大數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用探索

陸明

（天津智信慧通信息技術(shù)有限公司，天津 300456）

一、大數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)概述

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)大數(shù)據(jù)的各種定義中，最具有代表性的是 3V、4V 的特征。李德仁和劉經(jīng)南分別對(duì)大數(shù)據(jù)5V——Volume，Velocity，Variety，Veracity，Value 的特征進(jìn)行同詞異譯的闡釋［1］。時(shí)空大數(shù)據(jù)信息量龐大等特點(diǎn)，使其研究方式較傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)模型的研究手段有所不同，已故圖靈獎(jiǎng)得主吉姆·格雷將大數(shù)據(jù)研究從計(jì)算科學(xué)(第三范式)中剝離成為一種新的科研范式，即數(shù)據(jù)密集型科研“第四范式(the fourth paradigm)”。同樣，王家耀認(rèn)為“大數(shù)據(jù)”的出現(xiàn)為科學(xué)研究帶來(lái)“第四范式”［2］，為地理研究所面臨的具有本質(zhì)性的理論、技術(shù)和方法挑戰(zhàn)帶來(lái)新的可能，在大數(shù)據(jù)的推動(dòng)下，時(shí)空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)生變化，或許會(huì)構(gòu)成以時(shí)空大數(shù)據(jù)科學(xué)為中心的理論體系。雖說(shuō)這樣的結(jié)論有待進(jìn)一步考證，但時(shí)空大數(shù)據(jù)已勢(shì)不可當(dāng)?shù)剡\(yùn)用于地理學(xué)、社會(huì)學(xué)、生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對(duì)各學(xué)科傳統(tǒng)研究方式、理論和尺度產(chǎn)生沖擊。

“大數(shù)據(jù)”并不單指一項(xiàng)具體的技術(shù)或是一類產(chǎn)品，當(dāng)前信息技術(shù)是一個(gè)比較抽象的概念，有著很大的發(fā)展趨勢(shì)。這個(gè)概念之所以被稱作“大數(shù)據(jù)”原因在于這種概念的表現(xiàn)形式與我們常見(jiàn)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)有根本上的不同，“大數(shù)據(jù)”所包含的數(shù)據(jù)量更加龐大、數(shù)據(jù)的種類紛繁復(fù)雜、可以使用多種途徑獲得數(shù)據(jù)、沒(méi)有明確的結(jié)構(gòu)、傳播的速度更快。在大數(shù)據(jù)時(shí)代之下互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始與各行各業(yè)進(jìn)行融合并朝著深度融合的方向發(fā)展，各行各業(yè)都在實(shí)踐中探索與互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行契合的切入點(diǎn)，以推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新［1］。對(duì)于測(cè)繪信息部門來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)時(shí)代的意義在于機(jī)遇與挑戰(zhàn)，主要的原因就是現(xiàn)代地理信息產(chǎn)業(yè)將在未來(lái)地理信息系統(tǒng)當(dāng)中創(chuàng)建出更多的大數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)也將幫助地理信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展，也就是說(shuō)兩者屬于協(xié)同發(fā)展的情況，因此要求未來(lái)大數(shù)據(jù)時(shí)代下我國(guó)地理信息部門以及相關(guān)行業(yè)在新一輪的變革機(jī)遇影響下，需要更好的對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行考核，發(fā)現(xiàn)其中帶來(lái)的更大商機(jī)。未來(lái)企業(yè)需要結(jié)合大數(shù)據(jù)時(shí)代下社會(huì)各行業(yè)對(duì)工作業(yè)務(wù)流程的實(shí)際需求，從而更好的幫助地理信息相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)全新的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，幫助我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)能夠適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求。

二、地理信息系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)下面臨的全新挑戰(zhàn)

（一）大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題

首先在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，地理空間數(shù)據(jù)量將會(huì)進(jìn)一步的提升與增加，并且提升的速度將會(huì)達(dá)到非常迅猛的狀態(tài)，幾乎能夠達(dá)到指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。同時(shí)在發(fā)展的過(guò)程中地理空間數(shù)據(jù)相關(guān)問(wèn)題也顯現(xiàn)出來(lái)，因此需要對(duì)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行研究，而這正是未來(lái)地理信息系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的主要研究?jī)?nèi)容，站在這一角度上來(lái)看，未來(lái)大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)需要幫助地理信息系統(tǒng)解決更多的大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存問(wèn)題，同時(shí)大數(shù)據(jù)還需要關(guān)注自身如何將地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享。又如何才能夠保護(hù)大數(shù)據(jù)分享下的文件?對(duì)于一些大量的重復(fù)數(shù)據(jù)又該怎么處理? 這些都是需要面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

（二）大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理

在實(shí)際處理與使用的過(guò)程中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式很難控制這些數(shù)量極大的數(shù)據(jù)。在這種情況的影響下，未來(lái)如何能夠提升大數(shù)據(jù)量計(jì)算的能力，提升數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新率、迎合廣大用戶應(yīng)用需求等等，這些都是需要進(jìn)行處理與管理的問(wèn)題。未來(lái)這一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)在大數(shù)據(jù)時(shí)代下將會(huì)發(fā)揮出更大的影響，因此也需要更多的高度重視。

三、大數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用及其要求

（一）大數(shù)據(jù)量的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，使得硬盤的成本進(jìn)一步下降，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存技術(shù)成本也隨之下降。未來(lái)大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存更加容易，甚至當(dāng)下個(gè)人電腦的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量也能夠達(dá)到1TB左右，單個(gè)磁盤陣列服務(wù)器的容量能夠達(dá)到30TB，這代表著我國(guó)大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步。然而在客觀世界不斷變化的過(guò)程中，地理信息系統(tǒng)需要在更多的方面進(jìn)行應(yīng)用，其中包括有應(yīng)急保障、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、分析決策等等方面，這在一定的程度上要求能夠提升數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率。一旦無(wú)法提升這方面的能力，那么將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)地理信息系統(tǒng)的性能受到一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的作用。因此，在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中地理信息系統(tǒng)需要具備有高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

（二）支持豐富的數(shù)據(jù)類型

地理信息數(shù)據(jù)的來(lái)源非常豐富，因此種類也十分的多樣，對(duì)于一些較少的數(shù)據(jù)或者說(shuō)在其他領(lǐng)域應(yīng)用的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)時(shí)代下地理信息系統(tǒng)需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化。一般來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)規(guī)范化的主要方式就是使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、人工整理等等一系列的途徑，主要的目的在于保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)多種類型的數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)存儲(chǔ)要求的不符合，而這對(duì)于大數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)將會(huì)造成較為嚴(yán)重的影響，想要解決這一問(wèn)題就需要使用原始的非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)?；蛘哒f(shuō)地理新系統(tǒng)的特殊性決定了需要對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，因此要求數(shù)據(jù)庫(kù)必須要能夠支持多種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行共同存儲(chǔ)。

（三）數(shù)據(jù)庫(kù)需要具備有非常良好的可伸縮性和可擴(kuò)展性

大數(shù)據(jù)時(shí)期的來(lái)臨，要求地理信息系統(tǒng)能夠有全新的發(fā)展方向，而現(xiàn)如今地理信息系統(tǒng)當(dāng)中蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)正在飛速上漲，這代表著未來(lái)需要轉(zhuǎn)換管理方式。如果說(shuō)依舊使用傳統(tǒng)方式來(lái)管理數(shù)據(jù)，那么就需要將數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展和審計(jì)。現(xiàn)如今發(fā)展的過(guò)程中，使用次數(shù)較多的數(shù)據(jù)庫(kù)格式就是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，這種數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)行升級(jí)與加強(qiáng)，從而更好的幫助這類型數(shù)據(jù)庫(kù)在今后使用的過(guò)程中進(jìn)行分割與非規(guī)劃擴(kuò)展。一般情況下，數(shù)據(jù)想要進(jìn)行升級(jí)處理，就需要將數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分，而這往往會(huì)耗費(fèi)大量的資源。除此之外升級(jí)時(shí)由于服務(wù)器的自身狀態(tài)，很多時(shí)候無(wú)法對(duì)性能和容量產(chǎn)生非常大的提升。同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分割之后對(duì)于一些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存可以說(shuō)非常不適合，然而地理信息系統(tǒng)當(dāng)中又擁有著非常多的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致程序以及模型的獨(dú)立性受到了嚴(yán)重的破壞。針對(duì)于這種情況如果使用非規(guī)范化的處理，不僅僅會(huì)增加大量的冗余，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性維護(hù)難度大大提升。由此來(lái)看，未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中需要將地理信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，保證其擁有非常良好的可伸縮性和可擴(kuò)展性。

（四）地理信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)快速處理

地理信息系統(tǒng)在實(shí)際發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)的快速處理有著非常大的作用，總的來(lái)說(shuō)就是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)當(dāng)中包括了對(duì)數(shù)據(jù)的各項(xiàng)處理工作以及技術(shù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為BSON 格式，能夠更好的省略數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的各項(xiàng)工作以及過(guò)程，從而搭建出具有更好空間索引水平的數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方式的主要目的就是為了在最大程度上提升數(shù)據(jù)查詢和訪問(wèn)的效率。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，未來(lái)大數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用有著非常重要的意義。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，未來(lái)各項(xiàng)技術(shù)得到了全新的發(fā)展，而這些技術(shù)對(duì)于地理信息系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展與提升有著非常重要的意義，其中包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等等。在這一基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)能夠推動(dòng)我國(guó)地理信息系統(tǒng)格局的進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展。為了保證大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠在地理信息系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更加廣泛的提升，地理信息部門以及相關(guān)企業(yè)都需要更加重視大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)不斷推動(dòng)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，從而挖掘出大數(shù)據(jù)技術(shù)帶來(lái)的好處。