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三维GIS迈进新地理信息时代专访李德仁院士

作者:SuperMap    文章来源:SuperMap    点击数:    更新时间:2010-2-1
摘要:随着Google Earth、MSN Virtual Earth、下一代互联网、Web2.0、网格计算和云计算技术的出现,一个新的地理信息时代悄然而来。与传统的以电子地图为基础的地理信息时代相比,新地理信息时代的GIS应用将更加深入和广泛,地理信息技术发展也将日新月异,跨平台化、组件多样化、服务化、基于虚拟现实技术的三维GIS技术和智能传感器与网格GIS的集成将引领新的应用热点。


      随着Google Earth、MSN Virtual Earth、下一代互联网、Web2.0、网格计算和云计算技术的出现,一个新的地理信息时代悄然而来。与传统的以电子地图为基础的地理信息时代相比,新地理信息时代的GIS应用将更加深入和广泛,地理信息技术发展也将日新月异,跨平台化、组件多样化、服务化、基于虚拟现实技术的三维GIS技术和智能传感器与网格GIS的集成将引领新的应用热点。
      应对新地理信息时代的机遇与挑战,解决三维GIS的深入应用,必须坚持自主创新,依靠地理信息技术的不断创新,充分发挥广大地理信息产业企业的市场主体作用。在此,我们特别邀请到了中国科学院、中国工程院院士李德仁接受我们的采访,并就这些新趋势新问题和大家共同进行探讨,以资借鉴。
      李德仁,中国科学院院士、中国工程院院士、欧亚科学院院士、美国纽约科学院院士,是国内外知名的摄影测量与遥感学家、我国测绘学界的泰斗。现任武汉大学教授、博士生导师,测绘遥感信息工程国家重点实验室学术委员会主任,并担任中国测绘学会副理事长,国家遥感中心专家组成员等重要职务。
      李院士长期致力于3S系统(遥感(RS)、全球卫星定位系统(GPS)和地理资讯系统(GIS))为代表的空间信息科学以及多媒体通信技术的研究工作,多次获得国家及部委级荣誉。他于1982年提出的粗差定位验后方差选权迭代法,被国际测量界称为“李德仁方法”;他在1985年提出的用包括误差可发现性和可区分性在内的基于两个多维备选假设的扩展的可靠性理论来处理测量误差,科学地“解决了测量学上一个百年未解难题”。今天,在以他为首的专家团体的努力下,中国测绘科学与美、德并驾齐驱,保持着世界的先进水平。


Q:请您介绍一下当前地理信息产业的发展现状及趋势。
A:Google Earth与Virtual Earth的问世使得原本只有专业用户才能使用的地理信息,让所有互联网用户能够在一套统一的空间信息服务平台上开展各种工作,所有能上网的用户,都成为了我们的用户。
      Web 2.0要求为用户提供的各种服务具备体验性(experience)、沟通性(communicate)、差异性(variation)、创造性(creativity)和关联性(relation)等特性,美国科学院院士Michael F.Goodchild为了阐述在Web2.0的环境下地理信息的协作生产和地理知识的传播与共享的问题,提出了人人都是传感器和VGI的概念;而我们在Web 2.0上将大量原始的空天地可量测实景影像它们的外方位元素及立体量测软件一起上传到网络上,使“按规范测量”的传统模式,有望变成“按需要测量”的新模式(TrueMap)。智能传感器与网格GIS的出现,GIS数据从死变活,其现势性带来了质的飞跃,一个新的地理信息时代来临了。
      我们将在网格计算、云计算和下一代互联网环境下,更好地生产、管理、存储、分发和服务地理空间信息。面向服务架构的应用代替数据驱动的应用后,必将拉动整个地理信息产业链条爆炸式增长,促使全球地理信息的共享在宏观上将产生巨大的经济和社会效益,人类将会分享新地理信息时代所带来的各种灵性服务。而新地理信息时代在最大限提供空间信息服务能力的同时,必然会带来一些必须正视的新问题和新挑战,特别是地理数据组织无序、更新质量、服务安全、信息爆炸、共享隐私以及产权等问题,将给我们带来前所未有的机遇,从而影响地球信息科学和地理信息产业的发展。


Q:新地理信息时代有哪些特点?
A:与传统的以电子地图为基础的地理信息时代相比,新地理信息时代具有以下典型特征:
      1. 新地理信息时代的服务对象扩大到所有的大众用户
      新地理信息时代的服务对象不仅包括专业用户,而且包括普通大众用户。
      2. 新地理信息时代的用户也是空间数据和空间信息的提供者
      新地理信息时代的更新与维护是提供者和终端用户,从专业的定期更新走向大众化的更新和服务,更新模式从静态定期更新走向实时和准实时的大众参与更新。
      3. 新地理信息时代,通过传感器网络,数据从死变活
      新地理信息时代可实现整个传感器网络、专业人员和大众用户互动,共同参与按需服务。可实现实时数据更新和实时信息提取,从而使数据从死变活,使用户可获取地球上任意地点的现势图像。
      4. 新地理信息时代提供按需测量和按需服务
      新地理信息时代的地理空间信息服务数据从原来的地理信息产品发展到可量测的实景影像,并实现了可视、可查询、可量测和可挖掘。
      5. 地理空间信息的应用从数据驱动发展到面向服务架构(SOA)
      基于面向服务架构,就有提供访问数据的服务和提供量测功能的工具,让用户能主动参与按需测量和按需服务。


Q:您认为Realspace技术及二三维一体化将对GIS业界产生怎样的影响?
A:当初能存储空间信息的介质就是一张纸,在纸上可以画投影图、透视图、断面图、剖面图等,这就是一张地图,没有其他办法。现在随着计算机的出现,这种情形就不一样了,计算机的存储体很大,不受纸张的限制,从而在地图领域也就出现了二维、2.5维、梯形等多种形式,当然最贴近生活的、最贴近真实世界的,还是三维。
      但三维的图形有两个缺点,一个是加工的数据量太大,人工操作把房子竖起来就很困难,如果再提纹理的话,机器就带不动;二是因为地球表面的环境天天在变,所以地理信息数据的更新将会越来越快。我们知道数据与产品的距离越短,架构越省钱,使用越方便,更新越快,才越会被人们接受。如果我们拍了航片、买了卫片,要经过一年的加工才能变成产品,成本很高。所以,我在最近写的《空间信息三维可视化》这篇文章中指出,二维已不再满足市场的需要,思考空间信息三维可视化的多种途径,实现二维的图形加三维的影像的最佳方案,从二维走向三维才是未来发展的方向。
      怎么才能更好地描述一个真的城市呢?从航空测量和遥感的角度看,我认为第一要实现二三维图形影像的一体化,也就是要有二维的底图,要有在二维基础上的三维图形,要有三维的影像。原来测量员、地理信息系统专家在进行地理信息采集时,采集了房子的坐标,就只能求求房子的面积;采集了房子的高度,就只能知道房子的高度,而其他没有经过测量的部分都无法获取信息。而现在如果保留了三维实景影像,就可以把测量工具放到网上,量老百姓想量的东西,比如原来没测量的的阳台、窗户,都可以通过三维实景影像自己来测量。
      可以说,二三维一体化是空间数据表达的一个新阶段,有的以二维为主,现在肯定要走向二三维。但是怎么走呢?我认为二三维一体化有多种形式,首先是图形。二维的图形,比如地球表面的各种景观;还有三维的图形,比如一座房子,我们把房子的顶梁和四个角测量一下,把房子的高测量一下,这个房子就竖起来了,这是三维的图形。除了图形的表达外,还有影像,图形是抽象成点、线、面、体,而影像是通过未经加工的真实立体的像素来描述,这是一种更直观的表达方式。
      超图提出的二三维一体化技术是一个进步,跟立得公司一样,要把所有可能的技术都用上,但是希望大家不要仅仅停在这一步,而是继续向前发展,把技术的可能与用户的需求结合在一起。只要符合这两点,我们做公司、做技术的人都应当义无返顾、责无旁贷地去做,一定要把这件事情做好。而公司的生命力也就在于这里,不断地用新的技术,按照用户的需求来满足市场新的需要,这就是新时代包含的多种层面的意思。需求牵引,技术推动,充分利用现在的高新技术,所以我希望超图继续坚持按照这样的思路去走,公司肯定就会大有前途。


Q:在国内有不少优秀的国产企业,尤其是在GIS方面,您觉得在推动产业发展方面他们发挥了哪些作用?
A:首先是国产GIS企业促进了我国地理信息产业的繁荣。根据今年我国测绘行业的统计数据,现在我国地理信息产业年产值已经达到了600亿,产业规模越来越大,特别是在西部制图、第二次全国土地调查等一批国家级重大项目当中,在数字城市、国防、交通、公安、导航等很多行业,国产GIS也发挥了重要作用,在很多核心技术与产品上实现了与国外同类产品的抗衡。
      其次,如何迅速扩大产业规模是目前我们国产GIS企业发展的瓶颈,我们首先要做一艘航空母舰,组织一个编队,然后做好分工,这个机器推进起来,大家才能各得其所,没有航空母舰,光是一条条小船是不行的。像微软、Google这样规模的技术型企业在中国还很少,目前我们国家正在努力推进100个产业联盟的建设,就是希望扩大产业规模,组建超大规模的企业,使之发挥更大的作用。
      第三,政府只有继续加大对地理信息产业的扶持,我国的GIS企业才能发展的更快更好。产业联盟和引进资本是产业发展的两条路,中国的资本市场不够繁荣,必须更多地依靠政府的支持,全世界的企业发展都离不开国防和国家的支持,现在我们启动的西部测图工程、二调工程都为我们地理信息产业注入了大量的资金。应当说,GIS在中国的使用面还不够广泛,还可以再深入推广。我们在国外看到每一个小城市都有GIS,没有哪一个城市没有,像美国每个政府的后面都有一个GIS中心,它的每个决策都是用GIS做出来的,通过环境分析数据、可持续发展数据进行评估,对它未来的发展规模做预测,进行投入产出以及可持续性的分析。


Q:请您对未来地理信息产业进行一下展望。
A:地理信息产业现在已经从专业服务走向了大众服务,我认为这是地理信息产业一个很大的机遇。我们要推动地理信息产业从专业服务向大众服务地快速转换、扩散和转移,要为地理信息产业大众化服务创造条件。
      首先,是数据条件。目前我国正在规划发展高分辨率的对地观测卫星进行数据源的采集,计划到2020年发射14颗卫星,分辨率要从现在的3米到2米、1米,再到0.5米、0.3米。此外,还要增加航空的数据获取能力,在平流层,也就是距离我们地面20—100公里这样一个空间考虑放置一些飞艇,可以对感兴趣的地区进行长期观测,分辨率比较高。这是数据源,再者就是在数据的管理上,现在国家正在规划把拥有地图、影像等空间数据的单位串成一个数据网格,把数据串起来。
      其次,是产业环境。现在我国正在全国各个行业推进100多个联盟的建设,为国内的企业创造良好的投资环境,其中与我们有关的包括航空遥感联盟、卫星遥感联盟、地理信息产业联盟等,进行的比较顺利,联盟下的各个企业比较团结。随着3G无线网络的发展,推动通讯产业联盟的建立,加强与中国移动、中国联通的联系,将空间服务推广到网络上也成为必然。再一个就是LBS,基于位置的服务是继续短信息之后的又一机遇,现在我们正在努力把我们的GIS服务发展到能够方便地上传到手机上去,而手机也可以作为一个传感器参与到GIS当中,为人们服务。
      第三,在技术上,实现从数据到信息、到知识,再到服务的自动转化链条,是我们追求的目标,这在全世界都没有实现。不光是我们做地理信息的人,计算机行业也在为实现地理信息的快速转化乃至自动转化而努力。昨天我听Green教授讲,德国的一个机器人研究所正在做一个计划,在一条轨道上放置三颗卫星,三颗卫星同时运转、同时获取数据,研究所根据这些数据把地形、GIS信息全部提取出来,形成一款软件,当然这个项目目前还在研究当中。在国内,我们也在研究,武汉大学的张祖勋院士几十年来一直在从事航空相片、卫星相片的三维自动获取研究。至于数据的管理、数据的互操作等方面,以龚键雅教授等人为首,应当说已经跟国外的发展水平相当。我们现在的任务是什么?就是看准方向,鼓励年轻人朝着这个方向走。只有朝着这个方向走,中国的GIS才能走向世界,才能在世界上成为顶尖的。如果我们不看方向,不看市场,外国人推进了什么东西,咱们再去模仿,永远是二流的。
      第四,在发展方向上,空间数据要从定量化向定性化的转化,其中一个比较难的就是知识的发现。2004年我跟我的弟弟,中国工程院的院士,指导我们的博士共同完成了一本叫做《空间数据挖掘》的书,提出来要从空间数据中挖掘知识,而不仅仅是信息。举个例子,我们要在三峡的滑坡地区用GPS监测网,用遥感、雷达图像监测它的形变以及其他应监测的3S点。人们往往关心的是这个地方什么时候会滑坡;如果出现滑坡,提前多长时间应该通知老百姓搬家或者采取相应的应急措施等这些决策支持,而不是哪个点上滑了多少厘米。
      针对这种从大量的定量空间数据中提取抽象知识的现象,我们提出了一个空间数据从定量化向定性化的理论,我们叫作泛化。比如,我们根据全国各省市的统计数据作了一个“哪一个省最穷”的样板,这是一个定性的,但是我们统计了每个省的30个、50个、100个参数,比如人口、教育水平、家庭的住房、交通状态、GDP……这些都是国家统计局进行的统计,我们把这些数据拿过来,结果发现中国最穷的省份是贵州省,而不是大多数人认为的西部的青海、西藏。再比如拿街景影像的实践进行虚拟分析,通过十年以前的照片和十年以后的照片的对比分析,就可以挖掘这个国家、这个区域、这个城市经济发展的水平。如果这个城市变化不大,说明它的GDP肯定发展的很慢;如果变化很突出,说明它的GDP发展的很快。这些都是从定量数据到定性知识的推演,所以通过空间数据挖掘知识这个方向,我们应该花大力气去做,现在中科院地理所、遥感所、武汉大学、南京大学等等都在做这方面的研究。


Q:请您谈谈对这次2009’中国科学院地理信息技术自主创新论坛暨SuperMap GIS技术大会的感受。
A:人变老了,思想不能变老,一定要不断地进行思考,我想我们的任务就是构架未来的发展,要给年轻人更多的机会,要给公司更多的机会。为什么高科技公司一定要跟上形势?因为跟不上形势就要落伍,再大的公司都是这样。小公司能够抓住了机遇和形势,就能由小变大,原来大的公司抓不住机遇就要由大变老,这是一个自然的规律。
      超图现在正处在一个非常好的上升阶段,队伍比较好,组织也比较可取,特别是在推动市场发展方面比较突出。我认为我们高科技公司,每个公司都有每个公司的经营方略,但大体上会有所分工,就拿GIS来讲,有的偏向军事,有的偏向数字城市,有的偏向土地资源,有的做地上,有的做地下,这是一件很好的事情。但是每一个公司都要有自己的技术长处,二三维是超图的一个技术长处,凝聚了他们的技术精髓,有了长处,有了进步,就会赢得用户的欢迎。
      超图举办这样一年一届的大会,我很赞同。每年举办这样的大会,前期肯定要投入很大的人力、物力,花费很多的时间和精力,但这非常值得。这届大会沟通了多方面的人才,也加强了地理信息技术人员与用户之间的联系,一方面一些用户在会上提出了他们的问题,提出了他们的需求;另一方面,对于我们这些技术型企业,用户要能理解这些技术,这就成为了一个很好的沟通技术和市场的渠道,是沟通用户和我们地理信息工作者的一个渠道,能够推动地理信息服务和地理信息产业的深入发展。在此,希望超图,希望更多的国产GIS企业能够越办越好。


后记
      在谈到网络体验的去结构化趋势时,有人指出Web3.0将从语义网向智能助理、普适网络的泛有网络时代发展,届时IT将深入人们生活的每个角落,无处不在,为人们提供智能化、形象化的立体服务。
      正像李院士提到的那样,作为未来IT的重要成员, GIS将从地上到地下,实现无缝覆盖,而二三维一体化的实现正是迎接这一地理信息新时代迈出的重要一步。随着海量数据管理技术的突飞猛进,具备更高分析功能真三维技术已不再是空中楼阁,人们希望这种新兴技术越来越多地出现自己的生活和学习工作中,并真正为将来人们的生活和管理工作提供各种便利。

Tags:三维GIS,李德仁  
责任编辑:gissky
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