袁存忠，鄧淑丹

(福建省基礎地理信息中心，福建 福州 350003)

地理信息大數(shù)據(jù)探討

袁存忠，鄧淑丹

(福建省基礎地理信息中心，福建 福州 350003)

隨著信息化程度的不斷提高及云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術的興起，數(shù)據(jù)量飛速增長，全球進入大數(shù)據(jù)時代。本文從大數(shù)據(jù)發(fā)展與特征入手，闡述了地理信息大數(shù)據(jù)的特征，介紹了地理信息大數(shù)據(jù)環(huán)境下的地理信息云平臺建設思路，探索了地理信息大數(shù)據(jù)的挖掘應用。

地理信息；大數(shù)據(jù)；云平臺

隨著計算機技術全面融入社會生活，信息爆炸已經(jīng)積累到了引發(fā)變革的程度[1]。它不僅使世界充斥著比以往更多的信息，其增長速度也在加快。

20世紀90年代，數(shù)據(jù)倉庫之父Bill Inmon對信息數(shù)據(jù)賦予了新的特性，即Big Data，隨后大數(shù)據(jù)名詞在全球蔓延。2008年，Science專刊指出大數(shù)據(jù)時代已到來[2]，EMC與美國工程院院士Eric也拋出了Big Data概念；政府層面上，2012年3月29日，美國奧巴馬宣布每年投資兩億美元進行大數(shù)據(jù)研究[3-4]，同日我國科技部發(fā)布的《十二五國家科技計劃信息技術領域2013年度備選項目征集指南》把大數(shù)據(jù)研究列在先進技術研究首位，2014年，“大數(shù)據(jù)”首次進入我國政府工作報告，2015年我國政府工作報告明確提出推動大數(shù)據(jù)發(fā)展，設立400億元新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資引導基金，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新加油助力。從百姓搜索熱點看，依據(jù)百度與google的檢索數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的名稱從2008年在全球傳播，2013年在我國的檢索熱度陡然增加。

一、大數(shù)據(jù)概念

借用百度百科、維基百科等搜索引擎網(wǎng)站的定義：大數(shù)據(jù)或稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)獲取、處理成幫助政府決策、企業(yè)經(jīng)營決策的資訊。

大數(shù)據(jù)具有大量化(volume)、多樣化(variety)、快速化(velocity)、價值化(value)4個特征[5]，只有具備這些特點的數(shù)據(jù)，才能稱之為大數(shù)據(jù)。大量化，數(shù)據(jù)量達PB、ZB，據(jù)統(tǒng)計，將2013年全球一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)印刷成書，可覆蓋美國52次，刻錄成光盤，堆成五堆，每堆均能延伸至月球[6]；數(shù)據(jù)結構多樣，包括文本、機器數(shù)據(jù)、視頻等多樣化的數(shù)據(jù)；速度化方面，人類產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正呈指數(shù)級增長，大約每兩年翻一番[7]，意味著人類在最近兩年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量相當于之前產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)量，該增速將保持持續(xù)至2020年，這也要求數(shù)據(jù)處理分析效率極高；價值化方面，通過對大量相關數(shù)據(jù)的分析，可預測未來的發(fā)展趨勢。

二、地理信息大數(shù)據(jù)

隨著地理信息資源的獲取手段越來越多，且獲取效率高，數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度快，地理信息資源也進入大數(shù)據(jù)時代，并具備多樣化、體量大、快速化、價值高等特性。

1. 數(shù)據(jù)多樣化

隨著測繪技術、移動互聯(lián)網(wǎng)絡、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和智能移動終端的飛速發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)來源越來越多，包括通過人工、機器、人機交互等手段獲取的多樣化地理信息數(shù)據(jù)，如全外業(yè)測繪生產(chǎn)的DLG、DEM，天繪、天鏈、天拓、遙感等系列衛(wèi)星獲取的遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)字攝影測量形成的DOM、DEM數(shù)據(jù)，傾斜攝影獲得的點云數(shù)據(jù)及處理形成的城市三維模型數(shù)據(jù)，車載移動激光掃描獲取的點云數(shù)據(jù)、街景數(shù)據(jù)、DLG、DEM、城市三維模型數(shù)據(jù)，無人機、風箏、氣球拍攝的影像數(shù)據(jù),定位車、手機、手表、鞋等各類移動設備實時產(chǎn)生的位置信息，能見度、溫度、濕度等傳感器獲取的傳感數(shù)據(jù)，攝像頭獲取的實時視頻數(shù)據(jù)等。

2. 數(shù)據(jù)體量大

多樣化的數(shù)據(jù)獲取手段帶來了地理信息資源數(shù)據(jù)量的爆炸。負責我省地理信息數(shù)據(jù)資料管理的福建省基礎地理信息中心2014年地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量達24 TB，是2013年的2～3倍。在全國范圍內(nèi)，覆蓋全國的1∶5萬DLG達250 GB、1∶5萬DOM達10 TB，覆蓋全國的1∶1萬DLG約5.3 TB、1∶1萬DOM約350 TB，覆蓋全國一次的0.5 m分辨率影像數(shù)據(jù)量約65 TB，加上多波段、多時相、多產(chǎn)品、歷史數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、重疊區(qū)等數(shù)據(jù)量更大，GNSS一個基準站1 s采樣率1 d的數(shù)據(jù)大約是50～80 MB，以全國3000個基準站計算，則總數(shù)據(jù)規(guī)模為180～240 GB[8]。在全球范圍內(nèi)，聯(lián)合國全球地理信息管理(UN-GGIM)估計，全球每天會產(chǎn)生2503萬字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中顯著的部分是位置感知[9]。

3. 數(shù)據(jù)快速化

獲取速度上，我國中高分辨率的影像數(shù)據(jù)獲取接近實時，高分二號同一地區(qū)重復采集周期為4 d，資源三號同一地區(qū)重復采集周期為5 d，傳感器與移動設備獲取數(shù)據(jù)的周期為實時；處理速度上，需響應“以秒甚至毫秒計的流數(shù)據(jù)”；時效性方面，數(shù)據(jù)的時效性可按分鐘計，如實時路況數(shù)據(jù)的時效性達10 min。

4. 數(shù)據(jù)價值高

地理信息數(shù)據(jù)蘊藏著豐富的價值，據(jù)《大數(shù)據(jù)市場：2012～2018年全球形勢、發(fā)展趨勢預測》預測，在個人地理信息方面，大數(shù)據(jù)將為服務商帶來超過1000億美元的收入，為用戶帶來超過7000億美元的價值。

5. 與傳統(tǒng)地理信息的比較

結合以上特征分析，地理信息大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)相比，發(fā)生了很大的變化,見表1。定位不同，從主要服務政府部門轉變?yōu)榉沾蟊?；?qū)動性上，除完成政府下達的地理信息數(shù)據(jù)采集任務外，還增加了自發(fā)地理信息(volunteer geographical information,VGI)采集，一種新型的基于網(wǎng)絡的大眾協(xié)同地理位置測量和地理信息采集[10]；地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者從政府部門、企事業(yè)單位、具有測繪資質(zhì)的公司，轉變?yōu)槊總€人都是地理信息數(shù)據(jù)的采集者；數(shù)據(jù)量從MB、GB到TB、PB的轉變；部分數(shù)據(jù)更新頻率達到了實時；質(zhì)量方面，之前地理信息數(shù)據(jù)成果需通過具有資質(zhì)的單位質(zhì)檢，才能投入使用，質(zhì)量要求非常高，但在大數(shù)據(jù)環(huán)境里，面對如此快速化、體量大的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的質(zhì)檢方法已不能滿足要求，必須通過計算機系統(tǒng)對地理信息數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，質(zhì)量控制也沒有之前嚴格；地理信息大數(shù)據(jù)大多沒有元數(shù)據(jù)信息，而傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)擁有非常完整的元數(shù)據(jù)信息。

表1 地理信息大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)比較

三、地理信息云平臺

地理信息大數(shù)據(jù)已為實現(xiàn)價值奠定了基礎，而數(shù)據(jù)處理分析能力是達到智慧的關鍵，因此，數(shù)據(jù)處理分析能力至關重要。針對地理信息大數(shù)據(jù)的特性，要實現(xiàn)大數(shù)據(jù)到智慧的轉變，需采用云存儲技術、關系與非關系型數(shù)據(jù)庫存儲巨量數(shù)據(jù)，通過人工智能與云計算技術，按照一定的規(guī)則對可信度低、未質(zhì)檢的數(shù)據(jù)進行抽取，清洗、轉換形成可用的地理信息數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘技術來預測、洞察未來發(fā)展情況，而這一切可通過地理信息云平臺實現(xiàn)。

地理信息云平臺的定位不僅是支持桌面端與Web端應用，為企業(yè)內(nèi)部與政府內(nèi)部服務的平臺，還是服務型的、跨部門的、服務大眾的云平臺。

地理信息云平臺需集成各類趨勢化的技術與數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理方面支持3D數(shù)據(jù)、公共地理框架數(shù)據(jù)、點云、街景、實時位置及感知數(shù)據(jù)，支持的數(shù)據(jù)格式包括非關系型數(shù)據(jù)庫格式，關系型數(shù)據(jù)庫格式，表格、圖片等文件格式，互聯(lián)網(wǎng)社會媒體信息，傳感網(wǎng)絡設備傳輸?shù)牧鲾?shù)據(jù)，支持地理信息數(shù)據(jù)服務的接入。在功能方面，除具備傳統(tǒng)支持可視化查詢、編輯、分析、共享交換、應用開發(fā)功能外，還具備在線的地理信息關聯(lián)觸發(fā)與地理信息圍欄篩選的能力，其處理結果可為系列消息、通信信息、郵件、地圖成果，預測結果等；在使用上，用戶可基于各類終端訪問地理信息云平臺，并基于云平臺訂閱相關數(shù)據(jù)與功能，便可得到滿意的結果，無需關心數(shù)據(jù)在哪，如何處理，真正開啟全新的用戶體驗。

四、地理信息大數(shù)據(jù)應用探索

百度大數(shù)據(jù)產(chǎn)品使地理信息大數(shù)據(jù)應用廣為人知，百度遷徙圖是通過統(tǒng)計分析數(shù)億百度手機用戶遷徙軌跡數(shù)據(jù)形成的，其直觀地反映了人口遷徙情況，為交通部門進行春運交通調(diào)度提供指導，“百度天眼”可實時“嗅探”飛機運行狀態(tài)，為百姓出行規(guī)劃提供指導。

地理信息云平臺實現(xiàn)各類資源的共享交換，使地理信息應用從推動應用轉變?yōu)槔孟嚓P信息挖掘應用，為政府、企業(yè)、社會公眾的決策提供服務。地理信息大數(shù)據(jù)還可應用于地理信息數(shù)據(jù)更新、城市信息挖掘、公共安全管理、交通出行、環(huán)保監(jiān)測、衛(wèi)生防疫等領域。

1) 地理信息數(shù)據(jù)更新應用。對用戶在微博、微信中分享的海量位置信息進行聚合、篩選后，更新地名地址、興趣點數(shù)據(jù)，借助人口與車輛的流動數(shù)據(jù)更新道路，確保地理信息數(shù)據(jù)資料的鮮活性。

2) 城市人文信息挖掘應用。燈光直接反映著城市工業(yè)化水平、城鎮(zhèn)化水平、人口集中分布情況[11]，利用遙感衛(wèi)星夜間影像可以獲取各城市的經(jīng)濟要素。如利用夜光的減少情況，可評估居民大規(guī)模遷徙與戰(zhàn)爭情況；通過經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、夜光影像、人口分布圖、土地覆蓋類型數(shù)據(jù)等，獲得格網(wǎng)化的GDP數(shù)據(jù)，可使政府精準掌握經(jīng)濟區(qū)域發(fā)展情況。

3) 公安應急應用。對于開放式的廣場，公安部門很難掌控人口聚集程度，難以給出科學的人口流量控制措施，極易出現(xiàn)踩踏事件。因此可借助手機熱點大數(shù)據(jù)計算出每平方米聚集的人口數(shù)量，結合手機熱點的流動趨勢，判斷每平方米人口聚集量的變化趨勢，從而及時做出相應的應急措施，避免因人口超負荷聚集帶來的傷亡。

4) 交通出行規(guī)劃應用。百姓出行大多會根據(jù)實時路況數(shù)據(jù)，避開擁堵路段，選擇寬松路段行駛，而寬松路段則因車流量快速聚集變成新的擁堵路段，因此導航系統(tǒng)可結合大量歷史擁堵的變化情況，基于當前車輛行駛的趨勢性，如路口車輛左轉、前行等趨勢性數(shù)據(jù)，分析出合理的路線告知用戶，避免從一個擁堵路段進入另一個擁堵路段。

5) 環(huán)保領域的霧霾監(jiān)測應用。對污染企業(yè)分布信息、風向走勢、道路分布、交通流量、人群軌跡等大量的數(shù)據(jù)信息進行匯集、處理分析，可制作可視化的霧霾分布圖及霧霾變化趨勢圖，從而為政府部門提前應對霧霾天氣、開展環(huán)境整治等方面提供指導。

6) 衛(wèi)生領域，可判斷流感蔓延情況。對用戶在百度、搜搜等搜索引擎網(wǎng)站輸入的咳嗽、發(fā)燒等熱點檢索信息，可分析流感疫情的蔓延情況，為政府部門應對快速蔓延的流感病提供第一手資料。

五、結束語

隨著地理信息數(shù)據(jù)的獲取手段越來越多，地理信息數(shù)據(jù)逐步進入大數(shù)據(jù)時代。在地理信息大數(shù)據(jù)環(huán)境里，用戶無需發(fā)愁地理信息數(shù)據(jù)資源的覆蓋性與現(xiàn)勢性，而更關注于數(shù)據(jù)如何組織管理，如何獲取可靠的數(shù)據(jù)，也不再擔心地理信息數(shù)據(jù)資源無處可用，更專注于通過相關信息挖掘應用，更好地服務于政府、企事業(yè)單位、社會公眾。然而，大數(shù)據(jù)時代個人隱私面臨嚴峻挑戰(zhàn)[12]，如何防止私人信息泄密是值得研究的問題。我們將積極擁抱地理信息大數(shù)據(jù)，開發(fā)地理信息云平臺，深入挖掘數(shù)據(jù)寶藏，促進地理信息產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展。

[1] 朱金莉.大數(shù)據(jù)時代對傳統(tǒng)新聞媒體的顛覆與嬗變[J].學術論壇,2015,38(1):152-155.

[2] GRAHAM-ROWE D,GOLDSTON D,DOCTOROW C,et al.Big Data:Science in the Petabyte Era[J].Nature,2008(455)：7209.

[3] 喬朝飛.大數(shù)據(jù)及其對測繪地理信息工作的啟示[J].測繪通報,2013(1):107-108.

[4] 王元卓,靳小龍,程學旗.網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望[J].計算機學報,2013,36(6):1125-1138.

[5] 曹磊,陳薇娜,繆其浩，等.大數(shù)據(jù)：數(shù)字世界的智慧基因[N].文匯報,2011-11-08(11).

[6] 維克托·邁爾-舍恩伯格,肯尼思·庫克耶.大數(shù)據(jù)時代：生活、工作與思維的大變革[M].盛楊燕,周濤，譯.杭州：浙江人民出版社,2013.

[7] IDC預測:全球數(shù)據(jù)每兩年翻一番[N].計算機世界,2011-07-04(35).

[8] 劉經(jīng)南.大數(shù)據(jù)時代的泛在測繪與位置服務[EB/OL].2013-09-24[2015-09-30].http:∥news.3snews.net/2013/0924/27016.html.

[9] 3S新聞周刊.大數(shù)據(jù)未來在于空間關聯(lián)分析[EB/OL].2013-07-16[2016-01-08].http:∥news.3snews.net/2013/exclusive_0716/25600.html.

[10] GOODCHILD M F.Citizens as Sensors:The World of Volunteered Geography[J].GeoJournal,2007,69(4)：211-221.

[11] 曹麗琴,李平湘,張良培.基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)的城市人口估算——以湖北省各縣市為例[J].遙感信息,2009(1)：83-87.

[12] 劉雅輝，張鐵贏，靳小龍，等.大數(shù)據(jù)時代的個人隱私保護[J].計算機研究與發(fā)展,2015,52(1):229-247.

Discussion of Geographic Information Big Data

YUAN Cunzhong，DENG Shudan

2016-01-29

袁存忠(1969—)，男，碩士，教授級高級工程師，主要從事空間數(shù)據(jù)庫、地理信息工程應用研究工作。E-mail：437309477@163.com

鄧淑丹。E-mail：dengshu917@163.com

袁存忠，鄧淑丹.地理信息大數(shù)據(jù)探討[J].測繪通報，2016(12)：105-107.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0412.

P208

B

0494-0911(2016)12-0105-03