智慧地球时代的测绘地理信息学—李德仁

Supply
• Generation • Transmission
Demand
• Distribution (Utility) • Residential • Industrial • Commercial Devices: Central plants, Distributed resources
中国测绘学会第十次会员代表大会
智慧地球时代的 测绘地理信息学
李德仁 院士
武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室 2013.10.11 北京
主要内容
1 智慧地球与智慧城市
2 智慧地球的特征 3 智慧地球时代的测绘地理信息学
4 结论与展望
一、智慧地球与智慧城市
– 智慧地球是在数字地球建立的基础框架上，通 过物联网将现实世界与数字世界进行有效融合， 感知现实世界中人和物的各种状态和变化，由 云计算中心处理其中海量和复杂的计算与控制， 为社会发展和大众生活提供各种智能化的服务 – 智慧城市是智慧地球的重要组成部分
智慧城市=数字城市+物联网+云计算
智慧城市的发展历程
信息化城市 数字城市 智慧城市
1993
“信息高速公路” 的提出标志着 城市信息化建 设开始起步
1998
“数字化舒适社区 建设”标志着城 市信息化开始步 入“数字城市” 建设新阶段
2006
物联网、云计算等
2009
IBM提出了“智慧城 市”新理念，标志着 城市信息化开始迈向 “智慧城市”建设新 阶段
Residential
Power
Hospital
• Point-ofCare • ER • Mobile POC
Health
Doc. Office/ Care facility
• POC • Lab facilities
Industrial
Retail
Lab
Transportation Vehicles
基础网络支撑层： 无线传感网、P2P网络、 网格计算网、云计算网络 基础设施网络层： Internet网、无线局域网、 3G等移动通信网络
应用层
智慧地球以ＩＰ地址整合相关资源 实现了“秀才不出门，能作天下事”
无所不在的网络基础设施
核心：有线光纤
传输：城域网
接入：局域网
用户：固定、游牧、 移动式应用
计算设施
桌面互联网 移动互联网
1960s
1970s
1980s
1990s
2000s
从以计算机为中心，到以网络为中心，再到以人为中心
出现了基于云计算的空间信息服务
互联网资源配置的变迁
服务器集群和虚拟化 服务器托管形成市场
虚拟服务
服务器托管
数据服务器 邮件服务器 搜索服务器
…
安全服务器
视频服务器
服务器井喷
2、位置云
卫星定位系统
基于卫星定位 基于无线信号定位 基于传感器定位 混合定位
无线信号
传感器
加速度计
陀螺仪 电子罗盘 手机摄像头 RFID/ NFC
蓝牙 WLAN
智能手机
蜂窝网络& 无线数字电视信号
室内与地下导航定位
基于智能手机采集图像的室内定位
在室内移动时, 拍两张连续的影像 (x’ 和 x), 可以 得到前进的方向 (相机-陀螺仪)和 前进的距离(相 机-里程表)。相机里的摄像头相当于两个传感器， 陀螺仪和里程表. 摄像头不受无线信号中断的限制 ，例如卫星信号和蓝牙信号
• Equip. & personnel - Police, - Fire -Regulatory
Public Infrastructure
• Equip. & personnel - Water -Wastewater - Other
Lab
• Water
treatment • Building environ. • General environ.
智慧地球=数字地球+物联网+云计算
智慧城市的概念
– 智慧城市是在数字城市建立的基础框架上，通 过物联网将现实城市与数字城市进行有效融合， 自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状 态和变化，由云计算中心处理其中海量和复杂 的计算与控制，为城市管理和公众提供各种智 能化的服务 – 智慧城市是智慧地球的重要组成部分
专业服务导致 服务器多样化
浏览器/服务器 客户机/服务器
更多任务由服务器承担
服务器登场
三、智慧地球时代的测绘地理信息学
1、4维时空基准
1）从3维位置到位置、速度与加速度； 2）从3维到4维 (X，Y，Z，t)；
3）从高斯-马尔可夫模型到高斯-马尔可夫过程；
4）从空间分析到时空分析。
中国GPS地基增强系统（CORS）
新一代信息技术对 城市信息系统的综 合集成与整合应用
“智慧城市”的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相 承，但更注重信息资源整合集成，更强调城市管理协调统筹，是信息化 城市和数字城市建设的更高级阶段
中国智慧城市的动力与目标
城镇化 工业化 信息化
智慧城市
低炭 绿色 可持续
中国梦
智慧城市的应用
无所不在的测绘 地理信息学
测 绘 成 果 共 享 方 式
从纸质复印-文件拷贝-网络共享 -面向服务架构的服务发布。
纸质复印
文件拷贝
数据库共享
基于云计算的 注册服务
1970s 1980s 1990s 2000s 2010s
SOC 面向领域 面向服务
面向过程
面向对象
面向构件
大型机
小型机
个人电脑 和局域网
无所不在的物联网
Buildings
Commercial / Institutional
• Office • Education • Retail • Hospitality • Healthcare • Grocery • Airports • Stadiums • Data Centers
Consumer
Devices: Vehicles, Roads, Gas stations, Signage, etc.
• Discrete • Batch
Machine Control
• Complex
Industrial Process Control
• SCADA • Instrument/ sensor • CDS
Vehicles
• Land • Air • Sea
Devices: POS terminals, Tags, Cash registers, Payment terminals, Signs, etc.
Material
• Weapons • Supplies • Other
Personnel
• People • Machines
Electronics/Semicon
Misc. Infrastructure
• Facility mgmt. • Infrastructure
Lab
• Process equip. • Product diagnosis
Devices: HVAC, Vertical Transport, Fire & Safety, Lighting, Security & Access, etc.
Appliance
• Laundry • Kitchen •Environmental • Information • Lighting • Security • Climate
Entertainment
• Audio • Video • Gaming
Mobile
• Audio • Video Communication • Multi-purpose
POS
•Complex machines • Simple / standard machines
Infrastructure
• Dist. centers • Shopping centers
Signage / Display
• In-store • Remote • Display e quipment
（自然、人文、社会等）的内在有机联系
和关系，并在此基础上增加实时传感、控
制以及分析处理的功能
二、智慧地球的特性
2、智慧地球包含物联网和云计算
智能传感网 智能安全网 云计算智能处理 智能控制网
智慧地球=数字地球+物联网+云计算
智慧地球架构
物联网设备层：
传感器节点、 射频标签、手机、 个人电脑、PDA、 家电、监控探头
• Cars/trucks • Aircraft • Watercraft • Construction
Government / Security
Industrial
• Process
- Semi Fabs - Chemical - Pharma - Refining • Pulp/Biblioteka Baiduaper
Home / In Vivo
Devices: TVs, VCRs, DVRs, Dishwashers, Washer/Dryers, Refrigerators, Lights, Computers, etc.
Legislature
• Docs •Records • Voting • Polling • Other
Public Safety
• Implants • POC
Infrastructure
• Fueling stations • Nav. systems • Traffic control & Hway sys.
• Single family • Multi-family
• POC • Lab diagnostics
Devices: MRIs, PDAs, Implants, Surgical equip., Pumps, Monitors, Telemedicine, etc.
7 trillion wireless devices serving 7 billion people by 2017（国际权威机构预测）
二、智慧地球的特性
3、智慧地球面向应用和服务
自动采集数据并交由云计算进行实时分析和处 理，获得详尽而准确的数据、信息、知识和决 策反馈，并将其实时推送给需要这些信息的用
• Semicon - Semi tools machines - Wafer hand • Simple / - Test systems standard • Electronics machines - T&M - Comp • Placement & board assbly Devices: Pumps, Valves, Vats, Conveyors, Pipelines, Motors, Drives, Switches, Machines, etc.
我国省市连续运行基准站网（约1800站）
中国大陆环境观测网络（260个站）
三、智慧地球时代的测绘地理信息学
2、位置云
将手机接收到的导航卫星信号与其他定位 相关的传感器信息传输到云计算中心，通 过实时解算，实现室内外高精度的手机连 续位置定位和实时导航
地理国情监测员,灾情报告员,森林调查员, 地质勘测队员,土地调查员,城管员,公安交 警人员等国家公务员和车联网用户
Security / Surveillance
• Radar/Satellite • Environment
Devices: Voting booths information cards, Scanners, Public infrastructure, etc.
Devices: Weapons, Vehicles, Soldiers, Unmanned drones, etc.
5、智慧地球能实现自主组网 和自维护
网络应具备维护动态路由的功能，保证整 个网络不会因为某些节点出现故障而导致
整个网络瘫痪
自主组网
自维护
三、智慧地球时代的测绘地理信息学
智慧地球时代学科发展的趋势
小测绘 --- 大测绘 --- 智慧测绘
工业化 光机电 2维地图 数据 信息化 计算机+网络 3维网络服务 信息 工业化+信息化 物联网+云计算 4维智能服务 知识
户
以计算机为中心
以网络为中心
以用户为中心
二、智慧地球的特性
4、智慧地球与现实地球融为一体
随着传感器和控制器种类和数量的不断增 加，将电子世界直接融入到现实地球的基 础设施中，自动地控制相应的基础设施， 自动监控地球的环境变化和人类的各种活 动，实现智能化
现实世界
+
电子世界
智慧地球
二、智慧地球的特性
城市职能
1.
智慧城市的应用 智慧安防\环保\能源\医疗养老
生存繁衍
2.
3. 4. 5.
智慧国土规划\社区\城管\家居
经济发展 社会交往 文化享受 智慧制造\物流….. 智慧交通\购物\社会综合管理 …. 智慧户外流媒体\教育\旅游….
二、智慧地球的特性
1、智慧地球建立在数字地球 的基础框架上
智慧地球需要依托数字地球建立起来的全 球地理空间框架和与空间位置的各种信息