测绘科学技术

论地理国情监测的技术支撑

李德仁，眭海刚，单杰

摘要：目的：地理国情监测是新时期空间信息科学的重要使命。本文对地理国情监测的必要性和内容进行了讨论，逐一剖析了空天地一体化遥感技术RS、全球卫星导航定位技术GNSS、网格GIS 技术、空间信息云计算技术Cloud Computing 和多维时空数据挖掘技术KDD（4SCD 技术）在地理国情监测中的地位和作用、面临的问题和发展建议，以期为全面实现地理国情的定期监测、日常监测和应急监测奠定技术基础。方法：地理国情是制定国家和区域发展战略与规划、开展国民经济统计、调整经济结构布局、应对突发事件的重要数据基础。地理国情监测具有重大战略意义，既是确保经济持续增长及建设信息化和谐社会的需要，又是突然事件应急响应的需要，更是推动空间信息科学发展的重要手段。地理国情监测的实施需要4SCD 技术的支撑，以共同解决从空间数据获取到分析利用再到信息发布的问题，实现从传感器到专业用户及时的分发。地理国情信息一体化的采集和快速更新需要利用空天地一体化遥感技术和全球卫星导航定位技术。通过对卫星传感器、低空传感器和地面传感器进行科学布局，形成网络化的空天地一体化对地观测系统。传感网环境下的空天地数据融合与协同处理是实现快速、精确、全面地获取复杂时空环境下地理国情的有效途径。多时相遥感数据变化检测是地理国情实现动态监测的关键，如何合理高效地利用数据特征提取变化信息，实现自动化、实时化、在轨化和智能化变化检测还面临许多关键难题，其问题的核心是缺乏可靠的理论基础和评价标准，这需要深入研究。全球导航卫星系统应用于地理国情监测测绘基准服务、空间定位服务和与多种国情监测技术的集成融合服务等方面，为监测工作提供平台和手段。目前，卫星导航系统正向着高精度、高可靠性、强抗干扰性、强反利用性、导航通信一体化的方向发展，卫星导航精确定位技术的研究热点仍是精密单点定位技术（PPP）和网络RTK 技术。为满足应急情况下地理国情实时监测的要求，构建“通-导-遥”一体化实时服务系统是未来的发展趋势。地理国情信息的自动化挖掘和定量化分析需要利用地理空间信息网格技术、多维时空数据挖掘技术和空间信息云计算技术。地理空间信息网格技术用于为地理国情监测形成的覆盖不同行业不同部门的数据共享和互操作、信息深加工、高性能大容量分布存储和分布处理提供强有力的技术支撑。就目前网格GIS 的发展来说，其关键技术在于中间件技术、地理标记语言GML、分布对象技术、构件与构件库技术和空间数据与非空间数据的集成技术，以提供地理空间信息综合服务为核心和最终目标的基于Grid Service 的Grid GIS 是社会需求和GIS理论、方法和技术发展的必然趋势。多维时空数据挖掘技术是指从时空数据库中提取用户感兴趣的时空模式与特征、时空与非时空数据的普遍关系及其他一些隐含在数据库中的普遍的数据特征，包含时态数据挖掘和空间数据挖掘，可为地理国情监测数据的综合分析与评估提供支持。空间数据挖掘是空间信息科学的新兴领域，目前只是取得了一定的初步成果，仍有大量的理论和方法需要深入研究，如多源空间数据的清理、基于空间不确定性的数据挖掘、栅格矢量一体化数据挖掘等。空间信息云计算技术可在PB 级的数据规模、百万级的用户实时在线操作数下，以较低的单位资源使用成本部署和快速的地理数据处理能力提供更加灵活的地理信息服务，缓解超海量多源数据与存储、计算能力的矛盾，为各种时空决策应用提供强大的技术支持。空间信息云计算需要特别注意地理空间数据与服务的安全，同时在存储地理空间数据进行地理计算需要考虑时空数据的特点，研发空间信息云计算中间件，以提高存储访问效率。结论：地理国情监测是一项长期艰巨的工程，本文对地理国情监测的发展分别从技术和政策的角度提出了改进意见。在技术方面，应实现空天地一体化观测，拓宽测绘技术的手段和数据获取的范围；充分利用先进卫星定位技术手段建设全国统一和共享的位置定位服务“一个网”，提供高精度、高效率的导航定位服务；加快国家地理信息公共服务平台建设，尽快建成可为各类用户提供全国乃至全球地理信息“一站式”服务的“一个平台”。在政策方面，应尽快出台加快推进地理国情监测的指导性意见，为全面实施地理国情监测提供体制机制保障；加快研制地理国情的技术标准，为全面推进地理国情监测工作提供标准保障；在部分有特点的省、市形成示范性的成果，为全面推进地理国情监测提供经验；加强地理国情监测的相关技术系统的建设。

来源出版物：武汉大学学报（信息科学版）, 2017, 37(5): 505-512

入选年份：2017