展望大数据时代的地球空间信息学

20世纪90年代,随着全球信息化和互联网的推进,地球空间信息学应运而生,推动了数字地球和数字城市的建设。21世纪以来,随着全球信息化与工业化的高度集成发展,出现了物联网和云计算,人类进入了大数据时代。本文论述大数据时代地球空间信息学的特点(无所不在、多维动态、互联网+网络化、全自动与实时化、从感知到认知、众包与自发地理信息、面向服务)和必须解决的主要关键技术问题(全球空天地一体化的非线性地球参考框架构建技术、星基导航增强技术、天地一体化网络通信技术、多源成像数据在轨处理技术、天基信息智能终端服务技术、天基资源调度与网络安全、基于载荷的多功能卫星平台设计与研制)。本文最后给出大数据时代地球空间信息学的新定义,即地球空间信息学是用各种手段和集成各种方法对地球及地球上的实体目标(physical objects)和人类活动(human activities)进行时空数据采集、信息提取、网络管理、知识发现、空间感知认知和智能位置服务的一门多学科交叉的科学和技术。从这个新定义出发,地球空间信息学将在构建智慧地球和智慧城市的大数据时代面临更多的发展机遇和艰巨的任务,必将为人类社会的进步和可持续发展作出更大的贡献。     

多学科交叉中的大测绘科学

值《测绘学报》创刊50周年之际,扼要回顾测绘科学从几何科学发展为信息科学,目前已进入信息化测绘新阶段的历史演变。文中重点讨论处于多学科交叉中的大测绘科学,这种交叉集成不仅反映在测绘学科内各分支学科的相互融合与集成,而且也反映在测绘学科与其他多学科的交叉集成,形成广义空间信息网格,从而大大地促进了测绘学的自动化和智能化水平,使得地球空间信息大众化,实现按需测量,为各行各业服务。这种发展趋势将为《测绘学报》未来50年的发展提供更加广阔的天地。     

从测绘学到地球空间信息智能服务科学

回顾了从传统测绘学到当今地球空间信息智能服务科学的60年发展历程;总结了测绘学从模拟到解析再到数字化发展的3个重要阶段;介绍了GNSS、RS与GIS(3S)集成,从而形成了地球空间信息学的兴起;分析了数字地球时代地球空间信息学的发展,进而论述了当今智慧地球时代地球空间信息科学走向实时智能服务的最新进展,并对"互联网+"空间信息智能服务的3个发展水平进行了重点论述。可以肯定,在大数据时代传统的测绘学必将集通信、导航、遥感、人工智能、虚拟现实和脑认知科学之大成,发展成为地球空间信息智能服务科学,为富国强军与利民作出应有的贡献。     

论万物互联时代的地球空间信息学

随着5G/6G、云计算、物联网和人工智能等新技术的发展,人类已经进入了万物互联时代。本文探讨万物互联时代地球空间信息技术的五大特点：定位技术从GNSS和地面测量走向无所不在的定位导航定时（PNT）服务体系;遥感技术从孤立的遥感卫星走向空天地传感网络;地理信息服务从地图数据库为主走向真三维实景和数字孪生;3S集成从移动测量发展到智能机器人服务;学科研究范围从对地观测走向物联监测和对人类活动的感知。笔者基于这些特点进一步剖析新时代面临的挑战,并提出新时代地球空间信息学发展亟待解决的三大科学技术问题：测绘学科如何服务人与机器人的共同需求？遥感影像解译的机理是什么和如何突破实现技术的瓶颈？如何利用时空大数据挖掘人与自然的关系,从空间感知走向空间认知？万物互联时代的地球空间信息学,必须且完全可能为万物互联的数字地球和智慧社会做出更大的贡献！     

DATABASE STRUCTURE FOR THE INTEGRATION OF RS WITH GIS BASED ON SEMANTIC NETWORK

1　ＴｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＲＳｗｉｔｈＧＩＳＴｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ (ＲＳ)ｗｉｔｈｇｅｏ ｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ (ＧＩＳ)ｉｓａｈｏｔｓｐｏｔｉｎｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅ .ＴｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＲＳｗｉｔｈＧＩＳ ,ｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆＰｒｏｆ.ＬｉＤｅｒｅｎ ,ｉｓｔｈａｔＲＳｉｓｔｈｅｗａｙｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａ ｔｉ…     

Database structure for the integration of RS with GIS based on semantic network

The integration of remote sensing (RS) with geographical information system (GIS) is a hotspot in geographical information science. A good database structure is important to the integration of RS with GIS, which should be beneficial to the complete integration of RS with GIS, able to deal with the disagreement between the resolution of remote sensing images and the precision of GIS data, and also helpful to the knowledge discovery and exploitation. In this paper, the database structure storing the spatial data based on semantic network is presented. This database structure has several advantages. Firstly, the spatial data is stored as raster data with space index, so the image processing can be done directly on the GIS data that is stored hierarchically according to the distinguishing precision. Secondly, the simple objects are aggregated into complex ones. Thirdly, because we use the indexing tree to depict the relationship of aggregation and the indexing pictures expressed by 2-D strings to describe the topology structure of the objects, the concepts of surrounding and region are expressed clearly and the semantic content of the landscape can be illustrated well. All the factors that affect the recognition of the objects are depicted in the factor space, which provides a uniform mathematical frame for the fusion of the semantic and non-semantic information. Lastly, the object node, knowledge node and the indexing node are integrated into one node. This feature enhances the ability of system in knowledge expressing, intelligent inference and association. The application shows that this database structure can benefit the interpretation of remote sensing image with the information of GIS.     

基于LiDAR技术的古建筑复杂曲面三维重建

随着信息技术和测绘科学的迅猛发展,传统的空间数据获取模式已经不能满足现在的信息化需求。三维激光扫描技术的出现,推动了现代化测绘技术的发展,其高精度、快速的非接触式扫描测绘方法改变了传统空间数据采集模式。古建筑文化遗产的三维数字化保护是目前社会的研究热点,利用三维激光扫描技术来重建古建筑独特复杂的表面模型,为古建筑数字化管理和修复提供数据参考是一个很有意义的事情。本文以利用地面三维激光扫描系统构建古建筑三维模型为研究对象,通过洞窟类实例对古建筑点云数据处理和NUBRS三维模型复杂曲面重建技术进行研究与探讨。     

遥感与中国可持续发展:机遇和挑战

中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。     

RS与GIS一体化数据结构的研究

详细阐述了RS与GIS一体化的概念 ,通过对RS与GIS一体化方面的研究与分析 ,进一步明确RS与GIS一体化对空间数据存储结构的要求 ,着重探讨了几种典型的用于RS与GIS一体化的数据结构 ,针对现有数据结构存在的问题与不足 ,提出了一种具有普遍适用价值的基于语义网络的空间数据存储结构 ,并给出一个应用实例     

城市三维虚拟现实数据采集前沿技术

虚拟现实是人类探索自然过程中创造形成的一种用于认识自然、模拟自然,进而更好地适应和利用自然的科学方法和技术。空间数据采集技术是城市三维虚拟技术中关键的技术。基于三维点云提取的三维激光扫描技术有地基、空基、车载、星载等广泛的数据采集平台;基于图像形式提取的数据采集技术除了广泛的数据采集平台,还有多形式多光谱的摄影测量与遥感数据采集技术体系;基于地下空间信息的提取主要通过建设涉及方案与地球物理勘探方法结合普通测量实现数据采集并建模。     

基于认知心理学的模式识别模型框架

从人类视觉认知机理和认知心理学的基本理论出发，介绍了视觉模式识别的三种主要匹配模型的特点，以及目标背景和视觉注视点对模式识别结果的影响，分析表明，人类视觉认知机理是计算机模式识别的理论基础，认知心理学对计算机模式识别的实际研究工作具有理论指导意义。     

遥感卫星数据产品分类分级规则研究

随着遥感卫星应用的发展,多源、多时相、多尺度以及不同类型遥感卫星的数据综合集成应用以及与地面观测信息集成,对遥感信息产品进行深度开发利用正在成为遥感应用的重要趋势。目前不同国家和地区、不同系列的遥感卫星数据产品分别采用不同的分类分级方案,难以适应多源、多系列地理空间信息整合应用的需求。本文从遥感应用对遥感卫星数据产品分类分级的需求出发,分析了目前主要遥感卫星的产品系列及其数据产品分类分级规则,参考了正在研究的相关国际标准,遵循系统性、科学性、完整性、兼容性、可操作性和可扩充性原则,研究提出了中国遥感卫星数据产品分类分级的规则。该规则以卫星载荷采用的遥感探测光谱特征及其数据获取方式作为分类依据,以卫星遥感数据的处理水平作为分级依据,建立统一的遥感卫星数据产品的分类分级体系。该规则与正在研究制订的相关国际标准保持一致,不但覆盖目前广泛应用的各类遥感卫星数据产品,而且能方便地建立与现有遥感卫星数据产品分类分级方案的映射关系,并且对未来的数据产品的分类分级留有比较充分的可扩充性,为遥感卫星数据产品分类分级指标体系的研究和相关国家标准的研制提供了依据。     

一种本体驱动的空间信息集成方法

地理空间数据集成是地理信息科学研究的一个重要内容。本文引入地理本体的思想,提出了基于地理本体的空间数据的组织方法,构建了基于本体的空间数据集成框架。本文运用上述方法,通过对烟草地理本体的建模,建立了客观反映烟草地理实体各个层次体系的概念模型,再根据烟草概念和已有地理数据集之间的映射关系,构建基于地理本体的烟草空间数据库,从而实现数字烟草多源空间数据的一体化集成与管理,以及数字烟草空间信息的共享与互操作,达到了很好的应用效果。     

基于数字工程理念的数字城市建设策略

数字工程就是利用数字技术整合、挖掘和综合利用地理空间信息和其他专题信息的系统工程,是一门空间信息科学、计算机科学、通信科学、管理科学与经济人文科学的广泛交叉学科.数字城市是数字工程的典型应用.在概念辨析的基础上,分析了数字城市的认识误区;结合数字工程的基本原理,分析了数字城市的总体工程结构,提出了建设策略.     

基于元数据的多源遥感影像数据库集成技术研究与实现

遥感技术快速发展带来了数据的多源异构问题。本文基于遥感数据的元数据信息,综合应用了当前数据集成中的多种技术手段,设计并实现了适合于不同环境的数据集成模型。通过选用本体模型解决了集成中的数据冲突问题;通过预先设置元数据的筛选条件,提供了智能化的快速数据查询机制。最后,以应急灾区遥感数据快速集成系统为例,验证了本文研究成果的可行性和实用性。     

摄影测量与遥感学的发展展望

笔者从1957年步入武汉测绘学院航测系至今,已过去51年。在这50多年中,笔者经历了摄影测量向遥感的发展,并与GIS和GPS相集成,形成了地球空间信息科学。在21世纪,新一代互联网、Web2.0、网格计算、智能传感器等技术的出现,使得摄影测量与遥感学跃上了一个新的台阶。本文对摄影测量与遥感学科的发展趋势和发展重点作了一个展望。     

多源海量统计遥感数据集成管理技术研究

统计遥感业务是国家统计局基于统计业务对空间信息的发展和应用需求,将GIS、Rs和GPS空间信息技术全面应用于统计数据的获取、管理与分析中,从而提高统计效率和统计科技含量,构建新型国家统计业务体系。统计遥感业务数据具有多源、海量的特点,实现统计遥感数据的集成与管理是新型统计遥感业务成功运转的基础。针对统计遥感业务及数据应用需求,通过对各类空间数据集成与管理技术进行研究,提出在建立统计遥感空间数据库基础上,将影像以县级为单位进行拼接、然后压缩存储到统计遥感空间数据库,同时结合影像编目技术实现海量遥感影像的管理;提出将元数据管理和数据转换、数据直接访问以及数据互操作方式,实现多源统计遥感数据的集成与管理。通过多种方式,从应用层面较好地解决了海量、多源统计遥感数据的集成与管理,提升了统计遥感数据的应用范围。     

空间数据研究的发展及对策

随着地理信息科学和地理信息系统的发展,空间数据先后经历数据生产、数据质量、数据不确定性和可用性4个研究阶段。在分析各阶段研究内容和方法的基础上,深入分析空间数据现有研究间的联系与区别,并给出未来的研究对策。     

球面离散网格与球体离散网格的比较研究

测地线在球体剖分中扮演着十分重要的角色,它保证了球体剖分网格单元的形体简单性和空间关系的一致性。本文基于对欧式空间和流空间的数学认识,探讨了球体剖分的评价标准,提出了基于大圆弧QTM的球体八叉树剖分方法,并指出作为一种大尺度的集成三维空间数据模型,全球三维离散网格是地理信息科学的一个新的发展方向。     

论军事地图学与地理信息工程的发展

本文包括3个部分。第一部分,从10个方面简要总结了军事地图学与地理信息工程科学技术60年来的主要成就,并从7个方面分析了推动地图学与地理信息工程科学技术进步与发展的理论与技术;第二部分,从7个方面论述了地图学与地理信息工程科学技术的发展趋势;第三部分,提出了未来要重点研究的10个领域,包括空间认知理论、空间数据自动综合理论与方法、多维动态空间信息可视化、空间信息网格、空间数据挖掘与知识发现、空间数据不确定性与数据质量控制、多智能化代理技术及其应用、嵌入式GIS技术等。