中國科學(xué)院院士、泰伯研究院名譽院長 龔健雅

以下為中國科學(xué)院院士、泰伯研究院名譽院長龔健雅所作的題為《空間大數(shù)據(jù)時代的挑戰(zhàn)與思考》的特邀演講（內(nèi)容未經(jīng)本人審核）：

各位領(lǐng)導(dǎo)、各位來賓，還有各位同事，今天非常感謝組委會邀請我來這里做一個交流。

我首先聲明一下，這個報告里面沒有太多很深的東西，在這里可能更多是帶來一些思考或者是我們面對時空大數(shù)據(jù)，目前存在的一些問題。當(dāng)然作為一名教授，也許可能我在邏輯上，會把目前的一些內(nèi)容進(jìn)行梳理，下面首先從這幾個方面看地理信息科學(xué)技術(shù)和服務(wù)整個的發(fā)展。

一、數(shù)據(jù)獲?。洪_始從測繪遙感到社會感知。今天看到程濤教授很多的技術(shù)手段，很多不是測繪遙感的，是社會感知的。

二、數(shù)據(jù)管理：從靜態(tài)到實時。

三、數(shù)據(jù)分析：從空間到時空一體化分析。

四、數(shù)據(jù)應(yīng)用：特別是今天看到很多的公司，可能不是一些專業(yè)的公司，而是到了大眾化的。

下面我分幾個方面進(jìn)行介紹。

首先看一下信息的獲取。對于一個社會來說，信息獲取由三個大部分組成，一個是物理，一個是人類本身，一個是信息。從物理世界到人類社會到信息空間，可能以前更多偏重于右邊，通過測量、遙感、傳感器和野外的調(diào)查，現(xiàn)在從社會感知設(shè)備，從網(wǎng)絡(luò)、Web或者是智能手機(jī)、移動網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位設(shè)備、可穿戴設(shè)備以及視頻各種信息，這發(fā)生了深刻變化。當(dāng)然稱謂也是非常清楚，遙感也是學(xué)了幾十年，這些信息讓我們獲取了很多的信息。

最近幾年傳感的發(fā)展，從地表的傳感到水下的傳感都已經(jīng)應(yīng)用成熟，大量應(yīng)用于環(huán)保、氣象以及各個部門。今天應(yīng)用的除了物理感知之外，更多是社會感知，包括互聯(lián)網(wǎng)像Facebook、微博、微信等有大量的信息每天都在網(wǎng)上，這些信息大量反映經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的現(xiàn)狀，也包括人文的一些理解和信息，也包括人的相關(guān)觀點模型。

另外就是智能手機(jī)，很多學(xué)者對智能手機(jī)的應(yīng)用做了各種各樣的應(yīng)用方法，包括個人的行為。

第三，導(dǎo)航設(shè)備。今天百度給大家看了很多交通的信息，我們的導(dǎo)航信息提供的，包括實時的交通信息、路況各種信息，都是由導(dǎo)航設(shè)備得到的。

第四，視頻監(jiān)控。城市里頭現(xiàn)在有大量的視頻，每個城市都有幾十萬、上百萬，這些視頻從原理上說既是感知物理世界的視頻，同時也是感知人類社會的一個視頻。對人流量感知，對突發(fā)事件的感知，都會有很大的信息獲取。

最后，可穿戴設(shè)備?，F(xiàn)在很多人戴的手環(huán)、表，這些可穿戴設(shè)備本身提供很多的信息，包括個人、群體的信息等。

現(xiàn)在的問題是遙感獲得了一些信息，社會感知傳感器獲得了一些信息，而這些信息從理論上來說可以更好理解客觀的世界、物理的世界。但是挑戰(zhàn)相當(dāng)明顯。

第一知道測繪遙感有嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，社會感知數(shù)據(jù)沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，模態(tài)多樣、雜亂無章，如何梳理成可信的數(shù)據(jù)是一大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在做了很多年的研究，基本上沒有哪個部門說用這些研究的東西做一個正式的決策，但是我們測繪遙感的數(shù)據(jù)，大家用的都非常順手。

如果兩類數(shù)據(jù)要融合的話，它的量不一致，時空尺度不一致，精度不一致，可靠性不一致，兩類數(shù)據(jù)如何集成，信息和空間如何融合？這是第一個挑戰(zhàn)。

第二個挑戰(zhàn)是從動態(tài)到實施，以前做研究獲取信息的方式，無論是測繪還是遙感，都是在某一個時刻經(jīng)過時得到的信息。往往把數(shù)據(jù)導(dǎo)到數(shù)據(jù)庫里面進(jìn)行管理，但是今天從傳感出來和各種感知設(shè)備出來之后，這種管理的模式已經(jīng)不再適應(yīng)。我們迫切需要發(fā)展一種新的地理信息系統(tǒng)，也就是實時的GIS。

我們的GIS數(shù)據(jù)庫來說，從原來傳統(tǒng)的GIS發(fā)展到時空，以前時空相對來說只是一個版本的問題，或者是更新狀態(tài)的表達(dá)。現(xiàn)在真得要發(fā)展是實時的獲取和實時的計算分析，這個時候它整個的管理，從傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)來，社會感知的數(shù)據(jù)進(jìn)來，動態(tài)的更新、動態(tài)的索引，以及動態(tài)的分析和服務(wù)，這個時候需要實時的地理信息系統(tǒng)。

前幾年，在國家的“863”支持下，專門開發(fā)了一個實時的地理信息系統(tǒng)。這個系統(tǒng)首先第一件事是說要有一個數(shù)據(jù)模型，這個數(shù)據(jù)模型從原來傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型加上這個狀態(tài)，用事件來驅(qū)動，再用整個的時空過程，無論是模擬還是關(guān)聯(lián)都需要得到這些信息。這個里面需要傳感器，也需要感知的設(shè)備，每時每刻得到數(shù)據(jù)，這是一個很嚴(yán)格的模型。

最關(guān)鍵的一點是，我們不能用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，我們知道關(guān)系型數(shù)據(jù)庫重要的特點是并發(fā)控制，當(dāng)你加一條記錄時，必須要鎖住數(shù)據(jù)庫，這個時候需要采用非關(guān)系型的，數(shù)據(jù)流隨時進(jìn)來，這個時候不需要鎖數(shù)據(jù)庫。所以我們要有一個索引是實時動態(tài)的，以前做GIS知道把這個數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入進(jìn)來，呈現(xiàn)一個索引，非常費時間。如果這樣的話，就無法大量實施。

現(xiàn)在我們采用MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)隨時隨地進(jìn)來，隨時隨地進(jìn)行計算，不需要把它鎖住，這解決很大的痛點。另外還要有索引，索引是在流入的數(shù)據(jù)過程中自動增加和改進(jìn)，在整個過程中不需要重新建數(shù)據(jù)，后面開發(fā)一個管理系統(tǒng)。

我想這是實驗室開發(fā)的管理系統(tǒng)，索引的數(shù)據(jù)可以實時進(jìn)來，這些實時的包括機(jī)動車，包括飛機(jī)，大量的數(shù)據(jù)實時進(jìn)來。以前做的很多人看到是文件管理，而GIS是GIS，文件是文件，現(xiàn)在把它們合在一起，是整個在數(shù)據(jù)庫下面的實時分析。

現(xiàn)在的問題是什么呢？傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫以前只能管理室外，擴(kuò)展以后可以管理空間數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在要甩開數(shù)據(jù)庫了，能不能用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來管理傳統(tǒng)的影像等，在計算的時候能不能再次計算，同時同步計算，效率非常高，這是一個挑戰(zhàn)問題。

第二個挑戰(zhàn)問題，要來接社會感知的數(shù)據(jù)，社會感知的數(shù)據(jù)雜亂無章需要清理，清理后需要入庫，還是在線清理，都是一系列的問題。傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)很大，是把傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)直接存進(jìn)來，還是摘取，這都對我們帶來挑戰(zhàn)。

第三部分講一下分析這塊，我們學(xué)了幾年的GIS，其中有一門課就叫空間分析。最典型的空間分析，大家知道疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析，這些東西很經(jīng)典做了很多年，它在做的時候應(yīng)該說非?？尚诺摹?/p>

這是廣州市利用疊置分析做它的道路，整個算法和結(jié)果都非常可信。這是緩沖區(qū)分析，這是網(wǎng)絡(luò)分析，網(wǎng)絡(luò)分析大家認(rèn)為在10年、20年以前還有可研究的東西，現(xiàn)在沒有了。現(xiàn)在隨便在導(dǎo)航系統(tǒng)里頭只要發(fā)這個點到那個點，算出來的路基本上不會有錯誤。但是，我的意思是說空間分析的算法，已經(jīng)在教科書里頭，而且比較成熟。

但是后面最近幾年的發(fā)展，包括傳感網(wǎng)的發(fā)展數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)來了，我們也做了分析，這是一個例子，被幾萬個傳感器都進(jìn)來，從管理來說沒有問題。在實時的一些計算也在做，做了以后也能夠算出來一些，但是這些傳統(tǒng)的包括實時的動態(tài)模擬，我認(rèn)為這些還是有不少的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在通過降雨量，通過土壤的濕度分析預(yù)測水位，這都是有一系列的模型和算法。

時空網(wǎng)絡(luò)的分析，除了剛才講的靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在已經(jīng)開始有動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。今年百度也分析了，每一個城市網(wǎng)絡(luò)之間的人群分析。我們要挖掘這些城市的特征，城市的一些人群變化規(guī)律，我們對城市人群活動空間，出了很多圖，科學(xué)家們發(fā)明了很多的方法。

今天程濤教授也講了一下基于統(tǒng)計的分析，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分析。我想不同的時間這是24小時，整個的居住區(qū)、辦公區(qū)、商業(yè)區(qū)的分析，都做了大量工作，這是時譜曲線。

針對出租車做了大量分析，通過出租車的軌跡，來分析交通的關(guān)鍵節(jié)點，里面有很多的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)提取和研究方法。包括動態(tài)目標(biāo)，人、車實時的狀態(tài)分析，都做了大量工作。

但是，我想以我們傳統(tǒng)的GIS相比，我們有很好的空間分析方法，這些空間分析方法經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)成熟了，也在教科書里頭。但是今天時空數(shù)據(jù)的分析這塊，看到很多的文章發(fā)表，最近文章發(fā)的都很多。但是現(xiàn)在的問題這些方法是不是有普世性，是不是可信、可靠，我想從理論上來說還需要很多年的時間。但現(xiàn)在的問題是說，我們這次大數(shù)據(jù)的潮流來得太大太快太猛了，可能來不及測試這些方法，他們的可信度、能力怎么樣？這些都需要進(jìn)一步梳理和分析。

最后，數(shù)據(jù)的應(yīng)用。從專業(yè)到大眾，最早做GIS都知道是為了地圖服務(wù)，數(shù)字制圖，從原來的手工制圖通過計算機(jī)采集以后，能夠在計算機(jī)飛到紙質(zhì)上。后來應(yīng)用土地利用規(guī)劃，國家最早的應(yīng)用是測繪，第二個部門是規(guī)劃和國土。國土大量的應(yīng)用，現(xiàn)在這已經(jīng)成為了必須要用的工具，無論是規(guī)劃領(lǐng)域還是土地領(lǐng)域，像土地變更調(diào)查完全都是基于GIS做的。

在國土土地的交易，城市管理，我們國家的城市管理，特別是網(wǎng)絡(luò)化管理以后，主要的城市都實現(xiàn)了各種各樣的管理和決策系統(tǒng)，包括城市的狀態(tài)，城市的一些辦公、案件，我想這都是各個GIS的公司，目前在這個層次上都做的大量的工作，技術(shù)也都非常成熟。

但是現(xiàn)在的發(fā)展到了兩個方向，一個是大眾，大眾里頭最多的每天出行，百度說一天90幾億的訪問量，我想可能導(dǎo)航最多。除了這些導(dǎo)航之外，可能大家到哪個地方找酒店，到哪個地方找餐館，到哪個地方找旅游景點，只要有一點文化的人能夠上網(wǎng)都可以使用。包括滴滴打車、共享位置、大眾點評很多了。

以前在網(wǎng)上對于大眾來說只是用信息，另外一個發(fā)展趨勢大家貢獻(xiàn)信息、提供信息，通過公眾本身就能夠建立一個地理信息系統(tǒng)。也就是從大眾來說，已經(jīng)開始從應(yīng)用走到產(chǎn)生。

但是現(xiàn)在一個問題也要思考，GIS是個專業(yè)，傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)要經(jīng)過培訓(xùn)才能應(yīng)用。包括對政府工作人員的培訓(xùn)，大眾能不能用？或者用的怎么樣？從目前來看還是用的不錯。就是說你給一些功能，大眾本身就有很好的用法，不用太復(fù)雜，這沒有問題。

但是從數(shù)據(jù)來說，專業(yè)GIS對數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的檢查，可信度高。大眾做的GIS，這個時候大家是否放心，質(zhì)量如何保證？這些都需要重新思考來做的事。

網(wǎng)上有很多的GIS，現(xiàn)在我想各種應(yīng)用都有，但是目前的用戶都在不同平臺上開發(fā)。有些可能在百度上開發(fā)，有些可能在高德開發(fā)，現(xiàn)在不同平臺上開發(fā)的系統(tǒng)，能不能共享和融合。

今天李朋德局長舉的例子，可能很多的共享單車都應(yīng)用GIS，但是本身做GIS系統(tǒng)時沒有共享，都不在一個平臺上開發(fā)，這個時候如何保證信息的共享，這些都是值得我們思考和解決的問題。

最后，還是以這個做總結(jié)。從發(fā)展趨勢來說，GIS已經(jīng)從測繪遙感發(fā)展到社會感知，當(dāng)然不是說測繪遙感的問題都解決了。現(xiàn)在很多的研究學(xué)者面臨很多的問題是社會感知的傳感器進(jìn)來的數(shù)據(jù)，我想今天有不少的報告都涉及到。

第二，從數(shù)據(jù)管理來說，從原來的靜態(tài)走向?qū)崟r。實時里面，除了管理之外，還是實時的分析和實時的計算。進(jìn)一步我想目前的開發(fā)者可能還沒有意識到，但是你要做一個真正應(yīng)用系統(tǒng)時，從傳感器和感知數(shù)據(jù)進(jìn)來，政府部門做決策時，這個問題是擺在我們面前的，必須要解決，可能傳統(tǒng)的GIS面臨著一些挑戰(zhàn)。

另外，數(shù)據(jù)分析。從原來的空間分析到時空，空間分析更多是基于統(tǒng)計和幾何，現(xiàn)在時空分析統(tǒng)計也許還會更多引進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)的分析方法，還有其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的分析方法。

第四，應(yīng)用。從專業(yè)到大眾化的應(yīng)用，只有一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展到大眾化應(yīng)用時，這個產(chǎn)業(yè)才會真正做大。

大家都說GIS怎么也不可能到一萬億，因為你政府部門不只有這么多。但只要打開了從專業(yè)到大眾化的應(yīng)用這條路，也許就可以到萬億級別。據(jù)說現(xiàn)在大概四千億左右，我們有可能會到萬億的產(chǎn)業(yè)。

在整個現(xiàn)在的技術(shù)手段、設(shè)備、軟件、研究、算法這些方面如何應(yīng)對？我想今天在這里給大家提一個題目，“如何面對這樣的挑戰(zhàn)”？

好，我的演講到這里，謝謝大家！