时空大数据的主要特征及作用

张 辉

(河北中核岩土工程有限责任公司，石家庄 050031)

时空大数据的主要特征及作用

张 辉

(河北中核岩土工程有限责任公司，石家庄 050031)

时空大数据是大数据的重要组成部分。从大数据的基本概念和特点出发，深刻阐述了时空大数据的主要概念及其特征，并结合数字城市、智慧城市建设和地理信息产业发展的实际情况，充分论述了地理时空大数据在国家治理体系建设、政府民生管理、智慧城市建设、地理信息产业发展和科学研究等领域的重要作用。

地理信息；时空大数据；智慧城市时空信息云平台；地理信息产业

1 大数据的概念与特征

1.1 大数据的概念

大数据被认为是下一个自然资源，正日益对国家治理能力、经济运行机制、社会生活方式以及各领域的生产、流通、分配、消费活动产生重要影响。

大数据是指无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。大数据实质上是全面、混杂并且具有数据量大、输入和处理速度快、数据多样性、价值密度低特点的数据，大数据最核心的价值在于对于海量数据进行存储和分析。大数据的概念最早由维克托·迈尔·舍恩伯格和肯尼斯·库克耶在《大数据时代》中提出，大数据是指不用随机分析法(抽样调查)的捷径，而是采用所有数据进行分析处理。大数据又称为巨量资料，指需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

大数据产业是后工业化时期的新兴业态，是引领传统产业转型升级的重要资源。物联网、云计算、移动互联网、车联网、手机、平板电脑、PC以及遍布全球各个角落的各种各样的传感器，无一不是数据来源或者承载的方式。

1.2 大数据的特点

大数据无处不在、无时不有。互联网上关于大数据特点的描述，有“3 V”的，也有“4 V”的。根据多种资料综合整理归纳，作者认为大数据的主要特点，集中体现在以下“5 V”上。

1)Volume(大体量)：大数据的数据体量非常大，从TB级别一直到PB级别。随着各种技术的发展，人类的行为轨迹都能够以数据的形式被记录下来，而这些数据将会以更大的数据体量来进行记录和储存，这些庞大的数据体量只有运用大数据技术才能够有效地进行处理。据国际权威机构统计，人类产生的数据综合到2020年将达到40ZB，2003年之前的所有数据，现在2天就可以产生。

2)Variety(多类型)：是指大数据数据类型的多样化。大数据包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据3种不同类型。大数据不仅包括记录人类活动轨迹的各类文本信息，以及视频、影像、网络日志、图片、地理位置信息等多种类型数据，还包括机器生成的数据、关联交易数据和历史数据等。

3)Variability(可变性)：大数据的可变性，是指大数据每时每刻都在快速变化，大数据的处理遵循一秒定律。这种变化妨碍了数据处理和有效管理数据的过程。除了数据速度和种类的变化，数据流的周期性也不一致。

4)Veracity(真实性)：追求高数据质量是一项重要的大数据要求和挑战。大数据的真实性，主要表现在大数据的质量上，是获得有效思路和正确内容的因素之一，也是科学、正确制定决策的基础。

5)Value(高价值)：大数据真实地记录了人类交易和行为的轨迹，大部分数据价值密度比较低，但是有用的一小部分数据创造的商业价值却是非常高的，对科学决策管理、积极应对舆情、提高社会管理水平、从事科学研究、实施精准营销等都具有十分重要的意义。大数据的高价值性特点，正是大数据产业快速发展的源动力。

也有不少专家认为，大数据除了具有上述5个基本特征外，还应当具有的一个重要特点是数据在线，能够与其他行为数据、交易数据进行相互关联。

2 时空大数据的概念

大数据是第四次工业革命的重要领域。人类的一切活动都是在特定的时空(时间和空间)中进行的，所有数据都是人类活动的产物。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，时空大数据是最重要的大数据之一，是大数据的重要组成部分。

时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的3个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。在海量的大数据中，80%以上的数据都和空间位置有关，空间和属性数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的。时空大数据关联着过去、现在和将来，关联着世界万物的数字化、网络化和智能化，因此，我们生产生活中的绝大部分大数据都属于时空大数据。

关于时空大数据的概念，中国工程院院士王家耀指出：时空大数据是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，是现实地理世界空间结构与空间关系各要素(现象)的数量、质量特征及其随时间变化而变化的数据的总和。

国家测绘地理信息局《智慧城市时空大数据与云平台建设技术大纲2017版》提出，时空大数据包括基础地理信息数据、公共专题数据、智能感知实时数据和空间规划数据在内，要求各级测绘地理信息部门要加快构建智慧城市建设所需的地上地下、室内室外、虚实一体化的时空数据资源体系。

3 时空大数据的特点

时空大数据既包括按照测绘地理信息标准规范生产的大量空间数据，如DLG、DOM、DEM、DRG，也包括更大体量的自发的数据，如文字、图片、语音、视频等，既有实体空间中的数据，也有虚拟空间中的数据。时空大数据作为最重要的大数据，除了具有大数据的一般特征外，还有其自身的特殊性。参考目前国内专家学者的意见，时空大数据主要具有以下特点：

1)时空大数据包含对象、过程、事件在空间、时间、语义等方面的关联关系。

2)时空大数据具有时变、空变、动态、多维演化特点，这些基于对象、过程、事件的时空变化是可度量的，其变化过程可作为事件来描述，通过对象、过程与事件的关联影射，可以建立时空大数据的动态关联模型。

3)时空大数据具有尺度特性，针对不同尺度的时空大数据的时空演化特点，可实现对象、过程、事件关联关系的尺度转化与重建，进而实现时空大数据的多尺度关联分析。

4)时空大数据时空变化具有多类型、多尺度、多维、动态关联特点，对关联约束可进行面向任务的分类分级，建立面向任务的关联约束选择、重构与更新机制，根据关联约束之间的相关性，可建立面向任务的关联约束启发式生成方法。

5)时空大数据具有时间和空间维度上的特点，实时地抽取阶段性行为特征，以及参考时空关联约束建立态势模型，实时地觉察、理解和预测导致某特定阶段行为发生的态势。可针对时空大数据事件理解与预测问题，研究空间大数据事件行为的本体建模和规则库构建，为异常事件的模式挖掘和主动预警提供知识保障。

空间位置、时间、属性是时空大数据的3个基本特征。其次，时空大数据还具有多维、多源、异构等特点，时空大数据来源广泛，类型众多，其空间基准、时间、维度、语义等都不一致，表现为泛在化和海量性。时空大数据的本质，就是所有大数据都需要而且可以与地理时空数据融合。任何决策的做出，都必须依据一定的具有时间、空间特性的地理时空大数据。

4 时空大数据的作用

数据价值的不断提升和数据获取手段、数据处理技术的进步是大数据产业快速发展的根源。随着地理信息数据的不断应用和地理信息产业的快速发展，一场基于时空大数据的革命正在进行，它将带动国家战略及区域经济发展，推动智慧城市建设，促进企业转型升级和社会管理及个人工作、生活等各个领域的创新和变革。如何真正应用好时空大数据，充分发挥大数据的作用，是当前业内普遍关注和探索的问题。

4.1时空大数据是国家治理体系建设的重要推进器

时空大数据是国家基础性战略资源，是塑造国家竞争力的战略制高点之一。通过运用新系统、新工具、新模型对时空大数据进行深度挖掘和分析，可以获得具有洞察力和新价值的知识信息，使各行各业的决策从“业务驱动”逐步转变为“数据驱动”。可以使政府更为科学、广泛地了解公众需求和社情民意，从而及时调整和完善管理政策；帮助政府精准地制定宏观规划，科学地进行资源配置和要素配置，准确地制定经济社会发展的各项方针政策，实现政府管理从定性表述向定量表达的转变，从被动管理向主动服务转变，从粗放管理向精细化管理转变，由单向管理向协同治理转变，由此实现社会治理思维的变革、社会治理手段的改进、政府决策技术的进步、风险掌控能力的提升、公共管理流程的再造、社会协同治理的进阶。可以说，时空大数据是国家治理体系建设的重要推进器和国防信息化建设的源动力。

4.2 时空大数据是政府依法行政的检验池

在政府依法行政过程中自觉应用时空大数据，是落实创新发展理念的必然要求，对于加快转变政府职能，提升政府现代治理能力，特别是深化“放管服”改革具有重要意义。随着“互联网+政务服务”战略的实施，时空大数据技术的应用将逐步打通政务信息孤岛，建立完善、统一、无缝隙的高效公共服务体系。运用时空大数据技术不仅能够促进政府权力在阳光下运行，检验依法行政成果，推进依法行政进程，通过对时空大数据进行分析、比较和归纳，及时检验政府公共服务的实际效果和社会认知，使得多类型、多尺度的时空大数据成为政府依法行政的检验池。同时，也使得各级政府的服务更加精准、及时、高效，倒逼政府治理和公共服务更加科学、精准，破解政府治理中的热点难点问题，从而促进政府管理信息化、智能化、精准化。

4.3时空大数据是政府改善民生福祉的重要基础

大数据时代，各级政府履行公共服务职能将逐步从“指令导向”向“需求导向”转变，从重“服务覆盖”向“服务体验”转变。随处可见的传感器成为主要的时空数据来源，遥感卫星将逐步实现实时对地观测，应用于各行各业的无人机无时无刻地获取空间信息数据，移动通讯使每个人都在实时产生位置信息，经济社会发展的每一个脉络和环节，都将被时空大数据所包围。运用时空大数据将城市交通、卫生医疗、环保、金融、教育、体育、商业、旅游等各行业的数据集成整合、开发、共享和公开，可以使各级政府及时了解社情民意，掌握舆情，帮助政府及社区工作者及时化解争议和纠纷，并对突发群体性事件做出预测分析；帮助社会公众和企业实施精准营销、精准服务，使商家实时掌握市场动态并迅速做出应对，为商家制订更加精准有效的营销策略提供决策支持；可以帮助企业为消费者提供更加及时和个性化的服务，从而更好地改善民生福祉。

4.4时空大数据是智慧城市建设的重要支撑

当前，智慧城市建设已成为国家战略，而时空大数据则构成整个智慧城市建设的核心。在智慧城市建设和应用过程中，无所不在的传感网将产生TB级到PB级甚至EB级反应自然和人类活动的时空数据，智慧城市建设必须首先着重解决智能感知技术、云计算技术、智能统计分析和数据挖掘技术、基于网络的智能服务技术以及智能化实时动态可视化技术等，有效地对时空大数据进行计算、存储、分析、可视化处理和科学管理。通过科学有效地管理时空大数据，搭建基于时空大数据的信息云平台，建设基于地理实体的空间信息数据库，并深化其在国土资源、城市规划、城市管理、警用平台、防灾减灾、公共安全、市场监管、旅游服务等重点领域的应用，可以推动智慧交通、智慧医疗、智慧教育、智慧社区等智能化服务，从而为智慧城市建设提供基础支撑。

4.5时空大数据是推进地理信息产业发展的源动力

数字经济是继农业经济、工业经济之后的一种新的经济社会发展形态。其中，资源型数字经济对应着大数据的核心业态。通过对不同来源的时空大数据进行管理、挖掘、分析与优化，使得面向时空大数据市场的新技术、新产品、新服务、新业态会不断涌现。不仅能够推动测绘地理信息装备制造与集成设备、一体化时空数据存储处理服务器等产业发展，同时，也将引发时空数据快速处理分析、数据挖掘技术和软件产品的发展，深化测绘地理信息与新一代信息技术融合发展，从而创造出巨大的经济和社会价值，促进地理信息产业快速发展。

4.6时空大数据为测绘地理信息行业转型升级提供了新路径

大数据技术进步与时空大数据应用发展，必然引发地理信息行业的深度变革。无所不在的时空大数据，使得地理信息的边界逐步被打破，地理信息产业链条将进一步缩短，使零成本创业和短周期创新成为可能，原有的产业链条将会被生态圈所取代，时空大数据将成为地理信息企业的核心竞争力和产业发展制高点。地理信息企业将着重从多尺度、多源化的地理信息数据获取逐步向地理信息数据集成应用、跨界融合与同化转变，从专业化规范化制图向多样化制图转变，从按尺度构建更新空间数据库向多尺度时空数据库自动生成转变。通过综合运用时空大数据、云计算和物联网等新技术，可以加快测绘地理信息生产组织模式、产品模式和技术流程调整与变革，加快测绘地理信息行业转型升级发展。

4.7时空大数据为实施科学研究提供了新方法

大数据是人们获得新的认知、创造新的价值的源泉。数据挖掘、机器学习和人工智能等相关技术的进步，将会改变数据世界里的很多算法和基础理论。在大数据时代，科研人员可通过实时监测、跟踪研究对象所产生的海量时空数据，并利用科学的算法和理论进行挖掘分析与智能化统计，从而寻找科学研究对象活动的规律性，预测趋势性，科学地揭示研究对象的内在联系和演变规律，从而提出研究结论和对策。可以说，时空大数据为实施科学研究提供了新的方式方法和技术路径。

5 结语

人类社会正在从IT时代进入DT时代，大量的与时空相关的大数据需要有序地收集、存储、管理、查询以及使用，并可在任何领域、任何行业发展中发挥作用。特别是随着智慧城市和物联网的迅猛发展，无所不在的传感器网将产生极其大量的时空数据，使得世界进入真正的时空大数据时代。深度挖掘、分析和应用时空大数据，必将带来测绘地理信息行业的深刻变革，应当引起更多的关注和重视。

[1] 李清泉.城市时空大数据分析与交通应用[R/OL].[2017-07-30].http:wenku.baidu.com/view/4aedce90168884868662d6db.html.

[2] 李德仁.智慧城市中的时空大数据[R/OL].[2017-07-30].http:www.sohu.com/a/115815243_470071.

[3] 王家耀.“互联网+”时空大数据与智慧城市[R/OL].[2017-07-30].http:www.360doc.com/content/1610328106/30640059_545782655.shtml.

TheMainCharacteristicsandFunctionsofSpatial-TemporalBigData

ZHANG Hui

(ChinaNuclearIndustryHebeiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.Shijiazhuang050031,China)

The spatial-temporal big data is an important part of big data.Starting with the basic concept and characteristics of big data，this paper profoundly elaborates the main concepts and characteristics of the spatial-temporal big data.Moreover combining with the construction of digital city，smart city and the current development of the geographic information industry，the important role of the geographical spatial-temporal big data in the areas of national governance system construction，government management on people’s livelihood，smart city construction，the geographic information industry development，scientific research，and so on are fully discussed in this paper.

geographic information；spatial-temporal big data；spatial-temporal information cloud platform of smart city；geographic information industry

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.027

2017-08-22

张辉(1978-)，男(汉)，山西夏县，工程师 主要研究土木工程。

P208

A

1009-8984(2017)03-0115-04