“互联网”时代的地理时空大数据和地理信息科学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

“互联网+”时代 地理时空大数据与地理信息科学第1页01020304引言地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理信息科学：由来与内涵CONTENT“互联网+”本质及其深远意义0506关键理论与关键技术总结第2页01引论PART ONE第3页1.引论 我们应该怎样认识大数据、地理时空大数据、“互联网+”与地理信息科学及其之间关系呢？这是一个值得探讨问题。大数据、地理时空大数据、“互联网+”，是最近人们议论最多问题；地理信息科学是地理学、测绘科学与技术都关注问题，而且已经是一个学科专业。第4页02“互联网+”本质及其现实与深远意义PART TWO第5页2.“互联网+”本质及其现实与深远意义由李克强总理在政府工作汇报中提出，随即在今年7月1日国务院公布“互联网+”行动指导意见，明确提出11项重点行动和7个方面保障办法，紧接着深圳市等省市也公布了相关文件。提出“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深度融合集成应用。本质“互联网+”是产业互联网化着力点，将引发一场科技革命和产业变革。中国已经开启了“互联网+”时代大门。意义第6页03地理时空大数据大数据与地理时空数据融合PART THREE第7页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合这里，关键是“大”和“数据”。但能够这么来了解：大数据是指其规模（体量大）和复杂程度（多样性）经常超出了当前数据库管理软件和传统数据处理技术在可接收时间内（快速性）搜集、存放、管理、检索、分析、挖掘和可视化（价值）能力数据集聚合。大数据：什么是“大数据”大数据本质大数据意义大数据不在于“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）大数据带来信息风暴正在改变我们生活、工作和思维，开启了一个重大时代转型：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思维通例，对人类认知与世界交流方式提出了新挑战。（见英维克托.迈尔-舍恩伯格等大数据时代）第8页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空数据：什么是地理时空数据 指以地球为对象，基于统一时空基准，与位置相关联地理要素（或现象）信息数据。含有时间维（T）、空间维（S）和属性维（D）等特征。第9页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空数据：地理时空数据本质反应地理世界（时空）空间结构和空间关系及其随时间改变，是人类认识地理世界基础。地理时空数据意义是共享、交换和聚合大数据时空框架，是各部门、各行业信息共享、交换平台，是一切大数据聚合平台。第10页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据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大数据。这么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，人类一切活动都是在一定时空（时间和空间）中进行，而全部数据都是人类活动（社会、生产、生活）产物；二是，从可视化角度讲，全部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空间概念。第11页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空大数据：地理时空大数据本质 揭示了几乎全部大数据都需要而且能够与地理时空数据融合这么一个规律。如计划生育大数据与地理时空数据融合，能够揭示执行计划生育政策以来国家人口增加和负增加时间序列趋势及其地域差异。第12页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空大数据：地理时空大数据价值和意义 集大数据价值意义与地理时空数据价值意义于一体，任何规律得出，任何决议做出，都必须依据一定时间、确定地点（地域）大数据，即地理时空大数据。全球已经进入（时空）大数据时代，企业决议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动力，我国54%制造业正在应用数字化工具推进转型升级。第13页来自处理人类面临全球性问题推进。来自对地观察泛在测绘推进。来自新兴信息技术发展推进。来自企业经济效益推进。产生动因3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空大数据：地理时空大数据起源政府地理时空大数据互联网地理时空大数据企业地理时空大数据个人地理时空大数据第14页3.地理时空大数据：大数据与地理时空数据融合地理时空大数据：地理时空大数据特征除普通大数据“5V”或“4V”特征外，还含有位置位置点、线、点、线、面、体面、体三维位三维位置置（X,Y,X,Y,Z Z）拓扑、拓扑、方向、方向、度量很度量很复杂复杂时间时间位置、位置、属性等属性等随时间随时间改变而改变而改变改变尺度尺度空间尺空间尺度改变，度改变，即百分即百分比尺改比尺改变变多源多源异构异构空间基空间基准、时准、时间、尺间、尺度、语度、语义等不义等不一致一致属性属性每个位每个位置点、置点、线、面、线、面、体上都体上都有自己有自己数量、数量、质量特质量特征和说征和说明性信明性信息息多维多维全部大全部大数据与数据与空间数空间数据集成据集成组成空组成空间数据间数据立方体，立方体，即即“全全息息”可可视化视化第15页04地理信息科学由来与内涵PART FOUR第16页4.地理信息科学：由来与内涵地理信息科学形成来自两个方面：一是，科学融合与综合思潮逻辑扩充，这是一条理论、演绎思想路线；二是，技术与应用推进，这是一条从实践到认识，从感性到理性思想路线。二者相互交织，相互促动，共同推进地理信息科学产生。由来：信息时代地理学与测绘学深化交叉发展产物地理学古代地理学（19世纪中期前）近代地理学（传统地理学）当代地理学（信息化地理学）测绘学古代测绘学近代测绘学（传统测绘学）当代测绘学（信息化测绘学）GNSS、RS、GIS地理信息科学数字化测绘学计量地理学20世纪80年代数字革命信息革命20世纪末二十一世纪初第17页第18页4.地理信息科学：由来与内涵从GIS中之“S”看地理信息科学由来：综合起来，兼顾了科学、技术、工程和产业，组成了完整“科学-技术-工程-产业”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关键；发展地理信息产业是目标。GIS发展至今，作为学术名称有三种称谓：GIServiceGIScienceGISystem强 调 GIS工程技术一面，很长时间内都被称之为“地理信息工程”强 调 GIS科学一面，1992年由 Goodchild提 出，定义为“信息科学相关地理信息一个分支学科”强 调 GIS应用即地理信息产业 一 面，是GISystem、GISicence根本目标第19页4.地理信息科学：由来与内涵从科学范式改变视角看地理信息科学由来：美国著名科学哲学家THOMAS S.KUHN（库恩）在The Structure of Scientific Revolutions（科学革命结构）一书中提出“范式”概念和理论：指是一个共同体组员所共享信仰、价值、技术等等集合，指常规科学所赖以运作理论基础和实践规范，是从事某一科学研究者群体所共同遵从世界观和行为方式。第20页4.地理信息科学：由来与内涵计算机图灵奖得主Jim Grey四个科学范式理论第21页4.地理信息科学：由来与内涵计算机图灵奖得主Jim Grey四个科学范式理论第一范式第一范式产生于几千年前。是描述自然现象，以观察和实产生于几千年前。是描述自然现象，以观察和实 验验为依据研究，可称为经验范式。为依据研究，可称为经验范式。第二范式第二范式产生于几百年前。是以建模和归纳为基础理论学科和分析产生于几百年前。是以建模和归纳为基础理论学科和分析范式，可称为理论范式。范式，可称为理论范式。第三范式第三范式产生于几十年前。是以模拟复杂现象为基础计算科学范式，产生于几十年前。是以模拟复杂现象为基础计算科学范式，可称为模拟或计算范式。可称为模拟或计算范式。第四范式第四范式今天正在出现，是以数据考查为基础，联合理论、试验和今天正在出现，是以数据考查为基础，联合理论、试验和模拟一体数据密集计算范式，可称为数据密集型范式。模拟一体数据密集计算范式，可称为数据密集型范式。第22页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1234第一范式：经验范式1、直观逻辑思维2、以观察者试验为依据产生于几千年前第二范式：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第三范式：计算范式1、模拟计算、系统综合方法2、以计算机应用为标志产生于20世纪初第四范式：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、云计算为新技术伎俩今天正在出现第23页4.地理信息科学：由来与内涵 当今地理信息科学，正面临着时空大数据时代全球性挑战，“第四范式”可能是处理面临挑战含有本质性理论、方法与技术，不但是科研方式转变，也是人们思维方式大改变（大数据思维），经过大数据分析和大数据挖掘，能够发觉过去科学方法发觉不了新模式、新知识和新规律。这正是地理信息科学要处理问题。所以，大数据时代到来也是推进地理信息科学发展主要原因，同时数据密集型科学范式也成为地理信息科学科学研究范式。第24页第25页4.地理信息科学：由来与内涵内涵：主要研究地理信息本质、结构、描述、分类和表示，地理信息发生、提取、传输、重构和作用机制，地理信息运动过程中熵增、熵减、误差和不确定性以及感应与行为机制，地理信息运动计算模拟。理论层面主要包含地理信息技术系统开发，集成与应用（GNSS、RS、GISystem），时空大数据基础设施建设技术。技术层面主要研究基于理论指导和技术支撑人口、资源、环境和社会区域规划和管理等方面应用。应用层面地理信息科学是信息科学相关地理信息一个分支学科（Goodchild，1992）。它研究对象是地理信息，是关于地理信息本质特征和运动规律一门学科，是新认知模式、观察视点和技术平台，其内容包含三个层面：第26页05关键理论与关键技术PART FIVE第27页5.关键理论与关键技术（1）地理信息统一时空基准理论（空间、时间、物理基准）关键理论：全球大地坐标基准归一化全球垂直基准无缝化第28页5.关键理论与关键技术关键理论：（2）地理信息基本理论（3）地理信息同化理论（4）地理时空认知理论（5）地理信息传输理论（6）地理时空信息解译与反演理论（7）地理时空信息不确定性理论（8）地理时空信息（大数据）可视化理论第29页5.关键理论与关键技术（1）高精度GNSS全球化和时间系统精准化技术（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放与管理技术（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觉技术（6）地理时空大数据可视化技术关键技术：第30页5.关键理论与关键技术第31页5.关键理论与关键技术第32页5.关键理论与关键技术第33页5.关键理论与关键技术第34页5.关键理论与关键技术第35页5.关键理论与关键技术第36页5.关键理论与关键技术第37页5.关键理论与关键技术第38页5.关键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地理信息共享与空间数据互操作技术WebWebServiceService目录服务目录服务 数据服务数据服务 操作服务操作服务 数据数据 Oracle Oracle PostGIS SQLPostGIS SQL ShapeShapeFileFileUDDIUDDI注册中心注册中心客户端客户端应用系统应用系统浏览器浏览器注册注册WSDLWSDL文档文档WSDLWSDL文档文档查找查找http:/www.uddi.orghttp:/www.uddi.org服务服务地址地址WSDLWSDL文档文档绑定绑定SOAPSOAP请求请求SOAPSOAP响应响应调用调用SOAPSOAP消息消息第39页5.关键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信息资源共享与协同处理问题技术系统系统1 1系统系统2 2系统系统n n注册服务注册服务验证服务验证服务识别服务识别服务查询服务查询服务服务聚合服务聚合管理服务管理服务将系统功效将系统功效按照标准封按照标准封装为网络装为网络/网格服务网格服务结构地理信结构地理信息服务网格息服务网格与虚拟组织，与虚拟组织，建立服务管建立服务管理节点理节点用户按需组用户按需组合服务形成合服务形成面向应用服面向应用服务能力务能力应用n网格条件下网格条件下第40页5.关键理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于云计算地理时空信息服务技术第41页5.关键理论与关键技术关键技术：（7）地理时空信息服务技术基于网格（Grid）集成与弹性云“混合式”地理时空信息服务技术第42页5.关键理论与关键技术关键技术：（8）地理信息获取（传感器）、处理（生产）和应用（服务）“一体化”技术“一体化”指“互联网+”环境下，地理时空信息从获取到提供给用全过程或全部步骤都在网络/网格环境上进行，即实现地理（时空）信息在网络/网格上可控、有序、高效流动。关键技术基于“互联网+”“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”自适应构建技术基于“互联网+”“全工作流”、“全产业链”、“全价值链”各步骤软件接口技术线性“工作流”、“产业链”、“价值链”与分布式并行处理相融合技术基于“互联网+”信息资源共享与协同工作技术第43页地理信息科学总体框架现实“地理世界”感知“地理世界”重构“地理世界”认知“地理世界”传感器网传感器网靠近靠近指导行动指导行动反馈反馈地理信息处理地理信息处理各类各类地理信息产品派生地理信息产品派生了解、分析与挖掘了解、分析与挖掘G I S现实世界现实世界第一次模型表示第一次模型表示现实世界现实世界第二次模型表示第二次模型表示用户对现实世界认用户对现实世界认知模型（知识）知模型（知识）第44页06总结PART SIX第45页6.总结地理信息科学是信息时代地理学与测绘学交叉融合和深化发展新兴学科。“互联网+”本质是互联网、物联网、云计算在各行各业深度融合集成应用，是地理信息科学发展基石。地理时空大数据是大数据与地理时空数据融合，反应地理世界（时空）空间结构及随时间改变，为地理信息科学发展提供了取之不尽，用之不竭数据支持。地理信息系统、地理信息科学、地理信息服务三者侧重点不一样，但兼顾了科学、技术、工程、产业特征，组成了完整“科学、技术、工程、产业”知识链（或知识网络），这么就能揭示三者之间关系。四个科学范式理论也适合用于测绘学与地理学科学范式发展改变，*正在出现数据密集型科学范式对于地理信息科学而言是思维方式变革，也是科研方式变革，即以计算为中心变为以数据为中心。关键理论与关键技术是支撑地理信息科学发展必要条件，也是学科研究内容。第46页