空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與應(yīng)用研究

引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?？臻g信息技術(shù)是指采用現(xiàn)代探測與傳感技術(shù)、攝影測量與遙感對地觀測技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等為主要手段，研究地球空間目標(biāo)與環(huán)境參數(shù)信息的獲取、分析、管理、存儲、傳輸、顯示、應(yīng)用的一門綜合和集成的信息科學(xué)和技術(shù)。

近年來，在物聯(lián)網(wǎng)概念及其應(yīng)用迅速發(fā)展的背景下，空間信息技術(shù)迎來了應(yīng)用與發(fā)展的新機(jī)遇，并逐漸顯示出了其在物聯(lián)網(wǎng)中的重要地位和不可替代的作用。探討空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與應(yīng)用，對于促進(jìn)多方的技術(shù)融合與協(xié)同發(fā)展。

1空間信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況

1.1空間信息技術(shù)的發(fā)展

空間信息技術(shù)是當(dāng)前人類獲取并處理大區(qū)域地球空間及其動態(tài)信息的唯一技術(shù)手段。隨著科技的進(jìn)步，空間信息技術(shù)無論是在單項(xiàng)技術(shù)還是在綜合集成上，都得以飛速發(fā)展，尤其是在1998年戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”概念后，世界各國均紛紛出臺相關(guān)的發(fā)展策略與長遠(yuǎn)規(guī)劃。目前,在空間信息獲取上,全球?qū)Φ赜^測能力不斷增強(qiáng)，人類逐步進(jìn)入一個多源、多時相、全方位和全天候?qū)Φ赜^測的新時代;在空間定位技術(shù)上,則以GPS、GLONASS、伽利略和北斗星系統(tǒng)為代表，在靜態(tài)動態(tài)定位精度、運(yùn)行可靠性以及實(shí)時數(shù)據(jù)上都得以改善與提高；在空間信息分析處理上，GIS作為集地理、測繪、計算機(jī)等多學(xué)科為一體的交叉綜合性學(xué)科快速發(fā)展，其以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出、組織和管理，更關(guān)鍵的是GIS提供了對信息的認(rèn)識表達(dá)、綜合分析、理解決策等方面的技術(shù)和模型，具有強(qiáng)大空間數(shù)據(jù)處理與空間信息分析功能，業(yè)已成為地球空間信息科學(xué)的重要理論內(nèi)涵與技術(shù)手段,是空間信息技術(shù)深化應(yīng)用的核心，并向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、三維化以及智能化等方向發(fā)展。

在具體的應(yīng)用上，國內(nèi)外相繼開展了數(shù)字地球、智慧地球、數(shù)字區(qū)域、數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)等一系列研究。目前的應(yīng)用已走出軍事、測繪等傳統(tǒng)領(lǐng)域，進(jìn)入經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展各個領(lǐng)域，包括資源環(huán)境、城鄉(xiāng)規(guī)劃、工程建設(shè)、交通、電力、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、電信、商業(yè)、旅游、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域以及大眾服務(wù)行業(yè)，并形成了規(guī)模強(qiáng)大的空間信息產(chǎn)業(yè)叫

1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)理念最早出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書叫1998年，美國麻省理工大學(xué)(MIT)提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想。1999年，美國Auto-ID首先明確提出“物聯(lián)網(wǎng)”概念。2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布《ITUInternetReports2005:TheInternetofthings》年度報告，正式將“物聯(lián)網(wǎng)”稱為“theInternetofThings”，并對物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行了擴(kuò)展叫目前，國外卜對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)、應(yīng)用主要集中在美、歐、日、韓等少數(shù)國家。2008年，歐盟智慧系統(tǒng)整合科技聯(lián)盟(EPOSS)發(fā)表《2020的物聯(lián)網(wǎng)：未來藍(lán)圖》的報告。2009年，彭明盛提出“智慧地球”概念，美國總統(tǒng)奧巴馬就職后，將“智慧地球”提升為國家層級的發(fā)展戰(zhàn)略，從而引起全球關(guān)注。2009年6月，歐盟委員會提交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》，隨后發(fā)布了其物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。日本政府自20世紀(jì)90年代中期以來相繼制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多項(xiàng)國家信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府自1997年起出臺了一系列推動國家信息化建設(shè)的產(chǎn)業(yè)政策。我國也在2006年的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》中將物聯(lián)網(wǎng)的核心傳感網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域。2009年，溫家寶總理提出“感知中國”概念，并于2010年《政府工作報告》中指出要加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用，國家工業(yè)和信息化部門也把物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展作為國家信息產(chǎn)業(yè)確定的三大發(fā)展目標(biāo)之一。

與基礎(chǔ)性研究同步，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究也取得了一定的進(jìn)展，在倉儲物流、假冒產(chǎn)品的防范、智能樓宇、路燈管理、智能電表、城市自來水網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療護(hù)理、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)傳感技術(shù)的精確應(yīng)用、智能化專家管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測和遙感系統(tǒng)、生物信息和診斷系統(tǒng)、食物安全追溯系統(tǒng)等領(lǐng)域體現(xiàn)了極大的應(yīng)用價值，并將發(fā)揮巨大的潛在作用。

2空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用

2.1為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間認(rèn)知的基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展，使得人們生活在一個由計算與通信技術(shù)構(gòu)成的信息空間與物理空間共存的空間中。在這個對偶空間中，既有存在從物理空間中獲取信息形成信息空間的組成過程，也有從信息空間向物理空間提供信息的反饋過程[6]。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要認(rèn)知物理空間，并促進(jìn)兩個空間的深度融合，而對于物理空間的認(rèn)知與基準(zhǔn)問題則應(yīng)包括幾何、物理和時間基準(zhǔn)等內(nèi)容，這些也恰是空間信息技術(shù)研究的基本問題?？臻g信息技術(shù)在確定空間信息幾何形態(tài)和時空分布上的技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用發(fā)展間接上奠定了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于物理空間的認(rèn)知基準(zhǔn)。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化是任何行業(yè)發(fā)展必須面對的問題,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由于其自身綜合性、交叉性等特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化問題尤為突出。而伴隨著空間信息技術(shù)發(fā)展形成的一系列空間信息標(biāo)準(zhǔn)，包括括數(shù)據(jù)的格式、精度、質(zhì)量以及信息的分類編碼、安全保密、技術(shù)服務(wù)等諸多方面的內(nèi)容可以直接被物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化所借鑒，至少在空間數(shù)據(jù)與信息上可以利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化成果。

2.2為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供實(shí)時與非實(shí)時空間信息

人們接觸的信息中約80%和地理位置相關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中空間信息更是占據(jù)重要地位，空間信息技術(shù)則可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供實(shí)時和非實(shí)時的空間信息。隨著3S技術(shù)(RS、GPS、GIS)的進(jìn)步以及與信息、通信技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)對于目標(biāo)的實(shí)時與非實(shí)時分類識別、跟蹤定位和監(jiān)測監(jiān)管。一方面，隨著制圖學(xué)與空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)理論與技術(shù)的進(jìn)步，業(yè)已形成多層次標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)地理信息平臺，并直接影響到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣度和深度口。另一方面，RS和GPS也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)獲取相關(guān)空間信息的途徑之一。其中，RS作為宏觀觀測地球的手段，其數(shù)據(jù)的空間、時間、光譜、輻射分辨率不斷提高，數(shù)據(jù)傳輸與處理的實(shí)時性顯著增強(qiáng)，并積累了大量的歷史數(shù)據(jù)形成空間影像動態(tài)數(shù)據(jù)庫；GPS的定位精度和覆蓋范圍也不斷提升，且從靜態(tài)擴(kuò)展到動態(tài)，從單點(diǎn)到廣域，從事后處理到實(shí)時定位,足以為物聯(lián)網(wǎng)提供高精度的實(shí)時定位信息，另外，GPS還可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間信息。

2.3為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間數(shù)據(jù)的分析處理、集成管理與數(shù)據(jù)挖掘

物聯(lián)網(wǎng)本意是要將物體與物體通過傳感器、網(wǎng)絡(luò)等聯(lián)合為有機(jī)整體，要將物體的特征特性轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)進(jìn)行信息傳輸交流，這些數(shù)據(jù)具有異構(gòu)、分散、多源、海量和時空動態(tài)等相關(guān)特性，這給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與管理帶來了挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須將繁雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的集成聚合與分析處理，才能保證物體之間的信息交流。作為空間信息技術(shù)之一的地理信息技術(shù)則是空間信息的存儲、處理、分析、管理和應(yīng)用的核心技術(shù)，在數(shù)據(jù)存儲與管理方面，業(yè)已形成先進(jìn)的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型和成熟的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)；在數(shù)據(jù)的分析處理上，GIS有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理能力，尤其在空間分析能力上更是其區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的顯著標(biāo)志。

空間分析是為獲取和傳輸空間信息而基于地理對象的位置及形態(tài)特征的分析與建模的系列技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特征要求其具有強(qiáng)大的空間分析能力，以達(dá)到對海量空間數(shù)據(jù)的處理分析、挖掘、推理，并達(dá)到智能決策與服務(wù)的目的。當(dāng)前,空間信息技術(shù)在數(shù)據(jù)管理與處理上已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)逐步向空間決策支持系統(tǒng)轉(zhuǎn)變冏。為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，空間數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘還將向泛空間信息分析、協(xié)同實(shí)時處理、智能推理、面向公眾服務(wù)等方向轉(zhuǎn)變叫2.4為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間可視化技術(shù)

人占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中人與物的信息交互的主導(dǎo)地位。有研究表明，人獲取客觀世界的信息約有80%來自視覺，相對于其它途徑和方式，圖形圖像信息最易被人們直接識別，可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換解釋為直觀的圖形，從而簡化、便捷了人們獲取信息的方式與途徑。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中涉及復(fù)雜的多源、多維空間數(shù)據(jù)，空間可視化理論與技術(shù)奠定了其可視化的基礎(chǔ)，并在一定程度上提高了人/機(jī)、人/物的信息交互效率。此外，GIS的發(fā)展已從傳統(tǒng)的2維地圖發(fā)展至2.5維與真3維空間信息系統(tǒng)，其基于空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的虛擬環(huán)境與情景模擬技術(shù)日趨成熟，以數(shù)字地球?yàn)榇淼南到y(tǒng)建設(shè)也已在應(yīng)用方向逐漸普及，這些都將在新時代物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中向廣度和深度發(fā)展。未來計算機(jī)技術(shù)與人的思維科學(xué)將進(jìn)一步融合，人也會成為物聯(lián)網(wǎng)虛擬環(huán)境中的一部分，而其大前提則是需要借助空間信息可視化技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來保證人與物、人與虛擬環(huán)境、人與空間信息的交互。

2.5為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供其他相關(guān)技術(shù)支撐

空間信息技術(shù)除了在空間數(shù)據(jù)的管理、處理、可視化等領(lǐng)域以外，還可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供很多其他相關(guān)技術(shù)支撐。例如，在物聯(lián)網(wǎng)中人與物的物理空間是連續(xù)的，而傳感器所獲取的數(shù)據(jù)大多為點(diǎn)數(shù)據(jù)，在獲取連續(xù)的空間數(shù)據(jù)上則需要空間信息相關(guān)技術(shù)的支撐。遙感就是獲取大范圍數(shù)據(jù)的最佳手段之一，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，借助其與相關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)反演也是當(dāng)前通過點(diǎn)源數(shù)據(jù)獲取大范圍連續(xù)數(shù)據(jù)的技術(shù)方法。

另外，早在物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)之前，空間信息技術(shù)已有了長足的發(fā)展，產(chǎn)生了諸多應(yīng)用基礎(chǔ)平臺與相關(guān)支撐技術(shù)，例如基礎(chǔ)地理信息平臺、分布式空間數(shù)據(jù)庫平臺與技術(shù)、移動GIS平臺與技術(shù)等。在這些平臺之上又成功地出現(xiàn)了一系列應(yīng)用，如導(dǎo)航、智能購物等公眾LBS服務(wù)，又如數(shù)字地球、數(shù)字城市等大區(qū)域范圍的應(yīng)用。在這樣一些應(yīng)用上，已經(jīng)出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)概念的雛形，這些已建成以及正在發(fā)展的平臺為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了平臺與技術(shù)基礎(chǔ)，很多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建可以基于上述平臺，添加物聯(lián)網(wǎng)的傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等技術(shù)以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能，例如冷鏈物流管理系統(tǒng)等o

3空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

有學(xué)者指出物聯(lián)網(wǎng)的概念脫胎于應(yīng)用，其相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用雛形早已出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括資源、環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、公共安全、交通運(yùn)輸、城市管理、平安家居和醫(yī)療健康等等，而這些領(lǐng)域中很多都是空間信息技術(shù)傳統(tǒng)與新興的應(yīng)用領(lǐng)域。在即將來臨的物聯(lián)網(wǎng)新時代中，空間信息技術(shù)在這些領(lǐng)域中成功的應(yīng)用案例和知識積累也將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

3.1空間定位技術(shù)應(yīng)用

空間定位技術(shù)自誕生以來，逐漸由軍方轉(zhuǎn)向民用，已形成巨大的應(yīng)用市場，目前較為成熟的應(yīng)用主要有導(dǎo)航、物流以及各種基于位置的服務(wù)（LBS）。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，空間定位技術(shù)提供了人、物的空間位置信息，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中有著舉足輕重的地位并有著廣闊的應(yīng)用市場。例如,人和物的跟蹤定位,在安全、物流、遠(yuǎn)程醫(yī)療、LBS服務(wù)等相關(guān)領(lǐng)域都是不可或缺的，空間定位技術(shù)勢必被這些領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)所應(yīng)用。

3.2遙感技術(shù)應(yīng)用

遙感是空間信息技術(shù)中最具歷史的技術(shù)，在地質(zhì)、資源環(huán)境、災(zāi)害、區(qū)域、城市等調(diào)查監(jiān)測、分析預(yù)測方面有著成功的應(yīng)用。作為一種傳感技術(shù)，遙感將在這些領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用中成為系統(tǒng)信息源之一，也必將因其具有低代價大范圍連續(xù)獲取信息的能力而大有作為，尤其是在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)傳感器以點(diǎn)信息源為主的情況下，遙感獲取的信息恰是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用中有待發(fā)掘的藍(lán)海領(lǐng)域。

3.3地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)的核心技術(shù)涵蓋多源空間數(shù)據(jù)集成、空間信息可視化、空間分析技術(shù)、空間數(shù)據(jù)挖掘和GIS應(yīng)用建模等諸多方面，因此，在各領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，GIS不僅可以提供功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲、處理、交換、分析、管理和應(yīng)用，還可以提供對空間與非空間信息的認(rèn)識、分析與數(shù)據(jù)挖掘、表達(dá)和決策的技術(shù)和模型。隨著物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用的深入,出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與GIS的集成應(yīng)用，一些物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)也直接基于GIS而設(shè)計開發(fā)，因此GIS在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景也越來越被人們所共識。

4結(jié)語

從物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，到近年來的快速發(fā)展，許多先進(jìn)理念與科技創(chuàng)新不斷出現(xiàn)，但有學(xué)者指出物聯(lián)網(wǎng)還缺乏理論依據(jù)和技術(shù)支撐，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要傳感、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)以及空間信息技術(shù)等相關(guān)理論技術(shù)的支撐。徐冠華院士曾在國家遙感中心成立15周年紀(jì)念會上提到，空間信息技術(shù)在過去的幾十年里得到了迅速發(fā)展，但在產(chǎn)業(yè)化和實(shí)用化方面還有相當(dāng)距離，而物聯(lián)網(wǎng)概念的誕生及其在各領(lǐng)域的發(fā)展恰為空間信息技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的市場和發(fā)展機(jī)遇。因此，清醒地認(rèn)識空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中的作用及其應(yīng)用，促進(jìn)空間信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的集成結(jié)合對于物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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