2023年8月13日至18日,第31届国际制图大会在南非开普敦举行。本文首先简要介绍了第31届国际制图大会概况。然后,在详细分析大会专题报告的基础上,重点归纳和总结了国际上地图制图学在基础理论、地图制图与地理信息技术、地图数据、地图产品、空间数据基础设施建设、公众应用、可持续发展和历史文化伦理八个方面的研究新热点,并分析得到了以下特点:一方面地图制图更加注重多要素融合制图、用户/场景体验增强和快速制图能力;另一方面,地理信息技术在多模泛在感知、大数据融合处理、人工智能分析、知识构建与服务等方面不断深化;此外,面向资源管理、生态保护、社会发展等的全球/区域/国家/城市可持续发展应用,已成为各国政府机构、科研机构、产业企业等共同努力的热点方向。另外从国际地图大赛获奖地图可以看出地图可视化方法融入了更多的现代元素和文化印记,更加注重"人-图"互动。最后,探讨了大数据与人工智能时代地图制图学在理论体系、技术方法和应用服务方面的发展趋势,并对我国地图制图学科发展与国际合作提出了建议。
国际制图协会(International Cartographic Association,简称为ICA),是世界地图制图学界权威性学术组织,于1959年在瑞士伯尔尼成立,旨在促进国际间地图制图学的发展,加强国际间技术合作和技术交流。ICA任务是推进地图制图学的研究,鼓励和协调这一领域的科研活动,其中包括国际间的协作、技术和文献的交流,促进地图制图学教育的发展、推动地图制图学的科普工作,组织地图制图学的国际学术讨论会、讲座、培训和技术展览会等,并参加其他国际学术组织的有关会议和活动。
国际制图大会是国际制图协会组织的国际地图制图学界学术会议,每两年举行一次。来自世界各地政府部门、教育机构和企事业单位的地图制图专家在国际制图大会上通过专题报告和大会展览等方式宣传地图制图学基础理论、技术方法和应用服务等方面的最新进展。因此,本文旨在全面分析2023年国际制图大会的专题报告和地图产品,总结归纳地图制图学研究特点与未来发展趋势,这对我国地图制图学科未来几年的发展具有重要的参考意义。
第31届国际制图大会(ICC 2023)于2023年8月13日至18日在南非开普敦举行,大会主题为智能制图促进可持续发展,共吸引了来自87个国家的845名代表出席技术大会及国际地图展。本次大会上选举产生了新一届执行委员会(2023—2027)。其中,我国1人成功当选执行委员会副主席,6人当选为委员会主席。国际制图大会同期举办了国际地图大赛和芭芭拉·佩什尼克世界儿童地图大赛,我国选送的地图作品共获5项大奖。
国际制图大会包含5个主旨报告、45个专题会场(342个技术报告)和8个委员会会前研讨会,涵盖了基础理论、地图制图技术、地图数据、地图产品、空间数据基础设施(Spatial Data Infrastructure, SDI)建设、公众应用、可持续发展应用和艺术伦理历史等内容。
图1 大会专题报告类型及数量
从大会专题报告整体上看地图制图学关注领域可分为传统制图和新兴地理信息两方面,其中传统制图领域(如地图投影、多尺度制图、地图设计等)更加注重多要素融合制图、用户/场景体验增强和快速制图能力,新兴地理信息领域则在多模泛在感知、大数据融合处理、人工智能分析、知识构建与服务等方面保持持续旺盛的势头。
地图应用领域除交通、应急、工程、生活、文教等传统领域仍然是地图制图与地理信息技术产品应用重点外,面向资源管理、生态保护、社会发展等的全球/区域/国家/城市的可持续发展,已成为各国政府机构、科研机构、产业企业等共同努力的热点方向。
图2 大会专题报告研究方向
涵盖地图制图学知识体、构成、方法论、发展方向等主题,更加强化了地图制图作为独立学科的地位。例如,挪威特隆赫姆挪威科技大学Midtbø团队提出了地图制图学知识体(CartoBok)框架,致力于从ICA中收集和动态更新地图知识,用以确定地图制图学核心知识和概念,快速建立与相关科学/学科的关联。
涵盖地理空间分析与建模、基于位置的服务、制图综合与多重表达、地理空间语义、可视化分析、地理信息可视化认知、增强虚拟现实与混合现实、数字孪生和开源地理空间技术等方面,其中空间分析和建模、可视化认知、制图综合与多重表达、增强虚拟现实与混合现实、地理空间语义等是大会讨论热点。
涵盖地理空间数据及其软件、开放数据、地图众包、传感器驱动制图、无人机数据制图、对地观测与制图和参与式制图等专题,对地观测与制图、地图众包和开放数据是热点讨论主题。
涵盖地图设计、地图册与地图集、地形图、海洋制图、山地制图、室内制图、运动休闲地图、儿童与制图、盲人/弱视人士用图及历史地图等主题,其中地图设计、儿童与制图、历史地图、盲人/弱视人士用图等研究居多。
涵盖SDI与标准、地名研究、制图标准化、地理空间服务交付、未来地理空间生态系统等方面,其中SDI和标准、地名方向为研究重点。SDI和标准研究主要探讨面向未来的OGC服务与标准的转型。
涵盖地图和互联网、移动设备地图、地图用户体验、地图教育培训等方面,其中地图教育培训、地图用户体验是研究重点。地图教育培训研究主要关注在学校地理教学中使用地图和在高等教育中教授地图制图学的心得及经验。
以智能制图促进可持续发展是本次大会主旨,涵盖服务于SDGs的空间数据和分析制图、联合国综合地理空间信息框架实施体系、气候变化地图制图学和地理科学、预警和危机管理制图等主题,其中,服务于SDGs的空间数据和分析制图、预警和危机管理制图为研究热点。
主要探索地图制图学历史、地图与艺术、地图/地理科学伦理等相关主题。例如,德克萨斯大学Imre Josef Demhardt团队致力于将艺术与制图结合起来,从间冰期(15—18世纪)出现的第三个新奇事物的角度审视北极制图进展。
地图制图学知识体(CartoBok)
挪威特隆赫姆挪威科技大学Midtbø团队提出了地图制图学知识体(CartoBok)框架,致力于从ICA中收集和动态更新地图知识,用以确定地图制图学核心知识和概念,快速建立与相关科学/学科的关联。
图3 地图制图学知识体(CartoBok)
本次国际地图大赛地图主要分为挂图类地图产品、航空(海)类地图产品、地图集(册)类地图产品、地图集(册)类地图产品、教育类地图产品、实体类地图产品、数字地图及服务类产品七大类型。从国际地图大赛获奖地图整体看,地图可视化方法融入更多的现代元素和文化印记,更加注重"人-图"互动。
序号 | 地图类型 | 地图特点 |
---|---|---|
1 | 挂图类 | 结合传统绘画艺术和文字、音乐、语音和摄影等现代艺术和文学作品等文字、图片、音频、视频等多种信息展示手段,使得地图可视化更加生动,在地图空间定位等基本功能基础上,更加突出地图的艺术美感 |
2 | 故事类 | 结合传统绘画艺术和文字、音乐、语音和摄影等现代艺术和文学作品等文字、图片、音频、视频等多种信息展示手段,使得地图可视化更加生动,在地图空间定位等基本功能基础上,更加突出地图的艺术美感 |
3 | 实体类 | 结合传统绘画艺术和文字、音乐、语音和摄影等现代艺术和文学作品等文字、图片、音频、视频等多种信息展示手段,使得地图可视化更加生动,在地图空间定位等基本功能基础上,更加突出地图的艺术美感 |
4 | 航空(海)类 | 为全力保障航空、海运安全性,可视化与飞行和航海相关的地理要素和航行要素类型更为细化,如注重海洋和陆地地形地貌等可视化表达 |
5 | 地图集(册)类 | 相比传统纸质制图介质,结合数字化与物理等多元化介质,让地图教育更加常态化;地图制图从传统2D模式向3D和4D模式转化,更加注重地图交互性,地图用户群体更加广泛 |
7 | 数字地图及服务类 | 更加关注WEB端时空大数据的快速在线分析和可视化,制图过程可快速个性定制和自适应 |
相关研究表明相比成年人,儿童对社会可持续发展目标主题的看法和环境感知更加真实,儿童地图可以最为直观的表征当前社会发展问题。本届儿童地图比赛以"我未来世界的地图"为主题,共汇聚了来自32个国家的176幅儿童地图作品参赛,从色彩绚烂的获奖地图可以看出未来的城市与自然和谐相融,环保意识深植于儿童心田,科技与自然相互交融。
图4 国际地图大赛部分获奖作品
图5 儿童地图大赛部分获奖作品
两年一届的国际制图大会有力促进了地图制图学与地理信息研究,推进了各国间的地图制图学与地理信息科研工作,普及了地图制图学与地理信息知识,推动了地图制图学与地理信息教育发展,为科研人员提供了地图制图学与地理信息领域的最新进展和动态。新时代地图制图学与地理信息的发展,表现出了新的发展趋势。
图6 新一届ICA(2023—2027)委员会构成
本届ICA(2023—2027)同意成立了28个技术委员会,主要涉及地图制图学基础理论、技术、地图数据、地图产品、教育与培训和应用6个方面。其中,地图制图技术和地图产品委员会占50%,将地图制图技术和地图产品研究方向划分的更为精细化和专业化。
地理人工智能(GeoAI)、地图与可持续发展、高精地图、国家测绘机构数字化转型、地图制图学集成地理空间信息和地图制图学伦理为新成立的6个委员会,是地图制图学研究领域新方向。
人工智能的发展先后经历了符号主义、行为主义和连接主义,其共同目标是解放人类。其中传统的符号主义和行为主义人工智能在地图制作、地图专家系统、地图空间决策、地址选取、时空现象发展、空间格局优化配置、地图注记自动配置等方面取得了系列进展。
连接主义的人工智能以当前最为流行的卷积神网络和注意力机制等深度学习方法为代表,地图研究涉及制图数据获取处理、制图符号设计、制图符号配置、地图制图综合、地图设计艺术风格迁移等方面。
传统的时空大数据包含对地观测数据和社会经济数据,随着天空地海一体的传感器网技术、人工智能技术、"互联网+"技术和智能计算技术等的快速发展,时空大数据范畴进一步扩展到感知人类社会活动的物联网大数据、互联网大数据、社交网大数据等。
时空大数据为地图制图提供了大规模海量数据源,时空大数据的海量性、快速性、多样性、价值性、真实性、可变性等大数据特性,使得地图制图朝着动态化、实时化、自适应化、多尺度化和泛在化发展。
随着计算机等科学技术的快速发展,地图制图学已被广泛应用于地质、林业、土地资源、气象、海洋、农业、工业、水利、商业、交通等领域,为灾害预测预警、生态保护、环境治理、城镇和区域发展规划设计与管理调控提供了重要支撑。
2015年,联合国发布了《2030年可持续发展议程》,包括17项可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs)、169项具体目标(Targets)及232项指标(Indicators),旨在2015—2030年消除一切形式和表现的贫困、减少多重交叉不平等、应对气候变化、结束冲突及维持和平。
Carto-GPT地图大模型框架
本次大会专门新成立了GeoAI委员会,来自奥地利维也纳理工大学Markus Jobst团队提出了Carto-GPT地图大模型,采用机器学习或人工智能对地理信息进行大规模处理,并解决下游系列地理任务,是一种集成人工智能、知识图谱等新一代智能技术的新模式。该模型框架可输入文本、图像、音频、结构化数据、3D模型和点云等多源数据,采用大模型的多模态数据融合处理能力,通过地图基础大模型实现与地图内容相关的回答问题、情感分析、信息抽取、图像说明、目标识别的等任务,基于大模型的地理任务研究将成为未来几年的热点研究。
图7 Carto-GPT地图大模型框架
国际制图大会为推进地图制图学研究,鼓励和协调国际间技术交流和合作提供了重要的国际平台。从本次制图大会可以看出,随着大数据、互联网和人工智能的快速发展,地图制图学呈现智能化制图、多源数据融合、知识构建、空间分析、泛在制图等多个研究热点,地图产品的表达方法更加多样化和生动化,地图产品更加大众化、个性化和精细化,并且为支撑全球可持续发展提供了重要工具。
目前,我国地图制图学科在基础理论、技术方法及应用等方面取得了长足进展。未来,我们要充分利用ICA国际平台,不断建立和完善智能时代新的地图制图学理论体系,突破智能时代地图制图学关键核心技术,以全球视野促进我国地图制图学高质量发展。为此,我们要加强关注和跟进地理空间数据融合、知识构建、空间分析、泛在制图、地理智能、数据质量等重要和新兴研究领域的国际前沿发展动态,加强国内外相关研究机构科技交流与合作,实行更加积极的主动开放策略,推动我国地图制图学研究的国际影响力不断提升。
刘纪平,车向红,王勇,等.从第31届国际制图大会看地图制图学的研究进展[J].地球信息科学学报,2024,26(1):3-14. [ Liu J P, Che X H, Wang Y, et al. Research progress of cartography highlighted by the 31st International Cartographic Conference[J]. Journal of Geo-information Science, 2024,26(1):3-14.] DOI:10.12082/dqxxkx.2024.230788
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