刘先林院士：电子标签将给测绘行业带来重大变革

　　“经过自我完善之后的增强型GIS，将会有更宽广的应用空间。”

　　他一开口说话，2016中国地理信息产业大会的现场马上安静了下来。

　　今年77岁、向来直言不讳、两次获得国家科技进步一等奖、中国工程院首批院士刘先林，第一次全面、系统地向与会者展示了他关于GIS产业的最新思考。

　　尽管他的PPT几乎没有照片和视频，只有直白的文字，但这依然不能掩盖他的睿智。

　　以下文字记录摘自刘先林院士于11月1日在长沙大会现场的PPT和演讲内容(内容未经本人核实)：

　　刘先林：大家好!

　　在互联网+时代以前，测绘地理信息行业可以说是利用各种先进技术进行转型升级的典范，受到过科技部长甚至总理的表扬。

　　但是，在互联网+时代到来之后，由于网商、电商、通讯运行商、上市公司、O2O小企业……甚至像华为这样的创新型典范企业，都介入了位置服务。

　　是的，地理信息行业既有挑战又有危机，必须大力加强创新，提升自己，迎接挑战。

　　一、要提升采集装备

　　首先，采集装备应该提升。这包括几个方面：

　　- 移动传感：从单一传感器到集成传感器;

　　- 从移动感知到固定感知(传感网);

　　- 从有限数据源(可见光)到多源(多光谱、激光、SAR……);

　　- 从几何参数感知到物理参数感知(温度、湿度、PM2.5……);

　　- 从二维被动感知到三维主动感知(三维激光、三维SAR);

　　- 从移动感知到感知移动(视频、卫星影像感知移动物体)。

　　互联网+时代的数据采集应该是多源的，而且具有“三高”的特性。多源，包括可见光、多光谱、激光、微波、无线电波(毫米波)等。“三高”指的是“高空间分辨率、高时间分辨率、高谱段分辨率”。同时，还需要尽快补充从互联网采集数据的技术，或者说在互联网上用搜索方式采集数据。

　　在互联网+时代，GIS采集装备应该是一机多用的。例如，卫星应该是一星多用，这样可以节省大量经费。集成化的移动测量机头，可以方便的放在多种载体上进行数据采集(例如SSW系统)。昂贵的航空照相机应该既可以拍斜片，也可以拍下视片;既可以拍成大比例尺，也可以拍成小比例尺(例如SWDC)。

　　一般来说，采集装备的价格都非常昂贵，它应该变得像柔韧性加工一样，具备柔性使用的功能。

　　智能手机，也是一机多用的典型。智能手机的应用价值在不断变化。人手一台的智能手机，不仅有极大的存储空间，高速的通讯能力和丰富的应用软件(APP)，还有定位、照相、定姿甚至激光扫描等功能。智能手机不仅可用于志愿者的泛在测绘，专业测绘队伍也将会使用。

　　室内定位的采集方式也在发生变化。例如普通GNSS接收机+伪卫星+组合导航的方式，或者基于三大运营商的基站定位(基站天线坐标，时间，电文)的方式，以及室内协同导航(光、电、影、地磁……)的方式。从目标来说，我们希望室内定位技术既能用于室内建模，又能用于移动终端(如手机和汽车)进入室内的定位。从目前来看，最有希望的还是手机基站定位。

　　与室内定位密切相关的室内建模，正在快速兴起。在室内定位问题解决之后，我们可以直接采用室外的移动测量建模技术，可以用SLAM，可以用基于单站激光生产的彩色点云并建模，也可以基于多视点多方向大重叠照片像元级匹配生产的点云。期望达到的目标是高分辨率、高精度、能够按未来室内建模分类标准进行自动提取。

　　二、数据采集工作的趋势与挑战

　　1、作业范围更广泛。

　　我们的作业范围变得更为广泛，从地表、地下、水上到水下。

　　2、重复采集频率更高。

　　众多手机APP对空间数据的采集精度很低(10m甚至更低)，但是时间频率非常高(秒级甚至更高)。相对而言，地理信息行业采集的数据空间精度很高，但是时间频率很低。过去是一年一次，发展到现在很多城市是三个月一次，今后时间频率还会进一步提高。

　　也就是说，要从地理空间信息发展为地理时空信息。至于这种数据怎样融入所谓的大数据技术，我们还有许多工作要做。

　　3、粒度更小，分辨率更高。

　　比如夜间车速40km/h，覆盖面积3车道，采到的路面高清影像需要人工来进行权属单位提取，未来将会自动提取。

　　另外，室内建模点云间隔将达到毫米级。

　　4、精度更高。

　　例如，软土地带地铁管道收敛误差变形快速普查可以达到毫米级。

　　5、数据后处理更智能化。

　　数据后处理将从早期的人工处理、到工厂化生产无结构数据、再到智能化生产有结构数据+人工编辑(特别是人文)。后处理的核心是自动和智能提取。

　　6、与大数据相融合。

　　刚刚兴起的大数据的特点，是无订单、不招标、无预算、无合同、保密、无明确使用对象和目的，全部是网上进行。其空间分辨率很低，但是时间分辨率非常高。这与我们的测绘大数据有极大的区别。

　　但是，两种大数据的相互融合，会大大提高数据的价值。这就要依靠虚实空间、线上线下的融合，把不保密的大数据，加入我们的测绘数据，进行增值服务。

　　7、增强型GIS对3D GIS提出了更高的要求。

　　增强型GIS需要具备以下特性：

　　- 可接受多源数据(模型、3D矢量、二维地图、立面矢量、正射、点云……);

　　- 多种格式(模型、矢量、影像等)的导入导出;

　　- 各种丰富的漫游观察(多元数据叠加显示、丰富的漫游路线、自定义的函数渲染);

　　- 可以管理到对象的统计分析;

　　- 溯源功能(允许用户看到对象的原始照片和点云等);

　　- 用3D模型产出矢量地图、立面矢量、正射、立面正射，实现一测多用。

　　智慧测绘想要生产知识、辅助决策，就要生产并处理结构化数据。这有几个方面的原因。首先，“一张皮”的三维只能观看并获得感性认识;其二，有分层的三维数据可以生产统计分析结构，以饼状图、柱状图表现;其三，有矢量的对象化数据可以输出各类统计结构的空间分布专题图;最后，每个对象挂接一个完备的属性数据，配合决策模型就可以生产知识。具体来说，就是读取对象中的属性项，对对象的属性项进行函数检索，并进行分析，得到订制的专题图。

　　那么，属性项从何而来?

　　第一，自动分类提取时将与几何有关的位置、形状、尺寸、绝对位置、相对位置等属性自动填入，并在对对象进行编辑时，也要关联到属性项。第二，从个专业部门共享来的专业数据，有大量的属性内容。第三，从大数据公司购买大数据，将其中与属性项有关的内容填入。

　　由于大数据是动态的，因此属性项的内容应该带有时间维，形成所谓的动态属性。

　　三、增强型GIS有更宽广的应用空间

　　我认为，在互联网+时代，经过自我完善之后的增强型GIS，将会有更宽广的应用空间。

　　1、万亿产值的智慧城市中的地理信息

　　智慧城市定义被不断更新：

　　6年前，智慧城市=数字城市+物联网;

　　4年前，智慧城市=数字城市+大数据;

　　2年前，智慧城市=数字城市+移动互联;

　　2年后，智慧城市=数字城市+无人化、智能化……

　　但从本质上说，最重要的应该是“智慧”二字。

　　用建设目标来定义智慧城市，可能更容易理解。所谓智慧城市，就是用真实数据和科学决策使城市的发展更节能、更绿色、更环保、更可持续发展、更具生物多样性、更幸福……

　　大数据时代、互联网+时代为智慧城市提供的地理空间信息服务，将会是全息三维。构建全息三维，可以概括众多智慧项目建设对地理信息基础空间信息的需要。例如智能停车场、智慧物流、智慧公车出租。

　　人类社会最将会走向无人机物流时代，这时就需要地理信息行业提供城市三维模型作为无人机飞行三维管道导航的数据基础。

　　城市自助公车安装位置传感器，可以对这些自助车进行无线管理、防盗、限制应用范围、收取租金、方便停车。这种功能需要在城市GIS基础数据的支持下运转。

　　2、万亿产值的虚拟现实技术中的地理信息

　　增强现实(AR)就是把计算机中的场景三维数据，与实地观察到的景观数据(未必是三维)，融合(套合)在一个屏幕上，来实现各种各样的应用。

　　因此，增强现实所用到的地理信息基础数据一定是三维的。所以当增强现实普及时，对三维的地理信息将会有更大的需求。

　　其中，可能会出现的增强现实与地理信息相融合的应用，流入基于AR的自动驾驶、基于AR的智慧旅游、基于AR的野外数据补测(有针对性)、泛在测绘、视频数据与实地模型的叠加分析等。

　　3、更深层次的专业应用

　　更深层次的专业应用将会出现，例如公路BIM。

　　虚实融合，指的是网络空间与GIS实体空间相互融合。那么，虚拟空间与现实空间有什么共同点?两个空间都是面向保存、记录、分配人类活动留下来的痕迹，而不面向微观空间(分子、原子、纳米、细菌等)。这两个空间暂时不面向宏观空间，例如太阳系、升空。既然是面向并管理相同的对象，所以有必要融合。

　　那么，该怎么克服GIS空间的局限性?

　　对于网络空间，需要对每一个节点(服务器、PC机、WIFI、防火墙)都分配唯一的IP地质，对移动实体(持有手机的人等)进行管理，再利用物联网大数据技术实时输出动态的分析结果。

　　对于GIS空间，基本上只管理到图层，没有对图层下的实体进行唯一的编码，只对固定对象进行测量与管理，只是利用空间并只输出各种静态的空间分析成果。

　　我们知道，电子标签可以实现几何实体映射到网络空间，它具有定位功能、通讯功能。有唯一网址的电子标签，可以植入GIS空间每个实体，例如带手机的人。

　　虚拟空间的进一步融合，将会实现两个空间统一编址，任何网络空间的IP地址对应一个空间位置，任何一个GIS空间的实体都对应一个IP地址，并且互为属性项。

　　因此我说，对地理信息产业产生重大影响的传感网的下一个阶段，可能是电子标签网。

　　我们知道，测绘标志经历了可见光标志、激光标志、微波角反射器等，现在迎来了更为重要的一个阶段：电子标签(如RFID等)。

　　如果GIS空间的实体都布设了廉价、防盗、有源、无源的电子标签，并且能够映射到网上的实体空间去，测绘行业又将迎来一次重大变革。

　　四、互联网+时代的GIS及其装备将是国产主导的

　　互联网+时代，科技发展速度大大加快，再加上国家出于安全考虑，以及反腐的开展，人们开始把眼光转向国产装备。例如，千千万万无人机联网飞行数据统筹只会是国产的;移动测量车基本是国产品牌在竞争;最近盛行的重视国产装备的千寻位置，正在挑战传统的CORS网;快速兴起的室内协同定位领域，目前国产技术领先(同济、北邮、武大国重)。

　　所以，让我们奋起创新，开创互联网+时代增强型GIS的新纪元。