王家耀:時空大數據-地理信息產業融合發展必由之路

2022-02-24 10:23:01來源:i自然全媒體

中國工程院院士 王家耀

地理信息產業是以現代測繪和地理信息系統、遙感、衛星導航定位等技術為基礎,以地理信息資源開發利用為核心,從事地理信息獲取、處理、應用的高技術服務業。自20世紀60年代地理信息系統提出以來,其應用逐漸拓展到多個行業,從產生、成長到壯大,地理信息產業發展取得了可喜成績。

當前,我國的經濟和社會發展已經進入新的歷史階段,社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾;以5G、云計算、大數據、邊緣計算、物聯網等為代表的新技術快速發展,人工智能技術也因深層神經網絡的成功而獲得了巨大進步;隨著我國行政體制改革和自然資源管理體系的建立,地理信息產業已融入自然資源管理體系中。面對新的社會需求、新的技術進步和新的管理體系要求,亟待根據國家大政方針、社會生產需要、技術發展趨勢、產業發展規律,做好地理信息產業的工程技術、商業模式、產品類型的轉型升級與融合創新,進一步提高地理信息產業發展的質量和水平。

地理信息產業融合發展的驅動力——人工智能

信息化的發展遵循從數字化到網絡化再到智能化的規律,地理信息產業的發展亦如此,智能化是地理信息產業融合發展的高級階段。

“互聯網+”改變了地理信息產業發展的思維方式。“互聯網+”的本質是跨界融合。“基礎地理信息+”和“通用時空大數據平臺+”的本質也是跨界融合。“+”是核心,提出跨界融合的解決方案是關鍵。只有這樣,才能更充分地發揮基礎地理信息和通用時空大數據平臺的“基礎”和“通用”作用,實現地理信息產業到時空大數據產業的轉型升級。

云計算具有的信息資源管理、處理和應用的“全面彈性”,可以支撐“地理信息產業”到“時空大數據產業”的轉型。時空大數據產業化需要超強計算能力的支持。云計算作為一種新的計算模式,通過“池化”和“云化”把數千臺甚至上萬臺機器都放在一個“池子”里面,這是“資源彈性”;并在“資源彈性”即基礎設施即服務(IaaS)之上增加了一層“應用彈性”,包括平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS),以滿足時空大數據的“應用彈性”需求。云計算支撐時空大數據處理的分布式、協作(同)化和智能化;通過任務分解,解決分布式問題;通過工作流重構,解決并行問題;通過算法調度,解決協作(同)化問題。

人工智能是地理信息產業融合升級的核心驅動力。算法、大數據和計算能力構成了人工智能的三要素或“三駕馬車”。其中,算法是用好大數據和計算能力的關鍵,需要靠機器學習來不斷優化,而算法的不斷優化又是靠不斷輸入大數據進行深度學習來實現的。算法、大數據還需要計算能力的支持,否則算法就失去了引擎,大數據處理快速性也不可能實現。在人工智能的算法、大數據、計算能力三要素中,隨著智能感知技術的快速發展,時空大數據已出現爆炸式增長態勢,為時空大數據產業化提供充足的數據支撐;隨著計算機技術的快速發展,適應時空大數據產業化需求的計算能力已經完全具備;需要人們更加關注的是算法研究,特別需要加強多源異構時空大數據融合、分析、挖掘與知識發現、可視化等方面的算法研究。在人工智能算法、大數據、計算能力“三駕馬車”的驅動下,地理信息產業到時空大數據產業的轉型升級必將加速實現。

時空大數據產業——屬于第四產業的范疇

時空大數據,指基于統一時空基準活動或存在于時間和空間與位置直接或間接相關聯的大數據。據此,時空大數據由時空框架數據和時空變化數據兩大類數據組成。

時空框架數據指基于統一時空基準的衛星導航定位數據(含連續運行參考站 CORS數據)、遙感影像數據、地圖數據、地名數據等。時空變化數據包括社會經濟人文數據、位置軌跡數據、與位置相關聯的空間媒體數據、社交網絡數據、搜索引擎數據、視頻觀測數據、生態環境監測數據等。時空變化數據聚合(關聯)在時空框架數據上,就構成了時空大數據。時空大數據具有位置、屬性、時間、尺度、分辨率、多樣性、異構性、多維性、價值隱含性、快速性等特性。時空大數據產業,指以天空地海傳感器網絡為基礎,以時空信息“獲?。▊鞲芯W)→處理(生產)→應用(服務)”為產業鏈,以人工智能等新興信息技術為支撐,以數據密集型計算為特征的知識密集型信息產業,屬于從第三產業中分離出來的第四產業的范疇。同地理信息產業相比較,時空大數據產業內涵要寬泛得多,規模要大得多,類型更具多維性和多樣性,知識更密集,速度更快,產品更加多樣化和個性化,其應用領域更加廣闊,具有良好的產業發展前景。

時空大數據產業化的核心——時空大數據平臺

時空大數據平臺是時空大數據產業化的核心。

它是指把各種分散的和分割的大數據即時空框架數據和時空變化數據匯聚到一個特定的平臺上,并使之發生持續的聚合效應。這種聚合效應就是通過數據多維融合和關聯分析與數據挖掘,揭示事物的本質規律,對事物做出更加快捷、更加全面、更加精準和更加有效的研判和預測。從這個意義上講,時空大數據平臺是大數據的核心價值,是大數據發展的高級形態,是大數據時代的解決方案。從產業化的角度講,通用時空大數據平臺是指將時空框架數據匯聚在一個特定平臺上,利用這個平臺生產軍民兩用的基礎測繪地理信息產品。

所謂“通用時空大數據平臺+”模式,即以通用時空大數據平臺作為框架,聚合民用、軍用的時空變化數據,分別構成時空大數據平臺。“通用時空大數據平臺+民用”模式,即將地方政府各部門各行業的政務、自然資源、規劃、交通、水利、管網、人口、經濟、人文、社會、醫療、教育、電力、公安等數據匯聚在通用時空大數據平臺上,使之成為新型智慧城市的“智腦”,通過持續的聚合效應,生成各類(種)民用深加工知識產品,為政府綜合決策、各部門各行業和社會公眾提供智能化服務。

時空大數據產業化是通過時空大數據平臺產業化實現的。因為時空大數據產業化是一個新問題,應該走一條從基礎研究起步的產業化創新之路。這條創新之路首先要研究和建立以數據科學為核心的時空大數據理論體系。目前,“數據科學”的邊界還不清晰,時空大數據理論研究薄弱,更未形成時空大數據的理論體系,而這是時空大數據產業化的基礎。因此,這條創新之路要研究和建立以“數據隱含價值→計算發現價值→應用實現價值”為核心,以“數據獲?。▊鞲衅骶W)→處理(生產)→應用(服務)”為產業鏈的時空大數據產業化技術體系。走在這條創新之路上的人,更要研究和設計包括軟件產品、硬件產品、軟硬件集成產品、各類(種)應用平臺產品和數字產品在內的時空大數據產品體系。

總之,在當前全球數字經濟快速發展的大背景下,數字化的知識和信息作為關鍵生產要素,以數字技術為核心驅動力量,以現代信息網絡為重要載體,通過數字技術與實體經濟深度融合,數字經濟能夠不斷提高經濟社會的數字化、網絡化、智能化水平,以加速重構經濟發展與社會治理模式。地理信息產業作為處理位置數據的核心產業,可以積極推動其基于“通用時空大數據平臺+”模式深度融入數字產業化、產業數字化、數字化治理與數據價值化領域,積極融入自然資源管理工作整體布局,主動引領以地理信息為基礎的新型智慧城市、實景三維中國、新型基礎測繪建設,推進地理信息產業向全產業鏈發展,擴大地理信息產品供給面,加大地理信息消費級產品研發,鼓勵新應用、培育新市場,讓地理信息產品通過生態建設、智慧管理、數字經濟服務國家戰略建設并惠及全社會,從而促使地理信息產業向時空大數據產業的融合發展與轉型升級。

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