大数据重塑地理信息技术-周成虎院士

1、2016中国测绘地理信息高端论坛大数据重塑地理信息技术中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室2016年5月10日北京今天,我们处于一个重大的科学与技术革新的时代！移+大+云IIIII*移动通信:2008年f人类的移动通信用户首次超过固话用户移动定位:室外定位精确到亚米，室内定位达到米级移动前进:2016年人类实现了火箭发射收,太空旅行将实现四大卫星导航系统格局确定,竞争激烈-2012年,我国北斗系统形成亚太区域服务能力；2020年,将建成北斗全球服务系统,性能将与目前GPS水平相当-按计划到2020年,欧洲将建成伽利略全球卫星导航系统,性能将优于目前GPS水平-目前美国

2、GPS实施现代化进程,预计到2020年GPS性能将有比较大的提升-俄罗斯也在完善和改进GLONASS系统*星基和地基增强系统成为提升卫星导航系统性能的主要手段tr鼻、wrv导航与位置服务为新兴的互联网产业-国内阿里巴巴、百度、图吧、搜狗等等，以及国夕卜的Apple、Google、NOKIA等为代表企业提供手机导航和位置服务在这签到靜洪即享本店“惊酹flb拥堵显皿上1Q厂口弋痢Zjrm那百度手机地图您的出行指南，生活助手cferLxr沁lOosleLfttitudaCJ00移+大+云IIIIV大数据:个欹级时代，社会进2大网络:臂隅朋等构成数据爆炸式增长（每分钟）013000+个Skype顶器上

3、脸龍鎰9务上传6600张新照片到flickr发岀168亿+条EmailYouTube上上传600+新视频淘宝光棍节10680+个新订单Facebook上更新69.5万+条新状态12306出票1840+张大数据带来的三大思维变革不蠡而更好不是因果关系而是相关关系不是随机瀑亀全部数据小数据时代大数据时代小数据时代大数据时代人口大普查随机采样大数据应用全数据模式样本模式全数据模式是指在国家统一规定的时间内,按照统一的方法、统一的项目、统一的调查表和统一的桩准时点,对全国人口普遍地、逐户逐人地进行的一次性调查登记;主要特点是调查组织高度集中性,普查对象的全面完整性;人口大普查耗时耗费,般来讲是十年一次

4、,新中国成立以来共进行了6次人口大普查；人口大普查是一种典型的全数据模式；人口大普查随机采样大数据应用全数据模式样本模式全数据模式我们已具备了大数据的各种技术能力思维需要转换到大数据的全数据模式：样本二全部;大数据不用随机分析法这样的捷径，而采用所有数据的方法；这里的”大”是相对的相扑比赛所有数据存储还不需要一个TB，但是是所有的数据!在大数据时代采用随机采样法,就像在汽车时代骑马一样，虽然特定情况下仍可采样随机采样法，但是慢慢地我们会放弃它；Google利用网络大数据预测流感基于全数据进行相扑比赛的作弊分析埃齐奥尼的乔布斯的癌症抗争,自身所有DNA和肿瘤DNA排序Farecast有10万亿条

5、数据预测机票价格佛教关于因果报应的解释佛教三世因果经主要讲：一是人的命是自己造就的;二是怎样为自己造一个好命;三是行善积德与行凶作恶干坏事的因果循环报应规律。哲学范畴的因果关系原因和结果是揭示客观世界中普遍联系着的事物具有先后相继、彼此制约的一对范畴。原因是指引起一走现象的现象z结果是指由于原因的作用而引起的现氨舍恩伯格对大数据的相关性解释大数据的相关关系,而不强调因果关系；（舍恩伯格），其实这个只是一种对无法探究因果的妥协/人类应该去探寻因果,因为世界存在客观的运转规律;Kaggle,个为所有人提供数据挖掘竞赛的公司，在一次关于二手车的数据分析比赛中得到，橙色汽车有质量问题的可能性是其它颜色

6、汽车的一半。为什么？探寻事物的因果关系是人类的本性，但是大数据时代可以做某种程度的妥协,可以只需要关注是什么而忽略为什么?“移+大+云IIIIV0每过左右，产生计算技术与系统0每过左右，产生计算技术与系统无处不在的计算2020年代物联网设备和可穿戴设备等？移动互联网计算2010年代手机和平板互联网计算个人计算科学计算t/1ITT|iJLn工ri口POPPV-IW/HH叩iJT|I+n1Iw大鉄据不是云计算，是云计算的灵如讲奴方向.云计算的垓心是业务模式.本贯是数捱处理技术，如昊失去片大数据理解和运同，云计盖只是房地产的代客词：数据是旁产，云为数揖资产堤供了保營、访问的场所知渠道。如何去活数拦资

7、产，使昇为凰家治理、企业决英乃至个人生括服务.是丸数据垓心议題，也是云计算的灵龍和必於的升级方鼠图紂4；大知椅构成,以柚盼、tmt为才匍大交互数据地理信息系统是获取.处理.存储.管理.分析和发布地理信息的信息系统。企业消费者供应链ONLINETRANSACTIONPROCESSING(OLTP)ONLINEANALYTICALPROCESSING(OLAP)&DWAPPLIANCESOradT*raanDB2RedbrickBritt-on-LesEssBjsqinoresSybaseIdInformixNetezmGrwnplunnSQLServeraiaAlteftfoAstordatoV

8、ertwaPartccelSOCIALOTHERMEDIADATAINTERACTIONDATASNS互联网W大数据融合物联网移动终端/HiClickstreamimage/TcxtScientificGenornicfphJinnaMdk：llMachinDevIcoSneors/met&cs/RFIDtagsCDRffnOtNlsI数据源发生变化数据分析理论方法发生变化数据与信息发布和共享途径发生变化交流内容地理信息系毓发展IS述二、理抡是基石三、技术是驱动四、重塑GIS的视角-19地理信息系统发展概述1962:加拿大著名地理学家RogerTomlinson博士于1962年首次提出了地理信

9、息系统概念，并主持开发了世界上第一个实际使用的地理信息系统一加拿大地理信息系统（CGIS）oWelcomeThirdEdiiiniaTh亦护g|Aboutgb1964：RayBoyle和DavidBickmore研制出第一代大面积、高精度的数字化平板。1967：美国人口普查局开发出GEF-DIME文件,用于1970年的认可普查的自动地理编码，为GIS带来了革命性的影响。GEF-DIME文件在1990年演变为TIGER文件o设计结合白然1969:Jack和LauraDangermond联合创比了ESRI,开创了一代GIS软件的先河；IanMcHarg出版了DesignwithNature专著，开

10、创了地图叠加技术的先河，对之后30年间的美国公共环境政策的制定产生重大影响。tDesignwithNature矢量GIS软件的大发展。特别是ScottARCINFO的融合发展。1970s:IBM公司1972年开发出GFIS地理信息系统软件，哈佛大学计算机制图实验室开发出ODYSSEY软件，推进了Morehouse加盟ESRI,促进了ODYSSEY与1982:ESRI发布了世界上第一套商业软件ARCINFO1.0。移动终端行业人员1991:LongleysMaguire.Goodchild.Rhind联合撰写的GeographicalInformationSystem:PrincipleandA

11、pplications出版1kMIII:鳥亦二M叫IAT伽_W*41申販|2005：GoogleMap的上线运行，开启了互联网地图服务的新时代，IT界进入GIS领域。Google丨：屛1给*WKi闻忙莎(W：V?J-：L|n:Du“g命-il)“58pun-占-?Jto1x0-Cf现代地理信息科学技术的总体架构体系地理信息系统是一个以空间观点为核心全面处理和分析六要素的基础信息系统六要素空间【紧密关联人员事件机构物品行业信息系统大型基础地理信息平台应当统一建设以地图为主的业务系以文本为主地图为辅的统:应急指挥，资源管业务系统:灾情历史资料理，灾害评估库，灾情监测遥感、导航定位与地理信息系统星统

12、卫系位置服务144dr.遥感应用GIS发展的挑战移动互联网、物联网、大数据、云计算等科学技术的创新对以空间位置为核心的GIS产生了一系列新的歼亠highwiiLOGS吨：临tdirrcd囂（1*科伽血匕火宜.H:IhSOURCESgwmlIHI.HnsiEiisLJ1111MYgC0LLEC1I0IIOOLSwM.uhSIURIHGwnynninrjuIunHULdokkH*?,吧FMtESSS理论上创新才是根本性改变地理现象与过程的表达理论1）Tomlinson提岀的点-线-面的数据模型和对应的拓扑结构，给出了具有最为完备理论基础的空间数据模型，奠定了GIS的理论基础之2）早期的栅格数据模型

13、也是比较完善的模型。但是发展不尽人意！3）上世纪80年代的面向对象模型，在GIS的实践中，未能成就！汞束可皿奕融的皮在哪里?点线r面-?越对象的时空模型一？几何代数与统一本体模型一汞束可皿奕融的皮在哪里?地学佶息图谱一?大数据的空间计算一过程模型的动态嵌入一空i可决篆支持一广域空间地理信息理论与方法空间信息模型发布了它的第一套商业GIS软件一ARC/INFO软件。它可以在计算机上显示诸如点、线、面等地理特征，并通过数据库管理工具将描述这些地理特征的属性数据结合起来。应用网络化应用，多层面用户)存储计算SDE+空间GIS组件+数据互操服务引擎作模型表达专业制图系统+虚拟环境(静态)端器据计Arc

14、GIS引领了GIS技术发展近半个世纪第一代GIS(1960-1990年)存储、计算、表达和应用一体化的工具式GIS第二代GIS(1991-2000年)存储、计算与表达一体化,应用灵活定制的组件式GIS第三代GIS(2001-2010年)存储与计算一体化,提供网络化应用服务的网络GIS超图软件SuperMap切入点：1996年开始，利用COM/ActiveX组件技术封装GIS功能，发展了ActiveMap,并成功地开发了“香港综合地理信息系统”。2000年发布旗杆软件SuperMap2009年成功上市，进入知本与资本的组合发展。iMobileforiOSiMobilcforAndroidiM叩R

15、cada轻豈移动端SDKiCIientforiOSiCIientforAndroidiCIientfbrWin8组件式GIS开发平台iObjcctsJavaiObjcctsNET台软件SuperMapiPortalSuperMapiSenerSuperMapiExpress桌面GIS平台iDesklop浏览器端SDKiClieniforJavaScriptiCIientforFlashiCIientforSilvcrlightiCIkntfor3DiCIientfbrFlashSD就是这些技术吗?束可皿突剧I的丈衣哪里?能卖现路趟发展吗?计算性GIS旻方向吗?4343GIS技术架构的三大基本组

16、成要素空间信息知识数据+计算+服务多O空间数据空间信息地理世界组织与管理处理与分析可视化与应用45传统第四代能够引领第四代GIS的发展吗?相对静态的量测数数据动态异枸.W空密集、非结构化的“大数据为主体组件式的功能汁算根据应用需求的软件开发服务高支间折Z坏的与廿能下理具X性持处工境空分算个性化服务模式及庞大的地理信息服务网络4重塑GIS的视角从地球空间拓展到其他空间(*BringingNavigationIndoorsrNRCRadioSystemsLaboratory,Nokia)从地球空间到宇宙空间ClassicalGIS99MoonGIS99MarsGIS99UniversalGISGe

17、ocentriccoordinateMooncentriccoordinateMars-centriccoordinateUniversalcoordinatesystemChangingobjects,contents,methods,modelsandsystems从室外到室内外一体化空间多种地图类型影像地图indoor1地表模型全景地图人类80%-90%:的时间在室内环!4立11ZlkIIj,9属性信息三维模型矢量地图人类80%的数据连接源于室内从小数据到大数据廿算科学，模拥复杂现象理论科学，牛顿定理，麦克斯韦尔方程等过去几百年（理论时代）过去几十年（计算时代）数据密集型科学（实验、理论

18、和模拥的统一）今天（大数据时代）!%FBigpacaRevolution实验科学，描述自然现象;計大据三几千年前（经验时代）科技发展的四个（JimGray,图灵奖获得者）在科技发展进程的第四个范式中，科学家依靠各种仪器、传感器获取数据,或者通过仿真生成数据，然后用软件进行处理，将得到的信息和知识存储在计算机中，再有科学家借助各种统计和数据工具进行分析和可视化应用。从平台到应用超市的GISAppStore开放模式高分数据获取与生产单位彳亍业用户相关科研机构与院校区域与行业应用系统（国内、国外）区域用户相关企业算法模型插件GIS平台厂商应用云平台软件APP软件产品化与产业化从互联网+”到“地图+”现代科技的支撑移动互联网A云计算与大数据、MAVZM*InolKnmunkaiknTncommuftKartlumcmvrw