学科报告▏地图学与地理信息系统专业发展研究

主编：中国科学技术协会编著：中国测绘地理信息学会

一、引言本文根据2013 年以来地图学与地理信息技术的发展，从现代地图学理论、数字地图制图技术、地理信息系统技术、地理信息基础框架建立与更新、移动地图与互联网地图、地理信息应用与服务、地图和地图集制作与出版等七个方面总结了地图学与地理信息技术取得的进展，就相关研究内容进行了国内外对比分析，文章最后对地图学与地理信息技术今后的发展进行了展望。

二、本专业国内发展现状⒈ 现代地图学与地理信息理论进展⑴地图与地图学内涵拓展信息时代的到来，地图学所面临的变化主要体现在地图内容、形式和传播的现代化。孟立秋认为：大数据和众包现象是未来十年地图学研究的两个新的驱动力。地图生产和更新将由“面向覆盖”转向“面向要素”。李志林等研究了数字地图的新概念，认为地图是空间信息的载体和传递渠道，也是空间认知和图像思维的工具。纸质地图只能展现地物和地理现象的静态信息，以计算机为代表的电子媒体技术的出现，从根本上改变了用户通过地图对空间信息进行交流、探索和理解的途径，也对地图制图学提出了新的挑战。在云计算、大数据和智慧地球等新概念、新架构和新方法的推动下，地图和地图学本身的概念内涵和外延在不断的演化中，出现了全息位置地图、智慧地图和新媒体地图等衍生新概念，为地图学在信息时代的进一步发展提供了新动力。周成虎提出了全息位置地图的新概念，是以位置为基础，全面反映位置本身及其与位置相关的各种特征、事件或事物的数字地图，是地图家族中适应当代位置服务业发展需求而发展起来的一种新型地图产品。刘锐等认为，物联网、云计算等新兴信息技术的迅速发展为现代地图学的发展带来了新的契机，“智慧地图”等概念相继出现，为现代地图学及数字地图技术的发展提供一种新的视角与理论方法框架。⑵地图学与地理信息相关理论进展①空间认知理论认知理论涉及人与地理空间本身及其各类表达交互过程中产生的认识论问题，空间认知理论的研究和发展对于更好地认识、表达世界直至更好地理解地图和地理信息系统等信息产品具有重要意义。杜清运阐述了以智慧城市等为代表的智慧空间系统的认知科学特征，然后从智慧空间系统的认知过程隐喻出发，分析了以感知与挖掘处理为代表的各功能模块的内涵，并就各认知环节的技术趋势提出了初步看法。邓毅博等借鉴认知心理学相关研究方法，以旅游网络地图点状符号设计为例，通过3个认知实验，得到旅游网络地图点状符号的设计改进方法，并对所设计的符号进行修改。②地图传输理论地图传输理论将地图作为人与真实世界及概念世界的中介物，研究如何有效地在人与地图或人与机器之间传输空间信息。胡昌平等揭示知识地图的基本工作原理，引入地图可视化理论进一步解析其内涵，并在地图学标准下将其划分为信息传输知识地图和可视化知识地图。冯骏等等系统总结国内外网络地图的发展现状，阐述Web2.0与地图制图的关系，分析Web2.0网络地图的特点优势、信息传输模式及其存在的问题，并对未来网络地图信息传输模式进行设想。刘慧敏分析了地图空间信息产生的本质特征，分别从地图要素层次和专题地图层次研究建立空间信息量的度量方法，并探讨地图空间信息量度量在地图信息传输和地图综合中的初步应用。③地图语言学理论地图符号学及语言学概念模型是指导建立空间信息传输通道的重要环节，杜清运等以空间信息作为研究对象，立足语言学提供方法论，从语用、语义和句法三个视角剖析其结构特征，提出完整的自然语言表达模型。彭克曼等对语言学和符号学关系进行了研究、对地图符号与语言符号进行了可类比分析，为深入地图符号的语言学方法研究奠定了一定的理论基础。凌善金认为地图语言艺术化的本质是使地图语言全面体现人性化设计理念，尤其是要能满足读者的审美、情感交流、娱乐等高级需要，使之成为读者易于阅读又乐于阅读的形式。以上只是近年来地图学与地理信息理论研究发展的一个缩影，体现了在技术和应用高度发展的今天，人们对于理论和方法论的重新关注和再认识。⒉ 数字地图制图与制图综合技术进展⑴数字地图制图技术数字地图制图技术目前正朝着以地理空间数据库驱动的制图模式发展，国家测绘地理信息局在2010年已经启动了国家新版1∶5万地形图制图生产，利用更新后的1∶5万地形数据库，快速生产图形化的1∶5万地形图数据产品，实现地理信息数据与制图数据的统一存储、集成管理和同步更新。所确立的以数据库驱动制图的技术路线，即对1∶5万地形数据与制图数据进行一体化存储和联动更新，通过地图符号的自动配置和交互编辑，实现快速制图与集成管理。主要工作是：①直接基于地形要素数据建库成果进行制图；②基于制图规则，采用自动和交互式相结合的方式，对地形数据库进行制图表达与符号配置；③制图数据连续无缝建库存储，可定制范围自动批量成图；④地形数据库与制图数据库的要素级关联，制图数据可随地形数据同步更新保持一致；⑤GIS数据库与制图数据库一体化管理，不产生数据冗余，同时两库又相对独立，修改制图数据时不改变地形数据。⑵基础地理信息的持续更新基础地理信息持续更新的主要发展方向包括：动态更新、增量更新、级联更新以及实时更新等。卫东等提出了矢量数据“要素级”更新的技术方案，提出的数据分析比对技术有效解决了在矢量数据更新生产中多人协同数据更新编辑冲突发现的问题。利用“多时相瓦片数据集”技术，通过新的数据组织与索引方式解决了不同时相瓦片数据快速生产与无缝浏览、回溯的问题，提高了瓦片数据更新生产的效率。林少蓉等采用基于版本数据库的变化信息提取方法，提取不同年代版本的增量更新数据，构建“地理数据－制图数据－地图数据”制图模型，利用所提取出的增量信息，在历史版本地图数据的基础上，研究增量更新制图模型和流程；并根据增量信息模型和制图模型，开发了一套原型系统，实现了增量更新制图。陈换新、孙群等通过多源数据分析评定确定数据的使用方案，通过空间数据集成消除多源数据间的差异，通过空间数据匹配建立同名实体在不同数据集中的对应关系，通过数据融合和更新派生得到更好的新数据。何榕健等提出了一种可扩展的多源矢量空间数据的联动增量更新模型，通过动态建立和维护不同节点的数据之间的依赖关系，实现了矢量空间数据节点与节点之间传递联动更新，有效地解决了不同来源国土资源矢量空间数据库之间现势性和一致性问题。许俊奎等以居民地要素为例，提出一种树型多比例尺空间数据关联关系模型。首先对相邻比例尺同名居民地对象建立关联，然后以树的形式组织管理各种关联关系，并针对选取造成的数据空洞进行优化。简灿良等将不同时相多尺度地图面目标基本变化类型归纳为出现、消失、扩张、收缩、移动、旋转、分裂、合并和先分裂后合并等9种，并分别进行了形式化定义和描述。田文文从空间数据变化快速发现、提取与及时更新的目的出发，探索基于数据的空间数据变化发现与更新方法和关键技术。在级联更新过程中，其关键技术之一是寻找到不同尺度数据中的同名地理要素，针对这一问题，专家学者们从多个角度开展研究。孙群从系统论的角度分析和定义了空间数据相似性，即把空间数据看作一个整体的系统，然后划分了系统的层次结构，阐述了系统—要素—特征之间的逻辑关系。通过对空间数据相似性的层次分类和形式化定义，得出“空间数据相似性度量是基于系统的相似性度量方法与基于距离的相似性度量方法的有机结合”的结论。巩现勇等利用蚁群算法的群体优势，寻找全局最优的道路网同名实体匹配方案。⑶制图综合研究杨敏等将传统的尺度变换方法与在线环境相结合，提出一种面向城市设施POI数据的多尺度可视化策略。黄博华等提出了一种保持曲线弯曲特征的线要素化简算法，在弯曲取舍的过程中对约束条件进行量化处理，较为准确地描述了弯曲化简前后的变化情况。朱强等提出了一种基于剖分思想的谷地弯曲识别及结构化方法，实现了谷地弯曲的识别，构建了谷地弯曲层次嵌套关系树状模型。武芳等针对多尺度表达与变换中地理要素的不同几何形态和生命期特点，建立了动静态结合的尺度变换模型，通过空间数据匹配技术，将空间数据分为匹配数据和消亡数据。⑷空间数据安全与数字水印符浩军等顾及网络环境中地理空间数据特性，构建了一种面向网络环境的地理空间数据数字水印模型。曾端阳等运用聚类思想，采用K-means算法，对矢量地图线图层进行聚类运算，在此基础上提出了矢量地图的一种非盲数字水印算法。杨辉等通过研究投影变换和矢量地图数据的特点，通过对转换后的角度系数嵌入水印，能够有效抵抗等角投影变换攻击。任娜等分析了瓦片地图的特征，提出了针对瓦片地图特征的水印嵌入和检测算法。杨辉等利用水印嵌入后坐标点尾部数据分布发生变化的特点，提出了一种基于分布拟合检验的抗拼接算法。毛健等提出了一种面向空间数据文件的强制访问控制模型，并基于该模型实现了一套原型系统。⒊ 地理信息系统技术进展⑴空间数据感知、获取与集成在网络地理空间信息获取方面，沈平提出了一种主动发现网络地理信息服务的主题爬虫，根据网页内容相关度确定优先度，优先爬取与地理信息服务相关的链接。王曙通过设计地理要素语义知识库和网页爬虫，提出了面向网页文本的地理要素变化检测的方法。余丽研究了网络文本蕴含地理信息抽取的技术流程，并从地理实体识别、定位、属性抽取、关系构建和事件抽取五个方面总结了其进展和技术瓶颈。许宁基于大规模短期规则采样的手机定位数据，提出了一种居民职住地识别的方法。仇培元提出了一种从互联网文本中抽取道路交通信息的模式匹配方法，通过实验验证，该方法简单可用，易于扩展。在其他空间数据获取方面，廖永丰提出了一种面向任务的移动灾情采集直报技术，解决了现场灾情采集工作中多源灾情信息采集、集成、上报等难题。栾学晨基于多边形形态分析，提出一种城市主干道提取方法，能够快速有效得提取道路网中的平行车道，道路等级与实际趋于一致。刘远刚提出了一种改进Delaunay三角网的地图目标群间骨架线提取算法，详细描述了算法的数据结构和控制流程。熊汉江提出基于矢量等高线的山脊线、山谷线追踪新方法。在DEM空间插值方面，吕海洋基于二叉树自适应递归分块原理，提出采用局部最优形态参数的RBF分块插值方法进行DEM插值重建的方法。段平提出了采用多层紧支撑径向基函数，对离散数据内插生成DEM的方法。王春针对现有DEM生成技术方法在沟谷、山脊等部位生硬、相交、异常闭合等问题，采用对比分析方法，建立了基于DEM格网加密技术的高质量等高线生成方法。在空间数据集成方面，陈换新立足现有多源数据资料，利用空间数据融合方式进行空间数据的生产和更新。张云菲利用POI路名信息构建POI语义连接图，识别并简化道路结构，匹配POI与路网特征点，通过迭代实现POI与路网数据的位置集成，保证POI与导航路网间的相对准确性。李军利根据本体间的等价、蕴含、重叠和相离等逻辑关系，提出了一种描述逻辑的地理本体融合方法。⑵时空数据组织与管理在时空数据模型构建方面，龚健雅根据实时GIS中各种地理要素的特点及存储管理要求，提出一种面向动态地理对象与动态过程模拟的实时GIS时空数据模型，并以此研发了新一代实时GIS。刘岳峰基于代数方法，建立了空间实体的时态属性与时间之间的函数关系，对时间语义特征进行研究，提出了20种时态属性的时间特征类型，为时态属性数据建模与可视化奠定了基础。在数据存储方面，刘小俊针对动态“数字城市”的海量存储需求，融合目录子树分区和Hash两类算法，提出了一种读写分离的分布式元数据管理方法。朱进针对当前公众对矢量地理数据存储的更高要求，提出并验证了基于内存数据库Redis的轻量级适量地理数据组织方法，提高了矢量数据在高并发情况下的服务性能。涂振发在空间数据缓存方面设计了一种基于Key-value结构的缓存KV-cache，实验表明其相较于传统文件目录方式更安全、高效。在信息编码方面，吕雪峰针对地理空间数据大数据分布式网络存储管理位置搜索问题，基于GeoSOT框架提出了一种具有地理涵义的空间信息存储网络空间域名地址。范建永针对传统标识的局限性和MPPQT层次剖分模型的连续性、层次性和唯一性，设计了一种基于MPPQT层次剖分表示的空间对象字符串编码方法，并以矢量数据组织为例进行了验证。在数据并行处理方面，魏海涛针对海量空间数据处理速度慢的问题，从数据并行的角度，提出面向空间数据实时变化和动态分组的N-KD树算法，实验表明其有较好的分组效果和计算效率。范俊甫比较分析了集群环境下多边形映射关系对算法并行化带来的影响，提出了基于集群MPI、R 树空间索引和MySQL 精确空间查询的图层级多边形并行合并算法。李坚针对LiDAR点云数据的处理，提出了一种并行计算的流数据Delaunay构网算法。郭明强为了提高集群环境下WebGIS大规模矢量数据的并发访问性能，提出了集群并发环境下大规模矢量数据内容网格化负载均衡算法。杨宜舟分析了拓扑关系并行算法的特点，为实现拓扑关系并行计算进程间的任务均衡与负载均衡，提出了一种矢量目标集的数据均衡划分方法。在空间索引、查询与处理方面，杨典华深入研究了分布式空间拓扑连接查询处理，提出跨边界连接优化的空间查询优化算法。黄昊针对规则格网中的固定点数和固定距离两种搜索原则，引入KD-tree二维索引结构，设计其J临近点搜索算法。夏宇针对矢量空间数据库相似性查询应用需求，提出了一种融合区域和边界的形状特征提取算法。郑宇志在拓扑匹配和几何匹配的基础上，提出并验证了采用拓扑和空间相似性相结合的方式进行面实体匹配的方法。吴明光研究了支持批量操作的空间索引难点，提出了基于空间分布模式分析的Pattern-tree空间索引方式。在离散格网研究方面，李昌领针对四面体网格生长算法数据量大和效率低的问题，建立图形要素间的不相交规则，给出了一个完整的基于多面体内外边界面的三维约束Delaunay四面体网格直接生长算法。廖永丰针对灾害信息数据来源广、格式复杂等特点，研究了基于GeoSOT全球剖分网格模型的多源灾害数据一体化组织管理方法，并采用World Wind数字地球开发了相应的实验系统。在地址信息编码方面，于焕菊通过对院落空间特征分析，总结了院落与内部建筑、外部街道间的空间关系，提出了院落相关地理实体的地址编码方法，并验证了其匹配精度和运行效率。彭颖霞通过建立地址要素层次模型，对地址进行通名切分及地址要素的重构，提出了适于地理编码的地址数据规范化方法。⑶地理表达与可视化在自动制图与矢量数据可视化领域，王正分析了直线动线符号在信息表达中存在的局限性，以及曲线动线符号的优势，提出了曲线动线符号的制图算法。赵国成分析了现有制图模板特点与不足，以地理空间数据符号化过程为研究对象，将符号化各环节的制图规则聚合成不同功能的规则集，实现制图模板的构建。颜玉龙通过分析地图上各类统计制图符号的图形结构及其图元生成模式，设计并实现了统计制图符号快速生成模板。李伟通过建立个性化地图符号概念模型，探讨个性化地图符号的设计依据，提出设计的方法流程进行试验。在三维建模可视化领域，李景文提出一种基于对象的CSG-BR三维数据模型构建方法，实现了复杂三维空间数据及其相互关系的集成组织和管理。韩李涛通过RGB的双色渐变渲染与HSL的地形多色渐变渲染，并加入光照计算增强地形颜色渐变晕渲的三维立体效果。李拥利用OpenMP并行开发技术设计了多核3DGIS并行绘制模型。陈静设计了面向GPU绘制的三维模型数据组织结构，并提出了面向GPU绘制的三维模型纹理烘培和多尺度可视化方法。罗安平利用OSGearth引擎构建三维地球场景，并在Android平台上实现了全球多尺度地形数据的实时调用和三维显示。邵华给出了面向复杂城市场景的Sort-First并行绘制系统中负载平衡与性能分析方法。王金鑫针对原有数字地球平台不涉及地表上下空间的缺陷，提出了基于SGOG瓦块的数字地球真三维可视化技术与应用方法。在经济社会事件可视化方面。刘钊对物流时空信息的三维显示进行了改进，实现了物流配送过程中时间、空间和属性信息的集成显示。禹文豪通过多种POI点分布模式试验，讨论了POI基础设施在城市区域中的分布特征、影响因素、服务功能。华一新针对个人地理标记数据的特点，提出了一种适用于地理标签数据的可视化方法——个人地理标记数据拓扑图。杨敏针对POI数据缺乏适宜的在线多尺度可视化表达机制的问题，提出一种面向城市设施POI数据的多尺度可视化策略。⒋ 地理信息基础框架建立与更新进展⑴国家基础地理信息数据库建设与更新“十一五”期间，我国组织实施了国家1∶5万基础地理信息数据库更新工程、西部1∶5地形图空白区测绘工程，实现了全国1∶5万基础地理信息的全面覆盖和全面更新，形成全国“一张基础图”，整体现势性达到2006年～2011年五年之内。从2012年开始，国家测绘地理信息局启动了国家基础地理信息数据库动态更新工程，对国家1∶5万数据库每年更新1次、发布1版，然后再利用更新后的1∶5万数据库联动更新1∶25万、1∶100万数据库，并生产相应比例尺的地形图数据、印制纸质地形图。①全国1∶5万基础地理数据库实现年度动态更新1∶5万地形数据库全要素包含交通、居民地、境界、地名、管线、水系、土质植被、地貌、控制点等9大类、430多个小类的地理要素。2012年和2013年连续两年对国家1：5万基础地理数据库重点要素及连带的相关要素进行更新和发布。其中，重点要素是指变化频率高、对经济社会发展影响大的交通、管线、居民地、地名、境界等6大类、117个小类要素，连带的要素为地貌、土质植被两大类以及57小类要素；2014年～2015年，同时开展全要素更新，每年对重点要素、全要素各更新50%左右的区域面积，而依然保持每年更新一次、发布一版，两年内实现一轮全要素更新。通过几个版本之间的新旧数据进行比较，每年更新的要素总量约为数百万个，变动率约为3%～5%，其中的重点要素数量约一百万个，变动率约为5%～10%。以2013年至2014年为例：新增铁路约0.6万km；高速公路增加约0.7万km，国省道增加约3.4万km，县乡道增加约13.8万km；立交桥新增7000余座；城镇街区面积扩大约0.9万平方km；550千伏以上电力线增加约0.9万km；发生变更的地名达83万余条，新增地名约35万条。2014年的重点要素的变化率为6.2%。更新后建成了我国最新版的1∶5万地形数据库，整体现势性达到一年之内，并实现多时态数据的管理与服务，数据成果在时效性、实用性、准确性及应用价值等方面都得到全面提升。②利用1∶5 万数据库全面缩编及联动更新1∶25 万数据库2011年完成的1∶5万数据库更新及西部1∶5万地形图空白区测图成果，为全面缩编更新全国1∶25万数据库提供了重要的基础和条件。2012年～2013年，完成了全国1∶25万数据库的全面更新及联动更新，现势性达到2012年一年之内。首先是利用“十一五”期间更新的国家1∶5万数据库进行全面缩编生产，获得全新的1∶25万数据库，现势性达到2006年～2010年；之后，利用在2012年完成的1∶5万数据库重点要素更新增量数据成果，再对1∶25万数据库进行联动更新，使1∶25万数据库的现势性达到2012年。缩编更新后的1∶25万地形数据库，要素和属性内容更加丰富，数据集由原来的9个增加到32个，要素子类有原来的158个增加到229个；数据结构更加优化合理，实现与1∶5万数据库保持相互协调和关联，为实现与1∶5万数据库快速联动更新奠定技术基础；数据现势性全面提升至2012年。③全面更新1∶100万数据库2014年，国家测绘地理信息局组织完成了全国1∶100万数据库的全面更新。全面更新后的1∶100万数据库，一是依然按照公众使用的公开数据定位重新设计，要素内容和精度严格遵守公开地图表示的相关规定，要素和属性内容更加丰富，数据集由原来的9个增加到31个，要素子类有原来的118个增加到200个，数据结构更加合理；二是建立了与1∶25万数据库要素之间的相互协调和关联，利用1∶25万数据库成果缩编更新生产1∶100万数据库相关要素，以及为后续的快速联动更新奠定技术基础，数据的现势性达到2012年。三是在地图表现形式和符号系统等方面进行了优化创新，更加符合公众版地图数据应用的特点。④全国1∶5万、1∶25万、1∶100万地形图制图数据库建库更新及纸图印刷1∶5万、1∶25万、1∶100万地形图是国家基本比例尺地形图，即使在数字化产品应用十分广泛的今天，用户对纸质地形图的需求依然很大，特别是1∶5万地形图的用量每年达到5万～6万张。从2009年开始，采用先进的数据库驱动制图技术和方法，在更新后的1∶5万数据库基础上，生产和建立了新版1∶5万地形图制图数据库，实现了地形数据与制图数据的“图-库”一体化存储管理以及同步联动更新。在2013年～2014年，采用以上同样的技术方式，生产和建立了新版1∶25万和1∶100万地形图制图数据库，同时利用1∶5万数据库重点要素更新成果对1∶5万地形图制图数据库进行了两轮联动更新。目前，1∶5万、1∶25万、1∶100万地形图制图数据库的现势性与基础数据库同步，分别达到2014年、2012年、2012年。利用制图数据库，可以快速打印输出最新版的标准地形图，也可以按范围或要素层定制成图输出。在2012年～2013年，印刷完成全国范围1∶5万地形图，每幅印制300张，印刷地形图现势性绝大部分为2008年～2012年。⑵省级基础地理数据库及数字城市建设全国各省、市、自治区测绘地理信息部门继续扩大1∶1万基础地理信息的覆盖范围，加快1∶1万数据库的建设和更新。到2014年底，全国已有近50%陆地国土面积实现1∶1万基础地理信息（含地形图）的覆盖，1∶1万地形数据（DLG）覆盖全国43.8%面积；1∶1万数字高程模型数据（DEM）覆盖全国40.1%面积；1∶1万正射影像数据（DOM）覆盖全国40.3%面积。其中，大部分省份全部或基本实现全覆盖，少部分省份覆盖率超过50%，只有西部个别省份覆盖率不足50%。全国省级1∶1万基础地理信息数据库建设与更新全面开展，只有个别省还未开展1∶1万基础数据生产与建库与更新。近几年生产或更新的1∶1万DLG数据全部为全要素，“十五”期间生产的核心要素数据已基本上全面更新替换为全要素，DOM数据多为0.5m～2.5m 多分辨率正射影像，少数几个省采用Lidar技术生产获取了全省3m间距的高精度DEM数据。有超20个省基本建成省级基础地理数据库，主要包括1∶1万DLG、DEM、DOM等3D产品，或包含DRG在内的4D产品。有近10个省完成了第一轮更新，部分省实现2年～3年全面更新1次，重点要素半年至一年更新1次，数据库的现势性大幅提高。从2012年开始，启动了全国1∶1万基础地理信息数据库整合升级工作，首先开展完成技术设计、标准规范制定、研制相关软件系统与生产试点等，2013年各省全面开展对现有1∶1万基础地理信息数据（DLG、DEM、DOM）进行整合处理，至2014年底已完成约9万幅，占任务总量的70%。预计在2015年完成数据整合并建库，优化升级数据库管理服务系统，建立起全国规范化的1∶1万数据库。⒌ 移动地图与网络地图进展⑴新一代在线地图形式随着网络地图应用的普及和新媒体地图的发展，产生了智慧地图（或称智能地图）、公众参与地图等地图新概念，提出了混搭地图、众包地图、个性化地图等在线地图服务的新模式，探索了面向地图的多模态人机交互模式，包括语音、手写、手势、表情感知等，也包括对位置、方位、速度的智能感知与服务驱动。其中，智慧地图是结合云计算、物联网、互联网、人工智能与数据挖掘技术等，通过对多源、多尺度、多时空、多结构要素的图层数据整合，强调人与专家模型的知识以及地图之间的动态融合，形成动态的互相推动、互相支持决策的地图新形式。智慧地图为智慧城市、智慧旅游、智慧校园、智慧政务等应用提供高效、灵活的地图智能化服务。混搭地图（Map Mashups）将政府制图部门、私营软件开发商和志愿者的互联网地图内容和交互功能进行无缝拼接，提供各种开放式的地图服务，用户可以共享其他用户提供的更新内容。近年来地图混搭服务已在互联网上得到了应用普及，国外具有代表性的产品有Google My Maps、GeoCommons、Map Warper等；国内学者则探讨了基于服务器端的混搭地图框架设计、基于SVG的专题地图与Google地图混搭技术、混搭地图在水质监测、导航地图中的应用等。众包地图采用“众包模式”建立大众参与的地图服务，它既可以是一种地图数据提供方式，也可以是一种地图制图方式。众包地图的应用得到快速发展，已进入制图、救灾和社交服务等领域。由于室内地图涉及的用户人群多、数据量大、更新快，其众包模式正得到极大的关注，有助于解决室内地图数据的快速获取问题。⑵导航电子地图表达与应用在导航地图可视化表达方面，导航地图逐步由二维平面地图转向三维和实景地图导航。王行风构建了面向室内导航的三维系统技术框架，实现了三维模型的流畅显示和室内路径的快速查询；高扬将可量测影像与二维导航数字地图、卫星导航定位数据、CCD实时影像数据、惯导数据和里程数据有机融合，提出可量测影像的实景导航数据模型，实现了实时实景影像导航；张皓基于手机传感器提出惯性跟踪注册方法，并在Android系统下实现了移动增强实境浏览器系统，提供了更直观、立体和真实的导航体验。在导航地图应用方面，姜竹青针对GPS失效时的SINS自主导航问题，提出导航数据的滤波改进算法，提高了自主导航的定位精度；王建辉等针对导航地图中定位信息在复杂路段上匹配效果较差的问题，引入分块思想，对匹配点沿路段方向上的误差进行实时校正，改善了复杂路段的匹配效果。在数据处理效率方面，张秀彬等针对导航数据现势性的要求，提出导航数据信息实时增量法，实现了数据的实时更新与保存，提高了导航中数据实时处理效率。⒍ 地理信息应用与服务进展⑴“天地图”地理信息公共服务平台国家测绘地理信息局正式上线的“天地图”地理信息公共服务平台网站，经过近两年的建设及省市级节点不断接入，天地图数据资源更加丰富、服务能力明显提高，是目前中国区域内数据资源最全的地理信息服务网站。“天地图”集成了全球范围的1∶100万矢量地形数据、500m分辨率卫星遥感影像，全国范围的1∶25万公众版地图数据、导航电子地图数据、15m分辨率卫星遥感影像、2.5m分辨率卫星遥感影像，全国300多个地级以上城市的0.6m分辨率卫星遥感影像，总数据量约30TB。天地图2014版本正式上线，整体服务性能比此前版本提升4倍～5 倍，新版天地图还开通了英文频道、综合信息服务频道和三维城市服务频道，并更新了手机地图。其中综合信息服务频道空间化表达了各地人口数量、密度、结构、自然增长率、家庭户规模、老年人口比率等信息。“天地图”具备地理信息数据二维、三维浏览，地名搜索定位，距离和面积量算，兴趣点标注，点线面交汇、公交查询、驾车规划、屏幕截图打印等功能。“天地图”作为国家地理信息公共服务平台建设取得的重要成果，从根本上改变中国传统地理信息服务方式，标志着中国地理信息公共服务迈出了实质性的一步，并致力于打造成为全球覆盖、内容翔实、广受信赖、应用方便、服务快捷、拥有自主产权的互联网地图服务中国品牌。⑵在线地图服务在线地图服务正向服务功能主动组织、数据管理自动调整、地图自适应表达的个性化主动服务发展，开拓了一个崭新的电子地图公众服务时代，在地图服务形式、服务平台、服务模式、服务内容与对象等方面发生了巨大的变化，主要表现在：①随着街景、三维仿真等技术的发展，以实景地图、街景地图、影像地图、真三维地图服务集成的综合服务形式得到较多应用；②地图服务平台从PC互联网平台向移动互联网平台转变，由单一服务平台向开放式地图共享服务平台转变；③地图服务模式从“找位置”进入“找服务”时代，正逐渐向以“LBS+SNS”模式为特点的社交网络地图服务转变；④随着众包地图、志愿者地图的普及，用户不仅是在线地图服务的消费者，也是地图信息的生产者，譬如用户可以使用位置签到、位置微博和Waze社交化交通等方式提供地图信息。在线地图服务应用发展迅速，据不完全统计，截至2014年底，在我国从事互联网地图服务的网站约4万个，在线地图服务运营商除了天地图以外，还有百度地图、Google地图、腾讯地图、搜狗地图、高德地图、灵图、图吧、城市吧、E都市等。近年来，国内互联网公司正抓紧与地图服务公司合作，2014年2月，阿里全资收购高德地图；4月腾讯入股四维图新；10月小米入股凯立德；12月百度入股Uber，构建了“地图社交平台”、“微信路况”和“朋友圈定位”等社交网络地图服务功能，开辟了基于在线地图的位置服务和社交网络服务时代。目前，基于云架构、云计算的云地图在线地图服务正成为在线地图服务的热点方向，高德提出了“四屏一云”的云地图服务战略，四维图新打造了集合交通、资讯、社交等多功能云地图服务平台，百度地图提供了供开发者使用的LBS云服务平台，云地图将成为在线地图服务未来重要的发展方向。⒎ 地图和地图集制作与出版进展随着地图应用和服务的广度和深度不断拓展，地图和地图集作品的数量和质量也在不断扩大和提高，地图市场进一步繁荣。2014年，国内第一本大型综合性世界地图集——《世界标准地名地图集》编制出版。该图集为八开精装本，共计480页，由序图、洲图、城市图、分国图和地区图、大洋图、文字说明、地名索引和附录组成，收录各类地名约15万条（主要地名中外文对照）。图集的出版，为推动全球地理信息数据库的研究与建设打下基础，同时也促进了对世界各国边界和地名的研究。专题地图和地图集，作为成果的表达方式和研究手段，其编制出版仍占有重要的地位。近两年来，代表性的作品有：《丝绸之路经济带核心区域地图集》全方位展示了丝绸之路经济带核心区域内相关国家的地理、交通、资源、经贸、工业、农业、旅游、人口与宗教、教育与科研、中国与丝绸之路各国关系等内容，是国内第一部全面、直观反映丝绸之路经济带核心区域内相关国家人文地理、经济社会等信息的大型综合地图集。《中国共产党90年地图集》利用地图语言，结合图片、图表和文字等方式，从时间和空间上展现了中国共产党90年的辉煌成就和不断进步的发展历程。《邓小平光辉历程地图集》以邓小平同志的生平活动为主线，图集分为走出广安、戎马生涯、艰辛探索、非常岁月和开创伟业等5个部分，运用了人物专题地图、大量的历史照片和文字介绍，图文并茂地再现了邓小平同志不平凡的一生。《中国海岛（礁）地图集》利用国家海岛（礁）测绘一期工程的最新成果，准确反映了我国海岛（礁）分布状况，表示了海岛（礁）的位置、名称、成因、类型、等级和分布规律，是认识、保护、利用海岛（礁）的基础性资料。《西藏综合自然与沙漠化地图集》全面揭示了西藏高原土地沙漠化的状况、成因与防治实践，是沙漠化专题地图编制的优秀作品，具有重要的科学价值和实用意义。第三代省区地图集，大部分省区已编制出版，安徽、新疆等省区都列入重版计划。《湖北省地图集》是近两年的代表作品，图集编制综合运用了地理信息系统、地图数据库、遥感等技术，用地图语言表示了湖北省自然地理、资源环境、经济社会、人文风貌、行政区划、交通旅游、科技教育、城市建设、发展战略等状况，内容选题突出区域特色，图集设计富有时代感。除了省级图集外，也编辑出版了一批地市级地图集，如《中山市地图集》《上虞市地图集》《寿光市地图集》《新编慈溪市图志》等。古地图的整理汇编出版或复制出版，对传播地图文化，研究历史变迁具有重要价值。这两年出版的代表性作品有《重庆历史地图集·第一卷古地图》《常州古地图集》《老地图·南京旧影》等。其中，《重庆历史地图集·第一卷古地图》共收录从北宋到解放前期的重庆古地图533幅，时间跨度近千年，全面反映了期间重庆的历史变迁和发展历程，具有较高的科普、文献、学术研究及收藏价值。地图文化创意产品是近年来开发较快的一类新颖产品，引起业界的关注。国家测绘地理信息局批准建设地图文化与创意国家测绘地理信息局工程技术研究中心，并于2014年成功举办首届中国地图文化节暨地图文化论坛。地图文化产品是指借助地图几千年发展中积淀的厚重文化，通过现代的创意设计，形成以地图为核心或以地图元素为主要设计理念的各类产品，产品涉及手袋、箱包、方巾、丝巾、文化衫、竹简、笔筒、家居用品等，产品材质涵盖纸、铝塑板、木板、竹片、瓷板、玻璃、水晶、金（银）箔、皮革、纺织品等类型，地图文化创意产品在市场上也引起较好反响。在第26届国际制图大会上，代表我国参展的《剪纸地图》还荣获其他地图产品类一等奖。满足公众需求，服务百姓生活的普及性地图，包括政区地图、交通地图、旅游地图、导航电子地图、网络地图和手机地图等等，依然呈现品种多、数量大、覆盖广的繁荣景象，地图应用已经深入到社会的各个层面。据统计，每年全国出版各类地图产品3000多种。传统地图产品与新媒体技术融合，如二维码技术、AR（增强现实）技术，开发了《北京二维码旅游地图》等一些跨媒体地图产品，这些产品以二维码为入口，通过互联网扩展了纸质版地图产品的内容，并通过网络信息实时更新保证了产品的生命力。新世纪版《中华人民共和国国家大地图集》编研项目于2013年7月启动，并列入科技部科技基础性工作专项的重点项目，由国家测绘地理信息局组织实施。项目将创造性地设计和编制一系列新型专题性和综合性地图集，先期包括国家普通地图集、国家区划地图集、国家经济地图集、国家影像地图集和国家水文地图集，同时研制纸质版、网络电子版等不同地图集形式。

三、本学科发展国内外发展比较近年来，国内外学者都加强了对地图学与地理信息理论的研究，地图学理论研究成为地图学与地理信息系统发展的主线之一。如何在信息化时代重新认识地图学的内涵与发展，据此建立更为符合时代特征的学科体系，是众多本学科学者研究的重要课题。国内，王家耀院士开展了地图哲学和地图文化的研究，注重地图学科的理论总结和对实践的指导，国外学者对个性化地图特点和地图学发展新的驱动力则予以了更多的研究和关注。有关中西方古地图的研究，2015年6月在北京召开了“一带一路中西方古地图文化交流研讨会”，著名地图史学家、希腊亚里士多德大学额宛格里斯教授，德国科学院院士、慕尼黑工业大学孟立秋教授，中国科学院高俊院士、周成虎院士等参加了会议。会议就利玛窦古地图及对中国明代制图技术的影响、一带一路国家地图文化交流等进行了深入探讨。在数字地图制图方面，各国地图制图界都在采用先进的数据库驱动制图技术和方法，进行地理信息的更新和地图符号化出版工作，多比例尺地图数据库动态更新、增量更新、级联更新、要素更新以及实体化数据模型建立正在实现，地理信息更新和地图符号化出版一体化已经实现。我国研究构建了一整套基于空间数据库驱动的快速制图技术，研制了一套基于1∶5万、1∶25万、1∶100万数据库的地形图制图数据生产系统，地图制图效率大幅提高。系统实现地形数据库和制图数据库的紧密关联和集成管理，可对两个数据库进行联动编辑和同步更新，实现了制图要素符号、注记、图外整饰的自动优化配置，可进行灵活的制图编辑及图形关系处理。地名字库和系统适用于地形图出版要求。制图综合技术已经开始规模化应用，为地理信息逐级派生和地理信息多层次显示奠定了坚实的技术基础，实现了利用大比例尺地形数据库增量快速更新小比例尺地形数据库。地理信息系统技术应用由网络环境向移动环境转变，移动环境的地理信息服务呈大众化发展趋势，基于自然语义的地理信息获取和基于网络的地理信息获取向实用化迈进，面向任务的移动灾情采集直报技术和实时移动地理信息采集技术越来越普及。在地理信息组织与管理方面，时空数据模型将得到越来越广泛使用，地理信息辅助各行各业更好地进行行业成果应用和分析，地理信息在规划、预测、管理等领域发挥越来越大的作用。我国近年来实施的1∶5万基础地理信息数据库更新工程大幅度提高了地理信息的现势性，在此基础上联动更新1∶25万和1∶100万数据库，初步形成了国家基础地理信息数据库动态更新技术框架，创建了基于数据库的增量更新生产技术方法与流程，使我国基础地理信息的质量和现势性居世界先进水平。世界其他国家也在制定计划定期更新各自国家的基础地理信息，不断开展地理信息的深化应用，更加关注地理信息与相关领域专题信息的联合应用。近年来随着传感网、互联网、移动通信技术的发展，“互联网+”产品已成为现代信息技术服务社会的主流形式。由于新媒体地图越来越多地依赖于移动网络和智能手机、平板电脑、穿戴式设备提供服务并为大众所喜爱，全球都在大力推进互联网和移动互联网环境下的地理信息应用，国外谷歌等大型公司不断进行地理信息更新、不断提高地理信息服务水平。国内阿里巴巴、百度、腾讯等纷纷采用收购、入股地图生产与服务企业的方式发展自己的在线地图服务，移动地图、网络地图因此成为现代地图学领域表现最为活跃、发展最为迅速、应用最为广泛的地图产品形式。地理信息另一个广泛使用的领域是导航电子地图，导航电子地图数据是移动位置服务、智能导航、交通规划等领域不可缺少的空间数据资源，目前国内外都在导航数据处理等方面作了较多研究。导航地图的表现效果越来越好，并且与实时交通等信息一起使用。导航地图系统功能设计方面，增加了动态智能导航、移动社交网络、移动数据分析和商业服务推送等位置增值服务功能，设计了手势识别以及语音导航等人机交互功能。

四、本学科发展趋势及对策随着我国地图学与地理信息技术的发展，其理论不断深入，技术越来越成熟，应用更加广泛。今后一段时期内，我国将在当前地理信息基础框架建设与更新工作的基础上，进一步丰富各类地理信息资源内容，提高基础地理信息数据的现势性，提高大比例尺基础地理信息资源的覆盖范围，提升我国地理信息数据库动态更新的技术水平，推动地理信息资源建设和集成整合，形成全国测绘地理信息部门内部纵向互联互通、协同服务的基础地理信息资源体系，实现全国范围内的基础地理信息资源标准统一、互联共享和协同服务。未来几年，我国力争建成数字中国地理空间框架和信息化测绘体系，实现基础地理信息在线服务，地理国情监测能力基本形成。地理空间基础框架、移动位置服务和云GIS将利用海量的地理信息为各国政府、企业、社会提供全方位的服务。在新地理信息时代，地理信息的更新与维护既可以是数据提供者，也可以是终端用户。地理信息技术的发展，将会使更多的人参与到地理信息的建设中来，也只有这样，地理信息技术的发展道路才会更加光明。此外，面向服务架构的地理信息应用，将拉动整个地理信息产业链条爆炸式增长，促进地理信息的共享，产生巨大的经济和社会效益，人类将会分享新形势下地理信息应用于服务所带来的巨大财富。

■文章来源：《2014～2015测绘科学与技术学科发展报告》，中国科学技术出版社出版，科学普及出版社发行部发行，出版时间为2016年4月，本书首席科学家为宁津生院士。本文共同撰稿人：孙群 杜清运 吴升 王东华 龙毅 张新长 徐根才 周炤，参考文献略。如其他平台转发本文，务请备注来自“溪流的海洋人生”微信公众平台，版权归中国科学技术协会和中国测绘地理信息学会所有。

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