“兩個萬億產值的地理信息在等著我們。一個是萬億產值的智慧城市中的地理信息，另一個是萬億產值的虛擬現實技術中的地理信息。” 劉先林院士在接受《測繪科學》專訪時表達了這樣一番觀點。
以圍繞著“互聯網+測繪地理信息”的主題，劉先林院士就“互聯網+”時代下GIS在作業范圍、重復采集頻率、分辨率與精度、后處理智能化特點、GIS與大數據的融合、增強型GIS對3D GIS提出更高要求等特征以及3個創新要求進行了闡述，并提出更深層次的專業應用——公路BIM，認為將來會出現網絡空間與GIS實體空間相互融合、IP地址空間化與電子標簽網等新趨勢。訪談實錄如下：
記者：我們為何要發展“互聯網+”時代的GIS?
劉先林：在“互聯網+”時代以前，測繪地理信息行業可以說是利用各種先進技術進行轉型升級的典范，曾受到科技部長甚至總理的表揚。
但是在“互聯網+”時代到來之后，由于網商、電商、通訊運行商、上市公司、O2O小企業等，甚至像華為這樣的創新型典范企業都介入了位置服務，使得測繪地理信息行業既充滿挑戰又面臨危機，因此必須加強創新，提升自己，用增強型GIS(GIS+)來迎接挑戰。隨著智慧城市建設的不斷升級以及大數據等概念的深入人心，社會和用戶對“互聯網+”時代下GIS的要求越來越高，有許多問題值得深入研究。
“互聯網+”時代GIS的特征
記者：“互聯網+”時代的GIS主要有哪些特征?
劉先林：
1)作業范圍更廣泛。作業范圍從地表到地下、從地下到水上、從水上再到水下等等。比如，可以利用點云數據對地鐵、水岸等進行建模，滿足用戶的各種特殊需求。
2)重復采集頻率更高。眾多手機APP對空間數據的采集精度很低(10 m甚至更低)，但是時間頻率非常高(秒級甚至更高)。
測繪地理信息行業采集的數據空間精度很高，但是時間頻率很低，過去是1年1次，發展到現在很多城市是3個月1次，今后時間頻率還會進一步提高，也就是從地理空間信息發展為地理時空信息，但這種數據怎樣融入所謂的大數據技術還有許多工作要做。
3)粒度更小，分辨率更高。例如，各種井蓋信息的采集;夜間車速40 km/h，覆蓋3車道，采到的路面高清影像;當前人工提取權屬單位，未來將會自動提取;室內建模點云間隔，可以達到毫米級。
4)精度更高。比如，我們統計了銀川的路面高程精度、邯鄲冶陶鎮的高臺轉掃精度，它們的精度都在厘米級。在軟土地帶，地鐵管道收斂誤差變形快速普查精度也可以達到厘米級。
5)后處理更智能化。“后處理”大體經歷了從人工處理到工廠化生產無結構數據，再到智能化生產有結構數據+人工編輯(特別是人文)的發展歷程。智能化后處理的核心是自動提取和用智能化交互取代笨交互，已經實現紅綠燈、路邊箱體、垃圾桶、植物、大小交通標志、下水篦子、轉彎標志等要素的提取，可以進行過街天橋建模、建筑物框架模型、墻角點疊加在俯視點云等后處理。
6)與大數據相融合。先說一下大數據與大數據量的區別，大數據量不一定意味著大數據。剛剛興起的大數據的特點是：無訂單、不招標、無預算、無合同、不保密、無目的，全部是實時的網上進行，其空間分辨率很低，但是時間分辨率非常高，與我們的測繪大數據有很大的區別。再談大數據與地理信息大數據的相互融合。
兩種大數據的相互融合，會大大提高數據的價值，這就要依靠虛實空間融合、線上線下的融合，把不保密的大數據，加入至保密的測繪大數據，進行增值服務。如何將保密數據提供大數據平臺使用，學者們正在努力之中。
7)增強型GIS對3D GIS提出了更高的要求。
增強型GIS可接受多源數據，比如3D矢量、二維地圖、立面矢量、正射、點云等多種數據格式，還可以實現各種豐富訂制的漫游觀察;這些觀察可以進行多源數據疊加顯示、豐富的漫游路線、自定義的函數渲染等，還可以管理到對象及其屬性，可以完成訂制的統計分析輸出，實現知識、決策產出和溯源功能(允許用戶看到對象的原始照片和點云等)。
當然，還可以利用模型產出各種測繪成果，如矢量地圖、立面矢量、正射、立面正射等等，實現一測多用。在智慧測繪中，想要生產知識(決策)，就要生產并處理結構化數據，這些知識可以分為：①“一張皮”的三維，只能觀看并獲得感性認識;②有分層的三維數據，可以產生統計分析結構，只能輸出餅狀圖、柱狀圖;③有矢量的對象化數據，可以輸出各類統計結果的空間分布專題圖;④每個對象掛接一個完備的屬性表，配合決策模型就可以產出知識、決策。
具體來說，就是讀取對象中的屬性項，對對象的屬性項進行函數檢索，配合分析模型，得到知識、決策，并以訂制專題圖的形式呈現。那么，這些對象的屬性項從何而來?自動分類提取時將與幾何有關的位置、形狀、尺寸、絕對位置、相對位置等屬性自動填入，并在對對象進行編輯時，也要關聯到屬性項;從各專業部門共享來的專業數據，有大量的屬性內容;從大數據公司購買大數據，將其中與屬性項有關的內容填入。
由于大數據是動態的，因此屬性項的內容應該帶有時間維，形成所謂的動態屬性概念。例如，我們進行了樹徑的采集實驗，分別進行了試驗區域高于地面1.3、1.0和0.3 m處的樹干胸徑、米徑與地徑統計。
“互聯網+”時代GIS的技術創新
記者：“互聯網+”時代用戶對GIS有哪些要求?
劉先林：社會和用戶對GIS行業提出了更高的要求，主要是：更逼真(全要素、三維)、更精細、更精確、更廣泛(室內、地下、水下)、更快速、更實時(四維采集才能實現監測)和更便于進行統計分析(要結構化的數據)。
記者：“互聯網+”時代GIS的技術創新要求是什么?數據特點是什么?
劉先林：互聯網時代的采集裝備非常昂貴，正如柔性加工一樣，應該具備柔性使用的功能，根據需要進行適當、及時的變化。“互聯網+”時代GIS的技術創新要求提升采集裝備的性能、一機多用，要關注室內建模技術。
1)采集裝備的性能應該提升。移動傳感器從單一傳感器變為集成傳感器;傳感網的感知方式由移動感知變為固定感知;可見光的數據源從有限的幾種數據源變為多源的數據源，例如多光譜、激光、SAR等。感知的參數，也從單純的幾何參數變為包含感知溫度、濕度、PM2.5等物理參數。從溫度上說，從二維被動感知演變為三維激光、三維SAR等三維主動感知。最近，出現了多視點、多視角的照片建模技術，也呈現出從“移動感知”到從視頻、衛星影像感知移動物體等的“感知移動”的趨勢。
2)“互聯網+”時代的GIS采集裝備應該是一機多用。“互聯網+”時代的衛星應該是一星多用，可以節省大量經費。集成化的移動測量機頭，可以方便地放在10多種載體上進行數據采集(例如SSW車載激光建模測量系統)。昂貴的航空照相機應該既可以拍斜片，也可以只拍大幅下視片;既可以拍大比例尺，也可以拍小比例尺。四維遠見的SWDC已經實現了這些技術要求。
3)關注正在快速興起的室內建模技術。在室內定位問題解決之后，可以直接采用室外的移動測量建模技術、同步定位與地圖構建(simultaneous localization and mapping，SLAM)技術、基于單站激光生產的彩色點云建模、基于多視點多方向大重疊照片像元級匹配生產的點云建模等，這些技術都要求高分辨率、高精度，并且按未來室內建模分類標準自動提取。數據傳輸的方式也會由回收方式提升為實時傳輸。未來數據的傳輸方式應該是使用飛機、衛星、地面站(所謂機、星、地方式)和專線的綜合利用，實現實時傳輸。
互聯網+時代采集的數據應該是多源的、三高的。數據多源，是指包括可見光、微波、紅外、無線電波(毫米波)、多光譜、激光、等波段或技術。所謂三高，是指高空間分辨率、高時間分辨率、高譜段分辨率。數據采集還要求盡快補充從互聯網上采集數據的技術，在互聯網上用搜索方式采集數據。
現在智能手機的應用已經非常廣泛，人手一臺的智能手機，不僅有極大的存儲空間，高速的通訊功能和豐富的應用軟件(APP)，還有定位、照相、定姿，甚至掃描激光等功能。這是一機多用的典型，不僅可用于志愿者的泛在測繪，專業測繪隊伍也將會使用，這就為實現從眾投到眾創、從眾創到眾測的理念提供了契機。
同時，正在興起的室內定位技術也對互聯網+時代的數據采集提出了新的要求。普通GNSS接收機+偽衛星+組合導航是一種采集方式，基于三大電信運營商的基站定位(基站天線坐標，時間，電文)技術也可以為GIS采集數據。室內協同導航(光、電、影、地磁等)要求：解決方案既能用于室內建模，又能用于移動終端(手機、汽車)進入室內的定位;最有希望的可能還是手機基站定位。
“互聯網+”時代GIS的應用空間廣泛
記者：“互聯網+”時代GIS的應用空間有多廣泛?
劉先林：不僅是非常廣泛，還可以說蘊含著豐富的寶藏。換句話說，就是有兩個萬億產值的地理信息在等著我們。一個是萬億產值的智慧城市中的地理信息，另一個是萬億產值的虛擬現實技術中的地理信息。
記者：請解釋一下智慧城市的含義?
劉先林：智慧城市定義在不斷地更新。起初認為智慧城市=數字城市，6年前有了“+物聯網”的概念，4年前出現了“+大數據”，2年前出現了“+移動互聯”，2年后可能會出現“+無人化、智能化”，再以后還會出現更新的概念。實際上，智慧城市的本質應該是智慧二字。還可以用建設目標來定義智慧城市;用真實數據和科學的決策，使城市的發展更節能、更綠色、更環保、更可持續發展、更具生物多樣性、更幸福等等。
記者：萬億產值的智慧城市中的地理信息，主要包括哪些方面?
劉先林：
1)智慧停車。空間基礎數據不僅采集車位信息，還要采集標號的信息;車位要安裝傳感器，感知是否有車停;所有數據上傳至云端;指揮有地下室內定位的車停到相應車位。下面列車一個數據結構化以及虛實空間融合的例子：僅有車位線圖形→每個車位賦予唯一的辨認碼→該辨認碼與實地的車位號相對應→線下實體空間安置是否有車的傳感器→線上云空間智慧停車分析→線下有室內定位功能的汽車按指揮停入車位→收費。
2)智慧交通。城市道路上的路邊線、標線、紅綠燈、探頭、電桿、樹、路燈、電線等地物將會是構建智慧交通分析模型所需的基礎數據。例如，我們在北京金融大街上進行過數據采集實驗。
3)智慧公安。在智慧公安方面的應用，主要有對象化的窗戶矢量可以使戶籍資料空間化、交通標志被樹葉遮擋、交通燈與探頭的對象化管理等。
4)智慧物流。人類社會將會走向無人機物流時代，這時就需要地理信息行業提供城市三維模型作為無人機飛行三維管道導航的數據基礎。
5)智慧公車出租。城市自助公車(例如自行車、超市購物車等)安裝可上網的位置傳感器，對這些自助車進行無線管理，包括防盜、限制應用范圍、收取租金、便利停車及智能調度等，這種功能需要在城市GIS基礎數據的支持下運轉。用這種方式增強地鐵在緩解城市交通中的作用。
6)給城市“看病”。城市病害偵調查，比如井蓋下沉調查、地面破損分析。自動監測地面破損，結果發現最大高差達25 cm。再比如違建調查，通過對比兩次掃描的點云，進行兩次掃描的一級模型疊加顯示，一級模型相減即為違建部分。
7)測量并確定城市美麗指數。用移動掃描車測量并確定城市美麗指數。柵欄破損，各種隔離帶、擋車柱、擋光板、拐彎標志破損不美觀，立不正、線不直，電子交標破損、路面標線老舊、樹葉枯黃等問題，均可在用移動掃描車建立的全息三維的基礎上自動偵查出并計算美麗指數。比如，我們得出了上海浦東新區的美麗指數、北京立水橋地區的美麗指數。還可以進行地理市情普查與監測，統計分析項目有井蓋、道路、路面、植物、柵欄，隔離帶，擋音墻、路邊附屬實體統計、城市流水及淹沒分析。
8)計算城市的各類綜合指數。用城市的全息三維作為基礎數據計算城市的各類綜合指數，例如城市交通擁堵指數分布，城市熱效應指數分布，城市通風效應指數，陽光指數，4G/5G信號強度指數，無線電信號傳播指數，城市用水、用熱、用電指數等。
記者：增強現實使用的數據有哪些特點?
劉先林：增強現實(augmented reality，AR)就是把計算機中的場景三維數據與實地觀察到的景觀數據(未必是三維)融合(套合)在一個屏幕上，來實現各種各樣的應用。因此增強現實所用到的地理信息基礎數據一定是三維的。所以當增強現實普及時，對三維的地理信息將會有更大的需求。可能會出現增強現實與地理信息相融合的應用，比如基于AR的自動駕駛、基于AR的智慧旅游、基于AR的野外數據補測(有針對性)、泛在測繪、視頻數據與實地模型的疊加分析。
記者：虛擬空間與現實空間有什么共同點?
劉先林：兩個空間都是面向保存/記錄/分配人類活動留下的痕跡，不面向微觀空間(分子、原子、納米、細菌等)。這兩個空間暫時不面向宏觀空間，例如太陽系、升空，既然是面向/管理相同的對象，所以有必要融合。如果虛擬空間(網絡空間)不能映射到現實空間，基于虛擬空間的知識產出因為沒有實際空間位置的支持，將會是不完整的。如果現實空間(GIS空間)的實體/對象/個體，不能映射到虛擬空間，也即沒有這些實體的網絡地址/IP地址，GIS就坐不上“互聯網+”時代的快車。
記者：虛擬空間與現實空間的差別是什么?
劉先林：①網絡空間對每一個節點(服務器、PC機、Wi-Fi、防火墻)都分配唯一的IP地址，GIS空間基本上只管理到圖層，沒有對圖層下的實體進行唯一的編碼;②網絡空間對于移動實體(持有手機的人等)進行了管理，GIS空間只對固定對象進行測量與管理;③網絡空間利用物聯網大數據技術實時輸出動態的分析結果，GIS空間只是利用空間，只輸出各種靜態的空間分析成果。
記者：虛擬現實技術有哪些更深層次的專業應用?
劉先林：例如，公路建筑信息模型(building information modeling，BIM)，也就是所謂的公路BIM。我們進行了深圳立交橋數據漫游和高精度導航數據漫游實驗。公路BIM建立之后可以解決公路上的一切問題，包括綠化調查、路燈調查、路面狀況調查、井蓋缺損調查、自動導航數據生產、自動駕駛汽車的三維數據支持、公路竣工驗收、公路改擴建設計等。
“互聯網+”時代GIS的新趨勢
記者：“互聯網+”時代的GIS有哪些新趨勢?
劉先林：至少有3個新趨勢：虛實融合、IP地址空間化與電子標簽。
虛實融合就是網絡空間與GIS實體空間相互融合。IP地址空間化，就是通過納秒級的時間度量，來實現網上節點(IP地址)的空間化。電子標簽實現幾何實體映射到網絡空間，具有定位功能、通訊功能、有唯一網址的電子標簽植入GIS空間每個實體的技術(帶手機的人)。傳感網的下一個階段，電子標簽網可能會對地理信息產業產生重大影響。測繪標志經歷了可見光標志、激光標志、微波角反射器等，現在迎來了更重要的一個階段，即電子標簽(RFID)，等到GIS空間的實體都布設了廉價、防盜、有源/無源的電子標簽，并且能夠映射到網上的實體空間時，測繪行業又將迎來一次重大變革。
記者：“互聯網+”時代的GIS裝備應該由誰來主導?
劉先林：“互聯網+”時代的GIS及其裝備將是國產主導的。
“互聯網+”時代科技發展速度大大加快，再加上國家出于安全考慮，以及反腐的開展，人們開始把眼光轉向國產裝備，例如：北斗系統是最大的國產裝備;正在推行的大計劃：千千萬萬無人機聯網飛行數據統籌只會是國產的;移動測量車基本是國產品牌在競爭;最近盛行的重視國產裝備的千尋網，挑戰傳統的CORS網;快速興起的室內協同定位，目前國產技術領先的單位有同濟大學、北京郵電大學、武漢大學等。
