無源的電子標(biāo)簽，并且能夠映射到網(wǎng)上的實(shí)體空間去，測(cè)繪行業(yè)又將迎來一次重大變革。
四、互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的GIS及其裝備將是國(guó)產(chǎn)主導(dǎo)的?！ 』ヂ?lián)網(wǎng)+時(shí)代，科技發(fā)展速度大大加快，再加上國(guó)家出于安全考慮，以及反腐的開展，人們開始把眼光轉(zhuǎn)向國(guó)產(chǎn)裝備。例如，千千萬萬無人機(jī)聯(lián)網(wǎng)飛行數(shù)據(jù)統(tǒng)籌只會(huì)是國(guó)產(chǎn)的;移動(dòng)測(cè)量車基本是國(guó)產(chǎn)品牌在競(jìng)爭(zhēng);最近盛行的重視國(guó)產(chǎn)裝備的千尋位置，正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的CORS網(wǎng);快速興起的室內(nèi)協(xié)同定位領(lǐng)域，目前國(guó)產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先(同濟(jì)、北郵、武大國(guó)重)。
所以，讓我們奮起創(chuàng)新，開創(chuàng)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代增強(qiáng)型GIS的新紀(jì)元。
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