3 地球空间信息学必须解决的关键技术问题
上述大数据时代地球空间信息学的时代特点表明，地球空间信息学科一定要抓住大数据带来的机遇，迎接新需求带来的挑战，坚持自主创新，深化理论研究，认真解决关键技术问题。除了利用多年来地球空间信息学已有的研究成果外，天地一体化网络实时智能服务仍需要解决一些新的关键技术问题[16, 21]。
3.1 关键技术1：全球空天地一体化的非线性地球参考框架构建技术
利用装载有GNSS接收机的高中低轨卫星、地面或星间可跟踪的高中低轨卫星，通过静态的地面跟踪站和动态的卫星和天体来共同构建和维持我国自主的全球时空基准。需突破：
(1) 综合多源观测技术建立全球统一历元地球参考框架的理论和方法;
(2) 非线性地球参考框架所涉及的地球构造、非构造影响因素时变特征分析;
(3) 全球动态地球框架非线性运动预测模型建立的理论方法与实现技术。
3.2 关键技术2：星基导航增强技术
利用低轨卫星上搭载星载GNSS接收机连续观测记录，结合激光测距等手段和现有地基增强系统，提高北斗卫星导航系统的实时定位精度。主要需突破：
(1) 基于低轨卫星观测值的导航卫星星历和钟差改正;
(2) 联合低轨卫星/导航卫星信号的精密单点定位技术;
(3) 低轨卫星和导航卫星的联合定轨;
(4) 星间激光测距与导航数据联合平差;
(5) 低轨导航星座优化设计。
3.3 关键技术3：天地一体化网络通信技术
为满足多源影像与视频信息传输、增强导航以及增强地面移动通信的需求，需要通过天网、地网的互联互通，构建天地一体化的通信网络。主要需突破：
(1) 多层次天基网络的广域覆盖;
(2) 业务驱动的空间通信与按需接入;
(3) 天地网络融合互联与无缝切换;
(4) 高动态环境下网络的自动路由与寻址;
(5) 天地一体化网络服务应用体系框架与支撑管理技术。
3.4 关键技术4：多源成像数据在轨处理技术
针对卫星影像与视频数据量大，星上数据存储、处理与传输能力受限的问题，通过星地资源协同调度与优化，提升数据处理和信息提取效率和自动化水平，主要需突破：
(1) 影像(视频)实时校正与几何定位;
(2) 影像典型目标在轨智能检测;
(3) 视频数据典型(运动)目标提取;
(4) 影像(视频)在轨数据智能压缩;
(5) 星上通用数据处理平台、架构与软件。
3.5 关键技术5：天基信息智能终端服务技术
系统除向专业用户(行业、部门)提供服务外，还需面向互联网大众信息消费的主流平台—智能手机与移动终端提供定制化的智能天基信息服务。需要突破：
(1) 面向星地通信网络的LBS服务;
(2) 移动终端多模定位技术;
(3) 新型天基增强导航芯片及核心原件制造;
(4) 消费级卫星通信终端(如手机卫星通信外壳);
(5) 基于星地通信网络的移动APP。
3.6 关键技术6：天基资源调度与网络安全
系统通过对卫星资源的动态组织调度，可实现卫星资源组织面向任务快速应变。同时，由于空间网络的开放特性，系统通信链路容易受到宇宙射线、电磁信号干扰，甚至恶意破坏。需突破：
(1) 多任务条件下卫星资源组织模型和求解算法;
(2) 适应任务和资源变化的资源快速重组技术;
(3) 卫星资源动态组织仿真验证和评价;
(4) 卫星网络可靠性理论与网络安全体系构架;
(5) 卫星网络抗毁安全路由与网络自愈技术。
3.7 关键技术7：基于载荷的多功能卫星平台设计与研制
按照“一星多用”要求，单个卫星平台需要集成遥感、导航、通信、数传等多种载荷，可根据任务需求实现能力可伸缩。需突破：
(1) 多类型卫星网络的载荷配置;
(2) 多载荷集成的卫星平台设计;
(3) 卫星多载荷一体化协同布局;
(4) 软卫星技术;
(5) 卫星的高性能与低成本卫星平台设计。
为了解决上述7个关键技术问题，需要充分利用相关学科的研究新成果，组织跨学科的协同攻关创新。
4 大数据时代地球空间信息学的新定义
1996年，国际标准化组织(ISO)曾经对地球空间信息学(geomatics)给出了它的定义：“Geomatics is a field of activity which，using a systematic approach，integrates all the means used to acquire and manage spatial data required as part of scientific，administrative，legal and technical operations involved in the process of production and management of spatial information.These activities include，but are not limited to，cartography，control surveying，digital mapping，geodesy，geographic information systems，hydrography，land information management，land surveying，mining surveying，photogrammetry and remote sensing.”ISO还给出以下的简明定义：“Geomatics is the modern scientific term referring to the integrated approach of measurement，analysis，management and display of spatial data”[22]。
从上述定义看出，地球空间信息学强调的是用各种手段和集成各种方法对地球及地球上的实体目标(physical objects)进行的空间数据采集、量测、分析、管理和显示，以及空间信息的提取、管理和应用。
今日，在大数据时代，地球空间信息学正在形成和具有本文所述的7大时代特征，因此应及时地赋予它新的符合时代特征的新定义：地球空间信息学是用各种手段和集成各种方法对地球及地球上的实体目标(physical objects)和人类活动(human activities)进行时空数据采集、信息提取、网络管理、知识发现、空间感知认知和智能位置服务的一门多学科交叉的科学和技术。
从这个新定义出发，地球空间信息学将在构建智慧地球和智慧城市的大数据时代面临更多的发展机遇，迎接更为光荣而艰巨的任务，它必将为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。
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