周成虎院士：2014年Esri中国用户大会特邀主题报告——创新GIS.doc

周成虎院士：2014年Esri中国用户大会特邀主题报告创新GIS演讲稿：尊敬的何宁先生，尊敬的李局长、孙院长、小文院士，尊敬的我们GIS的同仁，今天非常高兴，也非常荣幸，能够有机会在这里参加20周年的用户大会。其实今年也是我们特殊的一年，1984年中国发布了“中国GIS蓝皮书国家资源环境信息系统规范”，过去30年我们国家建设取得了辉煌的发展，在这个发展过程中，不仅有我们自己的努力，也得到了我们国际同行的支持，特别是我们GIS，在过去30年里面精诚的合作，来共同推动世界GIS的发展，今天非常荣幸能够有机会在这里跟大家分享一些我对这个领域的认识合理解。其实刚才何宁先生讲，我也是从学生开始学习GIS到现在，我们的孙老师就是我的老师之一。我们回顾一下在过去50年我们GIS到底是怎么变化和发展的。在上世纪60年代我们有了GIS的概念，毫无疑问我们都会回忆起罗伯特汤姆森提出的概念，特别是提出了基本表述方法，我们那个时候希望把我们的地图用数字方式表达出来，希望我们从繁重的量测过程中解脱出来，用GIS的技术，那时候我们有大型的计算机，现在的笔记本那时候就相当于一个房间，差不多经过20多年的努力，到了上世纪90年代末到了个人计算机时代，所以我们的软件从非常专业的地理行业、测绘行业、资源环境行业走向各个行业，所以我们看到上世纪90年代很多会议，比如说在领域里面非常有名的FMIM，就是自动化制图和社会管理，就是和GIS放在一起的，我们的世界土地大会也是LSGIS，和GIS放在一起的，所以我们看到这个时候GIS应用领域非常广泛。我们会看到两大驱动力，使我们GIS走过这50年，一是，IT技术的发展，从大型计算机到个人机到现在互联网时代，从我们的应用传统的测绘资源环境领域走向了社会的各行各业，一直到我们的总统竞选都是用GIS，到了今天我们面临的是一个非常大的数据时代。过去我们在中国也会看到一些发展过程中的历史人物，我们所有的人可能都有两本书，一本是Thinking Over GIS，上下卷，最近十年，罗伯特汤姆森写了Principles and application of GIS。我这里有两张照片，大家看到，个子高的是罗伯特汤姆森，这可以说是我们GIS界各个国家的巨头，通过巨头的推动和发展，使我们成为今天的GIS。回顾一下今天是什么概念，其实不同的人讲GIS是不一样的，我们可以讲是地理信息系统技术，也可以讲是地理信息科学，也可以讲是地理信息应用，所以我们今天讲GIS应该叫做地理信息科学与技术，已经变成了一个独立发展的领域，也正因为是这样变成一个独立发展领域，大家毫无疑问要思考到底我们发生了什么变化，我们和过去50年比处于什么阶段。我们看这几个基本的原理，毫无疑问，像刚刚李局长讲的，我们地理信息就是一个空间，我们以前是地图，看今天是什么，是实时的遥感影像，是我们动态感知的网络流的数据，就是我们GIS从传统的静态地图加不定期统计数据统计下来，动态影像加实时传感数据，以前我们知道专业部门出专业数据，用有限专业测量数据来做的，今天不是，海量的、社会化的、不等精度自主获取数据。我们知道没有数据就没有GIS，是不是我们数据发生变化我们GIS会有巨大的变化，所以全球的数据结构体系肯定无法满足我们现在全球尺度、动态变化的实际，我们不可能用现在的方法解决未来的世界，所以多重数据表达、三维GIS、时态GIS都提出挑战。李德仁院士本世纪出就写了文章“新地理里信息时代”，服务对象扩大，我们的测量都是按需测量、按需服务。我们高俊院士写了“换个角度看地图”，其实我们也应该换个角度看GIS。我们再看GIS既然是一个地理信息技术，毫无疑问应该受到新技术的巨大影响，过去我们从个人计算机到互联网等等，我们看看今天面临着什么。从个人的桌面到局域网，到了移动互联、云服务，从单个CPU到一个箱式服务器，到现在集群、刀片、多核，以前我们是32位操作系统，用的是IPV4，未来是64位操作系统，用的是IPV6。海量数据处理、分布式的并性计算、复杂传统模拟都不是传统的GIS能解决的问题比如说把全球的土地图和植被图叠加是无法实现的，所以高性能计算、空间知识发现、专业模型嵌入，都对我们GIS提出挑战，或者说是我们未来GIS需要操作和发展的。这些的条件就使我们有可能进入到GIS的主流，并行集群与多核架构成为我们的基本支撑，以服务为支撑，以移动智能为切入点，使我们GIS进入新的时代。就像上个月有嘉宾讲的，用GIS就像用iPhone一样方便，我们所有复杂的地理计算都会被我们服务器取代，我们每个人复杂的技术问题都会在GIS得到实现，百万级的渲染都是实时的。看看我们的应用，以前我们都知道我们有测绘、国土等等，到了今天我们的应用是一个普适化的体系，我们应用模式是传统的三种模式桌面、服务器、集成服务模式，加上现在的云计算模式和集成计算模式，我们从传统的二维地图走向了三维实景，从室外走向了室内，也就是说我们设计了一个无缝体系的GIS。如果我们把每个国土管起来，把每个空间管起来，我们的空间是什么样的，我们在过去50年的努力是希望把我们的国土管起来，也许就像未来30年把每个房间都管起来，把每个生产空间都管起来，GIS是一个空间智能体系。大家想想这三大变化体系会对我们GIS产生巨大演变，所以我们可以想像，未来一段时间里面我们有什么需要呢？我们可能需要的是更加准确、更加动态的来标绘我们的自然世界和人的社会，自然和社会在统一体下实现了发展。第二，我们需要更加强大、更加智能的空间处理工具，就是说这能够使我们的数据到信息到地理知识，同时我们通过移动互联网、通过智能终端形成更加便捷、更加广泛的空间系统智能服务体系。如果这么想我们是不是认为当今的建设处于一个重大变革的时代，我们新的GIS时代正在出现，我们传统的点线面体系和描述需要我们更新，众包信息、数数以的GIS已见端倪，所以我们看到海量时空数据智能化处理等是我们的迫切的需求，有这么的需求我们的GIS建设才会有新的支撑和创新。毫无疑问，如果我们要支撑，我们回避不了我们要用我们的技术来支撑，技术在我们整个地理信息科学技术里面处于一个承上启下的位置，既是我们新的理论体系实施过程也是支持我们推广。其实我们GIS讲起来很简单，就包括三个基本要素，空间数据管理、数据的计算和知识的服务，就这么很简单的三件事，和我们传统比起来，就是把空间数据管起来，然后进行数据分析，然后进行可视化发布。我们回顾一下过去50年我们软件是怎么发展的，简单说过去三代软件建设，已经经过30多年的努力我们做的是工具，更多的是面向我们专业部门使用的。我们是一个大的软件装在计算机里面，开始一个人用，后来一个局域网用，到上世纪的最后10年我们突破了，把GIS分解成一个一个组建，或者一个一个的中间件，每个人都是把他的存储计算再分离，到最近的10年我们看到，GIS和互联网的发展，或者说Web技术的发展，把存储、计算和表达分离开，就是说我们的四大要素的三大分离，我们接下来的有可能的事情，第四的要素分离，如果要分离会怎么样，希望我们能够真正的利用现代的移动互联、智能终端云服务的企业来支撑，所以我们叫做第四代GIS，他的核心是高频计算、计算为核心、云服务为宗旨。这么来做我们还面临什么问题，我们看我们传统的GIS是怎么做的。传统的GIS，向相对的警惕数据为主体动态异构、时空密集为主体，服务来讲都是个性化服务，我们现在简单来讲一个道理，每个人看地图，如果我是一个色盲我怎么看地图呢？下一代GIS，不管是色盲、弱视都可以用自己的方式来表达你的地理数据，表达你的地理信息和得到你的地理知识，这样就使我们每个人得到的GIS都是按自己的方向发展，所以我们用新的理年来设计下一代GIS，要感知世界、快速处理、快速处理、实时计算、个性化服务，如果能做到这样，我们就可以感知世界用地图的方式感知，用精确的计算方式精确的预测未来，再用多元化的方式使每个人都得到开放的体系，如果这样我们的GIS就没有了，就融入整个社会的基本组成要素，我们认为地理信息是我们的社会的基本组成要素，GIS未来会成为所有人基本的地理信息软件和每个人的基本信息工具，如果这么做我想就相信杰克讲的，用GIS就像用iPhone这么简单。我们就面临一个跨越，这个跨越我们是和中国同步进展，这个跨越没有目标，我们怎么发展，叫引进、消化、吸收、再创新，我们属于一个跟踪，今天我们不是跟踪的问题，是我们同步发展新的技术，这个就需要我们在座各位联手发展下一步GIS。要发展这样的GIS毫无疑问要回顾，到底你GIS需要怎么支撑，GIS有很多方面，有数据库的理论、有可视化的理论、有地理学的理论。如果我们重新从地理学的角度认识GIS，对GIS的发展有多大作用，因为我在科技部管863的，信息领域人家都讲GIS就是我信息领域的简单应用，没有什么需要再发展的。后来说我们很难列出一个像大数据这样的大项目出来，或者说我们很难让信息人认为他有特殊性，让信息的人搞不出来，所以我们有必要重新认识GIS的内涵。其实这里面有两句非常经典的话，他说“因为一切事件都在一定时间中发生，所以有了历史学。因为一切事件都在一定空间中存在，所以有了地理学”。地理和历史是我们的核心科学，在这样一个新的时代里面，在时能技术、包含新的模式、协同与共享的文化里面，我们有必要开发我们新的技术，有必要建设我们未来美好的地图。所以我们可以看看，在过去50年我们一直有两个之争，GIS是工具还是科学？因为GIS的广泛应用，各个部门都得用GIS，所以毫无疑问我们GIS就是一个工具，如果作为一个独立学科肯定受到其他学科的牵制和限制，这是我们一致认为的。但是我们回过头来想想，GIS地理信息成为国家的基本信息，如果这个学科有了独立的对象，毫无疑问是应该存在的，所以学科之争在过去50年一直没有好的结论。我们也会认为GIS到底跟别的有什么不一样。道理数据空间分析的本质是什么？在未来这个时代里，复杂的系统我们有什么样的方法能够减少复杂性，如果这个问题不能解决我们GIS领域就受到巨大的挑战。面对挑战我们回答一句话，新的技术是不是就满足了所有的要求，我们就用Online的体系看，我们有没有可能实现一键式GIS，为什么？因为我要的是知识，用的是地理学的概念能得到复杂性，而不是互联网查出来100条信息让我理解，我们知道今天早上全球有多少重大的交通事故，如果给我100条我不要，我用一张图不就出来了嘛，如果简单的分离系统，这是火车的、汽车、飞机等等，所以我们现在的技术不足以支撑我们未来的需求。那怎么办？我们就要思考，如果要我们的GIS来认识世界、帮助改造世界，就必须把GIS变成整个地球的设计工具，从地理信息服务到了地理信息设计，有了设计以后才有可能用空间的观点引导大家的发展新的地球体系，只有用空间的观点才有可能会认识到复杂系统的交融关系，只有用空间的观点才有可能解决复杂的空间问题，所以地理信息比如进行到地理设计阶段，使每个人改造地球的人都是用GIS来做。要这么做毫无疑问我们会面临新的挑战，我们无法用一个公式或者一组公式把地球描述清楚，我们怎么办，巨大的挑战就是，在大数据时代，我们的地理系统科学理论能支撑吗？在平面的基础上能解决全面问题吗，能解决更大范围的大尺度问题吗。大家都讲科学方式到第四方式，我们地理系统有没有可能像新的体系，如果我们做到透切感知、泛在互联，我们的地理信息科学能不能发挥作用，或者我们现在的信息技术能不能支撑各个部门、各个行业、各个学科的发展。如果要这么做必须改变我们的思维方式，不能用有限的数据解决无限的问题，不能用简单的解决去解决复杂的问题，所以说如何抽取地理学的基本空间观点，用地理学的位置空间关系来解决这个问题，是我们必须要做的。所以这么做我们就要认识到，面向大数据的GIS，是以计算为科学，所谓计算就是减少人的干预，智能服务就是把人加进去，所以下一代GIS就是定性加定量，就是地理学支撑下的科学结算体系，如果要这么做我们有可能使我们下一代GIS就成为地理信息的复杂模拟分析和预测，如果做到这一步我们会面临挑战，我们想一下，我们起源地图是怎么样的，过去30年所有人都认为制图有很大的挑战，很多人怀疑地图没有价值，最近十年大家看到，不同的专家、不同的学者都在认为我