“智慧”无止境，GIS再出发！

“智慧”无止境，GIS再出发！

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“智慧出，有大伪”（《道德经》，第十八章）

－当咱们自认为“智慧”的时候，谬误其实已经相伴而生。
    
    远古人类学会用火，今后告别茹毛饮血的时代，这是“智慧”；后来学会用电，今后拉开工业化的序幕，这是“智慧”；发明和使用计算机，是“智慧”；使用Internet，更是“大智慧”。因此说到“智慧”，实际上是一个不断发展、不断进化的一个过程。

    说到“智慧”，其实就是说的“软件”，是关于人的思惟和世界的运行逻辑的东西。GIS提供了一个信息化的工具，经过特定的“软件”把咱们对世界的认知固化了下来，并且能够被反复地运行、持续地重用，实现了“知识”的积累。随着对世界认知的发展，这些方法也并不老是可靠，须要在使用中不断地检验、不断地发展，从软件工程的角度上来讲，就是软件须要不断地升级。那么，“智慧”也是须要不断升级的。

    过去的十年，值得每个GIS行业的人骄傲。GIS技术率先取得突破，国产GIS平台脱颖而出，行业应用获得极大的发展；北斗、遥感也从无到有，打开空间信息产业发展的新局面。但当咱们提到“智慧”的时候，发现这只不过是万里长征的第一步。

1、时空数据的采集和物联网

    咱们采集的数据越多，发现咱们所得到的信息越少。
    先来讲说地图数据的采集。激光雷达、高清摄像、全景摄影等多种手段已经不少，造成了地图、影像、视频、三维、街景、全景等多种可视化的大量数据，可是这些数据的覆盖度可能还仅是地球上的不多不多一部分，当真正须要这些数据的时候，咱们会发现老是零零散散，残缺不全。尽管付出了巨大的努力，数据之间的关联也仅有一些简单的记录，只能依据空间作出简单的推断。
    咱们所获得的“海量”数据，只是世界的一点一瞬，如“白驹过隙”。事实上，这些数据覆盖的区域时刻都在变化之中，每一天的24小时、每一个季节的每一天、每年的不一样季节都会有很大的不一样，所以咱们所获得的数据只不过是对这些变化的很是粗略的抽样。据此对现实世界的理解也将会很是有限，作出的决策也难言“智慧”。
    物联网提供了解决这一问题的可能。经过无处不在的因特网，将地球布满传感器，像人的神经末梢同样，时刻感知世界的变化。但要想获得有效的数据，首先部署的密度必需要达到尽量的高，所以成本必需要可以降下来达到足够的低，要有足够的网络带宽进行数据传输，系统要足够稳定最好可以自行维护，固然还要有足够强的数据处理能力。很显然，这将会是一个巨大的、长期的工程。若是没有大量的传感神经元提供现实世界的时刻反馈，咱们将很难知道当前到底发生了什么、又将会发生什么，要作出“智慧”的决策，将是很是困难的事情。
    若是咱们将这做为一个愿景，那么咱们从如今开始就要开始努力：○1传感器的采集数据类型须要更多、测量方法须要改进、设备须要小型化和互联网化，必定是超低功耗的，成本还要降到足够的低；○2多种类型的通信手段可以链接为统一的网络，可以互联互通而不是再次建立出更多的信息孤岛；○3不一样设备的接口、数据规范、量纲都须要统1、创建标准规范，不然所采集的数据没法按照一样的模型进行分析，就没法产生任何价值； ○4互相联网的大量设备会累积愈来愈多的漏洞、并发性风险和脆弱性，如何既要安全又能让用户方便地使用，无异于处理好矛和盾的关系；○5当传感器网络成为社会基础设施的一部分时，就须要创建相应的法律法规保障和系统化的维护机制；○6基础性业务具备效益外溢性，须要创建优秀的商业模型，保证这一体系可以得到持续的回报，从而可以持续地运营下去，由于这一体系的失效可能带来整个社会运维体系的崩溃。
    “万物互联”的时代正在开启。新的空、天、地的数据采集手段和相关技术的发展给GIS打开了新的巨大的发展机遇窗口，远景史无前例地美好。但要抓住机遇，GIS不管是技术、产品、商业运营、企业架构都须要开辟一个全新的模式，甚至于进行“重构”。

2、时空认知与时空大数据分析

    咱们获取的信息越多，发现咱们对世界的了解越少。
    最近一个流行的说法是“咱们周围的信息80%与空间相关”，实际上，全部的信息都逃不脱时空这个属性，就像人一出生就被打上了“出生地”这个标签。可是到目前为止，这些信息都仍是离散而片断化的（哪怕是对同一件事情的描述），咱们没法确切地知道信息之间的相互关系和表征的含义，而这正是数据挖掘和大数据分析的意义所在。
    在拥有大量数据的时候，咱们首先要考虑要依据何种模式去处理它。有的人说，“大数据”的分析能够用数据自己来讲明，不须要先验的知识。但实际上，咱们进行数据处理的时候，使用的最基本的统计方法，也还都是各个领域的科学家花费了不少年的时间积累起来的数学模型，目前为止还不能让计算机自动生成这些知识，哪怕是机器的自动学习都还困难重重。所以，时空大数据分析仍是须要有时空认知的深刻研究才行。
    那么这些先验知识是如何产生的？又怎么获取呢？“地球是圆的”这一认知出现的时间并不算长，那时也没有“大数据”技术，说明空间认知与大数据并无必然联系。咱们所拥有的抽样率和时效性不好的“大数据”，要说明世界的纷繁复杂的现象，其表明性问题也还存在很大的问题。好比，微信上面讨论的话题，尽管能够统计出天天的趋势和蛛丝马迹，但还有几亿人可能跟这毫无关系。
    从某种角度来讲，过去的十年间，对于时空认知和地理理论的研究都没有太大的突破，所以GIS技术的发展主要是从IT（信息技术）领域吸收养分，衍生出了组件、服务器、桌面、Web、移动端等多种GIS软件产品和丰富多彩的应用系统。现在，IT技术正在成为基本的信息工具，“技术红利”正在消减，GIS领域须要从新回到“地理空间信息系统”的源头，再次去思考时空认知的问题，进行数据分析和实证相结合的深刻研究。
    时空认知的模型有助于时空数据的分析方法的发展，而时空分析技术的进步又能促进产生新的时空认知。这就仿佛是一个“鸡生蛋、蛋生鸡”的循环，要从中突破，获得一个创新的“金蛋”，其实难度是很是之大的。可是，毫无疑问，新的理论和方法的提出，将再次让地理空间信息产业焕发新的活力。
    互联网时代的生存法则是贡献得越多获得的越多，而不是拥有的越多获得的越多。当咱们在谈论“大数据”的时候，其实大部分只不过是在用有限的“小数据”作可视化展现，这一状况迫切地须要你们达成共识、促成改变。大数据产业是一个生态链，大数据分析是“杂交”和“转基因”，而不是封闭的自成体系。所以，进一步开放数据、共享资源是推进大数据分析和应用的必由之路。
    幸运的是，数据开放共享已成为业界引领者的共识，大数据分析已蔚然成新的产业方向，公共数据资源也将逐步成为真正的“信息基础设施”。不少企业和组织机构都竞相开放数据资源。国外的Twitter已所有开放其所有数据访问，国内的遥感信息共享网络(http://www.chinageoss.org)也开放了数百TB的地理空间数据资源。据悉，我国的基础地理空间数据有望进一步开放使用，而中等分辨率的国产卫星遥感数据免费开放也在推进之中。一个开放的时空大数据体系将可以促进咱们更好地认识、管理、利用和改造地理空间，让地理空间信息技术惠及更多的人，有助于应对日益严峻的资源紧缺、全球变化等长期问题和减小日趋严重的极端天气和地震、泥石流、暴雨、飓风等所形成的严重损害。
    时空数据的共享方式也在不断地演进，从传统的数据库、文件共享到面向服务的SOA架构、以及广义的“服务架构”。如今的“服务架构”的含义已更为普遍，服务模式更为多样，不只包括了数据下载、REST服务等经常使用形式，受物联网技术的推进，如今正在向动态、实时的方向发展。而这些也将进一步带动软件体系架构和运维、应用技术的全面革新。

3、泛在服务架构与云端一体化

    咱们拥有的工具愈来愈强大，但所面临的问题却愈来愈复杂。
    将来GIS的使用场景将会发生巨大的变化，云计算和移动应用已成为不可阻挡的大趋势，而网络的进一步发展将催生基于众包的或者彻底是p2p（我的对我的）的泛在化交互方式。
    移动设备永远在线，能够随需访问云端资源，将可以进一步实现互联互通，诸如微信之类的应用将会大行其道；传统的空间数据库系统将没法再胜任多样化、非结构、高动态的时空数据存储和处理的须要，基于NoSQL理念的新型时空数据库将会取得突破；大量的时空数据将采用集中管理和分布式存储相结合的组织方法，并采用相似于“CDN”（内容分发网络）技术的多层级管理和服务模式；数据将以“流” 的方式快速进入须要的“资源池”，像河流同样不断地进行聚集和流动，也不断地进行转换和清洗；云计算再也不是高高在上的“云里雾里”，而是成为大量的多类型的移动设备的大脑，运行着多种为大量前端设备服务的“智能体”；空间分析乃至时空分析也将走出实验室，经过网络化的基础设施提供分析模型、方法与软件集合，集成全球专家的智慧为全部人、在任何地方所用。
    如此状况成为现实，地理信息系统将会有何变化呢？我的认为有五个显著的趋势，即：IT融合、泛在架构、强云富端、Linux崛起和敏捷研发，具体包括：
（一）地理信息服务将与IT基础架构进一步融合，再也不做为一个独立的服务器系统，而是与云计算基础设施、服务平台、存储系统、服务目录、中间件、消息总线和其它应用服务融合为一个总体，做为信息基础设施提供开放的服务。
（二）服务架构将更加复杂，既有集中式的管理集群，也有分布式的多层级服务架构，实现多节点、多级缓存机制，随着IPv6的普遍应用将进一步发展到对等模式的泛在架构，不一样系统之间经过Internet进行链接，服务真正地无处不在、按需访问。
（三）GIS向强云和富端两个大相径庭然而彻底一体的方向发展。软件形态将会史无前例的丰富，包括从小型服务器集群发展到云服务中心，桌面软件向移动应用进行迁移，从应用系统到集成化的设备，大幅度提高地理空间信息的应用和运维的效率和稳定性。
（四）Linux已经无处不在，并且正在迅速增加，经过建立一个共生的“生态环境”从而带动软件生态链的全面转向和持续繁荣。桌面软件的运行平台和技术也已经开始从Windows向Linux进行迁移，在移动应用快速增加、网络安全严重威胁和推广国产平台的大背景下，基于国产的软硬件解决方案将成为主流。
（五）软件研发过程发生重大变化，软件系统将再也不有终极版本，而是做为服务形态在持续进化，基于持续集成系统的敏捷开发模式，基于软件组件库的自动编译和分布式配置管理系统，基于自动化测试的质量保障体系，以及面向DevOps（开发运维）思想的开发部署运维一体化研发流程，将大幅度提升软件生产效率，更快地响应需求变化，更好地知足用户需求。
除了软件架构的演进，GIS的内部功能也正在经历翻天覆地的变化。

4、“二元世界”与多维数字空间

    信息系统再也不彻底是现实世界的表征，而是数字形式的“实体”。
    中国科学院院长路甬祥认为，将来人们将生活在物理世界和数字世界组成的“二元世界”之中，但愿地理学家可以深刻研究。数字空间已经成为“世界”的一部分，并且与物理世界互相转化、互相延伸、互相演进成为一个新的“有机体”。
    三维GIS将是现实世界的“镜像”，把现实世界在数字世界重现；在数字空间中能够叠加任何现实世界中没法看见的要素，所以数字空间虽然源于现实可是却超逾了现实；当进行城市与区域规划、发展模拟、演变推演时又成为了“数字世界”这个有机体的一个新的部分。经过加强现实技术也能够把信息叠加显示到现实世界，从而“看见”在现实世界中没法看见的属性。数字化后的世界有助于咱们更好地了解和研究、管理地理空间，并将促进产生新的认知，促进“世界”向更可持续的方向发展。
    “三维GIS”不是简单的可视化，而将衍生出一个全新的产业链，成为创新之源。新的数据采集技术，从“摇篮到坟墓”的全生命期运营模式，高维度、高动态的时空分析方法，天然用户界面的交互方式，新型的存储体系、应用系统等都将应运而生。然而，这一产业链如此之长，技术难度如此之大，无异于建造一座“巴别塔”，超过任何一家企业、联盟甚至一个国家的独立完成的能力。所以，地理空间信息领域的普遍合做，跨越国界、语言、肤色、种族的合做显得史无前例的重要和迫切。在三维GIS时代，“地球村”这个概念变得更加真实，并且触手可及。
    LiveGeography将是三维GIS的更高级形式，能够经过物联网等技术与现实世界实时通联，实现信息的动态获取、双向反馈和智能控制。“Live”的现实世界与“Live”的数字世界相互联通，犹如电影Avatar（《阿凡达》）里的克隆人，相互复制、相互关联，数字世界与现实世界成为交替进化的同一主体。
    可是，三维GIS也好、数字空间也好，仍是LiveGeography也好，都只是信息和系统，还须要有人类的知识和智慧，才能成为一个真正的“活”的世界。

5、应用领域知识与领域模型集成

    咱们对世界了解的越多，发现数据的价值越少。
    研究数据的目的，是为了避免使用数据。由于咱们关心的其实不是数据自己，而是数据带给咱们的价值和启迪。数据自己并不具备认知、指导和直接重用的价值，从某种意义说，数据是系统运行的成本，还有可能成为一种负担，除非可以有效地利用它，让它产生出“足够”的价值，可以抵消掉管理和挖掘数据所产生的大量付出。若是从中提炼出“金子”，那么大数据就真正具备了“大”的价值。
    咱们须要从纷繁复杂的现象中获取数据，还须要从浩如烟海的数据中提炼出规律，就像从矿山中开采、筛选、冶炼、加工的过程。固然，从黄土中没法提炼出金子。要让大数据具备充分价值，首先数据还得是“富矿”，要有强大的开采工具、先进的冶炼系统和丰富的应用模式，才能让数据成为真正的“资产”。
    软件将成为“知识”的最为重要的载体和物化形式。咱们真正须要的不是数据而是结论，不是硬盘上的Bit信号而是抽象出来的知识，只有“知识”才可以被学习和反复利用。地理空间信息科学须要从新创建时空信息的知识概念模型，所要处理的是“地理对象”而非简单的“几何要素”，将遵循“知识”的内在逻辑来建构数据的处理逻辑和分析其相互关系和发展趋势。
    GIS在地理时空研究中的做用变得史无前例的重要。若是没有强大的GIS软件平台的支撑，咱们将难以在全球变化、气候趋势、灾害过程、能源与水资源、交通、城市发展等问题的解决上获得更为完整的认知，更没法达成总体优化的一致和采起卓有成效的行动。咱们迫切地须要采用新的软件工具，刷新领域知识、变为知识模型并实现跨领域的集成，实现数据、模型、软件、应用的全面变革。智慧城市、数字流域、美丽乡村这些热词将经过GIS方法、技术和系统、应用的发展从概念逐步地变为现实。
    这一切很遥远，但已经在路上。

结语

    GIS软件的功能已经至关强大和完善，但在解决诸多史无前例的新问题时又是如此无力。用一句老话来说，“既是史无前例的挑战又是百年不遇的机遇”。咱们无需反复追问“智慧”究竟是什么，由于提出“智慧”这一命题，已让咱们认清了前方的问题和发展的道路。地理信息领域的全部人，不管是产业、科研仍是教育，须要再次携起手来，再出发！

（本文做者： 王尔琪 北京超图软件股份有限公司 http://www.supermap.com）