智慧地球时代测绘地理信息学的新使命

王斌

广东省核工业地质局测绘院 广东 广州 510800

IBM公司的 CEO彭明盛在2009年首次提出“智慧地球”这个概念，旨在鼓励各国政府在新世纪中加大对城市智能基础设施的投资，从而推动现代化城市的全面发展。温家宝总理还在会上发表了《科技驱动发展》的演讲，指出了物联网、传感网络等关键技术的发展，对后 IP时代的技术发展起到了推动作用[1]。这标志着中国进入了一个新的时代，以信息化带动工业的发展，社会发展的方向也随之确立，也就是持续朝着信息化的发展。而这项技术，更是被纳入到了国家的科技发展和中长期发展计划之中。在这样的大环境下，测绘地理信息学被赋予了新的任务，如何把握这个新的机遇，进一步推动这一行业的发展，也就成了众多专家和学者所关心的问题。

1 智慧地球概念

1.1 智慧地球概念的提出

在2009年的时候，美国的IBM公司总裁首次将“智慧地球”的构想提出,并积极倡导政府应进一步加强对智能基础设施建设的重视。而我国政府与当年的11月份也制定了《让科技引领中国可持续发展》的报告,此篇报告的主要内容是倡导各科技公司应继续加大对于传感网、物联网等关键技术的深入研究，以此为基础引领我国尽早跨入后 IP时代，并让我国的信息网络产业进一步优化升级，做好充分准备迎接信息化社会的到来。时至今日,我国已经把该技术的发展纳入到了国家的中长期科学发展计划之中[2]。

这些概念和计划都集中在如何将各种不同的传感器有效地连接在一起，从而构成一个物联网，并且利用超级计算机和云计算，对从物联网中获得的数据进行实时的分析和控制。使数字地球和真实的物质世界相结合。利用这些数据，可以通过大量的实时数据，对人们的生产、生活进行更细致、更有效的管理。这样才能进入灵性境界。智慧地球是一种基于网络、传感器、计算资源等基础设施的可视、可测量、可感知、可分析、可控制的智能运行机制。当智慧地球发展到现在阶段,我们应合理利用智慧技术促进我国各行业的发展，在各个领域科学应用智慧服务,通过智慧地球让我们的日常生活变得更加丰富多彩，同时也能让我们的生活和工作变得更加便利。这同时也对我国的测绘地理信息科学提出了新的要求，应不断提升智能化程度,确保为智慧地球的建设提供有力的技术支持。

1.2 从数字地球到智慧地球

智慧地球是以各种不同的先进技术为依托，在这些技术的基础上逐渐形成，同时先进技术也促进了智慧地球的快速发展。智慧地球的基本框架基础是“数字地球”，通过不同类型的物联网传感器，将人类和它们的固定或移动物体进行链接，并通过云计算平台进行数据存储、计算和交互，从而实现对不同设备的自动控制。数字地球把经济、文化、交通、能源、教育等各方面的资源按照一定的地理坐标进行整合，从而为智慧地球的数字化奠定了基础。在数字化的基本架构下，利用物联网的各类信息收集和感知装置，按照协议的协议，将其与互联网相连，从而实现对各个管理目标的智能化识别、定位、跟踪和监控[3]。但是，目前对海量的数据进行处理，仅靠现有的终端计算资源是远远不够的，因此，为了解决海量的数据、更新、实时性的计算问题，提出了一种基于计算资源的动态调整与可扩展的云计算模型。

2 智慧地球的支撑技术

2.1 数字地球相关技术

数字地球这个构想最初是由美国前任副主席阿尔·戈尔在1998年推出数码地球时所设想的。具体地说，数字地球是一种以地理位置为基础的、以地理位置为基础的、以全球为单位的、以各种形式分布的、遍布全球的、遍布全球的各种数据的网络。它不仅反映了各种自然、人文、社会信息之间的联系，而且还可以根据方便的地理学坐标来进行查询和使用。数码地球就是数码世界里我们居住的星球的复制品。数字地球的有关技术涉及到获取、管理和使用等各个领域的信息。从数据收集到服务的过程中，数字地球所包含的技术主要有以下五个方面。

（1）天地空一体化的空间信息获取技术：《自然》杂志在2006年度的封面文章《Vision》中提出，观测网络将会第一次实现对真实世界的实时数据的采集。从卫星遥感和GPS卫星到航空遥感平台，到陆地上的移动测控平台，都有卫星和卫星的数据采集。（2）海量的空间数据调度和管理技术：在数据容量不断增长、数据种类不断增多的情况下，PB （PetaByte）级别和更大的数据量越来越需要相应的数据调度和管理技术，其中包括索引、数据库、分布式存储等[4-5]。（3）空间资讯可视化：从传统的二维影像到3D的数码影像，数码影像的呈现方式，从传统的平面立体影像向真实的立体影像转变，从而使人类在对都市空间事务的描述与分析上有了质的飞跃。通过对城市的实际纹理进行分析，可以应用到城市规划、景观分析、虚拟地理环境、数字化文化遗产等方面。（4）空间资讯分析及发掘技术：以影像为基础的数码地球三维实景影像模型，可形成大面积的立体正射影像，并可根据需要自行测量。能够挖掘出有用的资讯。（5）网络化服务技术：利用网络进行综合和服务，利用数字地球作为空间信息的基本架构，能够将各种与地球空间信息有关的社会、经济信息进行综合、综合。再利用网络服务技术，将其应用于专业机构和社会大众。

2.2 物联网技术

ICT联合会在突尼斯召开的《ITU互联网报告2005:物联网》中正式介绍了物联网。物联网被定义为：通过无线射频识别、红外传感器、GPS、激光扫描仪等信息感知装置，通过协议将所有物体与因特网相连。为了实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理，进行信息交流和通信。具体来说，传感器是在电网，铁路，桥梁，隧道，公路，建筑，供水系统，大坝，石油管道等所有的物体上，并广泛的连接起来，构成了一个物联网。中国于1999年提出了这一概念，并在当时被称作“传感网络”。物联网可以使人、人与机器、机器与机器之间的相互连接，使人和机器的优势得到最大程度的发挥。2006年六月， WWW论坛预测，全球70亿人口将在2017年达到7兆。物联网的出现，使以往的物理设备和 IT设备之间的隔离成为可能。物联网将像水、电、气、路一样，将会是一个新的世界。

2.3 云计算技术

云计算是以因特网为基础的一种计算方式,在具体的形成过程中主要是以网络资源分配方式为基础，同时也会随着分配方式的变化而发生改变，是在分布式计算与网格计算的基础上进一步扩展。电脑硬件和软件水平曾经是阻碍此项技术发展的一个关键因素，直到社会中出现了云计算技术，此项技术可以在很大程度上摆脱计算机硬件的束缚。同时也不需要过多关注硬件的维护问题。云计算技术的诞生，有利于各种资源进行相互融合，也促进了各种信息之间的共享，资源的利用效率也得到了有效提升，从而让计算逐渐演变为以服务为导向[6]。云计算可以迅速地处理世界各地的大量数据，并为数以百万计的用户提供服务。云计算的核心技术，使用户不必担心操作系统、数据库和平台的软件环境、底层硬件环境、地理位置、软件供应商、业务通道等。在航天信息处理方面，云计算平台可以充分发挥其计算资源的潜能，实现对复杂的分析、处理和经验的充分共享，对复杂空间信息的分析与处理能力有了很大的提升。

3 智慧地球的特征

3.1 智慧地球建立在数字地球的基础框架上

数字地球以地域为单位，以不同的地理位置为单位，统一地构建了各种数据指标和模式，为监测与监控系统的数字化奠定了基本的架构。智慧地球的建设是基于数字地球所构建的地理空间，以及与自然、人文、社会等不同信息之间的内在的有机关联与关联，并将感知、控制与分析等作用结合在一起。

3.2 智慧地球包含物联网和云计算

在这个基础架构的基础上，智慧地球的实时数据采集、分析、分析、监控，而物联网、云计算则是智慧地球的核心。物联网与云计算的核心与根基依然是因特网，它是以因特网为基础的延伸与拓展，它的使用者范围将会延伸至所有物件与物件。彼此交流和沟通，灵活的处理和分析。

3.3 智慧地球面向应用和服务

在智慧地球上，由传感器、数据组成的物联网系统，相对于传统的电脑网路，其核心是传感器和资料。传感器网络通常被设计成用于特定的应用，它可以通过无线或有线的方式进行通信。通过协同工作，实时监控、收集不同地理位置的各类环境、物体的信息，然后通过云计算进行实时的分析、处理，获取详细、精确的数据及决策信息。然后把它发送给那些有需求的人。

3.4 智慧地球与现实城市融为一体

进入智慧地球时代之后，智慧技术和我们的城市发展也产生了很大关联，就像是在城市中安装了许多传感器和控制器，从而实现成功获得城市环境以及城市物体的各种数据信息的目[7]。随着智慧地球的不断发展，城市中的各种传感器、控制器数量也不断增多，种类也变得更加丰富，利用这些传感器和控制器能够加强与电子世界之间的联系，促进与城市基础结构之间的相互融合，从而实现对城市各种基础设施的自动化控制，比如可以对城市环境、空气质量、人口数量以及道路交通等情况进行实时监测，并成功获得准确可靠的数据信息。

4 智慧地球时代测绘地理信息学的新使命

4.1 位置云

自从 GPS技术进入民用市场后，美国 GPS、俄罗斯GNSS、中国北斗、欧盟伽利略等都陆续或正在为国内的客户提供 GPS定位，但是因为种种原因，目前的 GPS定位精度还不能满足大多数工业客户的需求。为改善 GPS的定位准确率，建立了一个持续的基准台，但是，受其应用方式的局限，导致其应用范围受到很大的制约。通过向地理位置云服务中心发送定位数据，在1秒之内，该系统就能将定位的准确度分解为次米级别并进行回馈。

4.2 遥感云

基于云计算平台，可以使各种复杂的遥感解译技术得到充分发挥，并能充分利用各种复杂的分析、处理算法和相关经验。通过对遥感影像进行自然语言解码，实现了对复杂空间信息的分析与处理，从而使更多的工业使用者可以从这些领域中获得所需的资料。

4.3 空天地一体化的传感网与实时GIS

从数据导向、向用户导向、从接收数据到分析数据到利用数据，向从数据收集、分析数据到利用数据，从数据收集、分析数据、分析数据、分析数据、分析数据、主动数据获取。空天一体化的感知网络能够对不同的土地类型、建筑、道路、市政设施等进行动态的监测。集成的传感器网络能够根据使用者的需要，对卫星的运行轨迹和观察角度进行调整，对用户的要求做出迅速的反应[8]。GIS从以往的使用历史资料转变为能够实时获得、甚至是对将来进行预约的信息。比如，通过监测网络资源，可以根据火灾发生地点，对火灾发生和周边区域进行动态的实时图像采集，为科学决策提供了科学依据。

4.4 视频与GIS的融合

由于传统地理信息系统中的资料规模愈大，资料的更新时间愈久，而深入社区、楼宇及楼宇内部的资料则不能即时更新。目前，随着图像采集系统的不断增加，采集到的图像数量也在不断增加，但由于各传感器都是根据代码进行搜索和监测，因此很难实现其功能。同时，在 GIS中引入大量的视频传感器，可以充分利用图像传感器的实时效应和GIS的数据处理能力，为 GIS的智能应用奠定基础[9]。

4.5 智能手机作为无处不在的传感器

在智慧地球时代，可以将我们日常使用的手机看作联网传感器，在我们平时的活动过程中还可以让手机变为可以移动的传感器，从而获得各种数据信息，同时还可以实现这些数据信息的共享目的，而我们每个人都可以成为数据信息的收集与提供者，同时还可以享受到别人提供的各种资讯。

4.6 室内与地下空间定位及导航

在室内、地下这种环境中，卫星信号无法正常到达，可以通过传感器、地面无线电等手段实现对目标的定位，我们常用的无线信号种类较多，比如无线通信网络、无线数字电视、蓝牙和WiFi等。以这些无线信号为基础，然后通过卫星发出的信号进行定位，利用传感器获得相应的位置，还可以利用地面上的无线电频率实现定位，从而形成一种新型的组合形式的导航方式。

4.7 空间数据挖掘

目前我国已逐渐形成了大量的、各类静态、动态的数据采集体系，针对各种客观存在的数据信息，尤其是和空间存在较大联系的数据信息，能够实现对它们的分析与挖掘，还能进一步加强对这些数据信息的科学应用，提升数据信息的利用效率，确保这些数据信息的重要功能和作用能够充分发挥出来，从而为城市的管理和服务奠定良好基础。

5 结语

智慧地球是以数字地球、物联网、云计算为基础，并将现实世界和数字世界联系在一起，从而达到信息感知、数据控制以及智能服务的目的。智慧地球时代的来临，为我们的日常生活和工作提供了多种智能化服务，有利于进一步促进人与自然的和谐发展。要想让“智慧地球”获得进一步发展，就需要加强对信息基础设施的建设力度，让信息基础设施更加完善，从而为智慧地球的发展打下坚实基础。测绘地理信息产业是智慧地球的基础，必须大力推进与智慧地球有关的技术创新和技术攻关，把传统的测绘技术升级为能够实时、智能的采集和处理海量空间数据、信息和知识，为智慧测绘工作服务，只有这样才能在实现智慧地球和智慧城市的进程中更好地发挥出作用。