黄金森：实景三维开启地理智能新时代
导读
日前，以“实景三维 协同建设 创新发展 共筑辉煌”为主题的实景三维中国建设分论坛在德清顺利举行。会上，吉奥时空高级副总裁兼技术与发展研究院院长黄金森作《实景三维开启地理智能时代》主题报告。以下文字根据报告录音整理摘录。
01
从“地理分析”到“地理智能”
地理分析计算是我们认识自然和改造自然过程中的一项基本方法。电子地图的出现彻底改变了地理分析和地图分析的方式方法，带来方便快捷的同时，还蕴藏着极大的待发掘空间。随着数据湖、深度学习、可视化、图论与关系网络等技术的快速发展与应用，对地理空间分析的发展具有深远影响。在大数据时代，如何利用信息技术赋能地理分析智能化、精准化和普适化，这是时代赋予我们地理信息工作者的新命题！
当前，地理分析正逐步走向智能化时代，具有以下两个明显特征：
一是解决自然地理空间和社会人文地理空间产生的很多科学难题，有了新方法和新技术的支持，例如空间表征学习、时空预测和空间插值、对地资源环境监测、地图学（风格化、内容查找、自动制图）、地理文本语义分析等方向的智能模型大量涌现；
二是不断产生的时空数据可以支持人工智能模型训练和新算法的研发，比如遥感卫星数据、人口移动位置大数据、车辆运营轨迹数据、众包数据等，但是如何充分利用现有计算机技术发展成果，解决有限的地理空间标注数据问题，破解模型可迁移性和可解释性较弱问题，以及应对地理空间语义分析和推理能力不足等问题，还有很长的一段路要走。
我们认为，推动“地理分析”向“地理智能”转变，迫在眉睫。要实现“地理智能”，需要融合空间信息、丰富数据资源和人工智能技术，智能化地解决生产、生活中与地理空间相关的各类问题，并以人们最容易接受的可视化方式进行模拟和表达，满足场景复杂、关系复杂、数据量庞大、可视化要求高等一系列需求。
02
实景三维推动地理计算智能化
新的模型推动计算方式变革
党中央和自然资源部对时空信息、时空数据基础、空间基底作为新型基础设施作出了明确的指引，实景三维的建设就是在这样的政策大背景之下应运而生。在新时期，对地理信息的要求已经非常明确，传统测绘与新型测绘的区别，我们总结为：要求交付物为数据，一切要围绕信息，要具备相当的语义，要能够反映各种属性，要能够让计算机识别，可以自动计算，更新要快等等。
因此，需要从底层的数据模型入手，突破传统GIS数据与现实世界关联有限的瓶颈，研究并设计更适合需求的“地理实体数据模型”。从时间空间基准入手，实现地理数据与业务数据的匹配融合，构建位置与业务无缝衔接的地理空间基准。从空间信息表达与应用的需求入手，制定和生产新型的地理信息。
自然资源部实景三维专家组制定了新的地理实体的数据模型，从实体编码、空间特征、关系特征、属性特征四个方面，完整地对地理实体进行了描述。新的实体模型使得多维度的信息关联和融合变得更加容易，方式也发生了改变。同时，这种关联融合不会因为表现形态的不同而改变，从而使我们从传统的图形、地图的限制中走出来，提供了一个万物互联的数据基础，也为地理计算和分析结果提供了更加丰富的表现形式。
地理信息数据资源概念扩展
这是被大家广泛认知的基础测绘的产品体系，包括基础地理实体、地理场景、标准产品、应用产品等等，但我们认为在实际应用中，仅有这些是不够的。
我们认为：在原有的基础测绘和实景三维数据成果基础上，进行处理计算和派生产生的一些具有基础性的数据，应该也是地理数据资源或者说地理数据要素。我们把这些派生数据至少分为两大类，一类是数值类，一类是关系类。在实际应用中，如果可以直接采用这样的数据集进行空间计算，或者说空间查询，将会带来极大的便利。这些数据不是法定数据，是增值数据，也是一种数据资源，同时也是一种数据要素。
以距离类的扩展数据集为例。比如说住宅楼到小超市、菜场、药店、洗衣店、水果店等民生设施的距离，可以形成距离数据集。而使用这些数据集的人，无需GIS专业知识，无需具备专业化能力，直接进行语义检索，直接获取计算结果，自动进行空间展示，这就极大方便和扩展了应用和使用场景。
03
实景三维开创地理智能新时代
数据驱动的地理计算新范式
以地理实体为核心的地理实体图形数据将专注于空间计算，其中图形信息负责空间计算，身份信息负责参与大数据计算；而地理实体的语义则专注于信息关联，那么，多个关键问题就迎刃而解了：
第一，地理信息唯一性问题，可以通过基于语义的地理对象模型来进行解决；
第二，与政务信息的关联问题，可以理解为是基于语义的关联，通过基于地理实体的时空知识图谱来解决；
第三，时空大数据管理和服务的问题，包括存储、管理、扩展的地理资源，地理服务，采用基于语义的地理计算来进行解决。
以步行15分钟的“社区公园绿地”可达性、覆盖率空间分析为例。传统做法是找基础数据、根据条件挑出计算用的数据，组成图层，进行计算。条件改变了，以上事情重新来过。现在不同了，城市体检分析人员只需要从中找出相应的对象数据，那么相应的距离信息也就找到了。他们会使用自己熟悉的大数据工具，无需再为空间计算烦恼。计算结果只需传送地理实体唯一身份码给服务平台，就可得到相应的可视化地理信息展示。城市体检150多个指标，98个需要空间计算和分析，海量重复性空间计算需要耗费大量的时间和人力。一个中等城市，原来一个人3-6个月的工作量，现在一天就可以完成。目前该项成果吉奥已获取专利并应用于多个住建部门的城市体检业务中。
另外，以自然资源数据仓库建设为例：在嘉兴，基于自然资源实体将国土空间规划、三调、地理国情、基础测绘四项数据，融合为自然资源的一张底图，实现了数据成果的分类统一、边界吻合、时序一致和上下贯通。结合业务数据的实体化，共同构成了嘉兴市自然资源数据统一的数据仓库。统一的数据仓库发挥了巨大的作用，在去年嘉兴的城市空间监测中，原来980平方公里约20个人六个月的工作量，采用实体变化发现和统计技术后，只需要三天即可完成。由此可见，数据演化过程更加容易模拟了。
实景三维应用场景前景广阔
实景三维不仅能够在计算机中构造一个由地理实体构建的城市外壳，还能够对城市组成“细胞”进行标识和处理，建立基于这些细胞的城市影像。数字孪生技术将城市中的人流、物流、信息流、基础设施的运转、运作进行模拟，找出不足，进行调优。
实景三维相关建设成果，如果融入到政务业务循环中，可为用户提供更加丰富环境信息和立面信息的实景可视化环境，有效地支持管理和决策等高级应用。随着技术的不断发展，将在自然资源、水利、交通、环保、应急、农业等领域进行更加深入而广泛地应用。
自然资源方面，围绕着自然资源山、水、林、田、湖、草和城镇村等自然资源管理要素，建立全要素孪生三维立体系统，服务于从国土空间规划、生态保护到批、供、用、补、查等全业务链。
借助实景三维核心技术，统筹国土空间规划、建设、管理，为社会与经济发展提供保障；通过万物互联、智能感知，有力推进保障粮食、生态安全；基于数据驱动，实现土地利用现状二三维一体化管理；结合不动产登记管理的立体化、复杂化需求，构建三维不动产管理应用，真实还原不动产周边环境，满足要素管理需求。同时，清晰表达不动产单元内部结构，实现不动产登记“地块、楼栋、分户”一体化、精细化管理。
在城市治理方面，以二三维一体化地理孪生平台为基础，为公安、消防、水务、交通、社会治理、政务等智慧城市建设提供基础的地理信息服务，为城市信息模型（CIM）建设提供基础的服务支撑。
通过挂接人口、法人、房屋、事件、通讯等社会治理基本要素，构建了服务社会治理块数据空间底板，为网格单元基层事务管理提供了二三维一体化的实景服务，实现了基层社会治理的重点人事物、重点区域的精细化管理。
以深圳为例，建立了全市统一地址库，包含56万栋楼栋编码与1327万房间编码。以统一标准打造智能化社会治理底板，将全市1763万实有人口、430万家企业完成落块工作，建立了数据动态机制。截至2022年12月，全市32个单位累计调用统一地址服务4.6亿次。
04
未来与展望
历史的洪流，在时序更替中奔腾。关于未来，我们还有很多畅想……我们认为实景三维将提供的是一个专业的行业应用时空基准和底板，不仅作为空间信息交换共享的基准单位，还是精准化空间计算的对象和基础单元，更重要的是将作为应用场景的时空构成部件！
如果技术是颗种子，那么应用场景就是土壤。当种子找到了土壤、适应了环境，技术就有了生命，才会有生长、迭代、发展的可能，最终生长成一个新的形态，与环境互相影响和共生共存。未来，吉奥时空愿与业界一起在多领域展开深度融合与探索应用，共同推动政务管理“智治”、多源信息“智联”、公众服务“智用”，为赋能国家治理体系和治理能力现代化而不懈奋斗。
