大數據時代地理信息獲取與服務方式的嬗變

大數據時代地理信息獲取與服務方式的嬗變

吳芬芳1,熊卿2

(1.武漢大學學報信息科學版編輯部，湖北武漢430072； 2.武漢第二船舶設計研究所，湖北武漢430064)

摘要：地理信息是國家基礎信息資源，其獲取方式與服務方式與相關學科技術的發展水平相適應。研究地理信息獲取和服務方式的發展變化過程和互聯網大數據時代地理信息獲取和服務的新方式，為地理信息發展和服務提供有益的參考。大數據時代，用戶使用地理信息的行為會成為地理信息服務依賴的重要數據，可以從中分析獲取大至人類群體活動規律、小至用戶行為習慣偏好等信息。此外，在這個階段，大眾不僅是地理信息服務的使用者，同時也是地理信息的采集者、提供者。

關鍵詞：大數據；地理信息獲取；地理信息服務；志愿者地理信息

中圖分類號：P208

收稿日期：2014-12-20

作者簡介：吳芬芳(1979-)，女，編輯，碩士.

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

近年來，地理信息產業迅速興起并保持高速增長，在我國經濟社會發展中的作用日益顯現。地理信息產業是以現代測繪和地理信息系統、遙感、衛星導航定位等技術為基礎，以地理信息開發利用為核心，從事地理信息獲取、處理、應用的高技術服務業[1]。地理信息產業的發展，經歷了從經典地理學、地圖學→地理信息系統→地理信息科學，由科學理論→技術→產業化的過程。筆者在地理信息領域學習、從事論文編輯工作近二十年，親歷了地理信息系統從地理學、地圖學中發展而來，又由技術發展成科學，直至形成蓬勃產業的過程。

地理信息獲取、處理和應用是地理信息領域研究的三大主題，也是地理信息產業持續發展的基礎。現今已是互聯網大數據時代，移動終端在人們生活中占據著重要的地位。在這樣的時代，地理信息獲取的方式更加多樣化，獲取的地理信息數據規模更加巨大，大眾將獲得更加靈活、豐富的地理信息服務。本文主要研究地理信息獲取方式和地理信息服務方式的發展變化過程，探討大數據時代地理信息獲取和服務的新方式。

1大數據時代對信息獲取的要求

現今已進入移動互聯網普及的大數據時代，移動互聯網及其提供的各種應用和服務深入普通大眾的生活，影響和改變著人們的生活方式。人們利用移動終端，規劃行車路線、旅行行程，查找醫院、美食等各種生活信息，查看別人對各種服務的評價或分享自己的經驗。這些應用和服務需要大數據的支撐，同時也從人們使用各種服務的過程中產生了海量數據。

深入普通大眾日常生活的各種互聯網應用對信息獲取提出了新要求：①實時性。區別于傳統的地圖服務，諸如路線導航、打車服務之類的應用服務對信息獲取的實時性要求很高，要求獲得實時信息提供給大眾;②全方位性。各種移動互聯網應用服務深入大眾日常生活的方方面面，需要獲取各方面的數據作為支撐來提供服務;③交互性。傳統方式是由專業人員獲取信息，提供給普通大眾，而現今大眾亦成為信息的提供者，信息獲取的方式具有交互性。

地理信息是服務人們日常生活的基礎信息資源，互聯網大數據時代對地理信息的獲取和服務方式提出新的要求。在技術發展和新需求的推動下，地理信息獲取和服務方式也有了發展和變革。

2地理信息獲取方式的嬗變

地理信息的獲取方式，與科學技術發展的水平相適應，經歷以下幾個發展階段：

1)實地測繪。在以紙質地圖作為主要地理信息載體的時代，獲取地理信息的主要手段是實地測繪。測量人員利用水準儀、經緯儀、測距儀、全站儀等測量儀器進行實地測量，獲取原始的描述地表形態的地理信息，處理后制成地圖以供應用。這種方式獲取的地理信息客觀、真實、詳細，但需要耗費大量的人力及物質資源，耗時長，且受制于惡劣氣候和地形條件，天氣惡劣的時候不能作業，地形條件惡劣的地區甚至難以作業，造成數據缺失。

2)攝影測量與遙感技術。攝影測量與遙感技術是利用非接觸成像和其他傳感器來獲取地理信息。這種方式技術性強，受天氣條件的限制較小，以非接觸的方式獲取數據，可以在人力難以到達的地區作業。早年，攝影測量的應用主要是根據航空圖片繪制地圖，地理信息系統出現后，攝影測量和遙感成為首要的地理信息來源。近年來，航天技術、通信技術和信息技術飛速發展,遙感技術也隨之發展，傳感器搭載平臺從航天、近空間、航空到地面固定和地面移動，傳感器電磁波譜從紫外線、可見光、紅外線、微波、合成孔徑雷達、激光雷達到太赫茲，獲取的目標影像比例尺從宏觀到微觀,其空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率逐步提高,形成天地一體化攝影測量與遙感的數據獲取方法。

目前，我國獲取地理信息數據的主要技術手段是利用航空攝影測量獲得的像片進行制圖。隨著衛星遙感空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率的不斷提高，高分辨率衛星圖像將成為主要的地理信息數據獲取和更新手段。為解決好基礎地理信息主要數據源的問題，我國正在抓緊研究建設地理信息數據獲取系統，包括對地觀測系統(航空、航天遙感系統)、野外數據采集系統和人文經濟要素信息搜集系統。

文獻[1]指出，要“發展測繪應用衛星、高中空航攝飛機、低空無人機、地面遙感等遙感系統，加快建設航空航天對地觀測數據獲取設施，形成光學、雷達、激光等遙感數據獲取體系，顯著提高遙感數據獲取水平”。目前，我國已經擁有氣象、資源、海洋等系列的衛星系統，并正在實施測繪、減災等應用衛星計劃，穩定的衛星遙感平臺初步形成。顧名思義，無人機遙感是指在無人駕駛的飛機上搭載傳感器來獲取地理信息的方式，其具有既能克服有人航空遙感受制于長航時、大機動、惡劣氣象條件、危險環境等的影響，又能彌補衛星因天氣和時間無法獲取感興趣區遙感信息的空缺，提供多角度、高分辨率影像，還能避免地面遙感工作范圍小、視野窄、工作量大等因素，正逐步成為衛星遙感、有人機遙感和地面遙感的有效補充手段[2]。車載移動測量系統是以車輛為平臺，搭載激光掃描儀、CCD相機、GPS與IMU等傳感器的地理信息集成采集系統。目前，我國已實現成熟的商用車載移動測量系統。

3)全球導航衛星系統。其利用定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航，為用戶提供定位、導航數據，目前已投入使用的有美國的GPS系統、俄羅斯的GLONASS系統、中國的北斗衛星導航系統，歐盟的Galileo系統尚在建設中。GPS是最早，也是目前應用最廣泛的全球定位系統，全天候向全球各地提供三維位置、三維速度等信息。歐盟的Galileo尚未提供服務，我國的北斗衛星定位系統已在軍用及民用領域開展應用。

4)移動互聯網深入大眾的日常生活，給地理信息的獲取方式提供了新的途徑。此前，地理信息由專業人員采集并處理，而移動互聯網的廣泛應用使得普通民眾正在成為地理信息采集提供者。例如，已在歐洲得到應用的開放街道地圖。另外，大眾使用地理信息的行為會成為地理信息服務依賴的重要數據。例如移動搜索，位置是一種輸入，搜索引擎會參考當前位置、周邊信息，以及位移記錄、在不同位置的搜索行為等歷史數據，給出更合適的答案。還可以從用戶使用地理信息的行為中分析獲取大至人類群體活動規律、小至用戶行為習慣偏好等信息。這就是互聯網大數據時代地理信息獲取的新方式。

3地理信息服務方式的嬗變

地理信息的服務方式也經歷了從單一到多樣化、從單向到交互、從無差別到個性化定制的發展變化過程。

1)紙質地圖。文獻[3]認為，地理信息科學本質上是技術推動下地理學思想演變的結果，是新的技術平臺、觀察視點和認知模式下地理學的新范式，是信息時代地理學。紙質地圖是經典地理學主要的地理信息載體，所以，可以認為紙質地圖是最早的地理信息服務形式。“一圖勝千言”，各種類型的地圖在不同領域中發揮著重要作用。其中，由測繪工作者實地測量的數據處理制成的地形圖是各種專題地圖的基礎底圖，各種專題地圖可分類為自然地理圖、社會經濟地圖、交通地圖、教學圖、軍用地圖、航樣圖等，人們生活中常見的交通旅游圖就屬于專題地圖中的一種。在計算機、互聯網技術興起以前，紙質地圖是主要的傳統的地理信息服務方式。

2)數字地圖與網絡地圖。20世紀60年代，計算機技術的突破性進展促進了地理信息系統的產生，地理信息系統是在計算機軟硬件支持下，以獲取、存儲、編輯、檢索、制圖、分析和顯示整個或部分地球表面(包括大氣層在內)與空間和地理分布有關的數據的空間信息系統。自此，數字地圖、網絡地圖逐步發展。20世紀90年代，美國一家研究中心開發出了世界上第一個WebGIS的原型系統，是最早的網絡地圖服務雛形。WebGIS服務除了提供常規的、紙質地圖也能提供的地圖查詢服務外，還能提供各種空間分析服務。PC互聯網時代，網絡地圖服務是主要的地理信息服務方式。

3)導航與位置服務。導航與位置服務是指在導航定位技術、移動通信技術、數字地圖技術的支持下，建立人、事、物、地在統一時空基準下的位置與時間標簽及其關聯，為政府、企業、行業及公眾用戶提供隨時獲知所關注目標的位置及位置關聯信息的服務[4]。移動互聯網時代，地理信息技術進入社會化、產業化階段，地圖服務從專業領域走向大眾服務，地理信息服務深入普通大眾的日常生活，廣泛應用于旅游出行、醫療、商業選址等方面。車載導航服務、手機導航服務可以提供地點查找、路線導航、周邊生活信息查詢等服務，與其他專業領域相結合，還可提供打車服務、公交到站信息服務。文獻[1]指出，要“發展地理信息與導航定位融合服務，結合北斗衛星導航產業的發展，提升導航電子地圖、互聯網地圖等基于位置的服務能力”。

4地理信息獲取與服務的融合

互聯網大數據時代，大眾不僅是地理信息服務的使用者，同時也是地理信息的采集者、提供者。一方面，大眾可以使用地圖、導航、生活信息查詢等與生活息息相關的地理信息服務方式。另一方面，大眾也可以提供以下幾種地理信息數據：①基于移動互聯網，大眾直接采集并提供地理信息數據，如志愿者地理信息;②用戶使用地理信息的行為成為地理信息的來源，可以從中分析獲取大至人類群體活動規律、小至用戶行為習慣偏好等信息。

志愿者地理信息(volunteered geographic information,VGI)是地理信息獲取的新方式，是由大眾采集并向大眾提供的地理信息數據，與傳統地理信息采集和更新方式相比，來自非專業大眾的眾源空間數據具有數據量大、現勢性好、信息豐富、成本低等特點和優勢，成為近年來國際地理信息科學領域的研究熱點[5-10]。VGI的成功范例例如開放街道地圖(OpenStreetMap, OSM) ， OSM是一個網上地圖協作計劃，其目標是創造一個內容自由且能讓所有人編輯的世界地圖。OSM可以看做是地圖領域的維基百科，每個人都可以對它進行編輯，每個人都可以是數據提供者。VGI和OSM是計算機技術、互聯網技術、移動終端技術、導航定位技術等共同發展、相互融合的結果，使得地理信息服務從單向的專業人員向用戶提供應用服務，向雙向的交互模式轉變。

5計算機科學發展對地理信息科學發展的促進

縱觀地理信息產業的發展過程，可以看出，地理信息科學的發展與計算機科學和信息科學的發展息息相關，計算機和信息科學研究的重大進展，必將帶來地理信息科學領域的突破和進步。實際上，研究者們認為，地理信息科學是地理科學和信息科學及其他相關科學的融合，是信息科學與技術在地理學的引入和地理學的信息覺醒[3，11]。計算機技術的發展促進了地理信息系統的出現，互聯網的興起促進了地理信息技術的產業化和社會化(見表1)。大數據時代的到來，也將為地理信息科學的發展提供更好的技術平臺。其中顯而易見的是，地理信息獲取的方式更加多樣化，獲取的地理信息數據規模更加巨大，大眾將獲得更加靈活、豐富的地理信息服務。

地理信息作為基礎性信息資源的一個重要組成部分，其獲取方式與服務方式的發展變化與信息技術的發展變革相關，不同時期，在信息技術發展的不同階段，相應地，對應著不同的地理信息獲取和服務方式。20世紀上半頁及以前，紙質地圖是主要的地理信息服務方式，獲取地理信息的手段主要是實地測繪和早期的攝影測量與遙感技術。隨著計算機技術和信息技術的發展，計算機和互聯網深入人們的日常生活，網絡地圖服務和導航與位置服務成為主要的地理信息服務方式，高分辨率衛星圖像成為地理信息數據獲取和更新的主要方式。移動互聯網時代，各種技術手段的應用使得獲取的地理信息數據多源、海量、異構，從海量的復雜數據中獲取知識正是大數據時代的特點。這個階段，大眾既是地理信息服務的使用者，也是地理信息的采集者、提供者。可以從大眾使用地理信息的行為中分析獲取大至人類群體活動規律、小至用戶行為習慣偏好等信息，大眾還可以通過志愿者的信息、眾源開放街道地圖等方式為其他地理信息服務使用者提供地理信息。這個發展過程中，當然也有一些亟需解決的技術問題，如眾源地理信息數據的可靠性問題、信息冗余問題等。

6結束語

互聯網大數據時代，地理信息產業蓬勃發展，對地理信息的獲取提出了更高需求，同時給大眾提供了更加豐富、個性化的地理信息服務方式。本文回顧了地理信息獲取和服務方式的發展變化過程，介紹了互聯網大數據時代地理信息獲取和服務的新方式，指出了計算機科學發展對地理信息科學發展的重要促進作用。計算機技術的發展促進了地理信息系統的出現，互聯網的興起促進了地理信息技術的產業化。移動互聯網普及的大數據時代，地理信息服務深入普通大眾日常生活，大眾在使用豐富多樣而個性化的地理信息服務的同時，也是地理信息的采集者、提供者，地理信息的獲取和服務在此融合。

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[責任編輯：張德福]