“如今，地信行業(yè)的GIS已經(jīng)迎來了一場比較重要的技術(shù)變革。”中國科學(xué)院院士龔健雅在2016年南寧測繪學(xué)術(shù)年會上這樣說道。
自2012年起，龔健雅及其團(tuán)隊就已經(jīng)開始探索對地觀測傳感網(wǎng)的技術(shù)和應(yīng)用，用他的話說，對地觀測傳感網(wǎng)正是要解決目前地信行業(yè)迫切面臨的實時對地觀測需求。
龔健雅認(rèn)為，越來越多的應(yīng)用都需要在一個實時的GIS系統(tǒng)下得到解決，我們需要把信息和數(shù)據(jù)實時披露，實時調(diào)度傳感器，實現(xiàn)動態(tài)模擬，此時就需要采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)，在統(tǒng)一時空框架下，來管理與分析空天地的實時動態(tài)觀測數(shù)據(jù)。
以下是龔健雅院士以“對地觀測傳感網(wǎng)與實時地理信息服務(wù)”為主題的精彩演講，演講內(nèi)容如下(未經(jīng)本人核實)：
龔健雅：我記得2012年當(dāng)時已經(jīng)做過一個論述的題目，叫對地觀測傳感網(wǎng)的一些應(yīng)用。幾年過去了，我要向大家匯報一下，最近幾年傳感網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)對測繪服務(wù)方面取得一些新的進(jìn)展。
對地觀測傳感網(wǎng)是地信業(yè)劇變下的產(chǎn)物
如今，地信行業(yè)的GIS已經(jīng)迎來了一場比較重要的技術(shù)變革。主要表現(xiàn)在三個方面：
第一，信息的波及方式從原來的設(shè)備采集發(fā)展到無處不在，各種地理數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時的采集以及監(jiān)測。
第二，服務(wù)方式從原來的一線發(fā)展到現(xiàn)在實時的在線服務(wù)。
第三，服務(wù)的時間效率大大提升。
因此，我們迫切需要一個實時的對地觀測信息系統(tǒng)，可以對原來的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，也對我們的工作也有一些新的貢獻(xiàn)。
實時GIS系統(tǒng)需求激增
目前，越來越多的應(yīng)用都需要在一個實時的GIS系統(tǒng)下得到解決。第一，環(huán)保、氣象和水利監(jiān)測。有關(guān)部門會調(diào)動航空航天的各種傳感器來對水污染點進(jìn)行觀測，通過數(shù)據(jù)來查找它的污染源以及流域污染的范圍。在這個過程中，可能要調(diào)動很多技術(shù)手段，甚至很多除了傳感器之外的計算設(shè)備及信息處理軟件。而它的時間是非常緊迫的，我們就需要非常實時的系統(tǒng)。
目前，環(huán)保部門、氣象部門以及水利部門的傳感器都已經(jīng)實時化，衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航空數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)往往是對接的。所以，我們迫切需要采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)，在統(tǒng)一時空框架下，來管理與分析空天地的實時動態(tài)觀測數(shù)據(jù)。
第二，智慧城市建設(shè)。智慧城市的一個基本要求就是得到動態(tài)信息?，F(xiàn)在，很多小城市的智慧城市建設(shè)發(fā)展很快，迫切需要采用先進(jìn)的GIS系統(tǒng)，在統(tǒng)一時空框架下，實時地管理與分析城市內(nèi)部的人流、物流和事件流，這也是一個集成的系統(tǒng)。以前的數(shù)據(jù)來源，通常是通過測繪采集和其他采集獲取。但是現(xiàn)在，所有數(shù)據(jù)可能都是實時導(dǎo)入，也就需要實時系統(tǒng)。因此，要將天地空傳感器資源融入GIS，構(gòu)建協(xié)同的綜合監(jiān)測系統(tǒng)。
如何形成協(xié)同觀測？
在整個對地觀測網(wǎng)絡(luò)和實時GIS系統(tǒng)中，最重要的實現(xiàn)協(xié)同，我們的團(tuán)隊探索了以下模型和方法：
第一，空天地的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，其中要涉及大量傳感器。優(yōu)化內(nèi)容則涉及三方面：
首先是共享。如果一個網(wǎng)絡(luò)里有各種平臺，包括航天航空、地面、移動平臺、以及物理化學(xué)等各種傳感器，這些傳感器必須要有一個共享的信息模型，使人認(rèn)識和識別這些信息。
其次是點觀測和面覆蓋型地面水文傳感器優(yōu)化布局方法。
再者是提出了顧及時間連續(xù)性的星地傳感器協(xié)同觀測優(yōu)化布局方法。這是對星地和地面?zhèn)鞲蟹绞降膬?yōu)化。這種優(yōu)化方法使多星尺度互補，時間連續(xù)性強，由不同時間點的不同分辨率衛(wèi)星觀測系列構(gòu)成時間序列。另外，還包括星地協(xié)同，衛(wèi)星和地面同步觀測，如用衛(wèi)星來反演土壤濕度等。
第二，信息融合處理技術(shù)。
這其中涉及大量不同傳感器的數(shù)據(jù)，以及不同平臺的數(shù)據(jù)。此時，我們需要把數(shù)據(jù)融合成一個產(chǎn)品，使之為我們提供決策參考。首先要解決的是無縫數(shù)據(jù)生成，因為這些數(shù)據(jù)存在時間的斷續(xù)問題，我們的產(chǎn)品希望能夠有連續(xù)性，這是需要解決的技術(shù)瓶頸。
第三，時空譜一體化融合。
其中，提出了多個數(shù)據(jù)融合的模型，如兩個傳感器或三個傳感器的融合，得出的數(shù)據(jù)，其分辨率有了大幅提高，空間分辨率都清晰多了。
第四，實時服務(wù)技術(shù)。
我們需要把信息和數(shù)據(jù)實時披露，實時調(diào)度傳感器，實現(xiàn)動態(tài)模擬。通過傳感器的規(guī)劃，我們可以看到信息的動態(tài)變化，同時把不同專家做的模型連接起來，在系統(tǒng)平臺中直接形成工作流，把工作流連起來后，從傳感器數(shù)據(jù)到模型計算，到最后動態(tài)的制圖，形成實時的服務(wù)組合和成果。同樣，有了這些以后，根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用動態(tài)仿真，可以把整個過程動態(tài)呈現(xiàn)出來。
三大智能GIS平臺成果及應(yīng)用
為了解決核心的模型與技術(shù)方法，我們研發(fā)了三種GIS平臺。
第一是GeoSensor。2005年開始，成功研制了國際先進(jìn)的開放式傳感網(wǎng)實時動態(tài)GIS平臺GeoSensor，包含集成管理、公共服務(wù)和動態(tài)仿真等100余項功能，是我國最早具有實時動態(tài)網(wǎng)絡(luò)GIS特征的軟件產(chǎn)品，實線了在線共享。用這套系統(tǒng)可以集成航天航空地面?zhèn)鞲行畔?，包括地表的位移、土壤濕度、行?biāo)、水位等傳感器信息。
第二是實時GIS平臺GeoDyno。它是一個實時的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)無需導(dǎo)進(jìn)導(dǎo)出，在實時的數(shù)據(jù)流下就可控制。系統(tǒng)可以進(jìn)行計算，數(shù)據(jù)實時進(jìn)來，不需要數(shù)據(jù)庫，這是一個基本特點。
第三是大數(shù)據(jù)智慧服務(wù)平臺GeoSmarter。GeoSmarter是為應(yīng)對大數(shù)據(jù)時代下政府和企業(yè)信息化變革而研發(fā)的平臺型軟件產(chǎn)品，其目標(biāo)是以大數(shù)據(jù)為核心，構(gòu)建政府和企業(yè)級大數(shù)據(jù)智慧服務(wù)中心。系統(tǒng)建立了一個比較完善的體系，包括數(shù)據(jù)融合平臺、數(shù)據(jù)管理和服務(wù)平臺，在大數(shù)據(jù)之上還有接口可以接到具體應(yīng)用。
對于這三大平臺，我們近年來做了幾個典型應(yīng)用。一個比較大的應(yīng)用是我前面提到的水利系統(tǒng)應(yīng)用，把整個長江全流域上萬個傳感器都實時加入進(jìn)來，這個系統(tǒng)是一個典型的貫徹整個傳感網(wǎng)的系統(tǒng)。軟件使用的Geosmarter平臺，對整個應(yīng)用以及規(guī)范和調(diào)度，如長江流域?qū)λ男钏畮斓姆峙?，都是在這個系統(tǒng)中進(jìn)行的。當(dāng)然，也包括防汛抗旱，目前可以做到整個系統(tǒng)的信息共享，20分鐘就可以直接到達(dá)長江上游，這個信息是非?？焖俚?。這里面也包括很多模型，如對航道的管理以及實時通信等。
第二個應(yīng)用案例是太原綜合觀測網(wǎng)?，F(xiàn)在，這個工程對地下管網(wǎng)都要求安裝傳感器，對壓力、溫度等都有特殊的考慮。此外，包括應(yīng)急處置、信息支持、能源疏散等模型都被加在智能GIS系統(tǒng)里面。
第三個案例是我們和西安臨潼區(qū)共同打造的一個系統(tǒng)。除了原來的政務(wù)之外，把現(xiàn)在的智慧城市動態(tài)信息也加入進(jìn)來，除了傳感網(wǎng)、氣象等信息，還有人流信息的管理等，都集成在一個系統(tǒng)里。另外，臨潼系統(tǒng)中還做了一些城市管理，如環(huán)境衛(wèi)生等信息，這些工作有很多是屬于動態(tài)信息，又如公眾信息的實時監(jiān)督等。
另外，我們還做了一個動態(tài)的交通信息案例，進(jìn)一步細(xì)化了監(jiān)測指標(biāo)，包括GPS車的調(diào)度信息、交通路口的交通信息，最后呈現(xiàn)出的是一個新的實時交通信息系統(tǒng)，通過實時信息實時地提供服務(wù)。這其中還包括智能停車系統(tǒng)，將停車場中每一輛進(jìn)出車輛的信息實時反映出來，提供一個實時的服務(wù)。我們在防汛方面也有類似的服務(wù)探索。
實時的傳感器和GIS系統(tǒng)，在未來一段時間將成為我們的重大發(fā)展方向。不論從技術(shù)角度來看待實時監(jiān)測和實時服務(wù)，還是著眼我國的智慧城市建設(shè)，我們都需要從計算能力和具體應(yīng)用上提供新的服務(wù)。
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