地理国情监测VR化设想

Original 2017-10-24 张兵，杜浚璘 测绘科学

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摘要

针对现阶段地理国情监测工作所取得的主要成果，该文作出总结并展示了部分成果，对未来地理国情监测工作的发展方向问题提出设想，创新性提出VR化发展，为最终工作的落脚点提出见解。对于具体的VR化实现，该文提出在云环境下搭建真实智能虚拟空间，并对真实智能虚拟空间和云环境两个模块进行简单介绍，提出搭建思路。

引用格式

张兵，杜浚璘，徐海涛，等．地理国情监测VR化设想［Ｊ］．测绘科学，２０１7，４2 （10）：１9-25，37．

正文

国情是指一个国家在某一时期自然环境和自然资源、科技教育状况、经济发展状况、政治状况、社会状况、文化传统、国际环境和国际关系七个方面的综合，反映一个国家在某一时期的基本状况和特点。地理国情是指通过地理属性将国情的七个方面相互关联进而在时间和空间上研究社会发展的内外在联系，内容涉及国家的各个领域。从总体来说，地理国情既是最基础同时又是最重要的国情组成部分，是做好宏观调控，为进一步推动可持续、协调、稳定发展提供重要决策方法的支撑，同时在服务、满足政府建设需求方面有重要作用。地理国情普查的目标在于查清楚我国960万平方公里地球表面人文地理要素和地球表面自然的空间分布和近况，主要是对结果展开研究分析，方便以后在多个领域开展地理国情监测。现阶段开展全面的地理国情普查，是符合国家国情需求的，可以快速、准确、及时的掌握我国全面的地理国情信息，也为国家制定长远的发展战略、合理规划城市格局提供了依据，也是推动我国生态文明建设、建设人与自然和谐社会的重要支撑。近年来，我国许多地方频发地震洪涝灾害，可以为灾害应急服务工作提供保障，也可以为我国其他相关行业在开展工作时提供重要的基础数据。地理国情监测是利用现有地球科学技术结合计算机新技术将地理国情数据进行动态化分析，以达到服务国家、服务社会的目的。数据VR（Virtual Reality）化是利用计算机结合专业软、硬件设备对获取数据进行挖掘，以建模方式实现抽象信息的视觉表达。地理国情监测数据VR化是利用地理国情普查数据与各部门、行业专业数据加以融合，如环境、资源、经济等，通过处理分析借助专业数字媒体设备展示给服务对象并与之实现交互的一个过程。目前，地理国情监测工作的第一步地理国情 45 33487 45 15262 0 0 1339 0 0:00:25 0:00:11 0:00:14 2829 45 33487 45 15262 0 0 1231 0 0:00:27 0:00:12 0:00:15 3219 45 33487 45 15262 0 0 1139 0 0:00:29 0:00:13 0:00:16 3144 45 33487 45 15262 0 0 1060 0 0:00:31 0:00:14 0:00:17 3146 45 33487 45 15262 0 0 991 0 0:00:33 0:00:15 0:00:18 3146 45 33487 45 15262 0 0 930 0 0:00:36 0:00:16 0:00:20 0普查已取得诸多重要成果，地理国情普查数据挖掘工作也迫在眉急，做好地理国情监测数据VR化对于整个监测事业有重大意义，同时对于信息VR化发展有巨大的推动作用。据此，本文对于地理国情监测数据VR化发展展开研究，并提出发展设想。

国外对地理国情的研究起步很早，20世纪60年代已经开展土地利用和地表覆盖分类的研究体系，同时也出现了各种土地分类系统。以美国为例，美国地质调查局率先对土地的利用以及土地覆盖情况展开研究，很早便制定了《土地利用与土地覆盖数字线画图标准》。美国地质调查局的主要研究方向是美国本土的地形地貌特征、自然资源储备的利用情况和自然灾害的发生及预防机制。同时也致力于地理国情监测方面的应用发展，并且在很多领域都做出了显著成果，主要涉及有气候变化、水文变化、人文变迁，地球生物化学的循环体系、生态系统的健康情况以及自然灾害的预警和分析等，上述所提及的应用很大程度上为资源管理部门和大众提供了该方面发展的动态性，使他们能够预测自然生物的发展历程以及与人类活动之间的相互关系。其次在地理国情监测方面也进行了一系列的科研工作，例如水资源的研究与评估、生物资源的发展现状与预测及其信息的基础性建设。欧盟、加拿大等国家也相继在相关领域进行研究工作，并取得了一定成就。欧洲太空局于1998年开始全球环境与安全的监测计划，即利用卫星优势，结合航空航天影像资料和已有资料，提供土地、海洋、大气、安全等监测服务，以及各种突发事件的应急响应。加拿大政府于2007年提出利用国家的对地观测系统，生成并发布相关的地理国情信息。因此，在我国开展地理国情监测工作对国家、政府、企业和公众等有重大意义。

虚拟现实技术发展至今已经经历了有声行动态模拟（1963年前）、前期萌芽（1963-1972）、概念与理论的初步产生（1973-1989）、理论的完善与应用（1990-至今）四个阶段，具有多感知性、存在感、交互性、自主性四大特征，其本质为感官模拟，最终要实现模拟人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉。技术的关键点在于显示、声音、感觉反馈、语音等方面，伴随其应运而生的是VR艺术。上世纪VR技术主要实现的功能是在计算机上创建或模拟一个环境，通过Date-Glove、HWD（Head Mounted Display）或者Datesuit实现真实世界与虚拟世界的输入输出，第一台VR机sensorama于上世纪六十年代由Morton Heilig研发。VR人机交互手段这个概念是上个世纪八十年代出现的，1992年美国交互式系统项目工作组对其进行系统论述，提出VR是建立在多维信息空间上的一个拥有沉浸、交互、构想功能的虚拟环境。目前VR的主要应用领域有医学技术、娱乐项目、军工产品、航天技术、室内虚拟装饰、房地产业务开发实现、工业模型仿真、应急任务推算演变、珍贵文物展示、游戏场景实现、web3D等领域。组成VR系统的硬件主要包括并行机、影像工作站、音响设备、网络、VR人机通信设备。现有的商业化开发平台生产国家有美国、英国、德国，具体的商业公司有VRL、Division、Sense8、IGD，主要推出的开发平台有RBI、dvs、WTK、Virtual Design和GIVEN，VR的操控系统主要由传感器、操纵装置、连接装置三类硬件组成。目前市场上流通的极具代表性的产品为VR头显，由Oculus公司研发，2013年Oculus创始人Palmer Luckey推出首款产品Oculus Rife，主要作为外设设备应用于虚拟显示游戏，其硬件结构由LCD显示、镜片、电子陀螺仪构成，原理是利用人体左右眼获取影像的独立性产生视觉效应的差异化信息在人脑中产生立体感，利用这种立体交错模式可以达到立体成象目的，目前三星、HTC、索尼、乐视等品牌都在致力于推出自己的VR产品，国内VR技术处于稳步发展阶段。目前，地理国情监测VR化在国内的研究为空白，其发展依赖于VR技术和VR设备，因此提出地理国情监测VR化有一定的科研、经济价值和研究意义。

地理国情监测是一项长期的、需要几代人努力推动的工作，工作内容的提出、阶段划分以及最终工作的落脚点值得每一个地理工作者思考。该文基于当下工作处于的阶段、获取的成果作为论点出发，根据现有技术结合热点产品判断其发展方向，对于未来发展可能的落脚点进行设想，为地理国情监测工作提出发展思路，为实现监测数据的深度挖掘提出见解。但从目前实际情况看待，依然存在一些问题：首先，从技术而言，虽然在已有技术上有可能实现空间的搭建，但需要将各种计算机技术整合，从研发到实现需要一定时间；其次，对于监测数据挖掘，目前只局限在测绘部门及相关的专业应用领域内，缺乏其他行业数据的融合，最终做到应用的程度还有一段距离；而且，地理国情监测工作的开展最终需要服务人民、服务社会，从主观认识上需要做出调整；最终，设想的实现不仅需要本专业领域人士的积极推动，更需要交叉学科专业人士的大力参与，相信在发展的过程中势必会带来技术与设备的大幅度进步跨越，最终实现智能化监测。

2017年（第42卷）第10期

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