作者簡介：李濱，地理空間信息學(xué)者，北京大學(xué)GIS博士，曾任職于NTT DATA、Leica 和Trimble 公司。主要研究興趣包括空間信息三維建模、環(huán)境遙感、全球空天信息剖分網(wǎng)格理論與應(yīng)用等。
前面說了地理網(wǎng)格的基本概念和發(fā)展歷史，下面說一下與大家日常生活緊密相關(guān)的地理網(wǎng)格的應(yīng)用。
位置和區(qū)位標(biāo)識
位置是我們?nèi)粘Ｉ钪袔缀跆焯鞎龅降囊粋€問題。比如上班的公司在什么位置，今天朋友聚會在哪里，某個景區(qū)在什么地點，海上救援的時候事故船只在什么方位、你的家鄉(xiāng)在哪里……等等諸如此類，都是與位置相關(guān)的問題。而位置的標(biāo)識，也有很多的方式和方法。比如人民英雄紀(jì)念碑的位置，其名稱“人民英雄紀(jì)念碑”本身就是一個位置標(biāo)識，在地圖上就是一個POI點，同時也可以用東經(jīng)和北緯這樣的經(jīng)緯度組合標(biāo)識，也可以用文字描述為天安門南約463米，正陽門北約440米。以上說的是點狀位置，如果要標(biāo)識一個區(qū)域的位置和范圍，那就涉及到區(qū)位的標(biāo)識，通?？梢杂靡唤M多邊形坐標(biāo)串，或中心點坐標(biāo)加半徑范圍來表達。
相對來說，用經(jīng)緯度作為位置標(biāo)識在日常大眾生活中比較少見，用經(jīng)緯度作為位置標(biāo)識會比較的復(fù)雜也不利于記憶和信息交流，而用文字描述則存在語義的歧義性。因此，用地理網(wǎng)格進行位置和區(qū)位的標(biāo)識從二戰(zhàn)時期開始有了深入和持續(xù)的研究，比如美國的USNG、Google的Open Location Code、我國的GeoSOT、全球?qū)Ш骄W(wǎng)格碼(GNGC)等。
地理網(wǎng)格用于位置和區(qū)位的標(biāo)識，已經(jīng)有了很多的應(yīng)用，比如我們的長途電話區(qū)號、我們的郵政編碼、我們的行政區(qū)劃代碼等，都是不規(guī)則地理網(wǎng)格用于區(qū)位標(biāo)識的實例;而像1:100萬地圖分幅，則是規(guī)則地理網(wǎng)格用于區(qū)位標(biāo)識。2004年北京市東城區(qū)在全國范圍內(nèi)率先實施了網(wǎng)格化城市管理，將市政道路等公共區(qū)域劃分成1652個“萬米網(wǎng)格”，每個網(wǎng)格都標(biāo)識了一定的城市區(qū)域范圍并確定了城市管理空間區(qū)域、管理對象、管理方式和管理主體等內(nèi)容。
數(shù)據(jù)組織
地理網(wǎng)格的另一個應(yīng)用是空間數(shù)據(jù)的組織。所謂空間信息組織，就是針對應(yīng)用的需要，以影像、地圖等各類空間信息資源為對象，根據(jù)其空間、時間及屬性特征，將雜亂無序的空間信息組織為有序集合，并進行高效存儲和快速檢索的技術(shù)體系。
人類對空間信息的組織，其發(fā)展歷程大致經(jīng)過了四個階段：紙質(zhì)地圖組織、數(shù)字地圖組織、數(shù)據(jù)庫組織和全球信息一體化組織。在紙質(zhì)地圖階段，空間信息組織的核心內(nèi)容是地圖繪制問題。后來科技進步，計算機應(yīng)用于輔助地圖的生產(chǎn)與制作而出現(xiàn)了計算機輔助制圖系統(tǒng)，數(shù)字地圖應(yīng)運而生。在該階段空間信息組織首次實現(xiàn)了數(shù)字化組織，但其信息組織主要體現(xiàn)在數(shù)字地圖內(nèi)容的索引管理上，組織的內(nèi)容還比較有限。二十世紀(jì)六十年代的GIS的出現(xiàn)和發(fā)展促進了空間信息組織的研究與應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫是GIS數(shù)據(jù)管理的支撐技術(shù)之一，因而GIS技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)緊密結(jié)合，形成了頗具特色的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)體系，建立了空間信息中實體、要素、屬性等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和交互關(guān)系， 提高了空間信息的集成與統(tǒng)一表達能力;同時分布式空間數(shù)據(jù)庫的發(fā)展一定程度上解決了大規(guī)模海量空間信息的分散組織、存儲與索引等問題。
隨著GIS應(yīng)用的發(fā)展，GIS需要處理的空間范圍和數(shù)據(jù)種類日益增加，涉及到的應(yīng)用尺度從局部到全球，數(shù)據(jù)量也達到TB乃至PB級，這對空間信息組織的數(shù)據(jù)量和尺度范圍都提出了全新的要求，涉及到了對傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)組織體系的組織基準(zhǔn)、組織框架、信息編碼、信息表達、信息計算等內(nèi)容。而地理網(wǎng)格理論與應(yīng)用的一個重要方面就是空間信息組織。將空間信息以地理網(wǎng)格的方式進行組織具有全球性、連續(xù)性、層次性等特點，并已初步展露出了利用網(wǎng)格進行空間信息組織的優(yōu)勢。
信息共享
由于空間數(shù)據(jù)的來源方式眾多，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)在歷史上并不統(tǒng)一，這就造成了信息共享一直是研究和應(yīng)用領(lǐng)域的一個難點。除了對地觀測技術(shù)帶來的傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)，目前空間數(shù)據(jù)來源還包含各種新興的網(wǎng)絡(luò)社交媒體和各種可穿戴設(shè)備、移動終端、應(yīng)用APP提供的個人行為數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)和提取的信息如何實現(xiàn)跨部門、跨領(lǐng)域、跨平臺的信息共享，也成為我們這個時代的一個挑戰(zhàn)。
而空間信息有一個特點，它是反映地理實體空間分布特征?？臻g分布特征包括了對象的位置、形狀及實體間的空間關(guān)系、區(qū)域空間結(jié)構(gòu)關(guān)系等。因此，空間信息描述的對象一定是包含空間位置的，而這個記錄的位置在地理空間上具有唯一性。這個唯一性也就是地理網(wǎng)格作為信息共享的優(yōu)勢基礎(chǔ)。以地理網(wǎng)格作為唯一性的標(biāo)識，將其他的屬性信息和空間關(guān)系、區(qū)域結(jié)構(gòu)關(guān)系等信息以空間位置作為紐帶，就可以實現(xiàn)多源異構(gòu)空間信息的共享。
相對于利用空間坐標(biāo)比如經(jīng)緯度坐標(biāo)對位置進行的標(biāo)識，地理網(wǎng)格優(yōu)于網(wǎng)格自身具有一定的空間范圍從而提升了對空間信息表達的適應(yīng)程度。測量誤差的存在和數(shù)據(jù)記錄的方式會造成同一個人測量同一個點的經(jīng)緯度值是有差別的?？赡苓@個誤差在一個毫米，但用經(jīng)緯度記錄就是兩個數(shù)值，而如果用一個誤差允許范圍內(nèi)的網(wǎng)格表達，那就是同一個值。地理網(wǎng)格的粒度特性是其在數(shù)據(jù)共享方面與傳統(tǒng)的坐標(biāo)表達相比的優(yōu)勢之一。
大數(shù)據(jù)分析
大數(shù)據(jù)這個詞已經(jīng)成為這個時代的一個熱點，尤其是受到互聯(lián)網(wǎng)巨頭公司如Google、Facebook、Twitter、BAT等的推動，他們本身就擁有豐富的大數(shù)據(jù)資源，同時也為大數(shù)據(jù)分析提供了相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)，從大數(shù)據(jù)分析中提取用戶行為信息以提升用戶體驗并提升贏利，他們本身也是大數(shù)據(jù)技術(shù)的受益者。在這一波大數(shù)據(jù)的潮流中，各個國家和政府也把大數(shù)據(jù)作為一個重要建設(shè)內(nèi)容上升到戰(zhàn)略層面。中國政府也在2014年3月首次在《政府工作報告》中提出了“大數(shù)據(jù)”一詞并于2015年11月在“十三五”規(guī)劃建議中把大數(shù)據(jù)上升為國家戰(zhàn)略。未來五到十年，我國大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用的目標(biāo)將惠及全民并助力經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。
對于大數(shù)據(jù)，重要的有兩個方面，一個是數(shù)據(jù)，第二個是分析。數(shù)據(jù)多不是大數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)集中在一起不是大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)全才是大數(shù)據(jù)。在需要的時候能快速從全的數(shù)據(jù)中獲取有用的信息，這種數(shù)據(jù)集，才能稱為大數(shù)據(jù)。
對于大數(shù)據(jù)的分析處理，面對大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體量龐大和數(shù)據(jù)變化快和不斷積累的特點，要求分析處理的速度也必須匹配。這就涉及到數(shù)據(jù)采集整合、數(shù)據(jù)存儲運算、數(shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都要體現(xiàn)一個“快”字。這樣一個合適的快速分析處理工具就顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計，地球上人類的社會、經(jīng)濟、人文等信息中大概80%均和地理空間位置有關(guān)。而且大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)也是為了惠及全民。所以，大數(shù)據(jù)分析主要是為“人”服務(wù)，而“人”是與空間位置高度相關(guān)的。因此，地理網(wǎng)格可以成為大數(shù)據(jù)分析的一個重要的手段。
利用地理網(wǎng)格進行數(shù)據(jù)分析已經(jīng)應(yīng)用于網(wǎng)格制圖的編制、人口調(diào)查統(tǒng)計分析、環(huán)境調(diào)查、資源調(diào)查、氣象、海洋、地質(zhì)等領(lǐng)域，包括中國的1km格網(wǎng)人口空間分布數(shù)據(jù)、美國國家地理信息分析中心的世界人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、美國能源部橡樹嶺國家實驗室的全球人口分部模型等。隨著大數(shù)據(jù)行業(yè)發(fā)展與應(yīng)用的深入，地理網(wǎng)格的優(yōu)勢將逐步凸顯，并將成為大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的一個重要的利器。
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