“互联网+”时空大数据与“GIS”的演进和发展课件

王家耀“互联网+”时空大数据与“GIS”的演进和发展信息工程大学地理空间信息学院王家耀“互联网+”时空大数据与“GIS”信息工程大学地理101020304引言时空大数据：大数据与地理时空数据的融合“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进与发展CONTENT“互联网+”的本质、意义与特征0506关于“互联网+”时空大数据与“GIS”进一步发展的若干思考和建议总结01020304引言时空大数据：大数据与地理时空数据的融合“201引言PARTONE01引言PARTONE31.引言我们应该怎样认识“互联网+”、大数据、时空大数据之间的关系？

“互联网+”时空大数据背景下，如何推动“GIS”的演进与发展?将面临哪些挑战与机遇？“互联网+”、大数据、时空数据、时空大数据，是学界和业界讨论最多的问题。“GIS”是地理学、测绘科学技术及计算机通信网络等新兴信息技术交叉融合的产物。1.引言我们应该怎样认识“互联网+”、大数据、时空402“互联网+”的本质、意义与特征PARTTWO02“互联网+”的本质、意义与特征PARTTWO52.“互联网+”的本质、意义与特征“十三五规划”中提出，实施网络强国战略，实施“互联网+”行动计划，实施国家大数据战略。在此之前的2015年《政府工作报告》中就曾明确提出了“互联网+”，随后7月1日国务院发布《“互联网+”行动指导意见》，提出11项重点行动和7个方面的保障措施，紧接着不少省市也发布了相关文件。提出“互联网+”本质上是互联网、物联网、云计算等新兴信息技术在各行各业“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”中的深度融合集成创新应用，使之成为现代制造业、生产性服务业发展的新动力。本质现在“互联网+”已经开始融入各行各业。可以说，我们这个时代已经就此打上了“互联网+”的烙印，中国已经开启了“互联网+”时代的大门，将引起一场科技革命和产业变革。意义2.“互联网+”的本质、意义与特征“十三五规划”中提出，实施62.“互联网+”的本质、意义与特征跨界融合。+，就是跨界，就是变革，就是开放。创新驱动。传统的资源驱动方式→创新驱动发展。重塑结构。打破原有的社会结构、经济结构、地缘结构、文化结构、管理模式。尊重人性。互联网力量之强大最根本的是源于对人性最大限度的尊重，对人体验的敬畏，对人的创造性的重视。真正体现“以人为本”。开放生态。“互联网+”本身就是开放的，重要的是化解掉过去制约创新的环境，真正实现“大众创业、万众创新”。连接一切。这是“互联网+”的目标。特征2.“互联网+”的本质、意义与特征跨界融合。+，就是跨界，就703时空大数据大数据与时空数据的融合PARTTHREE03时空大数据大数据与时空数据的融合PARTTHREE83.时空大数据：大数据与时空数据的融合这里，关键是“大”。没有统一的定义。但可以这样来理解：大数据是指其规模（体量大）和复杂程度（多样性）常常超出了目前数据库管理软件和传统数据处理技术在可接受的时间内（快速性）收集、存储、管理、检索、分析、挖掘和可视化（价值）能力的数据集的聚合。大数据：什么是“大数据”大数据的本质大数据的意义大数据的本质，在于驾驭大数据，即应用大数据，也就是由对大数据的“拥有”变为对大数据的“使用”，大数据是“宝贝”还是“垃圾”，要用大数据思维去发掘“大数据”的潜在价值，大数据的核心价值是“预测”。大数据带来的信息风暴正在改变我们的生活、工作和思维，开启了一个重大的时代转型：思维变革、商业变革和管理变革。大数据产业的兴起，将颠覆千百年来人类的思维惯例，对人类的认知与世界交流方式提出了新的挑战：一切用数据说话，谁掌握了大数据谁就掌握了主动权。大数据的特征variety多样性value低值性velocity快速性veracity不确定性类型多（文本、图像、音频、视频）异构（无模式或模式不明显）非结构化数据占数据总量的80-90%大量的不相关信息高价值总量，低价值密度需要深度分析和挖掘处理速度快（1秒定律）每分钟谷歌有200万次访问流数据，实时更新（毫秒级）主要是新而非事后语法或语义的不确定性数据不一致、不完整引发的不确定性真伪难辨volume巨量性数据量TB-PB-EB未来18个月产生的数据量等于有史以来的数据量之总和3.时空大数据：大数据与时空数据的融合这里，关键是“大”。没9时空数据：什么是时空数据指以地球为对象，基于统一时空基准，与位置相关联的地理要素（或现象）信息的数据。具有时间维（T）、空间维（S）和属性维（D）等特征。3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空数据：什么是时空数据指以地球为对象，基于统10时空数据：时空数据的本质反映地理世界（时空）各要素（现象）的数量和质量特征、空间结构和空间关系及其随时间的变化，是人类认知地理世界的基础。时空数据的意义是共享、交换大数据的时空框架，是各部门行业信息共享、交换的平台，是一切大数据聚合的平台。3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空数据：时空数据的本质反映地理世界（时空）各要素（现象）的11时空大数据：什么是时空大数据指大数据与地理时空数据的融合，即以地球为对象、基于统一时空基准，活动于时空中与位置直接或间接相关联的大数据。这样界定时空大数据是基于两个事实：一是，人类生活在地球上，人类的一切活动都是在一定的时空（时间和空间）中进行的，而所有数据都是人类活动（社会、生产、生活……）的产物；二是，从可视化角度讲，所有大数据只有当其与地理时空数据集成后，才能直观地为人们提供大数据的空间概念。3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空大数据：什么是时空大数据指大数据与地理时空12时空大数据：时空大数据的本质揭示了几乎所有大数据都需要而且可以与地理时空数据融合的这样一个规律。如计划生育大数据与地理时空数据融合，可以揭示执行计划生育政策以来国家人口增长和负增长时间序列趋势及其地区差异。3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空大数据：时空大数据的本质揭示了几乎所有大数13时空大数据：时空大数据的价值和意义集大数据的价值意义与地理时空数据的价值意义于一体，任何规律的得出，任何决策的做出，都必须依据一定时间、确定地点（地区）的大数据，即地理时空大数据。全球已经进入（时空）大数据时代，企业决策过程正由程序驱动变为数据驱动；（时空）大数据已成为制造业创新的动力，我国54%的制造业正在应用数字化工具推动转型升级。3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空大数据：时空大数据的价值和意义集大数据的14来自解决人类面临的全球性问题的推动。来自对地观测——泛在测绘的推动。来自新兴信息技术发展的推动。来自企业经济效益的推动。产生动因时空大数据：时空大数据的来源政府的时空大数据互联网时空大数据企业的时空大数据个人的时空大数据3.时空大数据：大数据与时空数据的融合来自解决人类面临的全球性问题的推动。来自对地观测——泛在测绘15时空大数据：时空大数据的特征除一般大数据的“4V”或“5V”特征外，还具有位置点、线、面、体的三维位置（X,Y,Z）拓扑、方向、度量很复杂时间位置、属性等随时间变化而变化尺度空间尺度变化，即比例尺变化多源异构空间基准、时间、尺度、语义等不一致属性每个位置点、线、面、体上都有自己的数量、质量特征和说明性信息多维所有大数据与空间数据集成构成空间数据立方体，即“全息”可视化3.时空大数据：大数据与时空数据的融合时空大数据：时空大数据的特征除一般大数据的“4V”或“5V”1604“互联网+”时空大数据推动GIS的演进和发展PARTFOUR04“互联网+”时空大数据推动GIS的演进和发展PARTF17“GIS”发展至今，作为学术名词有三个。“GIS”的三种学术名词GIServiceGIScience地理信息系统强调“GIS”工程技术的一面，被定义为“信息系统有关地理信息的分支”即在计算机硬软件支持下，对地理信息进行获取、存储、管理、分析和可视化的计算机信息系统。地理信息科学。强调“GIS”科学的一面，被定义为“信息科学有关地理信息的一个分支学科”，即关于自然、人文现象的空间分布与组合的信息，是表征地理环境的数量、质量、分布特征、内在联系和运动规律的科学。地理信息服务强调“GIS”的应用服务即产业的一面，被定义为“随时随地为需要地理信息的用户提供基于统一时空基准的与位置直接或间接相关联的地理要素或现象的信息智能化服务”。即用“4A”回答“4W”问题。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展GISystem“GIS”发展至今，作为学术名词有三个。“GIS”的三种学术18综合起来说，“GIS兼顾了科学、技术、工程和产业特性，构成了完整的“科学——技术——工程——产业”的“全知识链”和“地理信息获取（传感网）——处理（生产）——应用（服务）”的“全产业链”。其中，地理信息科学是基础，地理信息技术是支撑，地理信息工程是科学和技术转化为生产力的关键，发展地理信息产业是目的。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展综合起来说，“GIS兼顾了科学、技术、工程和194.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展单一广泛之一：GISystem（地理信息系统）应用领域的演进数字化工具的推动地图数字化对地观测信息资源的演进GIS由着重信息源一端到信息深加工一端转移管理型分析型系统功能的演进大数据时代的到来不仅解决了GIS的信息源问题，更重要的是对GIS功能提出了更严峻的挑战，决策支持GIS呼之即出决策支持型4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展单一广204.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展GISystem存在的问题●信息资源不能共享●系统之间不能互联互通●使用不方便，也买不起社会需要●共享信息资源●网络环境下多个节点协同工作●提供低成本的实时/准实时、智能化服务两者之间有落差主机计算桌面计算网络计算网格计算云计算主机GIS桌面GIS网络GIS基于网络服务的GIS云GIS基于网格服务的GIS系统体系结构的演进之二：GISystem→GIService计算机通信网络技术的推动GIS功能包集成式GIS模块式GIS组件式GISWebservice组件Gridservice组件结论：

“GISystem→GIService”是发展趋势系统开发模式的演进4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展GIS214.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService现代地理信息服务面临的挑战和机遇地理时空大数据存储管理和智能处理。分布异构GIS纵向/横向集成。分布式服务组件到集成式服务组合。信息资源共享与协同解决问题（协同工作）地理时空信息“获取（传感网）→处理（生产）

→应用”一体化4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：224.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展面向应用的服务聚合向应用的服务聚单元要素系统基本思路4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展面向应234.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展基本架构服务提供者服务代理（注册中心）服务请求者发布绑定发现WSDL/GSDLUDDI/MDSSOAP调用之二：GISystem→GIService4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展基本架244.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService正是因为“互联网+”时空数据的推动才有目前的多种GIService模式（1）基于网络服务(WebService)的地理空间信息共享与空间数据互操作WebService目录服务

数据服务

操作服务

数据

Oracle

PostGISSQL

ShapeFileUDDI注册中心客户端应用系统浏览器①注册WSDL文档WSDL文档②查找服务地址WSDL文档③绑定SOAP请求SOAP响应④调用SOAP消息SOAP消息4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：254.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService（2）基于网格服务(GridService)信息资源共享与协同解决问题(协同工作)系统1系统2系统n注册服务验证服务识别服务查询服务服务聚合管理服务将系统功能按照标准封装为网络/网格服务构造地理信息服务网格与虚拟组织，建立服务管理节点用户按需组合服务形成面向应用的服务能力应用n网格条件下4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：264.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService（3）基于云计算的时空信息服务4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：274.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService（4）基于网格集成与弹性云的“混合式”时空信息服务4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：284.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：GISystem→GIService（5）基于位置的地理信息服务这一概念源于位置服务（LocationBasedService,LBS）,又称定位服务，是由移动通信网络和定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息（如经纬度坐标数据），提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。所以，实际上是一种概念较宽泛的与位置有关的新型服务业务。从目前社会广泛应用实际情况来看，应界定为基于位置的地理信息服务，即“导航定位系统+导航电子地图系统”。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之二：294.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之三：GIScience（地理信息科学）GISystem与GIService具有显著的技术、工程和产业特性，但支撑GISystem与GIService技术、工程和产业可持续发展的是科学，这就是GIScience（地理信息科学），其内容包括理论层面、技术层面和应用层面。GISystemGIServiceGIScience4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之三：30从”互联网+”时空大数据带来的科学范式变化看GIScience美国著名科学哲学家THOMASS.KUHN（库恩）在《TheStructureofScientificRevolutions》（《科学革命的结构》）一书中提出“范式”的概念和理论：指的是一个共同体成员所共享的信仰、价值、技术等等的集合，指常规科学所赖以运作的理论基础和实践规范，是从事某一科学的研究者群体所共同遵从的世界观和行为方式。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展之三：GIScience（地理信息科学）从”互联网+”时空大数据带来的科学范式变化看GIScienc31计算机图灵奖得主JimGrey的四个科学范式理论第一范式(经验范式)产生于数千年前，是描述自然现象的，人们依靠经验和观察为依据进行科学研究，即依靠科学实验的方式探索未知。第二范式(理论范式)产生于几百年前，是以建模和归纳为基础的理论学科和分析范式，即在科学实验的基础上进行模型归纳形成相应的规则和理论。第三范式(计算范式)产生于几十年前，是以模拟复杂现象为基础的计算科学范式；即在科学实验很难进行、理论计算难于开展和归纳的情况下，采用模拟仿真方式以验证理论及方法正确的可能性，同时探索更广泛的科学领域；第四范式(数据密集型范式)今天正在出现，是以数据考察为基础，联合理论、实验和模拟一体的数据密集计算的范式，即从数据入手，使用计算机程序对庞大的数据库进行挖掘，寻找数据之间的关系。从本质上讲，他们是利用计算机对海量数据进行研究，从而发现各种规则。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展计算机图灵奖得主JimGrey的四个科学范式理论第一范式产32JimGrey四个科学范式理论适合GIScience1234第一范式：经验范式1、直观逻辑思维2、以观察者实验为依据产生于几千年前第二范式：理论范式1、科学假设、理论分析2、以理论思维和数据方法为依据产生于几百年前第三范式：计算范式1、模拟计算、系统综合方法2、以计算机的应用为标志产生于20世纪初第四范式：数据密集型范式1、以地理时空大数据为基础2、以互联网、物联网、云计算为新的技术手段今天正在出现4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展JimGrey四个科学范式理论适合GIScience12333当今的地理信息科学，正面临着时空大数据时代的全球性挑战，“第四范式”可能是解决面临挑战的具有本质性的理论、方法与技术，不仅是科研方式的转变，也是人们思维方式的大变化（大数据思维），通过大数据分析和大数据挖掘，可以发现过去的科学方法发现不了的新模式、新知识和新规律。这正是地理信息科学要解决的问题。所以，大数据时代的到来也是推动地理信息科学发展的重要因素，同时数据密集型科学范式也成为地理信息科学的科学研究范式。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展当今的地理信息科学，正面临着时空大数据时代的全34GIScience的内容体系主要研究地理信息的本质、结构、描述、分类和表达，地理信息发生、提取、传输、重构和作用机制，地理信息运动过程中的熵增、熵减、误差和不确定性以及感应与行为机制，地理信息运动的计算模拟。理论层面主要包括地理信息技术系统的开发，集成与应用（GNSS、RS、GISystem），时空大数据基础设施建设技术。技术层面主要研究基于理论指导和技术支撑的人口、资源、环境和社会的区域规划和管理等方面的应用。应用层面地理信息科学是信息科学有关地理信息的一个分支学科（Goodchild，1992）。它的研究对象是地理信息，是关于地理信息的本质特征和运动规律的一门学科，是新的认知模式、观察视点和技术平台，其内容体系包括三个层面：4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展GIScience的内容体系主要研究地理信息的本质、结构、描35“互联网+”时空大数据，是伴随着计算机通信网络技术和空间感知技术的发展演进而逐步形成的，这个过程也促进了“GIS”的演进与发展进程。“互联网+”时空大数据时代的到来不是偶然的，“GIS”的发展演进也不是偶然的，两者相伴而行。GISystem、GIService、GIScience三者各自有不同的着重点，但地理信息（GI）是共同的对象。GISystem→GIService，GISystem与GIService上升到GIScience，构成了完整的地理信息“科学——技术——工程——产业”的“知识链”和地理信息“获取（传感网）→处理（生产）→应用”的产业链。4.“互联网+”时空大数据推动“GIS”的演进和发展“互联网+”时空大数据，是伴随着计算机通信网络技术3605关于“互联网+”时空大数据与“GIS”进一步发展的若干思考PARTFIVE05关于“互联网+”时空大数据与PARTFIVE375.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考地理时空信息的本质、结构、描述、分类和表达。地理时空信息发生、解译与反演、提取、重构和作用机制。地理时空信息运动过程中的熵增、熵减、误差、不确定性以及感应与行为机制多模式时空综合认知理论多模式时空信息传输理论多源异构地理时空信息的集成、融合与同化理论全球统一时空基准理论（1）地理信息（GI）基本理论研究5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考38高精度GNSS的全球化和时间系统的精准化技术。地理时空信息智能感知（时空大数据获取）技术地理时空大数据分布式存储与管理技术（NOSQL，Hadoop）地理时空大数据并行智能处理技术（MapReduce）地理时空大数据挖掘与知识发现技术地理时空大数据快速可视化技术地理时空信息智能服务技术（2）地理信息（GI）核心技术攻关5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考地理信息“获取（传感网）→处理（生产）→应用（服

务）”的“一体化”技术。高精度GNSS的全球化和时间系统的精准化技术。（2）地理信息39“一体化”指“互联网+”环境下，地理时空信息从获取到提供应用的全过程或所有环节都在网络/网格环境上进行，即实现地理（时空）信息在网络/网格上可控、有序、高效流动。核心技术基于“互联网+”的“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”的自适应构建技术基于“互联网+”的“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”各环节的软件接口技术线性“工作流”、“产业链”、“价值链”与分布式并行处理相融合的技术基于“互联网+”的信息资源共享与协同工作技术（2）地理信息（GI）核心技术攻关5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考“一体化”（2）地理信息（GI）核心技术攻关5.关于“互联网40“互联网+”地理时空数据城市大数据（部门、行业）时空大数据共享聚合交换是共享、交换城市大数据的时空框架，是各部门、各行业信息共享、交换的平台，是一切大数据聚合在时空框架上的平台。同样，适用于“智慧地球”、“智慧中国”等建设。（3）重视地理时空大数据在“智慧城市”中的应用5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考“互联网+”地理时空数据城市大数据（部门、行业）时共享聚合交415.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考425.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考435.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考445.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考455.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考465.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考475.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考485.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考495.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考505.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考5.关于“互联网+”时空大数据与GIS”进一步发展的若干思考51改变传统地理信息产业思维方式，强化网络思维、“互联网+”思维、“互联网+GIS”产业思维强力推进地理信息“获取（传感网）→处理（生产）→应用（服务）”的“全产业链”流程，彻底改变目前“三大环节”脱离的传统作业模式在“互联网+”时空大数据背景下，真正实现地理信息“处理（生产）”由着重信息源一端向着重信息深加工一端转移，着力地理信息产品的多样化、个性化、定制化充分发挥“互联网+”环境下的“官方制图”、“企业制图”、“兴趣者制图”三类“主体”制图并存的作用。（4）积