推進“測繪4.0”，實現測繪地理信息事業轉型升級

肖建華，王厚之，彭清山，李海亭

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

推進“測繪4.0”，實現測繪地理信息事業轉型升級

肖建華1，王厚之1，彭清山1，李海亭1

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

隨著大數據、移動互聯、人工智能、云計算等現代智能技術對測繪技術的不斷滲透，測繪行業發生了第四次技術革命，逐步從信息化測繪升級為智能測繪，進入“測繪4．0”時代。在回顧測繪技術發展歷程的基礎上，詳細詮釋了“測繪4．0”時代的主要技術；并通過具體的工作實踐闡明了測繪地理信息及相關單位在推進“測繪4．0”進程中所做的探索；最后針對測繪地理信息事業的轉型升級提出了一些策略與建議，以期為測繪地理信息產業的發展提供參考。

“測繪4．0”；泛在獲取；智能處理；知識發現；按需服務

隨著我國經濟發展進入新常態，向形態更高級、分工更優化、結構更合理階段深化的趨勢更加明顯，對轉型升級的要求也更加緊迫。作為支撐我國經濟社會發展的重要基礎公益事業，測繪地理信息事業也面臨著轉型升級的機遇與挑戰。“測繪4．0”是互聯網時代下的測繪地理信息體系，是測繪行業的第四次技術革命[1]。推進“測繪4．0”是實現測繪地理信息事業轉型升級的重要技術支撐與轉型基礎。

1 “測繪4.0”：現代測繪技術第四次革命

回顧歷史，測繪行業一直緊跟時代步伐，利用當前各種先進技術進行轉型升級。從以模擬測繪為主的“測繪1．0”時代，到以數字測繪為主的“測繪2．0”時代，再到以信息測繪為主的“測繪3．0”時代，測繪技術一直與時代的先進技術緊密關聯[2]。近年來，隨著測繪地理信息技術與大數據、移動互聯、智能處理和云計算等高新技術的融合不斷加快，測繪數據的獲取方式、測繪信息的處理技術和測繪產品的提供形態已發生了深刻變革，逐步由信息化測繪升級為智能測繪，進入了“測繪4．0”時代。各測繪發展階段的特點對比見表1。

表1 測繪發展階段的特點對比

“測繪4．0”的本質是信息化、智能化與社會化相互融合的測繪新形態，實現了測繪地理信息從信息服務到知識服務的轉變，以及測繪地理信息事業從專業服務走向社會化服務的轉型升級。

2 “測繪4.0”的主要技術手段

通過對“測繪4．0”內涵的分析可知，它是測繪地理信息技術與現代信息化技術的集成，其推進與實現離不開信息化技術在測繪地理信息領域中的應用。“測繪4．0”的主要技術手段包括大數據、移動互聯、智能處理和云計算等。

2.1 大數據

目前，隨處分布的傳感器正在產生越來越多的數據，世界進入了大數據時代。大數據可概括為“5V”特征：Volume（體量大）、Velocity（速度快）、Variety（模態多樣）、Veracity（真偽難辨）和Value（價值巨大）[3-4]；前4個是大數據產生的難度，第5個是大數據產生的價值。大數據就是一塊埋藏在地下的巨大寶藏，需要通過人工智能等技術對其去偽存真、去粗取精，使其變成價值更高的知識服務。

在“測繪4．0”時代，測繪地理信息系統已經積累了大量的地理信息數據。例如，資源三號01星發射（2012-01-09）以來至2016-10-20在軌飛行1 746 d，接收原始數據總量已超過1 PB；我國第一次全國地理國情普查歷時3 a，建成了國家級地理國情數據庫，數據總量達到770 TB，相當于7億冊50萬字的圖書。

2.2 移動互聯

移動互聯是移動通信與互聯網的結合，是互聯網技術、平臺、商業模式和應用與移動通信技術結合應用的總稱。在“測繪4．0”時代，智能手機、移動互聯網等各種非專業測繪傳感器通過眾包的方式，產生了大量實時的自愿者地理信息，極大地提高了測繪地理信息數據的實時性與豐富性。專業測繪人員可在自愿者地理信息中，抓取感興趣的文本、圖片或視頻信息，利用智能處理方法對其進行識別，并與專業的測繪地理信息數據進行匹配，提供實時性的大眾與專業服務。例如，Mapillary基于自身研發的眾源平臺，采集公眾拍攝的帶有空間參考的照片，構建了一套街景地圖，且更新及時。

2.3 智能處理

地理信息的智能處理是測繪技術發展的必然方向，借助人工智能技術可以提高地理信息的獲取效率，提升地理信息應用與可視化的效果。在“測繪4．0”時代，智能處理主要是利用人工神經網絡、遺傳算法、支持向量機等機器學習或深度學習算法以及SLAM（實時定位與制圖）算法對測繪地理大數據進行自動識別、數據挖掘和三維重建，快速提取地物特征、發現隱藏在大數據中的知識和還原地物模型，為社會各界提供知識服務。

2.4 云計算

云計算是對計算能力、存儲能力等計算資源進行虛擬化后，以服務方式對計算資源進行動態分配和調度。在“測繪4．0”時代，與測繪地理信息行業最相關的云計算是遙感云和位置云[5]。其中，遙感云是將海量遙感數據、遙感處理算法放在云計算平臺上，構建一個“軟件即服務”平臺，用戶只需選擇相關數據和算法即可獲得最終結果。

3 “測繪4.0”的探索與實踐

隨著大數據、移動互聯、智能處理和云計算等技術的發展越來越成熟，現代化智能技術在測繪行業中的應用也不斷深化。本文分別從泛在獲取、智能處理、知識發現和按需服務等4個方面闡述各單位在測繪技術與現代化信息技術的融合中所做的部分工作，為推進“測繪4．0”，實現測繪地理信息事業轉型升級提供參考借鑒。

3.1 泛在獲取

在“測繪4．0”時代，需要獲取的測繪地理信息數據不僅包括專業的測繪數據，還包括非專業的志愿者地理信息數據。專業的測繪數據可通過構建“空天地海”一體化的高精度實時測繪體系，實現從靜態到動態、地基到天基、區域到全局、室內到室外、被動到主動的快速智能測繪[1]；非專業的志愿者地理信息數據可通過物聯網和互聯網，實現整個傳感器網絡和大眾用戶之間的實時互動，利用多種傳感器感知目標的位置、環境及變化，獲取大眾用戶的位置數據和行為數據等，提高了專業測繪數據的豐富性，實現了從專業測繪向專業與非專業測繪結合的泛在測繪轉型。

近年來，隨著無人機技術的成熟，在專業測繪地理信息數據獲取方面，可通過無人機實時、準確地獲取城市局部的正射、傾斜或Lidar點云數據，大大減少了外業測繪工作量。廣州市城市規劃勘測設計研究院利用無人機獲取了廣州全市域7 434 km2的傾斜攝影數據，市中心城區1 800 km2、精度優于10 cm的傾斜攝影數據和長州島40 km2、精度優于5 cm的傾斜攝影數據，為廣州市的城市規劃提供了最新的基礎地理信息數據。

高德公司利用社會化的眾源測繪地理信息數據采集模式，依靠大眾用戶的力量實現了高質量、低成本的非專業測繪地理信息數據的采集。通過為大眾用戶提供方便快捷的出行服務收集交通大數據信息，并鼓勵用戶發布糾錯反饋信息，由高德核實后快速更新發布。在這一過程中，大眾用戶既是信息的使用者，又是信息的貢獻者，形成一種互利的良性循環。

面向城市地理空間信息數據動態持續更新的需求，武漢市測繪研究院將非專業測繪地理信息數據作為專業測繪地理信息數據采集和更新的有益補充，圍繞眾源測繪地理信息“發現-采集-處理-更新”的技術主線，提出了互聯網環境下眾源測繪地理信息動態更新方法；并以“勘測成果一張圖”為基礎平臺，整合網絡地圖、網頁文本、視頻圖像等眾源測繪地理空間數據，提升了“一張圖”的數據更新速度和在線分析功能，增加了服務的種類和深度。

3.2 智能處理

在“測繪4．0”時代，無處不在的傳感器每時每刻都在產生反映人類、群體、自然和城市活動的專業和非專業測繪地理信息數據，數據量從TB級到PB級、EB級甚至更大，形成測繪大數據[3]。由于數據量巨大，人工處理耗時耗力，為了使獲取的數據能快速、有效地提供服務，必須采用現代智能技術，實現自動、智能的數據處理。對專業測繪地理信息數據要實現影像自動匹配、地物自動提取等；對非專業測繪地理信息數據，要實現數據的自動抽取、清洗和融合等。

為了對位置大數據進行分析處理，劉經南院士提出了一種“位置大數據分析平臺”[6]，集成了數據處理的一系列方法，包括采用地圖匹配算法將軌跡數據與地圖數據進行關聯；采用局部位置特征提取方法獲取區域靜態特征、區域動態特征和個體移動等多種模式特征；在空間尺度上對位置大數據進行降維處理，通過關鍵分量分析自動獲取其全局特征；從時空尺度上對位置大數據進行協同、關聯，解決位置大數據的空間稀疏性問題。

為了快速、高效地獲取和更新海量的測繪地理信息數據，武漢市測繪研究院采用低空無人機對城市影像進行快速采集，實現影像的變化檢測和增量更新。例如，利用機器學習算法進行城市新舊多源影像自動匹配，從而避免了無人機影像數據處理所需進行的控制點量測工作；實現基于影像的地理信息增量的快速更新，以補充更新城市空間信息，提高測繪地理信息產品的生產效率。

由于地圖導航在大眾生活中的應用不斷深化，各大互聯網公司越來越重視地圖產品在其產品體系中的作用，測繪地理信息數據的生產也逐漸由專業的測繪地理信息企事業單位向非測繪地理信息專業的公司滲透。例如，百度基于街景車獲取的點云和影像數據，利用深度學習、圖像識別和自動差分融合等技術，實現了全景地圖自動提取道路、建筑物輪廓、警示牌及POI信息，自動化識別準確率高達95%，極大地提高了地圖生產效率。

3.3 知識發現

在“測繪4．0”時代，測繪地理信息技術的價值已發展為知識經濟服務價值，要求測繪人利用優化算法、機器學習、深度學習等智能化處理方法，對測繪地理信息大數據進行分析、歸納、挖掘，發現其中隱藏的信息，為社會生產生活服務。通過對大數據的處理分析，可以得到除了傳統測繪所強調的物理世界測量結果以外的更多信息，測繪地理信息服務的需求已從獲取位置信息轉變為獲取位置信息背后更為豐富的社會信息。通過地理信息大數據的社會感知，可以更好地發現和認識世界。

微軟亞洲研究院正在進行的“城市計算”項目，利用人們的移動特性和地理數據，發掘城市的功能區域類型和分布，對制定合理的城市規劃有著及其重要的意義。該項目還可基于人的移動性數據發現不合理道路規劃；以及利用高速和環路等主干道將城市分割成區域，分析大規模車流軌跡數據在不同區域之間行駛的特征，發掘城市道路網的不足，為下一版規劃的制定提供參考建議。

北京市測繪設計研究院立足傳統測繪數據優勢，結合不同類型的社會屬性數據，如互聯網數據（導航數據、社交網絡數據等）、移動設備數據（手機信令、手環數據等）、傳感器數據（位移傳感器、速度傳感器等）、社會調查數據（調查問卷、在線調查等）等，通過研發空間大數據分析模型，分析了北京市詳細的建筑量與人口分布等信息，并將分析結果成功應用于多場景的城市現狀評估和未來決策中，為城市體檢、規劃等重要工作提供決策依據。

重慶市勘測院針對越來越豐富的測繪地理信息大數據，結合自然、人文、經濟、規劃等數據，對測繪地理信息大數據在城鄉規劃中的應用進行了探索，形成了一個三維地理空間環境城市用地豎向解決方案[7]，從中發現城市用地利用變化、城市擴展方向等城市規劃、土地、經濟變化信息，對城市資源配置作定量定性分析，為城市發展和規劃提供知識服務。

3.4 按需服務

在“測繪4．0”時代，測繪地理信息行業將從傳統的地圖產品制作轉型為面向社會經濟、專業建設和大眾民生應用的服務行業。它將智能處理、知識發現的成果在規定的時間內及時傳遞到需要的用戶手上，為社會中的用戶提供實時的地理信息服務[5]。

武漢市測繪研究院研發的“三規”修編基礎信息平臺（城市總體規劃、土地利用總體規劃、綜合交通規劃），通過搭建云存儲環境，采用分布式的數據服務管理不同部門的測繪地理信息數據（地形地貌數據、遙感影像數據、基礎測繪數據、國情普查數據、地質調查數據、建筑物用地數據、公交線路數據等），在統一的數據共享管理標準的基礎上，通過對數據資源的科學整合和平臺建設，在不同單位、不同用戶間架起溝通的橋梁。通過該平臺，用戶可依據權限訪問各類相關專題數據和功能應用，并能靈活定制，從而實現各類數據資源的集成共享與綜合利用，使信息共享由數據匯交向網絡在線轉變，共享手段由文件共享向數據云轉變。

上海市測繪院針對海量遙感影像數據的管理和服務應用，研發了基于云計算架構的“遙感影像云服務平臺”[8]。該平臺采用云計算技術，將海量遙感影像數據分布式存儲在云盤，實現共享交換和下載；通過云計算的資源調度分配，可根據用戶在線影像處理服務的需求，提供遙感影像的動態裁剪和拼接以及復雜遙感影像分析模型的服務。

寧波市測繪設計研究院充分結合寧波市市情，在第一次地理國情普查的基礎上，建設了“寧波市地理市情普查與監測平臺”。該平臺整合了多尺度的國情普查數據、社會經濟數據以及行業數據等，提供了實時數據支持、動態監測和歷史數據時空分析等服務，以滿足市政府行政決策和民生服務的需要[9]。

4 測繪地理信息事業轉型升級的策略建議

在探討了“測繪4．0”的理念并示例了其實踐的基礎上，本文就如何推進“測繪4．0”，實現城市測繪地理信息事業的轉型升級，提出如下策略與建議：

1）加快體制機制改革，實現職能定位轉型升級。在測繪時代的演變過程中，城市測繪的生產形態、組織結構及知識價值相互繼承、不斷發展。從“測繪1．0”時代的以生產為主，到“測繪2．0” 時代的以生產為主、科研為輔，到“測繪3．0” 時代的加大科研比重，引進、消化、吸收最新的信息技術、網絡技術和通信技術等，再到“測繪4．0” 時代的增強自身創新能力，升級成為為社會各界提供知識服務的基礎公益智庫，實現城市勘測職能的轉型升級。

2）加強關鍵技術創新，實現生產方式轉型升級。目前，測繪數據獲取方式已由人工采集升級為通過無人機、航空影像、移動測量車和三維激光掃描儀等進行自動采集，以及通過物聯網、智能終端等互聯網設備進行非專業眾源地理信息數據的自動采集，從數據獲取方式到獲取范圍都發生了重大變化。同時，數據生產方式也由一次測繪、一次使用升級為一次測繪、多次使用。在數據獲取階段，專業測繪地理信息數據與非專業測繪地理信息數據進行一次采集、信息融合，再根據用戶需求進行定制化處理，通過數據挖掘、深度學習等智能方法進行數據分析與挖掘，實現多次應用。

3）深化測繪成果應用，實現服務層次轉型升級。隨著測繪時代的發展演變，測繪行業的服務層次也在不斷升級，“測繪1．0”時代其作為其他工作的輔助，僅提供生產勞務價值；“測繪2．0”時代開始參與平臺建設，提供技術成果價值；“測繪3．0”時代參與決策，提供社會經濟價值；“測繪4．0”時代通過深度學習、數據挖掘等技術，提供智力支持，對測繪地理信息大數據進行深度應用，實現從提供基礎的測繪數據、地圖產品到提供深層次的知識服務價值的轉型升級，為城市管理、大眾生活提供智慧感知和智慧服務。

4）加快產品標準制訂，實現服務規范轉型升級。在“測繪4．0”時代，測繪新技術、新產品不斷出現，但對應的標準規范仍有缺失，影響了測繪地理信息產業的升級和成果應用。測繪地理信息成果在新時期的共建共享和社會化應用，需要依靠科學、嚴謹的標準規范加以保障。因此，加快制訂測繪新技術、新產品和新服務的標準規范，積極參與國際標準化活動，加強測繪標準宣傳工作，是實現測繪地理信息服務規范轉型升級的重要舉措。

5）推進示范項目建設，實現測繪事業轉型升級。在“測繪4．0”的推進過程中，要堅持示范先行，通過具體項目和具體城市的應用與示范，積累“測繪4．0”推進中的經驗教訓，歸納其方法路線，發揮帶頭引領作用，帶動社會各界和各城市廣泛參與“測繪4．0”，最終推進城市測繪地理信息事業的轉型升級。

“測繪4．0”是集智能測繪、泛在獲取與知識服務為一體的新一代測繪體系。推進“測繪4．0”，實現測繪地理信息事業的轉型升級，必將使測繪行業與城市管理、人民生活和經濟服務之間產生越來越廣泛的聯系，使測繪地理信息真正融入到各行各業和日常生活中，為生產、生活提供更為便捷和高效的服務。

[1] 肖建華,彭清山,李海亭．“測繪4．0”:互聯網時代下的測繪地理信息[J]．測繪通報,2015(7):1-4

[2] 寧津生,楊凱．從數字化測繪到信息化測繪的測繪學科新進展[J]．測繪科學,2007,32(2):5-11

[3] 李德仁．展望大數據時代的地球空間信息學[J]．測繪學報,2016,45(4):379-384

[4] 龔健雅,王國良．從數字城市到智慧城市:地理信息技術面臨的新挑戰[J]．測繪地理信息,2013,38(2):1-6

[5] 牛汝辰,鄧國臣．測繪人眼中的智慧城市:李德仁院士專訪[J]．測繪科學,2015,40(1):3-8

[6] 劉經南,方媛,郭遲,等．位置大數據的分析處理研究進展[J]．武漢大學學報(信息科學版),2014,39(4):379-385

[7] 陳良超,孫開敏,何興富．測繪地理大數據在城鄉規劃中的應用研究[J]．城市勘測,2015,6(3):5-8

[8] 鄧迅．上海市遙感影像云服務平臺設計與實現[J]．城市勘測,2016,8(4):24-27

[9] 曹學禮,曹建明．基于寧波市地理市情監測方案的研究[J]．城市勘測,2016,2(1):68-71

P208

B

1672-4623（2017）01-0001-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.001

肖建華，正高職高級工程師，主要從事城市勘測技術與行政管理工作。

2016-12-05。

項目來源：“武漢市黃鶴英才基金”重點資助項目。