智慧时代GIS技术发展趋势与应用前沿

智慧时代GIS技术发展趋势与应用前沿“云物移大智”是当前影响IT发展的五大因素。云计算、物联网、移动计算和大数据是技术手段，最终落脚点在智慧城市。尽管数字城市建设还正如火如荼，但智慧时代正在悄然来临。地理信息是智慧时代重要的基础信息，而GIS技术是智慧时代重要的支撑技术。二维GIS、空间数据库、组件式GIS和ServiceGIS等技术有力地支持了数字时代的GIS应用建设，那么在智慧时代需要什么样的GIS技术？在智慧城市与云计算、物联网、大数据和移动计算携手并进时，GIS技术的未来发展与应用趋势也渐渐明朗。第一部分GIS基础技术的发展趋势2013以来GIS技术光环曲线之新变化在2013年GIS平台软件技术光环曲线上，可以看出：1.二维GIS，组件式GIS，空间数据库等技术经过30多年或者10多年的发展，都已经进入成熟期。2.基于SOA架构的服务式GIS正在逐步替代WebGIS，从复苏期走向成熟期，WebGIS将逐步被淘汰。3.移动GIS在10年前产生，现在应该在低谷期，正在向复苏期转移。三维GIS自从谷歌推出GoogleEarth之后进入过热期，随后大众对三维的华而不实有所失望，经历了一段低谷期。现在，三维GIS正从低谷期进入复苏期。4.GIS云计算从2009年开始萌芽，2010-2011年经过概念炒作阶段，现在正进入低谷期。在我们构建未来的应用系统时，成熟的技术往往不会被忘记，但目前尚未成熟的技术却很容易被忽略，而这些技术恰恰是以后很可能很快被成熟应用的技术。我们认为，在智慧时代需要关注三大技术的应用，即云GIS技术、移动GIS技术和二三维一体化GIS技术。接下来将简单介绍这三项技术。云GIS技术为了更好地支持云计算，充分发挥云服务器的优秀性能，GIS软件特别是服务器软件需要具备三大技术：跨平台GIS技术、64位GIS技术和GIS并行计算技术。1.跨平台GIS技术早期的GIS系统大都是C/S结构的，主要GIS功能在客户端实现，服务器主要是存储数据。现在应用系统更多采用B/S结构，GIS的功能重心转移到服务器端，主要功能在服务器端实现，客户端只是用来展示计算结果和交互。客户端基本是Windows一统天下的局面；而服务器端操作系统则是Windows、Unix、Linux是三分天下的格局，因此需要考虑GIS平台对跨平台的支持能力，在智慧时代所选的GIS平台软件必须支持多种操作系统，才可以在云计算建设中有更多优秀技术和平台可供选择。2.64位GIS技术曙光天演小型机可装内存512GB，天河一号超级计算机可装内存98GB，如果采用32位GIS软件，则GIS软件一个进程只能用不到4GB的内存，超级计算机便成了超级浪费。因此需要发展64位GIS，才能充分发挥高端服务器的优异性能和海量内存优势！3.GIS并行计算技术鉴于2011年来硅晶体管已接近了原子等级，达到了物理极限，摩尔定律开始失效，CPU频率无法向以前那样快速增长，取而代之的是多核技术的快速发展。但GIS的数据量的增长步伐却没有减缓，CPU频率的增长无法抵消GIS计算量的增长，GIS正在遭遇性能瓶颈。要解决这一问题，必须发展GIS并行计算技术并产品化。移动GIS技术移动智能终端的快速发展，带来大量移动电子地图的应用。在智慧城市的建设中，不仅需要大众版的电子地图应用，还需要专业的移动GIS应用，如在公安、应急、救灾、测绘等专业领域。专业的移动GIS应用有两种工作模式：一是实时在线模式（瘦客户移动端），二是可离线模式（全功能移动端）。对于数据需要保密、网络条件不佳、没有网络的情况下，全功能移动端显得更加重要。在智慧城市建设中不仅要重视在线的应用模式，也要重视可离线应用的模式。客户移动端模式本地功能弱，需实时在线调用服务端的GIS功能，它的特点如下：●必须链接GIS服务器获得GIS专业功能；●支持多种移动端：iOS、Android、Windows；●在线地图浏览、编辑、查询、分析；●可打开本地离线缓存图片。全功能移动端本地功能强，是一种可以离线也可以在线使用的移动GIS，支持离线的矢量数据和离线的分析编辑功能。它的特点如下：●具有完整GIS功能内核，可不连接服务器；●支持离线矢量数据和离线分析编辑；●支持二维三维一体化；●支持多终端：iOS、Android、WP。二三维一体化技术传统的三维应用系统，三维可视化效果不理想，实用性不强，导致这种问题的原因在于三维技术和二维GIS相互分离，二维GIS强大的功能无法在三维中应用。从需求的角度看，传统的三维技术不能很好地满足三维GIS深层次的需求。借鉴马斯洛人的需求五层次理论，我们认为GIS功能需求也分五个层次，由浅至深依次为数据获取、可视化表达、查询、分析和建模（非三维建模，是分析过程的模拟）。二维GIS经过30多年的发展，基本上可以满足5个层次的需求，而三维GIS发展时间不长，目前只能满足获取、可视化表达和查询三个基本层次需求以及部分高层次的需求。因此从这个角度讲，二维GIS是实力派，三维GIS是偶像派。我们需要找到一种方法将二维GIS与三维GIS完美结合，二三维一体化GIS技术应运而生。相对于二维GIS和三维可视化软件，二三维一体化GIS具备如下特点：●数据结构二三维一体化：海量二维数据无需转换，可直接高性能地在三维场景中可视化；●软件二三维一体化：使用二维和三维不需要分别启动不同的软件；●基于数据库管理三维数据：三维数据不仅可以保存在一般文件中，还可采用空间数据库存储管理；●三维中使用二维分析功能：在三维窗口中可以直接使用所有二维分析功能，展示分析结果；●符号化的三维数据模型：场景符号化是三维数据可进行空间分析的前提。其中，符号化而非实体化的三维数据模型，是二三维一体化GIS有别于CAD和虚拟现实的非常重要的特点。虚拟现实的三维道路通常是实体化建模的，可以量算，但无法对把三维模型的道路加入路网拓扑计算中，还必须另外存储道路中心线以便建立拓扑关系，导致了分析数据和可视化数据两张皮，给数据更新维护带来不必要的代价。在三维GIS中，对于需要进行空间分析的路网和管网等，需要符号化的方式建立三维场景。在数据库中，存储的是道路和管网的中心线，在二维窗口可视化时配置二维线型，在三维窗口中可视化时配置三维线型，这样不仅节约了三维场景的存储空间，还让三维的道路和官网数据直接参与拓扑运算。甚至在道路扩宽后，如果没有改道，也不用重新建模，只需要更换道路的三维符号即可。当然，对于那些需要逼真可视化的地物而言，也需要实体化建模，因此三维GIS的应用模式通常是混合使用实体化建模和符号化建模。第二部分GIS技术的应用前沿GIS技术从出现到目前已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理以及政府部门等许多领域发挥着巨大的作用。随着GIS技术的发展，基于GIS技术的应用也不断推陈出新。GIS技术的智慧应用GIS技术的智慧应用包括智慧城市、智慧旅游等，而智慧城市又可以细分为智慧交通、智慧家居、智慧社区、智慧物流等部分。智慧城市简单的解释是物联网加上云计算，通过物联网基础设施、云计算基础设施、地理空间基础设施等新一代信息技术以及维基、社交网络、FabLab、LivingLab、综合集成法、网动全媒体融合通信终端等工具和方法的应用，实现全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的可持续创新。智慧旅游，也被称为智能旅游。就是利用云计算、物联网等新技术，通过互联网/移动互联网，借助便携的终端上网设备，主动感知旅游资源、旅游经济、旅游活动、旅游者等方面的信息，及时发布，让人们能够及时了解这些信息，及时安排和调整工作与旅游计划，从而达到对各类旅游信息的智能感知、方便利用的效果。智慧旅游的建设与发展最终将体现在旅游管理、旅游服务和旅游营销的三个层面。室内导航：地图发展新方向在导航业发展日趋全面化的今天，在室外导航普及化的今天，室内导航的发展成为了市场上各大企业争相突破的新方向。随着导航业的迅猛发展，导航地图给了出行的市民带来了很大的便利性。出门在外，虽然知道了具体地点，可在一些酒店、火车站、商场内的一些大型的场所，人们依然无法正确的找到指定地点。这为人们的出行，势必会带来一定的影响。随着导航地图技术的发展，越来越多的用户渴望定位导航覆盖全面化，这给室内导航发展带来了动力。同时手机地图APP使用日趋广泛，其拥有庞大的接受人群，这为室内导航的发展奠定了牢固的基石。此外在现阶段室内地图导航中，主要通过GPS、Wi-Fi信号、手机基站等综合信息进行分析，完成定位，或是鼓励广大的手机用户上传建筑平面图。随着北斗导航、gps的精准化，Wi-Fi信号的普及化，手机基站信息的全面化，这些种种信息的整合，将会为室内导航发展做出强大的技术支撑。广告精准推送自从互联网诞生至今，互联网展示广告的交易模式（不包括搜索广告）就一直是广告主自己或通过广告代理商，在各个网站的不同位置购买广告位，然而事实上，在各个网站海量的空间中，展示广告的分布是极不均衡的，往往是各大网站的首页面的广告资源非常紧俏，价格也非常高昂，而在三四级页面则因为流量低，广告主少有问津；对于广告主而言，紧俏的广告位都是按天收费，价格不但昂贵，而且无法区分是不是自己的目标受众，会造成很多的浪费。现如今，依托网络定向和GIS技术的发展，可以改变互联网展示广告的交易模式，让广告主从购买广告位，转变成购买人群。这也就是说，广告主只会对自己的目标受众展示自己的广告，而非目标受众在同一个位置上是看不到自己广告的，从而达到以精准的渠道将营销信息传达给准确的目标受众群体大数据时代随着云时代的来临，大数据（Bigdata）也吸引了越来越多的关注。大数据作为云计算、物联网之后IT行业又一大颠覆性的技术革命。云计算主要为数据资产提供了保管、访问的场所和渠道，而数据才是真正有价值的资产。这些庞大数据，意味着什么？它意味着，一种全新的致富手段也许就摆在面前，它的价值堪比石油和黄金。事实上，当你仍然在把微博等社交平台当作抒情或者发议论的工具时，华尔街的敛财高手们却正在挖掘这些互联网的“数据财富”，先人一步用其预判市场走势，而且取得了不俗的收益。让我们一起来看看——他们是怎么做的。这些数据都能干啥?具体有六大价值：●1、华尔街根据民众情绪抛售股票；●2、对冲基金依据购物网站的顾客评论，分析企业产品销售状况；●3、银行根据求职网站的岗位数量，推断就业率；●4、投资机构搜集并分析上市企业声明，从中寻找破产的蛛丝马迹；●5、美国疾病控制和预防中心依据网民搜索，分析全球范围内流感等病疫的传播状况；●6、美国总统奥巴马的竞选团队依据选民的微博，实时分析选民对总统竞选人的喜好。小结随着智慧时代的发展，GIS的技术发展面临新的挑战和机遇。云GIS技术、移动GIS技术和二三维一体化的GIS技术是支撑未来智慧时代的GIS应用的三大核心技术。在“云物移大智”中，云计算是领衔的技术手段，也是智慧时代重要的标志性技术，未来的应用也将是“云+端”的组合。