中国测绘 | 智能化测绘的路径与愿景（AI+测绘）

原创 中国测绘学会 中国测绘学会

本文内容摘自《中国测绘》2023年第12期

人工智能，第四次工业革命的主要标志。当前，发达国家和众多的科技公司，纷纷投入巨资展开研发和布局，我国也在全力构筑人工智能发展的先发优势。人工智能正在渐渐地从一般的感知智能，向认知智能进行升级。

人机混合智能，具备独特优势，是现阶段发展人工智能重要的技术途径。应用先行，以应用驱动应用技术发展，是人工智能非常重要的发展形态。我国人工智能发展的创新生态环境已经初步形成，在全球AI指数排名中属于第一梯队。

百度的无人驾驶、阿里的城市大脑、腾讯的智能医疗、科大讯飞的语音识别、商汤的图像与视频处理等开放平台以及华为、寒武纪、海康威视等实体经济领域平台已经创建。

将新一代人工智能理论与技术与测绘地理信息相结合，不仅是一个迫切的挑战，而且是一个重大的机遇。近年来，测绘地理信息行业的内外部环境发生了较大变化，面临着技术转型升级的巨大挑战。尽管我们已经实现了全行业的数字化转型，推动了数字化产品生产与服务体系的全面建立，促进了测绘地理信息产业的蓬勃发展。但是应该看到，近年来数字化测绘技术的“红利”已基本用完，测绘生产与服务，面临着数据获取实时化、信息处理自动化、服务应用知识化等诸多新难题。

最近一段时间，人工智能对测绘学科产生着广泛影响，测绘界提出了对地观测大脑、泛在测绘、顾及三元空间的智慧城市GIS框架等新概念，为智能测绘的科技研讨奠定了理论基础。新一代人工智能技术，是加快推动测绘地理信息转型升级的核心驱动力；在新的发展形势下，从数字化测绘走向智能化测绘，成为必然选择。

智能化测绘，是以知识和算法为核心要素，构建以知识为引导、算法为基础的混合型智能计算范式，将传统测绘算法、模型难以解决的高维、非线性空间求解问题，在知识工程、深度学习、逻辑推理、群体智能、知识图谱等技术的支持下，对人类测绘活动中形成的自然智能进行挖掘提取、描述与表达，并与数字化的算法、模型相融合，构建混合型智能计算范式，实现测绘的感知、认知、表达及行为计算，产出数据、信息及知识产品。

智能化测绘旨在将越来越多的简单性、重复性甚至危险性的测绘任务交由机器完成，而让人类更好地发挥知识创造、空间思维等方面的能力，达到赋能测绘生产、提高效率与水平的目的。为此，需要在测绘自然智能解析建模和混合型智能计算模式构建的基础上，研究设计赋能机制与实现路径。

智能化测绘的实现路径，一是测绘自然智能的解析与建模。测绘自然智能指人类在测绘活动中形成的感知、认知和行为能力，如遥感影像判读解译、地图读图与分析、行进中的导航定位等，可以抽象成特定的自然信息处理机制和支撑的先验知识。测绘自然智能解析与建模能够凝练、整理人们在数据获取、信息处理、服务应用等测绘活动中积累的经验或认识，包括一些自然要素和人文现象的地域分布、时空变化、关联关系等规律，形成可用于辅助测定空间分布的、判定多重属性及分析动态变化的先验知识。

二是混合计算模式的构建与实现。近几年迅速发展的深度学习、群体智能、知识图谱等人工智能技术，为自然测绘智能的挖掘提取和描述、表达提供了新手段。

例如，利用深度学习提供的多层非线性变换，可以挖掘隐含在遥感影像数据内部的统计性特征，包括基于几何特征的边界识别、基于光谱特征的参数反演，进而利用构筑物和自然景观地物构成、时空分布等领域知识，将这些低层特征组合成高层特征或属性类别，提取复杂的全局特征和上下文信息，识别出复杂地理场景。群体智能模仿生物系统内的竞争和合作方式，通过群体计算、社群感知等方式，从少数的精英专家行为走向众包、众创，实现由下而上、跨层级的协同问题求解，为测绘样本采集、检核验证、公众参与、决策支持等提供了新思路。知识图谱、大数据等技术也为构建新型的混合智能计算模式提供了可能。

三是研究、制定智能化测绘的智能机理、计算模式、赋能机制。在生产实践的基础上，抽象出科学的概念、术语、命题、陈述、定律、定理，凝练出基础理论与关键技术问题，形成具有系统性和逻辑性的知识体系与成套理论方法，为智能时代的人类测绘活动提供新思路、新方法和新工具。要深入研究智能化测绘的技术，面向特定测绘目标或任务，需利用智能原理与知识，研究发展适宜的技术方法，解决实际问题。

四是建立智能化测绘的应用系统。构建支持数据采集、处理、分析、管理的新一代智能化业务系统，提升产品生产与服务的水平与效率，是智能化测绘的一个重要发展方向。需要针对特定的单一或综合应用场景，厘清其产品生产与服务过程中所蕴含的信息处理机制，梳理所使用的先验知识，构建混合型的智能计算模式，研制专门或专用的具有一定智能水平的业务系统或平台，并制定出相应的技术规范、工艺流程、质量控制办法。

这一过程，将打破传统测绘大地测量、摄影测量与遥感、地图制图、地理信息工程等传统专业界限，从业务信息流的角度进行整体谋划与优化设计。

五是研制智能化测绘的仪器装备。如智能全站仪、测量机器人、测绘无人机、三维激光、智能化的单波束测深系统、全组合智能导航系统、识图机器人，以及利用智能设备和其所带的智能传感器开发的数据采集系统等。

未来的智能化测绘地理信息，需要一个真三维动态的时空大数据环境，与之结合的人工智能技术必须能够描述、表达和预测真三维动态的世界，建立室内外一体化真三维世界孪生模型是新一代人工智能技术赋能测绘地理信息的基础设施。测绘地理信息知识图谱、能够描述真三维时空中实体属性信息以及不同实体属性之间的相关关系，是智能化测绘地理信息系统的核心功能。

智能测绘地理信息将能够对处理对象进行动态推理预测，预测未来事件的精确位置及附着在位置上的属性信息的变化。时空信息推理预测以大数据为驱动，通过机器学习挖掘数据中内在的规律，来指导未来的预测推理。实现大数据智能、跨媒体智能、群体智能、混合增强智能和自主无人系统五大智能技术与测绘地理信息进行融合，即可构建智能测绘地理信息软硬件平台。

从数字化测绘走向智能化测绘，是测绘地理信息行业转型升级的重要举措。面对全社会智能化的时代浪潮，业界要通过人类自然智能、机器智能与测绘知识、算法的有机结合，构建以知识为引导、算法为基础的智能化测绘体系，实现对真实世界的智能感知、认知、表达及行为计算，提供更加丰富、更为精准的测绘地理空间数据、信息及知识产品。

何以“智能”？

智能是热门话题，人工智能（AI）现在炙手可热，大家都说是人类社会下一次的工业革命。自从ChatGPT出现后，各种GPT（深度学习模型）涌现，大模型已经成为平台型人工智能技术的落脚点，人工智能开始批量 走向场景式应用。

测绘如何走向智能化？会有GPT式的存在吗？

智能化测绘时代，即测绘4.0时代，是信息化测绘的发展新阶段，目标是解决测绘数据高效泛在获取和智能化实时处理的问题，满足多行业和面向大众的低成本、高精度时空数据服务需求。院士、专家就智能化 测绘有深入的论述，也引起了众多的响应和积极的实践。

技术融合与泛在应用，是智能化测绘的显著特征，泛在获取、智能处理、知识发现、按需服务，以知识和算法为核心，构建以知识为引导、算法为基础的混合型智能计算范式，实现测绘感知、认知、表达及行为计算，产出数据、信息及知识产品。

我们看到遥感数据模型、位置数据模型等带有测绘属性的GPT出现了，基于自动驾驶的多传感器融合和高精电子地图生产也趋于智能化、平台化发展，华为、阿里等大科技公司参与其中，AI+测绘越来越显性和泛在。

智能化测绘不仅是技术的融合和革新，也是应用边界的大拓展，必定驱动数据价值的大提升。智能化测绘目前的技术研究热点有时空数据按需搜索与协作服务系统、综合PNT服务系统、卫星在轨数据处理系统、天空地综合智能摄影测量系统、云端遥感影像智能解译系统、智能地理信息系统、空间型知识服务系统等。

从市场端来看，智能化测绘目前的应用热点有新型基础测绘、实景三维、数字孪生、BIM、CIM、多源异构数据、时空知识服务、小卫星星座，遥感云、L4级自动驾驶，高精地图、车道级导航、车规级传感、智慧应用、城市大脑等。

找到应用场景，极致产品体验，完善服务能力，这是智能化测绘发展的课题。因为智能，效率更高；因为智能，应用更广；因为智能，价值更大。智能化测绘所 带来的价值，是传统测绘价值的提升和新测绘价值的拓展，实现持续增长的产业化价值是根本。

测绘何以“智能”？更融合，更泛在，需要更智能！