基于物联网技术的GIS的研究与实践

“数字地球”应用系统
数字地球 标
准
、
规 范
NSDI
、
法
规
EOS
数字城市 数字农业 数字油田
国 家 信 息 基 础 设 施
信息理论、系统理论、非线形及复杂性理论
2.“智慧地球”的提出
2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球” (Smart Earth)构想，建议新政府投资新一代的智慧 型基础设施，奥巴马对此给予了积极的回应，并上 升至美国的国家战略，在世界范围内引发轰动。 “智慧地球”的核心思想就是把要各种传感器应用到人 们生活中的各种物体中,并且能够相互连接起来,形成 “物联网”, 通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起 来,实现网上数字地球与人类社会和物理系统的整合。 在此基础上,人们就可以以更加精细和动态的方式管 理生产和生活,从而达到“智慧”状态。在智慧地球上, 人们可以实现智慧城市、智慧企业、智慧社区、智 慧家庭、智慧矿山等。
4.GIS在物联网中的地位与作用
（2） GPS为物联网提供空间定位支持
定位技术是物联网的核心技术之一,可以帮助人和机器来发现目标，从而实 现目标的识别、定位、跟踪、监控和管理。 而作为GIS空间定位技术中GPS技 术则可以满足全球级、区域级、国家级的位置服务要求，对于定位精度更高的 要求，可以选择精度更好、更稳定的CORS技术，这种定位技术可以为物联网 提供精度达厘米级的动态实时定位服务。
有鉴于此，三维可视化智能安防系统将监控技术、物联网技术和三维GIS 技术整合起来，使得安防人员能够在一个与现实世界一样的虚拟环境中进行人 员和设备的可视化管理，及时发现问题并进行报警。
2 三维可视化智能安防系统
视门人物定紧运
业务应用层 频 禁 员 品 位 急 维
监管管管跟报管 控理理理踪警理
数据库层
1 应用领域
n世界文化遗产（本体、宏观环境、微环境、旅游）监测 n大遗址环境与本体的监测 n在水下文化遗产监测 n国家珍贵文物的跟踪管理 n博物馆智能安防系统的建设
2 实施策略
n充分做好文博行业应用需要分析工作 n做好顶层规划与设计 n抓好重点示范项目的建设 n注重标准规范的制定
欢迎批评指正！
4.GIS在物联网中的地位与作用
（3） 三维GIS技术为物联网提供真实的虚拟展示平台
三维GIS技术作为GIS与VR相结合的技术可为用户提供一个集视觉、听觉、触觉等 为一体的真实的三维虚拟环境,用户可以借助特定的装备以自然方式在远程获得与现场等 同的感受、经历及体验。利用物联网前端传感器传回来的各种信息可以对被感知的对象 进行虚拟重建、再现，从而可以建立具有真三维景观描述的、可实时交互的、能进行空 间分析和查询的应用系统，将使物联网的感知、显示能力发生革命性的变化。
IPv4
GPS/WiFi/WAPI/2G/3G/NGBW
A/LTE
2.物联网支撑框架
认知学
地理学
信息学
管理学
控制论
多源数据集成 空间数据可视化 空间数据分析 空间数据挖掘
GIS应用建模 其他技术
RFID 传感器
嵌入式技术 GIS GPS
智能计算 其他技术
相关理论
关 键 技 术
实
物联网
现 范
围
应用领域
1 清华GPS智能巡线系统
互联网
1 清华GPS智能巡线系统
系统接32收GPS数据
清华GPS智能巡线系统V1.0
GPS民警巡线系统
巡3线3路径回放
清华GPS智能巡线系统V1.0
GPS民警巡线系统
巡3线4工作评价
2 三维可视化智能安防系统
对于涉密单位来说，安防报警系统是单位日常管理中不可或缺的部分，而 传统的管理方式多采用视频监控系统进行人员与设备的管理，这种管理模式， 存在以下问题： 一是管理粗放，无法及时了解人员和设备的位置信息； 二是空间位置的展示多以建筑平面图为主，当建筑物复杂且安防设施比较多 时，安防人员很难对建筑和所有设施有全面的了解。 三是采用人工值守为主，工作负荷高、盲点多，不易及时发现问题。
物联网的出现促进了世界上物与物、人与物、人与自然之间的对话与交流。 它是继计算机、因特网和移动通信网之后发展的一门新技术，是全球信息化发 展的新阶段，实现了数字化向智能化的过渡与提升。
1.物联网的概念
物联网
物+传感 物物相连
互联网
无线
有线
RFID /传感器
/zigbee/ 蓝牙WPAN
IPv6 /
4.GIS在物联网中的地位与作用
（4） 移动GIS为物联网提供移动计算平台
移动GIS是一个集GIS、GPS、移动通信（GSM/GPRS/CDMA）三大技术 于一体的系统。移动GIS的出现,不但使GIS的应用环境发生了极大的变化和改善, 大大增强了野外数据使用的移动性。移动GIS为物联网提供了天然的移动计算 平台,将物联网的前端感知与移动GIS结合,可以帮助用户准确地定位、追踪对象, 并提供一系列的模拟决策,最终完美地完成人机交互。
3.GIS的作用
“GIS能够提供的，远远不只是地图可视化和简单的查询和定位。GIS更加强大 和本质的部分，在于可以对相同空间范围内各种不同因素之间的内在关系进行 发掘和分析。通过空间分析，可以帮助我们寻找到这些不同的因素之间的内在 联系，从而帮助我们更好地认识其规律和现象后面更深层的原因。了解和掌握 这些规律和深层的原因，对于决策者而言是十分重要的。它可以帮助决策者在 更加全面、系统地把握信息的基础上进行科学的决策。”
基于物联网技术的GIS的研究与实践
清华大学 国家文物局空间信息技术重点科研基地
周文生
无锡，2011.03
主要内容
一 从“数字地球”到“智慧地球” 二 物联网与GIS 三 应用案例 四 清华大学的研究实践 五 文化遗产保护中的应用思考
一 从“数字地球”到“智慧地球”
1. “数字地球”的提出
“数字地球”将给我们一个空前无比的机会，可以 把关于我们社会和我们星球的原始数据流转换成我们 可以理解的信息，这种数据不仅包括地球的高分辨率 卫星影象、数字地图，也包括经济、社会、人口等数 据。如果成功的话，它将在教育、可持续发展的决策、 土地利用规划、能源及危机处理等领域产生巨大的社 会和商业效益。 （“数字地球”是指以地球坐标为依据的、具有多分辨 率的、有海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。） Al Gore，1998年1月31日于Open GIS Co.
三 应用案例
1.智能城市网格化管理
城市网格化管理就是采用万米单元网格单元和城市部件、事 件管理法相结合的方式，应用、整合多项数字城市技术（3S技 术），利用“城管通”实时采集传输城市管理对象信息，通过城市管 理监督中心和指挥中心实现城市精确、敏捷、高效的管理。该管 理模式是管理思想、管理理念、管理技术和管理体制的整合和创 新。
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是以采集、存储、 管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地 理分布有关的数据的计算机系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理 空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性 数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂 的规划、决策和管理问题。
全球 洲际 国家 区域 局部范围
环境监测 公共安全 交通运输 工业智能 平安家居 医疗健康 其他领域
交通
电力
物流调度、定位导航 远程抄表、负载监控
农业
城市管理
动物溯源、大棚监控 电梯监控、路灯控制
安全
平安城市、企业安防
环保
污染监控、水土检测
企业
家居
生产监控、设备管理 看护老人、家庭安防
3.GIS的概念
三维模型数据
管理对象数据
实时监控数据
ห้องสมุดไป่ตู้
平台服务层
数据库平台 三维GIS平台 数据处理平台
硬件层
视频监控
RFID系统
2 三维可视化智能安防系统
2 三维可视化智能安防系统
2 三维可视化智能安防系统
2 三维可视化智能安防系统
2 三维可视化智能安防系统
2 三维可视化智能安防系统
五 文化遗产保护中的应用思考
2. 智慧景区管理
2. 智慧景区管理
四 清华大学的研究实践
1 清华GPS智能巡线系统
清华GPS智能巡线系统是采用GPS技术、物联网技术以及 GIS技术所实现的一套用于长输管线日常巡线管理的可视化智 能系统。利用该系统，巡线员在现场进行巡线时，管理人员就 可以在在电子地图上时实、准确、直观的观察到巡线员的工作 状况，及时得到现场的信息，并可以对任意时段的巡线路径进 行回放，形象、逼真地重现巡线路径及到达时间，同时还可以 根据所接收的现场数据对巡线人员的巡线质量进行定量的考核。 该系统的使用极大地减少了长输管线的管理成本，为长输管线 的安全运营提供了保障。
二 物联网与GIS
1.物联网的概念
物联网（IOT，Internet of Things）就是“物物相连的互联网”，最初是由美 国麻省理工学院自识中心首先提出于1999年提出的，直到2005年才由国际电信 联盟ITU正式提出。物联网较为正式的定义就是通过射频识别（RFID）、红外 感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何 物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟 踪、监控和管理的一种网络。
智能城市网格化管理则是在物联网和3S等关键技术的支撑 下， 通过智能数据系统采集城市部件设施、事件以及人口等信息，从 而更有效地实现城市网格化动态管理和服务。
1.智能城市网格化管理
1.智能城市网格化管理
1.智能城市网格化管理
1.智能城市网格化管理
2. 智慧景区管理
数字景区是指景区的管理者运用信息技术和管理学科的科学 理论，实现景区生态环境、社会和经济全面协调发展的信息化管 理平台，它是景区实现高效管理的手段之一。而智慧景区则是在 数字景区的基础上利用物联网技术实时采集并发布景区信息，如 游客数量、人流方向、景点游客饱和度等相关信息，实现景区旅 游服务相关资源的动态优化配置，为游客提供查看景区各景点最 新实况的服务，方便游客选择期望的旅游线路和景点，实现人性 化服务。
4.GIS在物联网中的地位与作用
（1） GIS技术为物联网提供基础地理信息平台
物联网的核心思想是通过感知设备对感知对象进行识别、定位、跟踪、监 控和管理。 在这种需求下，物联网天生就需要一种统一的能进行空间定位、空 间分析的可视化地理信息平台。
物联网建设期间，可以利用地理信息平台的空间分析能力进行传感器布设的 选址，从而达到终端布设的科学性、合理性；物联网建成后，可以通过地理信 息平台把所有的物联对象都落到统一的空间平台上，从而可以直观、生动、快 速地对物联对象进行定位、追踪、查找和控制。