論地理國情監(jiān)測的技術(shù)支撐

李德仁，眭海剛，單杰

摘要：目的：地理國情監(jiān)測是新時(shí)期空間信息科學(xué)的重要使命。本文對地理國情監(jiān)測的必要性和內(nèi)容進(jìn)行了討論，逐一剖析了空天地一體化遙感技術(shù)RS、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)GNSS、網(wǎng)格GIS 技術(shù)、空間信息云計(jì)算技術(shù)Cloud Computing 和多維時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)KDD（4SCD 技術(shù)）在地理國情監(jiān)測中的地位和作用、面臨的問題和發(fā)展建議，以期為全面實(shí)現(xiàn)地理國情的定期監(jiān)測、日常監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測奠定技術(shù)基礎(chǔ)。方法：地理國情是制定國家和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、開展國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)、調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)布局、應(yīng)對突發(fā)事件的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。地理國情監(jiān)測具有重大戰(zhàn)略意義，既是確保經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長及建設(shè)信息化和諧社會(huì)的需要，又是突然事件應(yīng)急響應(yīng)的需要，更是推動(dòng)空間信息科學(xué)發(fā)展的重要手段。地理國情監(jiān)測的實(shí)施需要4SCD 技術(shù)的支撐，以共同解決從空間數(shù)據(jù)獲取到分析利用再到信息發(fā)布的問題，實(shí)現(xiàn)從傳感器到專業(yè)用戶及時(shí)的分發(fā)。地理國情信息一體化的采集和快速更新需要利用空天地一體化遙感技術(shù)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。通過對衛(wèi)星傳感器、低空傳感器和地面?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行科學(xué)布局，形成網(wǎng)絡(luò)化的空天地一體化對地觀測系統(tǒng)。傳感網(wǎng)環(huán)境下的空天地?cái)?shù)據(jù)融合與協(xié)同處理是實(shí)現(xiàn)快速、精確、全面地獲取復(fù)雜時(shí)空環(huán)境下地理國情的有效途徑。多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)變化檢測是地理國情實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵，如何合理高效地利用數(shù)據(jù)特征提取變化信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、在軌化和智能化變化檢測還面臨許多關(guān)鍵難題，其問題的核心是缺乏可靠的理論基礎(chǔ)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這需要深入研究。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用于地理國情監(jiān)測測繪基準(zhǔn)服務(wù)、空間定位服務(wù)和與多種國情監(jiān)測技術(shù)的集成融合服務(wù)等方面，為監(jiān)測工作提供平臺(tái)和手段。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正向著高精度、高可靠性、強(qiáng)抗干擾性、強(qiáng)反利用性、導(dǎo)航通信一體化的方向發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位技術(shù)的研究熱點(diǎn)仍是精密單點(diǎn)定位技術(shù)（PPP）和網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)。為滿足應(yīng)急情況下地理國情實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求，構(gòu)建“通-導(dǎo)-遙”一體化實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢。地理國情信息的自動(dòng)化挖掘和定量化分析需要利用地理空間信息網(wǎng)格技術(shù)、多維時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和空間信息云計(jì)算技術(shù)。地理空間信息網(wǎng)格技術(shù)用于為地理國情監(jiān)測形成的覆蓋不同行業(yè)不同部門的數(shù)據(jù)共享和互操作、信息深加工、高性能大容量分布存儲(chǔ)和分布處理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。就目前網(wǎng)格GIS 的發(fā)展來說，其關(guān)鍵技術(shù)在于中間件技術(shù)、地理標(biāo)記語言GML、分布對象技術(shù)、構(gòu)件與構(gòu)件庫技術(shù)和空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的集成技術(shù)，以提供地理空間信息綜合服務(wù)為核心和最終目標(biāo)的基于Grid Service 的Grid GIS 是社會(huì)需求和GIS理論、方法和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。多維時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指從時(shí)空數(shù)據(jù)庫中提取用戶感興趣的時(shí)空模式與特征、時(shí)空與非時(shí)空數(shù)據(jù)的普遍關(guān)系及其他一些隱含在數(shù)據(jù)庫中的普遍的數(shù)據(jù)特征，包含時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘和空間數(shù)據(jù)挖掘，可為地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析與評估提供支持?？臻g數(shù)據(jù)挖掘是空間信息科學(xué)的新興領(lǐng)域，目前只是取得了一定的初步成果，仍有大量的理論和方法需要深入研究，如多源空間數(shù)據(jù)的清理、基于空間不確定性的數(shù)據(jù)挖掘、柵格矢量一體化數(shù)據(jù)挖掘等。空間信息云計(jì)算技術(shù)可在PB 級的數(shù)據(jù)規(guī)模、百萬級的用戶實(shí)時(shí)在線操作數(shù)下，以較低的單位資源使用成本部署和快速的地理數(shù)據(jù)處理能力提供更加靈活的地理信息服務(wù)，緩解超海量多源數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)、計(jì)算能力的矛盾，為各種時(shí)空決策應(yīng)用提供強(qiáng)大的技術(shù)支持?？臻g信息云計(jì)算需要特別注意地理空間數(shù)據(jù)與服務(wù)的安全，同時(shí)在存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行地理計(jì)算需要考慮時(shí)空數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，研發(fā)空間信息云計(jì)算中間件，以提高存儲(chǔ)訪問效率。結(jié)論：地理國情監(jiān)測是一項(xiàng)長期艱巨的工程，本文對地理國情監(jiān)測的發(fā)展分別從技術(shù)和政策的角度提出了改進(jìn)意見。在技術(shù)方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)空天地一體化觀測，拓寬測繪技術(shù)的手段和數(shù)據(jù)獲取的范圍；充分利用先進(jìn)衛(wèi)星定位技術(shù)手段建設(shè)全國統(tǒng)一和共享的位置定位服務(wù)“一個(gè)網(wǎng)”，提供高精度、高效率的導(dǎo)航定位服務(wù)；加快國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，盡快建成可為各類用戶提供全國乃至全球地理信息“一站式”服務(wù)的“一個(gè)平臺(tái)”。在政策方面，應(yīng)盡快出臺(tái)加快推進(jìn)地理國情監(jiān)測的指導(dǎo)性意見，為全面實(shí)施地理國情監(jiān)測提供體制機(jī)制保障；加快研制地理國情的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為全面推進(jìn)地理國情監(jiān)測工作提供標(biāo)準(zhǔn)保障；在部分有特點(diǎn)的省、市形成示范性的成果，為全面推進(jìn)地理國情監(jiān)測提供經(jīng)驗(yàn)；加強(qiáng)地理國情監(jiān)測的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)。

來源出版物：武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）, 2017, 37(5): 505-512

入選年份：2017