「智慧」無止境，GIS再出發！

「智慧」無止境，GIS再出發！

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「智慧出，有大僞」（《道德經》，第十八章）

－當咱們自認爲「智慧」的時候，謬誤其實已經相伴而生。
    
    遠古人類學會用火，今後告別茹毛飲血的時代，這是「智慧」；後來學會用電，今後拉開工業化的序幕，這是「智慧」；發明和使用計算機，是「智慧」；使用Internet，更是「大智慧」。因此說到「智慧」，實際上是一個不斷髮展、不斷進化的一個過程。

    說到「智慧」，其實就是說的「軟件」，是關於人的思惟和世界的運行邏輯的東西。GIS提供了一個信息化的工具，經過特定的「軟件」把咱們對世界的認知固化了下來，並且能夠被反覆地運行、持續地重用，實現了「知識」的積累。隨着對世界認知的發展，這些方法也並不老是可靠，須要在使用中不斷地檢驗、不斷地發展，從軟件工程的角度上來講，就是軟件須要不斷地升級。那麼，「智慧」也是須要不斷升級的。

    過去的十年，值得每個GIS行業的人驕傲。GIS技術率先取得突破，國產GIS平臺脫穎而出，行業應用獲得極大的發展；北斗、遙感也從無到有，打開空間信息產業發展的新局面。但當咱們提到「智慧」的時候，發現這只不過是萬里長征的第一步。

1、時空數據的採集和物聯網

    咱們採集的數據越多，發現咱們所得到的信息越少。
    先來講說地圖數據的採集。激光雷達、高清攝像、全景攝影等多種手段已經不少，造成了地圖、影像、視頻、三維、街景、全景等多種可視化的大量數據，可是這些數據的覆蓋度可能還僅是地球上的不多不多一部分，當真正須要這些數據的時候，咱們會發現老是零零散散，殘缺不全。儘管付出了巨大的努力，數據之間的關聯也僅有一些簡單的記錄，只能依據空間作出簡單的推斷。
    咱們所獲得的「海量」數據，只是世界的一點一瞬，如「白駒過隙」。事實上，這些數據覆蓋的區域時刻都在變化之中，每一天的24小時、每一個季節的每一天、每年的不一樣季節都會有很大的不一樣，所以咱們所獲得的數據只不過是對這些變化的很是粗略的抽樣。據此對現實世界的理解也將會很是有限，作出的決策也難言「智慧」。
    物聯網提供瞭解決這一問題的可能。經過無處不在的因特網，將地球佈滿傳感器，像人的神經末梢同樣，時刻感知世界的變化。但要想獲得有效的數據，首先部署的密度必需要達到儘量的高，所以成本必需要可以降下來達到足夠的低，要有足夠的網絡帶寬進行數據傳輸，系統要足夠穩定最好可以自行維護，固然還要有足夠強的數據處理能力。很顯然，這將會是一個巨大的、長期的工程。若是沒有大量的傳感神經元提供現實世界的時刻反饋，咱們將很難知道當前到底發生了什麼、又將會發生什麼，要作出「智慧」的決策，將是很是困難的事情。
    若是咱們將這做爲一個願景，那麼咱們從如今開始就要開始努力：○1傳感器的採集數據類型須要更多、測量方法須要改進、設備須要小型化和互聯網化，必定是超低功耗的，成本還要降到足夠的低；○2多種類型的通信手段可以鏈接爲統一的網絡，可以互聯互通而不是再次建立出更多的信息孤島；○3不一樣設備的接口、數據規範、量綱都須要統1、創建標準規範，不然所採集的數據沒法按照一樣的模型進行分析，就沒法產生任何價值； ○4互相聯網的大量設備會累積愈來愈多的漏洞、併發性風險和脆弱性，如何既要安全又能讓用戶方便地使用，無異於處理好矛和盾的關係；○5當傳感器網絡成爲社會基礎設施的一部分時，就須要創建相應的法律法規保障和系統化的維護機制；○6基礎性業務具備效益外溢性，須要創建優秀的商業模型，保證這一體系可以得到持續的回報，從而可以持續地運營下去，由於這一體系的失效可能帶來整個社會運維體系的崩潰。
    「萬物互聯」的時代正在開啓。新的空、天、地的數據採集手段和相關技術的發展給GIS打開了新的巨大的發展機遇窗口，遠景史無前例地美好。但要抓住機遇，GIS不管是技術、產品、商業運營、企業架構都須要開闢一個全新的模式，甚至於進行「重構」。

2、時空認知與時空大數據分析

    咱們獲取的信息越多，發現咱們對世界的瞭解越少。
    最近一個流行的說法是「咱們周圍的信息80%與空間相關」，實際上，全部的信息都逃不脫時空這個屬性，就像人一出生就被打上了「出生地」這個標籤。可是到目前爲止，這些信息都仍是離散而片斷化的（哪怕是對同一件事情的描述），咱們沒法確切地知道信息之間的相互關係和表徵的含義，而這正是數據挖掘和大數據分析的意義所在。
    在擁有大量數據的時候，咱們首先要考慮要依據何種模式去處理它。有的人說，「大數據」的分析能夠用數據自己來講明，不須要先驗的知識。但實際上，咱們進行數據處理的時候，使用的最基本的統計方法，也還都是各個領域的科學家花費了不少年的時間積累起來的數學模型，目前爲止還不能讓計算機自動生成這些知識，哪怕是機器的自動學習都還困難重重。所以，時空大數據分析仍是須要有時空認知的深刻研究才行。
    那麼這些先驗知識是如何產生的？又怎麼獲取呢？「地球是圓的」這一認知出現的時間並不算長，那時也沒有「大數據」技術，說明空間認知與大數據並無必然聯繫。咱們所擁有的抽樣率和時效性不好的「大數據」，要說明世界的紛繁複雜的現象，其表明性問題也還存在很大的問題。好比，微信上面討論的話題，儘管能夠統計出天天的趨勢和蛛絲馬跡，但還有幾億人可能跟這毫無關係。
    從某種角度來講，過去的十年間，對於時空認知和地理理論的研究都沒有太大的突破，所以GIS技術的發展主要是從IT（信息技術）領域吸收養分，衍生出了組件、服務器、桌面、Web、移動端等多種GIS軟件產品和豐富多彩的應用系統。現在，IT技術正在成爲基本的信息工具，「技術紅利」正在消減，GIS領域須要從新回到「地理空間信息系統」的源頭，再次去思考時空認知的問題，進行數據分析和實證相結合的深刻研究。
    時空認知的模型有助於時空數據的分析方法的發展，而時空分析技術的進步又能促進產生新的時空認知。這就彷彿是一個「雞生蛋、蛋生雞」的循環，要從中突破，獲得一個創新的「金蛋」，其實難度是很是之大的。可是，毫無疑問，新的理論和方法的提出，將再次讓地理空間信息產業煥發新的活力。
    互聯網時代的生存法則是貢獻得越多獲得的越多，而不是擁有的越多獲得的越多。當咱們在談論「大數據」的時候，其實大部分只不過是在用有限的「小數據」作可視化展現，這一狀況迫切地須要你們達成共識、促成改變。大數據產業是一個生態鏈，大數據分析是「雜交」和「轉基因」，而不是封閉的自成體系。所以，進一步開放數據、共享資源是推進大數據分析和應用的必由之路。
    幸運的是，數據開放共享已成爲業界引領者的共識，大數據分析已蔚然成新的產業方向，公共數據資源也將逐步成爲真正的「信息基礎設施」。不少企業和組織機構都競相開放數據資源。國外的Twitter已所有開放其所有數據訪問，國內的遙感信息共享網絡(http://www.chinageoss.org)也開放了數百TB的地理空間數據資源。據悉，我國的基礎地理空間數據有望進一步開放使用，而中等分辨率的國產衛星遙感數據免費開放也在推進之中。一個開放的時空大數據體系將可以促進咱們更好地認識、管理、利用和改造地理空間，讓地理空間信息技術惠及更多的人，有助於應對日益嚴峻的資源緊缺、全球變化等長期問題和減小日趨嚴重的極端天氣和地震、泥石流、暴雨、颶風等所形成的嚴重損害。
    時空數據的共享方式也在不斷地演進，從傳統的數據庫、文件共享到面向服務的SOA架構、以及廣義的「服務架構」。如今的「服務架構」的含義已更爲普遍，服務模式更爲多樣，不只包括了數據下載、REST服務等經常使用形式，受物聯網技術的推進，如今正在向動態、實時的方向發展。而這些也將進一步帶動軟件體系架構和運維、應用技術的全面革新。

3、泛在服務架構與雲端一體化

    咱們擁有的工具愈來愈強大，但所面臨的問題卻愈來愈複雜。
    將來GIS的使用場景將會發生巨大的變化，雲計算和移動應用已成爲不可阻擋的大趨勢，而網絡的進一步發展將催生基於衆包的或者徹底是p2p（我的對我的）的泛在化交互方式。
    移動設備永遠在線，能夠隨需訪問雲端資源，將可以進一步實現互聯互通，諸如微信之類的應用將會大行其道；傳統的空間數據庫系統將沒法再勝任多樣化、非結構、高動態的時空數據存儲和處理的須要，基於NoSQL理念的新型時空數據庫將會取得突破；大量的時空數據將採用集中管理和分佈式存儲相結合的組織方法，並採用相似於「CDN」（內容分發網絡）技術的多層級管理和服務模式；數據將以「流」 的方式快速進入須要的「資源池」，像河流同樣不斷地進行聚集和流動，也不斷地進行轉換和清洗；雲計算再也不是高高在上的「雲裏霧裏」，而是成爲大量的多類型的移動設備的大腦，運行着多種爲大量前端設備服務的「智能體」；空間分析乃至時空分析也將走出實驗室，經過網絡化的基礎設施提供分析模型、方法與軟件集合，集成全球專家的智慧爲全部人、在任何地方所用。
    如此狀況成爲現實，地理信息系統將會有何變化呢？我的認爲有五個顯著的趨勢，即：IT融合、泛在架構、強雲富端、Linux崛起和敏捷研發，具體包括：
（一）地理信息服務將與IT基礎架構進一步融合，再也不做爲一個獨立的服務器系統，而是與雲計算基礎設施、服務平臺、存儲系統、服務目錄、中間件、消息總線和其它應用服務融合爲一個總體，做爲信息基礎設施提供開放的服務。
（二）服務架構將更加複雜，既有集中式的管理集羣，也有分佈式的多層級服務架構，實現多節點、多級緩存機制，隨着IPv6的普遍應用將進一步發展到對等模式的泛在架構，不一樣系統之間經過Internet進行鏈接，服務真正地無處不在、按需訪問。
（三）GIS向強雲和富端兩個大相徑庭然而徹底一體的方向發展。軟件形態將會史無前例的豐富，包括從小型服務器集羣發展到雲服務中心，桌面軟件向移動應用進行遷移，從應用系統到集成化的設備，大幅度提高地理空間信息的應用和運維的效率和穩定性。
（四）Linux已經無處不在，並且正在迅速增加，經過建立一個共生的「生態環境」從而帶動軟件生態鏈的全面轉向和持續繁榮。桌面軟件的運行平臺和技術也已經開始從Windows向Linux進行遷移，在移動應用快速增加、網絡安全嚴重威脅和推廣國產平臺的大背景下，基於國產的軟硬件解決方案將成爲主流。
（五）軟件研發過程發生重大變化，軟件系統將再也不有終極版本，而是做爲服務形態在持續進化，基於持續集成系統的敏捷開發模式，基於軟件組件庫的自動編譯和分佈式配置管理系統，基於自動化測試的質量保障體系，以及面向DevOps（開發運維）思想的開發部署運維一體化研發流程，將大幅度提升軟件生產效率，更快地響應需求變化，更好地知足用戶需求。
除了軟件架構的演進，GIS的內部功能也正在經歷翻天覆地的變化。

4、「二元世界」與多維數字空間

    信息系統再也不徹底是現實世界的表徵，而是數字形式的「實體」。
    中國科學院院長路甬祥認爲，將來人們將生活在物理世界和數字世界組成的「二元世界」之中，但願地理學家可以深刻研究。數字空間已經成爲「世界」的一部分，並且與物理世界互相轉化、互相延伸、互相演進成爲一個新的「有機體」。
    三維GIS將是現實世界的「鏡像」，把現實世界在數字世界重現；在數字空間中能夠疊加任何現實世界中沒法看見的要素，所以數字空間雖然源於現實可是卻超逾了現實；當進行城市與區域規劃、發展模擬、演變推演時又成爲了「數字世界」這個有機體的一個新的部分。經過加強現實技術也能夠把信息疊加顯示到現實世界，從而「看見」在現實世界中沒法看見的屬性。數字化後的世界有助於咱們更好地瞭解和研究、管理地理空間，並將促進產生新的認知，促進「世界」向更可持續的方向發展。
    「三維GIS」不是簡單的可視化，而將衍生出一個全新的產業鏈，成爲創新之源。新的數據採集技術，從「搖籃到墳墓」的全生命期運營模式，高維度、高動態的時空分析方法，天然用戶界面的交互方式，新型的存儲體系、應用系統等都將應運而生。然而，這一產業鏈如此之長，技術難度如此之大，無異於建造一座「巴別塔」，超過任何一家企業、聯盟甚至一個國家的獨立完成的能力。所以，地理空間信息領域的普遍合做，跨越國界、語言、膚色、種族的合做顯得史無前例的重要和迫切。在三維GIS時代，「地球村」這個概念變得更加真實，並且觸手可及。
    LiveGeography將是三維GIS的更高級形式，能夠經過物聯網等技術與現實世界實時通聯，實現信息的動態獲取、雙向反饋和智能控制。「Live」的現實世界與「Live」的數字世界相互聯通，猶如電影Avatar（《阿凡達》）裏的克隆人，相互複製、相互關聯，數字世界與現實世界成爲交替進化的同一主體。
    可是，三維GIS也好、數字空間也好，仍是LiveGeography也好，都只是信息和系統，還須要有人類的知識和智慧，才能成爲一個真正的「活」的世界。

5、應用領域知識與領域模型集成

    咱們對世界瞭解的越多，發現數據的價值越少。
    研究數據的目的，是爲了避免使用數據。由於咱們關心的其實不是數據自己，而是數據帶給咱們的價值和啓迪。數據自己並不具備認知、指導和直接重用的價值，從某種意義說，數據是系統運行的成本，還有可能成爲一種負擔，除非可以有效地利用它，讓它產生出「足夠」的價值，可以抵消掉管理和挖掘數據所產生的大量付出。若是從中提煉出「金子」，那麼大數據就真正具備了「大」的價值。
    咱們須要從紛繁複雜的現象中獲取數據，還須要從浩如煙海的數據中提煉出規律，就像從礦山中開採、篩選、冶煉、加工的過程。固然，從黃土中沒法提煉出金子。要讓大數據具備充分價值，首先數據還得是「富礦」，要有強大的開採工具、先進的冶煉系統和豐富的應用模式，才能讓數據成爲真正的「資產」。
    軟件將成爲「知識」的最爲重要的載體和物化形式。咱們真正須要的不是數據而是結論，不是硬盤上的Bit信號而是抽象出來的知識，只有「知識」纔可以被學習和反覆利用。地理空間信息科學須要從新創建時空信息的知識概念模型，所要處理的是「地理對象」而非簡單的「幾何要素」，將遵循「知識」的內在邏輯來建構數據的處理邏輯和分析其相互關係和發展趨勢。
    GIS在地理時空研究中的做用變得史無前例的重要。若是沒有強大的GIS軟件平臺的支撐，咱們將難以在全球變化、氣候趨勢、災害過程、能源與水資源、交通、城市發展等問題的解決上獲得更爲完整的認知，更沒法達成總體優化的一致和採起卓有成效的行動。咱們迫切地須要採用新的軟件工具，刷新領域知識、變爲知識模型並實現跨領域的集成，實現數據、模型、軟件、應用的全面變革。智慧城市、數字流域、美麗鄉村這些熱詞將經過GIS方法、技術和系統、應用的發展從概念逐步地變爲現實。
    這一切很遙遠，但已經在路上。

結語

    GIS軟件的功能已經至關強大和完善，但在解決諸多史無前例的新問題時又是如此無力。用一句老話來說，「既是史無前例的挑戰又是百年不遇的機遇」。咱們無需反覆追問「智慧」究竟是什麼，由於提出「智慧」這一命題，已讓咱們認清了前方的問題和發展的道路。地理信息領域的全部人，不管是產業、科研仍是教育，須要再次攜起手來，再出發！

（本文做者： 王爾琪 北京超圖軟件股份有限公司 http://www.supermap.com）