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徐永清、刘利:测绘地理信息与智慧中国建设

作者:  来源:国家测绘地理信息局测绘发展研究中心  发表时间:2016/4/29 8:32:42  点击:340

在全球“智慧地球”战略的影响下,我国智慧中国建设正在兴起。2009年,温家宝总理在无锡考察时提出要加快推进传感网的发展,尽快建立“感知中国中心”。2010年,我国正式将物联网产业列入战略性新兴产业范畴予以支持,提出要推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范。2011年,工业与信息化部印发了《物联网“十二五”发展规划》。《2012年政府工作报告》中也提出要加快物联网试点示范工作步伐。与此同时,我国智慧城市建设迅速兴起,在“十二五”规划或政府报告中提出建设智慧城市的地级以上城市共有41个,其中副省级城市10个。在智慧中国建设过程中,测绘地理信息保障服务起着十分重要的作用。国家测绘地理信息局已将建设“智慧中国”作为测绘地理信息事业发展的战略方向之一。


  一、地理信息是智慧中国建设和运行的重要信息


  地理信息是智慧中国建设必不可少的重要信息。首先,空间地址标识是智慧中国建设的重要信息内容。物联网上的每个“物”具有四个基本特征:地址标识、感知能力、通信能力和可以控制,终端感知和地址标识已经成为物联网三大关键技术的基础。空间地址标识能实现对物联网中多种物体的定位,尤其是智慧交通、智慧城市建设等领域,光有逻辑地址已经不能满足需求,空间地址已经成为智慧中国物联网建设的重要内容。其次,物联网的科学构建离不开地理信息。在“智慧中国”建设过程中,特别是物联网建设初期,基于地理信息可以对传感网的布设进行空间分析,更加科学、合理地布设感知终端。在组建物联网时,通过建立起物体的空间位置和物体标识及物体基本信息之间的联系,可以在物联网系统运行过程中,通过无线网络与互联网随时掌握不同传感器所处的空间位置以及空间运动轨迹。第三,地理信息在智慧中国多领域的智能化应用中起着重要作用。在智慧电力建设中,电力设施的空间分布情况、电力故障发生的确切位置、以及维修人员去排除故障的调度和路径等都涉及到地理信息,地理信息在实现对设备的高效管理和维护方面起着重要作用。在智慧医疗建设中,医生、医疗设施、患者之间需要共享一个整合的平台,这个平台的搭建就需要地理信息作为基底,将患者、医院、医疗设施、医生的空间分布在平台上进行显示。在智慧的城市建设中,需要提升政府公共服务、处理突发事件、丰富群众生活,涉及多部门协同管理,所以城市地理信息无疑是必须的。在智慧交通建设中,为解决交通拥堵问题,控制污染物排放,需要进行实时交通信息查询、交通路径优化选择、车辆导航、交通流量的实时监控等,这些与地理信息直接相关。在智慧的供应链中,为降低物流成本,需要熟悉交通线路的分布、对物流进行实时跟踪与调度、选择运输最佳路径等,这些都离不开地理信息。


  地理信息资源是“智慧中国”业务化运行不可缺少的信息资源支撑。智慧中国的运行需要各类信息资源的高度融合,需要将多种信息进行有机集成与综合分析,以实现智能化的分析和运行。地理信息具备了集成多种信息的重要特征,无论我们在一个多大的地域范围内、通过物联网的多种传感器获取多少独立地物的信息,空间位置都是这些信息之间唯一明显的关联,是空间上的关联将这些信息联系到一起,让我们可以有序地组织它们。


  二、现代测绘为智慧中国物联网建设提供了重要感知手段


  现代测绘通过卫星导航定位系统、遥感、高端测绘仪器等现代测绘技术与装备来获取自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性信息,为物联网感知提供了重要手段。


  全球定位系统是一种重要的信息传感设备。物联网定义指出,物联网是通过射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。卫星导航定位系统通过空间卫星、地面控制系统和用户终端设备,感知获取装载终端设备的地物的空间位置和时间信息。


  遥感也是一种重要的传感技术。红外遥感传感器、激光雷达遥感传感器属于红外感应器和激光扫描器的范畴。遥感可以一次感知多个地物,感知范围较为广泛,包括地上和地下,感知内容主要是空间位置、形状、地物波谱。随着高分辨率遥感技术的发展以及解译水平的提高,遥感技术在物联网时代的感知能力也将越来越强,并将在矿产探测、环保监测、精细农业、重要设施状态监测等领域,以其速度快、覆盖面广、成本低廉等优势, 发挥越来越重要的作用。美国《START-IT》杂志和《M2M》杂志已将遥感监测和远程通信与信息处理、智能服务、传感器网络、RFID和远程控制等一起列为物联网市场的6大支柱应用。


  现代测绘为远程大范围的物联网感知提供了重要手段。与射频识别(RFID)等感知手段相比,现代测绘可以在气象、环境、地下水、灾害监测等领域进行大尺度、大范围进行感知,是物联网其他感知手段的重要补充。


  现代测绘增加了物联网感知的空间感、方位感、位置感, 使物质世界的感觉更具时空分辨能力, 生活变得更智慧, 从而使物联网的海量信息能够按照空间关系的法则进行共享和应用。


  三、地理信息技术应用大大提升了智慧中国的智能化水平


  智能化的实质上是通过实现人与人、人与物之间更自动、实时、便捷的交互,来更好地实现人与人的交流,实现人对物更全面的了解和更自如的掌控,以更好地解决当前存在的问题。按照IBM的说法,智能化意味着对数据的分析更加深入,解决问题更加新颖、系统和全面。对于大规模的、复杂的、现实的智慧中国和物联网建设而言, 地理信息技术可以让其更加有序、更加直观、更加有用、更加智慧。


  地理信息技术为智慧中国海量数据的有序组织和科学管理提供了重要方法。智慧中国建设是个复杂的巨系统,智慧中国建设首先面临的是多源、海量数据,这些数据由于采集方式、载体形式千差万别,数据类型极为复杂,主题各不相同,如何将这些数据进行有序组织,有机整合,进行多领域共享和多因素综合分析,是首先面临的难题。地理信息技术按空间位置的集成方式、空间数据分层组织、空间数据库存储与管理方式、多源数据无缝集成技术为这些问题的解决提供了有效的解决方案,增强了物联网应用的信息管理水平。


  地理信息技术为智慧中国提供了一种更为直观生动的表达方式。通过地理信息的可视化表达,能直观展示物联网物理设施的空间分布情况,获得空间分布规律,为智能化应用提供了重要前提,使人与人的沟通、人与物的交互更为便捷。缺乏直观的空间表达方式,一些领域(如智能交通等)的智能化应用将无法真正实现。


  地理信息技术提升了对智慧中国相关问题的综合分析能力。由于空间位置关系是物联网中人与人、人与物之间的重要关系,因此地理信息技术,通过空间计算、空间分析、空间数据挖掘、空间应用模型等技术,可以按照物联网应用要求,从海量数据中快速、准确地提取所需信息,并通过空间技术,获得较为实用的解决方案。通过空间分析和运算,深化物联网的空间智能和位置智能,可以得到更为综合和优化的解决方案,以实现智能化地对物体进行自动化控制,如医院与病人的关系,电力故障设施与维修人员之间的位置关系,农产品的种植地与食品加工地之间的位置关系,等等。美国设立了国家地理空间智能局(NGA,The National Geospatial-Intelligence Agency),其使命是通过揭示和分析遥感影像和其他地理信息去描述、评估和可视化地表达物理特征和地表地理活动,建立从信息到智能,从决策到行动的桥梁,为国家安全提供及时、有关和精确的地理空间智能情报,该组织是美国国家智能团体的一部分。


  地理信息技术具备与多种信息技术无缝集成的特性,为实现智慧中国更为深入的智能化应用提供了强大的工具。地理信息技术不仅能无缝融入到互联网、移动通信、无线通信等信息技术中,还能与物联网、云计算等智慧中国支撑技术进行无缝集成。此外,地理信息技术能与三维、虚拟现实技术等其他多种技术无缝集成,通过环境重建,大大增强人对各种感知信息的沉浸感和真实感,使物联网的感知、显示发生革命性的变化。地理信息技术还可以和工业控制技术(如组态软件技术等)等无缝集成,增加对工业网络的自动化控制程度。


  四、数字中国地理空间框架为智慧中国建设提供了重要基础设施


  IBM指出,在智慧地球时代,物理的基础设施和IT基础设施构架正在融合为一。这种融合是通过物联网来实现的,物联网将实物通过互联网和其他信息进行连接,成为一个物物相连、相关信息相连而又无缝融合的巨大网络。智慧中国时代的物理基础设施和信息基础设施也将实现无缝融合。但智慧中国的建设是一个由多个部门分阶段同步实施的过程,在实际建设过程中,不同部门按照统一的顶层设计,分别由不同人员同时进行两部分的构建:一是物理基础设施部分,即通过各种传感器将实物连接在一起形成物联网,另一方面仍需大力加强信息基础设施建设,最终通过统一的物联网设计实现两部分的无缝融合。我国物理基础设施部分的建设刚处于起步阶段,而信息基础设施建设已经进行了一段时间,但还有很长的路要走。


  数字中国地理空间框架是智慧中国信息基础设施的重要内容。数字中国地理空间框架是以公共服务为导向的国家空间信息基础设施的基础,是数字中国建设的核心内容。数字中国地理空间框架不仅提供多要素、多时相、多分辨率、多来源、高质量的基础地理信息,集成国土开发利用、交通管理、环境保护、城市规划等其它地理和经济社会信息,还提供采集、加工、分发、服务这些地理信息所涉及的政策、法规、标准、技术、设施、机制和人力资源,框架包括了基础地理信息数据、数据目录与交换体系、政策法规与标准体系、组织运行体系和公共服务体系等多个组成部分,是中国重要的空间信息基础设施。没有这个基础设施,其他信息将无法统一集成,从而将无法实现综合分析,也就谈不上智能化应用。


  数字中国地理空间框架同时也为“智慧中国”物联网建设提供重要信息平台。从物联网体系结构的角度看,数字中国地理空间框架集成了遥感、导航定位等传感器采集的丰富的、多比例尺的空间数据(其中已经包括了各种地物丰富的属性信息),并可以根据物联网其它各种传感器的地址标识对感知层识别和采集的数据进行科学管理,可以通过互联网、移动通信网等网络系统实现对传感器属性信息进行可靠传递,还可以实现对物联网采集数据的空间处理、空间分析和空间展示。


  综上所述,测绘地理信息在智慧中国建设中起着极为重要的支撑和基础作用。测绘地理信息工作应不断加强对智慧中国和物联网建设的服务保障,应加强地理信息资源建设,切实推进地理信息共享。加强现代测绘与其他物联网传感器的连接和数据集成。不断强化空间分析功能,丰富地理信息表达,深化地理信息应用,加强地理信息技术创新以及与其他技术的深度融合,促进地理信息的智能化应用。应继续推进和完善数字中国地理空间框架建设,不断满足智慧中国建设需求。



(作者单位:国家测绘地理信息局测绘发展研究中心)

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