淺析地理信息與位置大數(shù)據(jù)在地圖編制中的應(yīng)用

韓　平，張建武，王佑武（61243部隊(duì)，新疆　烏魯木齊　830060）

?

淺析地理信息與位置大數(shù)據(jù)在地圖編制中的應(yīng)用

韓平，張建武，王佑武
（61243部隊(duì)，新疆烏魯木齊830060）

摘要：簡(jiǎn)述了大數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)，分析了地圖編制中常見(jiàn)的問(wèn)題困難，提出了利用地理信息與空間大數(shù)據(jù)開(kāi)展地圖編制的方法和工作流程，進(jìn)一步探討了大數(shù)據(jù)在全球地圖編制中的應(yīng)用，為充分利用大數(shù)據(jù)思維高效開(kāi)展全球地圖編制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);地圖;編制

1　概述

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)對(duì)人們獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)的能力提出了新的挑戰(zhàn)，為人們利用數(shù)據(jù)獲取最大的有用價(jià)值提供了前所未有的空間和潛力。大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，也預(yù)示著測(cè)繪地理信息行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，給測(cè)繪地理信息時(shí)代的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)及其技術(shù)的應(yīng)用，也為快速高效解決地形圖編制中資料缺乏等困難提供了思路和方法。本論述主要就利用地理空間信息與位置大數(shù)據(jù)制作地圖的方法進(jìn)行淺析。

2　大數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)

2011年3月，美國(guó)奧巴馬政府在白宮網(wǎng)站發(fā)布了《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議》（Big Data Research and Development Initiative），旨在提升利用大量復(fù)雜數(shù)據(jù)集合獲取知識(shí)和洞見(jiàn)的能力，并將為此投入兩億美元以上資金。2011年10月，美國(guó)著名咨詢管理公司麥肯錫表示：“數(shù)據(jù)，已經(jīng)滲透到當(dāng)今的每一個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域，稱為重要的生產(chǎn)要素。人們對(duì)于海量數(shù)據(jù)的挖掘和運(yùn)用，預(yù)示著新一波生產(chǎn)率增長(zhǎng)和消費(fèi)者盈余浪潮的到來(lái)”。大數(shù)據(jù)的概念在物理學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)以及軍事、金融通訊等行業(yè)的存在已有時(shí)日，但近期卻隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息行業(yè)的發(fā)展引起人們的重大關(guān)注[1]。

那么，到底什么是“大數(shù)據(jù)”呢？在百度百科、維基百科等搜索引擎網(wǎng)站中，大數(shù)據(jù)是指所涉及的資料量規(guī)模巨大到無(wú)法透過(guò)目前主流軟件工具，在合理時(shí)間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的資訊。具有四個(gè)方面的特征：一是數(shù)據(jù)體量巨大，從TB級(jí)別躍升到PB級(jí)別;二是數(shù)據(jù)類型繁多，包括網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、圖片、地理位置信息等各種類型數(shù)據(jù);三是價(jià)值密度低，商業(yè)價(jià)值高;四是處理速度快，遵循“1s定律”，即可從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得高價(jià)值的信息，這與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有著本質(zhì)的不同。“大數(shù)據(jù)”的四大特征概括起來(lái)即4個(gè)“V”，即Volume（容量）、Variety（種類）、Value（價(jià)值）、Velocity（速度）[2]。

3　空間信息與位置大數(shù)據(jù)在地圖編制中的應(yīng)用

目前，經(jīng)過(guò)多年的努力發(fā)展，雖然測(cè)繪地理信息系統(tǒng)已積累了大數(shù)據(jù)量級(jí)別和多種類的地理信息數(shù)據(jù)，包括全國(guó)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)及重力、三角、水準(zhǔn)和GNSS大地測(cè)量成果等，但在地理信息覆蓋范圍上偏重于國(guó)內(nèi)，尤其缺少全球地理信息數(shù)據(jù)。在獲取手段上，主要利用國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星測(cè)量系統(tǒng)無(wú)控制方式獲取，手段單一，且時(shí)空特征、屬性特征、精度特征都無(wú)法滿足要求，而空間信息與位置大數(shù)據(jù)能有效彌補(bǔ)這些不足。因此，充分利用大數(shù)據(jù)及其技術(shù)方法，依靠互聯(lián)網(wǎng)等載體，廣泛獲取所需區(qū)域空間信息與位置大數(shù)據(jù)，能夠極大提高地形圖編制的質(zhì)量和效率。

3.1數(shù)據(jù)種類及特點(diǎn)

空間信息與位置大數(shù)據(jù)包括地理數(shù)據(jù)、軌跡數(shù)據(jù)、空間媒體數(shù)據(jù)等。其中，地理數(shù)據(jù)可以分為地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、大地基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是體量大、較規(guī)則化、變化緩慢。遙感數(shù)據(jù)包括光學(xué)影像數(shù)據(jù)、雷達(dá)激光掃描數(shù)據(jù)等，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，種類多，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)規(guī)律不同，數(shù)據(jù)更新頻度不同，安全性要求高。大地基準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括時(shí)間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、重力基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。軌跡數(shù)據(jù)是通過(guò)GNSS、RFID等測(cè)量手段以及網(wǎng)絡(luò)簽到等方法獲得的用戶活動(dòng)數(shù)據(jù)，包括個(gè)人軌跡數(shù)據(jù)、群體的軌跡數(shù)據(jù)、交通軌跡數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)等。特點(diǎn)是數(shù)據(jù)體量大、信息碎片化、準(zhǔn)確性低，可以用文本模式描述，有半結(jié)構(gòu)化的軌跡數(shù)據(jù)，附帶其他的用戶信息和社會(huì)語(yǔ)義。空間媒體數(shù)據(jù)，包含空間位置與時(shí)間因標(biāo)記的數(shù)字化文字圖像圖形、聲音、視頻影響和動(dòng)畫(huà)等媒體數(shù)據(jù)，主要來(lái)源于移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、微博、微信等新興互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。特點(diǎn)是數(shù)據(jù)來(lái)源混雜、非結(jié)構(gòu)化為主，數(shù)據(jù)異構(gòu)性大，實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)[3]。

3.2地理信息類大數(shù)據(jù)應(yīng)用的常見(jiàn)問(wèn)題

“地理信息”是指自然地理要素或地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及其屬性信息的總稱，因具有空間位置特征，通常又被稱為“地理空間信息”或“空間信息”[4]。目前，全球地圖編制通常包括兩類：一是全球地形圖、地理圖的編制與更新。包括重點(diǎn)地區(qū)大比例尺地形圖、系列比例尺地形圖、全球或局部地區(qū)軍事地理圖等。重點(diǎn)表示空間基礎(chǔ)地理信息，反映區(qū)域自然環(huán)境地形特征和地物信息。二是全球?qū)ｎ}地圖（集）類編制。突出反映一種或多種專題要素空間分布及其規(guī)律的地圖，形式多樣，需要大量專題信息支撐。

過(guò)去，相比國(guó)內(nèi)地圖編制，由于缺少穩(wěn)定可靠的資料來(lái)源，缺乏編制規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)地圖產(chǎn)品作參考，國(guó)外地區(qū)地圖的編制要困難許多。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的全面應(yīng)用，與空間地理位置相關(guān)的大數(shù)據(jù)給國(guó)外地圖編制出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)機(jī)。但目前仍存在許多瓶頸和待解決的問(wèn)題。主要為：一是空間地理大數(shù)據(jù)的定位與評(píng)價(jià)，面對(duì)海量網(wǎng)絡(luò)資源，如何快速準(zhǔn)確定位到所需專業(yè)信息資料，并針對(duì)特定需求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析判斷，得出評(píng)價(jià)結(jié)果，從而確定大數(shù)據(jù)選擇方案，是首要解決的問(wèn)題;二是空間大數(shù)據(jù)的挖掘與處理問(wèn)題，除部分可以直接應(yīng)用的地理信息產(chǎn)品外，大部分空間大數(shù)據(jù)中包含有非專業(yè)信息和干擾信息，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，提取和轉(zhuǎn)化為空間可視化和專題地理信息。同時(shí)，針對(duì)多源異構(gòu)地理數(shù)據(jù)的處理工作也是重點(diǎn)之一；三是缺乏國(guó)外資料應(yīng)用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。由于國(guó)外資料到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的地圖產(chǎn)品，還需要相應(yīng)的應(yīng)用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，包括空間基準(zhǔn)統(tǒng)一、地理編碼體系轉(zhuǎn)化、要素分類分級(jí)的重構(gòu)等。

3.3地理空間大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法與流程

在現(xiàn)有大數(shù)據(jù)背景下編制全球地圖，在獲取多源異構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，參照國(guó)家基本比例尺地圖修測(cè)規(guī)范[5]、專題地圖信息分類與編碼[6]等國(guó)家現(xiàn)行地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，需要用到多種方法與技術(shù)手段。根據(jù)其數(shù)據(jù)不同分類，通常應(yīng)用方法包括以下三類。

3.3.1全球地圖通用產(chǎn)品和基礎(chǔ)地理信息的應(yīng)用

目前，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和一些公開(kāi)渠道能夠獲取到一些全球通用地圖產(chǎn)品，如國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中生產(chǎn)的全球基礎(chǔ)地理底圖數(shù)據(jù)庫(kù)、美國(guó)Delorme公司生產(chǎn)的全球DAE數(shù)據(jù)、全球VMAP數(shù)據(jù)、美制航空?qǐng)D、蘇制小比例尺地形圖等。這些通用地圖產(chǎn)品，具有較高精度和可靠性，但一般現(xiàn)勢(shì)性較差，可作為地圖編制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考底圖，經(jīng)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后直接使用。

另外，基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品較為豐富，如全球SRTM和ASTER DEM數(shù)據(jù)、Google影像和線劃圖數(shù)據(jù)、我國(guó)資源、高分和天繪衛(wèi)星影像系列產(chǎn)品等。這些數(shù)據(jù)全球覆蓋面廣、更新及時(shí)、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、應(yīng)用方便。輔助以影像定位糾正、影像判繪等技術(shù)，能夠廣泛應(yīng)用到全球地圖的地貌要素生成、地理定位和部分屬性信息的編制與更新工作中。而且隨著對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域內(nèi)多種傳感器的發(fā)展，海量多源遙感數(shù)據(jù)獲取能力的提高，專業(yè)化的數(shù)據(jù)獲取與多源遙感數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用呈現(xiàn)出精細(xì)化分工和協(xié)同式綜合處理需求并存的發(fā)展模式[7]。

3.3.2各要素層或?qū)ｎ}類信息的應(yīng)用

此類信息最為復(fù)雜，種類繁多，良莠不齊。除分開(kāi)出版的專題地圖產(chǎn)品，如各國(guó)或地區(qū)交通圖、政區(qū)圖、旅游圖等，以及部分專業(yè)信息，如行政區(qū)劃、航空航海、地磁信息外。其余大部分信息需要通過(guò)通用或?qū)I(yè)資源網(wǎng)站獲取，如維基百科等。要滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)地圖產(chǎn)品編制需要，需進(jìn)行資料的深入分析與改化，主要解決幾方面問(wèn)題：一是數(shù)據(jù)可靠性分析與比較，可通過(guò)建立和分析其各種資料的元數(shù)據(jù)信息，使其數(shù)據(jù)來(lái)源、空間基準(zhǔn)、現(xiàn)勢(shì)性、詳細(xì)程度等基本信息符合特定地圖編制需要。通過(guò)相同類信息的分析比較，選擇最優(yōu)資源或相互補(bǔ)充應(yīng)用；二是解決資料尺度問(wèn)題。包括時(shí)間尺度和空間尺度。不同類型的地圖對(duì)資料尺度都有相應(yīng)的要求。資料與成圖尺度相差過(guò)大，會(huì)給編制過(guò)程增加制圖綜合困難；三是各類地理要素信息的處理與改化。包括數(shù)據(jù)基準(zhǔn)和格式轉(zhuǎn)換，以及屬性信息編碼和要素分類分級(jí)等的改化等。

3.3.3地名類信息的應(yīng)用

地名類信息作為空間地理信息的重要組成部分，在地圖編制中顯得尤為重要。首先因?yàn)槿蚴褂谜Z(yǔ)言不同，絕大部分國(guó)外地名信息需要翻譯后才能使用。同時(shí)，由于人文類地名信息更新變化較大，面對(duì)多種來(lái)源的地名類信息，如何在區(qū)分正誤基礎(chǔ)上確保地名的現(xiàn)勢(shì)性，是制圖人員面臨一個(gè)難題。目前采用的方法，除采用專業(yè)人員翻譯和相應(yīng)翻譯軟件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，使用官方權(quán)威資料如全球地名庫(kù)外，傳統(tǒng)的同名資料的相互比較和印證方法還必不可少。圍繞大數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用，地圖編制基本流程如圖1所示。

圖1　編制流程

4　結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)及其獲取方法的研究應(yīng)用能夠有效解決全球地圖編制中的重難點(diǎn)問(wèn)題，本論述只從不同類別地理信息的獲取及應(yīng)用方面做了較為粗淺的論述，為適應(yīng)地理空間大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)和全球地圖編制需求，還應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)在全球地圖編制中的應(yīng)用做進(jìn)一步探討。一是應(yīng)建立大數(shù)據(jù)地理信息發(fā)布機(jī)制。針對(duì)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，凡是與地理位置相關(guān)的大數(shù)據(jù)來(lái)源與基本信息，均應(yīng)建立統(tǒng)一檢索目錄，形成更新和信息發(fā)布機(jī)制，達(dá)到信息共享目的；二是建立地理信息大數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)模型和應(yīng)用改化模型。應(yīng)整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)應(yīng)用方法，建立統(tǒng)一的分析評(píng)價(jià)模型和數(shù)據(jù)應(yīng)用改化模型，提高大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化應(yīng)用；三是根據(jù)大數(shù)據(jù)來(lái)源和時(shí)間分辨率的復(fù)雜性，應(yīng)擴(kuò)充現(xiàn)有地圖要素屬性結(jié)構(gòu)，記錄資料來(lái)源、可靠性分析結(jié)果以及時(shí)間信息等；四是需加強(qiáng)空間大數(shù)據(jù)的挖掘，從數(shù)據(jù)中提取信息，從信息中挖掘知識(shí)，在知識(shí)中萃取數(shù)據(jù)智能[8]，在提高應(yīng)用質(zhì)量的同時(shí)，強(qiáng)化了應(yīng)用效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈清華.大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的測(cè)量數(shù)據(jù)獲取手段[EB/ OL].http://www.pythontip.com,2014-03-04.

[2]熊偉.迎接測(cè)繪地理信息“大數(shù)據(jù)”時(shí)代[EB/OL].http:// www.fazhan.sbsm.gov.cn,2013-05-04.

[3]劉經(jīng)南.大數(shù)據(jù)時(shí)代的泛在測(cè)繪與位置服務(wù)[EB/OL]. http://www.news.ccidnet.com,2013-09-25.

[4]周順平，徐楓.大數(shù)據(jù)環(huán)境下地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].理論研究，2014，21(1):45-50.

[5]GBT 13989-2008國(guó)家基本比例尺地圖修測(cè)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6]GBT18317-2009專題地圖信息分類與編碼[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[7]宋維靜，劉鵬，王力哲.遙感大數(shù)據(jù)的職能處理：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].工程研究，2014，6(3):259-265.

[8]王樹(shù)良，丁剛毅，鐘鳴.大數(shù)據(jù)下的空間數(shù)據(jù)挖掘思考[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2013，8(1):8-17.

中圖分類號(hào)：P283