测绘是观测科学，基础是观测。在没有空间技术，没有机械化、自动化的时期，测绘主要由人力完成。有了空间技术以后，即1957年第一颗卫星上天以后，卫星大地测量正式诞生。随着空间、互联网、计算机等技术的发展，大地测量、航空测量的思维方式在改变，传统测绘模式的生产效率得到极大提高，测绘成果实现了数字表达，但我国目前信息化测绘的水平和能力还需要进一步提高。新的技术发展时期，应该全面思考测绘技术以及管理和生产模式的转变，推动转型升级。
李建成院士/图片源自网络
一、新技术革命
钱学森团队总结了四次工业革命：第一次工业革命以蒸汽机的发明为标志。在能量转换之前，人类主要劳动力是人力。18世纪蒸汽机发明以后，热能被转换成了机械能。英国率先由农业国家过渡到工业国家，工业总产值位居世界第一，出现了日不落帝国。第二次工业革命发生在十九世纪初，主导技术是材料技术和机械制造技术。德国在这期间成为了一个机械大国、工业大国，第一、第二次世界大战都是由德国挑起的，因为它有强大的科学技术和国力支撑。第三次工业革命发生在二十世纪，主导技术是电气化。在这一时期，美国通用电器公司主导了美国电气化的发展，美国成为了世界上最有代表性的先进国家。第四次工业革命发生在二战以后，半导体和高集成电路等代替了传统技术。当前面临的第五次工业革命号称以信息技术与现代工业技术相结合的智能制造业发展。为形成这一时期测绘地理信息的应对策略，首先需要了解其特征及其对测绘地理信息的影响。
(一)信息技术的时代特征
中国工程院曾经向国家提交了一份测绘类咨询报告。报告分析了新技术革命的共性不仅仅是要提高信息技术物理层和传输层的功能，更应增强信息技术认知层和决策层的功能。对测绘来说，过去需要在地图上标注已知要测的目标，所有测绘产品的终极表达方式就是一张地图，测绘的主要任务是将室外的环境放在地图上，人首先辨别地物属性，再将其标注到地图上，并不需要额外的识别;在现代航空摄影测量技术条件下，并不知道地物的实际属性是什么，而是利用大数据和人工智能实现地物自动分类。
如今，各行业、各部门都在推广采用大数据的概念。大数据的确切内容、边界和属性难以确定，但可以通过分析这些数据挖掘出来相应的规律性信息。例如2009年美国爆发了H1N1禽流感，当时世界卫生组织、美国相关组织机构都无法判定其来源，而Google公司利用大数据分析出了搜索关键词“禽流感”最集中的IP地址对应的地理位置，通过地理位置信息判断出分布情况。大数据应用的关键就是从大量的数据中，按照使用需求快速分析判断。大数据应用的前提是，必须有通过用户不断访问而形成的数据群。例如交通方面，北京拥堵特别严重，越拥堵大家越通过高德地图、百度地图访问路况信息，因此访问的越多、位置越集中，表明越拥堵。此外，大数据应用中还涉及信息安全的问题，十八届五中全会已经将信息安全列入国家安全战略。
分析国内外技术发展，未来相当长时间将处于以先进信息技术为驱动的信息时代。其主要特征是：第一，学科之间、技术之间的界限模糊，交叉融合成为显著趋势。从测绘来说， “工、航、大、制”的学科边界已经不明显，过去大地测量利用GPS技术，有IMU之后航空摄影测量也在运用GPS技术和惯性导航系统，地图制图也从过去单纯的人工制作发展到现在用卫星进行绘图。第二，以传感器技术、物联网、大数据技术、移动技术、云计算、知识工程技术为代表的新一代信息技术快速发展。第三，将掀起一场全新的智能化科技革命，传统技术与信息技术深度融合、高度分化后再发展。第四，信息技术革命的演化过程是随着技术革新、产业变迁、融合应用和制度变迁逐步发展起来的,信息技术快速扩散，打破原有的经济模式，通过与经济和社会生活的重新组合，将发展成为一种新的经济形态。
(二)走进大数据时代
目前，国内外对大数据的研究、应用的期望都空前高涨。大数据普遍被认为是一种新的基础资源、新的思维方式、新的技术、新的产业、新的职业、行业发展的新契机。
信息技术的发展使人们不仅可以通过互联网收取信息、获取信息，而且可以传递信息、发布信息。大家知道互联网最早可以搜索，而现在通过博客、微信可以实现信息多向交互。所以，新一代技术革命主要表现为传统技术和信息技术高度融合、高度再发展，这是信息化的核心。
技术革命演化的过程是颠覆性的，首先是技术革新，然后是产业变迁，再就是制度转变。测绘的地位为什么不断地提高?是因为测绘的工作性质发生了转变。如果还停留在劳动力密集的生产状况，只是为高科技服务，发展步伐肯定很慢。随着信息技术的发展变化，测绘需要在技术、产业和制度上全面转型升级。
科技更新周期在18世纪需要100年，19世纪需要50年，20世纪需要5到10年，21世纪更快。举几个例子：第一，在2005年前的胶卷时代，柯达约有70%的市场占有量，世界上第一台数码相机也是柯达发明的，可以说在胶卷时代到数字时代之前，柯达是影像之父。但为保持传统的高额利润，柯达没有推广数码技术，而是将成像的电子器件卖给像松下、索尼、尼康、佳能等公司，使日本的数码相机产业如雨后春笋般发展起来，柯达自身却因为没有及时推广和使用先进技术面临倒闭。第二，微信在短短5年时间发展成为拥有7-8亿海量用户的社交软件。微信与短信的区别是微信不通过蜂窝网收发信息，而且不收费。中国是一个礼仪之邦、人情社会，到了春节要发短信，按1亿人发短信计算，每人发200条短信，一条短信0.1元，一晚上电信移动联通就赚将近20亿元，而微信不仅不收费还给大家发8个亿的红包，这在某种程度促进微信迅速普及。第三，新技术也改变了银行业，现在年轻人几乎都用支付宝或者微信支付，不需要银行结算。这些新的支付方式正在利用现代技术掌握着大量资本。
移动互联网商业模式有六种：一是商对客(B2C)，企业直接对客户，现在很多年轻人都在网络上购物;二是企业对企业(B2B)，例如阿里巴巴;三是消费者对消费者(C2C)，即消费者之间直接对接的商业模式，例如淘宝网;四是商品和顾客(P2C)，即提供个人对企业金融服务的商业模式，例如微信、余额宝等;五是互联网金融点对点借贷平台(P2P)，例如人人贷，提供个人对个人金融服务的商业模式;六是线上对线下整合(O2O)，例如团购网。正因为拥有互联网技术的思维，马云除了创造了很多财富，也创造了很多概念，甚至创造了一个新节日——双十一节。2014年双十一购物节的前38分钟交易额突破100亿，全天销售额达571亿;2015年达912亿。此外，O2O发展前景巨大，万达欲联合腾讯、百度投200亿在3年之内建成全球最大O2O系统。
大数据使人类逐步从信息技术时代(IT)发展到数字化技术时代(DT)。20世纪90年代，数据仓库之父Bill Inmon就经常提及Big Data。2011年5月，在“云计算相遇大数据”为主题的EMC World 2011会议中，易安信公司(EMC)抛出了Big Data概念。对于大数据，维基百科的定义是“无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的大量而复杂的数据集合”;美国国家标准与技术研究院(NIST)的定义是“数量大、获取速度快或形态多样的数据，难以用传统关系型数据分析方法进行有效分析，或者需要大规模的水平扩展才能高效处理”;高德纳公司(Gartner)的定义是“体量大、快速和多样化的信息资产，需用高效率和创新型的信息技术加以处理，以提高发现洞察、做出决策和优化流程的能力”。
已故的图灵奖得主吉姆·格雷在2007年他的最后一次演讲中提出了“第四范式”的发展愿景。他指出，科学技术的发展大致可以归为四个阶段，第一个阶段是历经几千年的科学实验阶段;第二个阶段，数据的发展允许人们通过数据公式模型来分析一些问题，但利用模型归纳和数据公式演绎出的结果没有那么精确;于是进入了计算机仿真模拟的第三阶段;一直到今天进入数据密集型的大数据时代。大数据时代有四大特征：一是大量化，包括存储量、增量;二是多样化，来源多格式多;三是快速化;四是价值密度低。科研第四范式是以大数据为基础的数据密集型科研，包括如何从大数据中分析发现内在科学规律及如何发挥内在规律的价值。实际中往往是先采用第四范式，等领域知识逐步丰富了再过渡到第三范式。
大数据是一个新生事物，是一种新的基础资源、新的思维方式、新的技术，也是一种新的产业、新的职业和行业发展的新契机。大数据时代是信息化测绘发展的一个新机遇，地理空间大数据既是资源、又是技术和方法，将促使信息化测绘体系发生进一步变革。要重视留意周边发生的变化，才能体会大数据时代的发展。
从地理空间信息角度看待大数据，可以从两方面分析，一是符合大量、多样、高速、价值等4V特征的空间大数据，主要是在地理空间大数据中通过数据挖掘发现知识和规律，这是信息化测绘技术和应用的拓展;另一方面，信息化测绘中的大数据，多要素、多源异构、多维、多尺度、多时相数据构成了一个海量的、复杂的数据体，过去主要用来解决特定尺度下、特定地物的精确描述问题，数据体的价值远没有发挥，例如时变信息、多要素相关性信息、变化规律信息等，尽管这个数据体主要是结构化和半结构化数据，但大数据理论和技术对于提升信息化测绘水平和能力仍具有重要价值。
二、科技影响测绘地理信息技术
(一)技术革命对大地测量与卫星导航的推动
测绘技术依赖于相关科学技术的发展。测绘技术刚开始是靠光学，之后发展到光电结合，到光电机技术，到现在卫星遥感技术。测绘技术越来越成熟，过去做一个基准网要花几十年、几十万人力去做，现在只要一天就可以完成。而且做完这些网没有用处。过去坐标都是从基准点上取得的，而且现在测一个点所花的时间比找这个点的时间还要少，还有谁会去找点?这就是GPS布网带来的颠覆性革命。基准的建立与维持方式也发生了变革，过去测高程采用的是传统测绘方法，测绘地理信息部门与水利部、总参测绘局等共4个部门测了20多年才完成。现在高程测量已经完全由计算机模型完成。随着测绘技术的发展，大地测量任务经过革命性颠覆之后产生了新的发展思路，全球气候变化、地下水、地表水等都可用卫星实行监测。还可以与气象学结合测降水量，与地震学结合利用GNSS来观测地壳的活动状况。
(二)技术革命对摄影测量与遥感的推动
技术革命对摄影测量与遥感也有推动作用。过去需要人力完成，现在GPS加IMU的使用，减少了野外工作的作业量，使野外作业变得简单(如图1所示)。另外航测技术发展迅速，回顾一下从航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)到全球数字高程模型(WorldDEM)的发展，过去做SRTM的时间、周期、劳动成本都非常大，而现在WorldDEM的空间分辨率可以达到12m，相对精度达到2m，绝对精度达到4m。从这些数据可以看出，从SRTM到WorldDEM是一个量级的变化过程。此外，从1960到2014的统计数据可以看出，卫星遥感影像分辨率不断提高。
图1技术革命对摄影测量与遥感的推动
(三)技术革命对制图的影响
技术革命对地图制图具有重要的影响。过去制图非常复杂，要经过众多工序，而现在纸质地图基本上已经被电子地图替代。尤其是移动端快速发展之后，更多的人习惯在手机上使用电子地图。地图制图的概念发生了变化，在过去对制图精度的基本要求为0.1mm，此要求推动了测绘精准度的发展，但在现在却已成为了发展的局限。现在地图不是人来测量，而是卫星测量，所以不再需要划分比例尺，而是取决于原始观测的分辨率。国家测绘局在标准比例尺方面投入了很多财力，而这些钱都消耗在传统模式上，甚至由很多没做过一线生产工作的人员制定了标准。形势要求我们要有前瞻意识，跟上时代发展的变化。
(四)技术推动产业发展
我国测绘地理信息由1990年之前模拟解析时代的行业应用，发展到2D时代的行业更新，到3D时代的行业升级，到现在4D时代的行业演变产业，科技是主要驱动力(如图2所示)。测绘地理信息产业更加强调实用性，服务于基层用户。例如之前提到的0.1mm的精度，学科上要强调这样的高精度，但在应用产业方面并不强调，如果强调的话就不会有高德、凯立德这种具有实用性的电子地图导航软件的产生与发展。
2014年国家发展改革委与国家测绘地理信息局组织编制的《国家地理信息产业发展规划(2014-2020年)》中提到：预计到2020年，测绘地理信息产业的总产值会超过8000亿元。表明产业的经费将主要来源于市场。而现在产业的经费主要来源于国家和地方政府，如果一个企业的经费主要来自国家就不会有很好的发展前景。
图2 测绘地理信息行业至产业的发展历程
三、问题和对策
以下是对测绘地理信息工作及产业发展的一些思考。
首先，从测图为主到以地理信息服务为主的发展过程中，测绘生产和测绘成果应用并未彻底打破旧技术体系的束缚。一是仍然在比例尺、精度、地物综合三者约束中，采用以比例尺为核心的技术指标体系，且测绘内容主要是面向军事、基础建设等，尽管现在做了扩展要素采集，但仍然不够。二是三维地理信息二维表示。过去由于纸质载体无法表示三维信息，但在数字化载体发展迅速的今天仍然没有三维DLG，且目前的空间数据库中仍然是二维线划图，舍弃了采集过程中的高程信息，十分可惜。三是数字高程模型精度不高，由于从纸质地形图或者摄影测量手段获取的DEM精度不高，导致了DEM工程价值不高。且数字正射影像匀光改善了视觉效果，但失去了地物反演的辐射传输关系，基本上只能作为各类工作底图使用。类似的问题还有很多。
其次，测绘成果缺乏质量有效期，将制约地理信息服务。尤其是保密成果需要一个时效期，不要让每一个测绘工作者都带着秘密去工作。地理信息服务不仅面向公益，还要面向市场需求，一旦进入了市场，就可能要承担质量责任。另外，需要尽快建立测绘成果出库前或者提交前的质量检验技术体系和管理体系，策划与时效性和生产周期关联的测绘地理信息成果和产品种类，满足快速需求。
第三，加强数字城市地理空间框架建设的后续规划。国家测绘地理信息局一直很重视这个问题，目前已经完成了300多个城市数字城市建设，而且已经启动智慧城市时空信息云平台的建设工程，要做好相关方面的后续规划。另外，目前每个省3-5个典型示范没有形成星火燎原之势，总体上依赖政府投入，缺乏主动发展的愿望和能力。
第四，进一步加强地理信息资源建设能力。目前测绘由陆地向海洋、由国内向国外、由静态向动态等将是发展必然。欧美已具备日度影像获取能力;日本虽然没有完整的测绘体系，但最近两年已经成为除了欧美以外的世界先导。我们应该关注地理信息需求和世界发展水平，在各个层次上做好规划，逐步推进。目前，一些省、部委、企业制订了各自的遥感卫星发展计划，出现了快速但无序的态势，建议国家进行遥感对地观测顶层设计，通过制度和市场两种手段引导，实现遥感对地观测能力建设的可持续发展，既解决国家层面的能力问题，又解决市场层面的投资收益问题。
第五，从现代测绘技术体系整体出发，梳理、修订和规划测绘地理信息标准。现有的大地测量标准完全不符合实际，要打破大地测量、航空摄影测量和地图制图与地理信息工程等各自发展过程中形成的界限，整体考量设计生产方式、技术方法、技术指标以及质量控制等体系。修订由于过去技术和生产条件限制造成的不合理技术指标。另外新技术、新产品、新需求发展很快，要加快标准制定。最后推动我国自主测绘地理信息标准的国际化。
第六，信息化测绘发展过程中也存在一些问题。尽管一些专家、学者提出和探索建立“智能化测绘”体系，但是信息技术革命远没有完成，因此，信息化测绘体系建设还将持续相当长一段时期。应该根据技术和需求，规划信息化测绘的阶段发展目标。美国在2012年12月发布的《全球趋势2030》中指出，对全球经济发展最具影响力的四类技术是信息、自动化和制造、资源以及健康技术，其中智慧城市是信息技术的重要内容。所以我们要抓住大数据、智慧城市、移动技术、云计算“大智移云”战略发展机遇，按照时空基准体系、地理空间信息实时获取体系、地理空间信息自动化快速处理体系、地理空间信息网络化服务体系四个体系规划信息化测绘发展目标。
最后，缺乏对重复测量成果判断依据和机制。目前高可靠性的地物分类是难题，实际上可以把这些分类建立一个库，把重复的部分剔除掉。另外地学统计观测成果统计分析的价值远远没有挖掘。
对于这些问题的解决对策就是孕育新技术，包括大数据、智慧城市、移动技术、云计算四个体系，并且要突破思维束缚，提高实时能力、全球能力、服务能力和创作能力。(如图3所示)
图3 寻求突破孕育新技术
以上所谈的几个问题，还不能全面阐述我国目前信息化测绘所面临的问题。建议国家测绘地理信息局组织专家进行专题研讨和专题研究，打破传统测绘思维的束缚、打破学科壁垒、打破行业管理和应用壁垒，从强国和大国角度思考，面向需求、面向测绘技术进步，兼顾公益和产业特性，提出新型信息化测绘体系，特别是要思考引发新一轮测绘体系变革的颠覆性思维和技术是什么?
声明：中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。
