“互联网+”时代的地理时空大数据与地理信息科学

5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
关键技术：
（7）地理时空信息服务技术 •基于Web Service的地理信息共享与空间数据互操作技术
挖掘和可视化（价值）能力的数据集的聚合。
大数据不在于“大”，也不在于“数据”，而在于驾驭大数据，即应用大 数据（见 [ 美 ]Bill Franks《驾驭大数据》、 [ 美 ]Anand Rajaiamen ， Jffrey David Ullman《互联网大规模数据挖掘与分布式处理》、[英]维克托.迈尔-舍 恩伯格《大数据取舍之道》、[中]谭磊《大数据挖掘》） 大数据带来的信息风暴正在改变我们的生活、工作和思维，开启了一个重 大的时代转型：思维变革、商业变革和管理变革，大数据产业随之兴起，将颠 覆千百年来人类的思维惯例，对人类的认知与世界交流方式提出了新的挑战。 （见[英]维克托.迈尔-舍恩伯格等《大数据时代》）
地理学
古代地理学 （19世纪中期前）
数字革命
信息革命
测绘学
古代测绘学 近代测绘学 （传统测绘学） 现代测绘学 （信息化测绘学）
GNSS、RS、GIS
近代地理学 （传统地理学） 现代地理学 （信息化地理学）
计量地 理学
20世纪80年代
地 理 信 息 科 学
数字化 测绘学
20世纪末21世纪初
地理信息科学的形成来自两个方面：
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空大数据：
地理时空大数据的特征
除一般大数据的“5V”或“4V”特征外，还具有
位置 时间 属性 尺度 多源 异构 空间基 准、时 间、尺 度、语 义等不 一致 多维
点、线、 面、体 的三维 位置 （X,Y, Z） 拓扑、 方向、 度量很 复杂
位置、 属性等 随时间 变化而 变化
集大数据的价值意义与地理时空数据的价值意义于一体，
任何规律的得出，任何决策的做出，都必须依据一定时间、确 定地点（地区）的大数据，即地理时空大数据。
全球已经进入（时空）大数据时代，企业决策过程正由程序
驱动变为数据驱动；（时空）大数据已成为制造业创新的动力，
我国54%的制造业正在应用数字化工具推动转型升级。
由李克强总理在2015年的政府工作报告中提出，随后在今年的7 月1日国务院发布《“互联网+”行动指导意见》，明确提出11项重点行 动和7个方面的保障措施，紧接着深圳市等省市也发布了相关文件。
本质
“互联网+”本质上是互联网、物联网、云计算等新兴
信息技术在各行各业的深度融合集成应用。
意义
“互联网+”是产业互联网化的着力点，将引起一场科技革命和
发生、提取、传输、重构和作用机制，地理信息运动过程中的熵增、熵 减、误差和不确定性以及感应与行为机制，地理信息运动的计算模拟。
技术层面
主要包括地理信息技术系统的开发，集成与应用（GNSS、RS、 GISystem），时空大数据基础设施建设技术。
应用层面
主要研究基于理论指导和技术支撑的人口、资源、环境和社会的
产业变革。中国已经开启了“互联网+”时代的大门。
03
PART THREE
地理时空大数据
大数据与地理时空数据的融合
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
大数据：
什么是“大数据” 大数据的本质 大数据的意义
这里，关键是“大”和“数据”。但可以这样来理解：大数据是指其规模 （体量大）和复杂程度（多样性）常常超出了目前数据库管理软件和传统数 据处理技术在可接受的时间内（快速性）收集、存储、管理、检索、分析、
“互联网+”时代的
地理时空大数据与地理信息科学
CONTENT
01 02 03 04 05
引言 “互联网+”的本质及其深远意义
地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合 地理信息科学：由来与内涵
核心理论与关键技术
总结
06
01
PART ONE
引论
1.引论
大数据、地理时空大数据、“互 联网+”，是最近人们议论最多的问
一是，科学融合与综合思潮的逻辑扩充，这是一条理论、演绎的思想路线； 二是，技术与应用的推动，这是一条从实践到认识，从感性到理性的思想路线。 两者相互交织，互相促动，共同推进地理信息科学的产生。
4.地理信息科学：由来与内涵
由来：
• 从GIS中之“S”看地理信息科学 GIS发展至今，作为学术名称有三种称谓： GISystem 强 调 GIS 的 工程技术的 一 面 ， 很长时间内都被 称之为“地理信 息工程” GIScience 强 调 GIS 的 科学的一面， 1992 年 由 Goodchild 提出， 定义为“信息科 学有关地理信息 的一个分支学科 ” GIService 强 调 GIS 的 应用即地理信息 产业的一面，是 GISystem 、 GISicence的根本 目的
每个位 置点、 线、面、 体上都 有自己 的数量、 质量特 征和说 明性信 息
空间尺 度变化， 即比例 尺变化
所有大 数据与 空间数 据集成 构成空 间数据 立方体， 即“全 息”可 视化
源自文库4
PART FOUR
地理信息科学
由来与内涵
4.地理信息科学：由来与内涵
由来：
• 信息时代地理学与测绘学深化交叉发展的产物
②查找 UDDI注册中心
http://www.uddi.org
客户端
应用系统 浏览器
Web Service
WSDL SOAP SOAP ③绑定 ①注册WSDL文档 ④调用 文档 请求 响应 SOAP 数据服务 SOAP 操作服务 目录服务 消息 消息
服务 地址 Shape File
WSDL文档
数据
Oracle
变化，是人类认识地理世界的基础。
地理时空数据的意义
是共享、交换和聚合大数据的时空框架，是各部门、各行业
信息共享、交换的平台，是一切大数据聚合的平台。
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空大数据：
什么是地理时空大数据
指大数据与地理时空数据的融合，即以地球为对象、基
于统一时空基准，活动于时空中与位置直接或间接相关联的 大数据。
（5）地理信息传输理论 （6）地理时空信息的解译与反演理论
（7）地理时空信息的不确定性理论
（8）地理时空信息（大数据）的可视化理论
5.核心理论与关键技术
关键技术：
（1）高精度GNSS的全球化和时间系统的精准化技术
（2）地理时空信息智能感知（时空大数据获取）技术 （3）地理时空大数据分布式存储与管理技术 （4）地理时空大数据并行处理技术 （5）地理时空大数据挖掘与知识发现技术 （6）地理时空大数据可视化技术
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空数据：
什么是地理时空数据
指以地球为对象，基于统一时空基准，与位置相关联的
地理要素（或现象）信息的数据。具有时间维（T）、空间维 （S）和属性维（D）等特征。
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空数据：
地理时空数据的本质
反映地理世界（时空）的空间结构和空间关系及其随时间的
区域规划和管理等方面的应用。
05
PART FIVE
核心理论与关键技术
5.核心理论与关键技术
核心理论：
（1）地理信息统一时空基准理论（空间、时间、物理基准） •全球大地坐标基准的归一化 •全球垂直基准的无缝化
5.核心理论与关键技术
核心理论：
（2）地理信息的基本理论 （3）地理信息同化理论
（4）地理时空认知理论
指的是一个共同体成员所共享
的信仰、价值、技术等等的集 合，指常规科学所赖以运作的 理论基础和实践规范，是从事 某一科学的研究者群体所共同 遵从的世界观和行为方式。
4.地理信息科学：由来与内涵
计算机图灵奖得主Jim Grey的四个科学范式理论
4.地理信息科学：由来与内涵
计算机图灵奖得主Jim Grey的四个科学范式理论
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空大数据：
来自解决人类面临的全 球性问题的推动。 来自对地观测——泛 在测绘的推动。
产生 动因
来自新兴信息技术发展 的推动。 来自企业经济效益的推动。
政府的地理时空大数据 地理时空大数据的来源 互联网地理时空大数据 企业的地理时空大数据 个人的地理时空大数据
4.地理信息科学：由来与内涵
内涵：
地理信息科学是信息科学有关地理信息的一个分支学科（Goodchild，1992）。 它的研究对象是地理信息，是关于地理信息的本质特征和运动规律的一门学科， 是新的认知模式、观察视点和技术平台，其内容包括三个层面： 理论层面 主要研究地理信息的本质、结构、描述、分类和表达，地理信息
4.地理信息科学：由来与内涵
能不能利用Jim Grey四个科学范式理论来看地理信息科学呢 第三范式：计算范式
1、模拟计算、系统综合方法 2、以计算机的应用为标志 产生于20世纪初
3
第一范式：经验范式
1、直观逻辑思维 2、以观察者实验为依据 产生于几千年前
4
第四范式：数据密集型范式
1、以地理时空大数据为基础 2、以互联网、物联网、云计算 为新的技术手段 今天正在出现
1
2
第二范式：理论范式
1、科学假设、理论分析 2、以理论思维和数据方法 为依据 产生于几百年前
4.地理信息科学：由来与内涵
当今的地理信息科学，正面临着时空大数 据时代的全球性挑战，“第四范式”可能是解 决面临挑战的具有本质性的理论、方法与技术， 不仅是科研方式的转变，也是人们思维方式的 大变化（大数据思维），通过大数据分析和大 数据挖掘，可以发现过去的科学方法发现不了 的新模式、新知识和新规律。这正是地理信息 科学要解决的问题。 所以，大数据时代的到来也是推动地理信 息科学发展的重要因素，同时数据密集型科学 范式也成为地理信息科学的科学研究范式。
我们应该怎样认 识大数据、地理时空 大数据、“互联网+”
题；地理信息科学是地理学、测绘
科学与技术都关注的问题，而且已 经是一个学科专业。
与地理信息科学及其
之间的关系呢？这是 一个值得探讨的问题。
02
PART TWO
“互联网+”的本质及其现实 与深远意义
2.“互联网+”的本质及其现实与深远意义 提出
综合起来，兼顾了科学、技术、工程和产业，构成了完整的“科学-技术工程-产业”的知识链。地理信息科学、技术是支撑；地理信息工程是关键，是 科学技术转化为生产力的关键；发展地理信息产业是目的。
4.地理信息科学：由来与内涵
由来：
• 从科学范式变化的视角看地理信息科学 美国著名科学哲学家THOMAS S.KUHN（库恩）在《The Structure of Scientific Revolutions》（《科学革命的结构》）一书中提出“范式” 的概念和理论：
这样界定地理时空大数据是基于两个事实：
一是，人类生活在地球上，人类的一切活动都是在一定的时空（时间和空间） 中进行的，而所有数据都是人类活动（社会、生产、生活……）的产物； 二是，从可视化角度讲，所有大数据只有当其与地理时空数据集成后，才能 直观地为人们提供大数据的空间概念。
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
服务聚合
网 格 条 件 下
注册服务
验证服务
识别服务
查询服务
管理服务
系统1
系统2
地理时空大数据：
地理时空大数据的本质
揭示了几乎所有大数据都需要而且可以与地理时空数据融
合的这样一个规律。如计划生育大数据与地理时空数据融合， 可以揭示执行计划生育政策以来国家人口增长和负增长时间序
列趋势及其地区差异。
3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据的融合
地理时空大数据：
地理时空大数据的价值和意义
PostGIS SQL
5.核心理论与关键技术
关键技术：
（7）地理时空信息服务技术 •基于Grid Service的信息资源共享与协同解决问题技术
用户按需组 合服务形成 面向应用的 服务能力 构造地理信 息服务网格 与虚拟组织， 建立服务管 理节点 将系统功能 按照标准封 装为网络/ 网格服务
应用n
第一范式
产生于几千年前。是描述自然现象的，以观察和实 验为依据的研究，可称为经验范式。
第二范式
产生于几百年前。是以建模和归纳为基础的理论学科和分 析范式，可称为理论范式。
第三范式
产生于几十年前。是以模拟复杂现象为基础的计算科学范 式，可称为模拟或计算范式。
第四范式
今天正在出现，是以数据考察为基础，联合理论、实验和 模拟一体的数据密集计算的范式，可称为数据密集型范式。