从数字经济到元宇宙，GIS必不可少
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陈能成
国家地理信息系统工程技术研究中心主任、中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院副院长，主要研究方向为数字孪生、对地观测传感网、时空大数据智能、地理仿真决策、智慧城市及智慧流域等。
当今世界呈万物互联、互融之势，跨界能碰撞出别样火花，融合能结出丰硕果实，GIS（地理信息系统）技术与其他行业和技术的跨界融合也一样。
近日，中海达《定位》杂志记者独家采访陈能成教授，探讨GIS技术跨界融合后的别样精彩。
内外因“变革”，催生大跨界
在陈能成看来，驱动GIS技术跨界融合有内外因素。
内因方面，首先，GIS系统的体系架构发生了较大变化。从最早的大型机到现在的服务式GIS，近50年来GIS系统的体系架构和计算模式一直在发生变化。目前，一般大型GIS都会采用服务式，而这个架构意味着GIS被更多的人使用，管理者可以随时随地进行管理，用户可以随时随地进行使用。同时在硬件方面，GIS系统从部署在计算机上向着部署在有计算单元的终端上演化。GIS技术与系统的这些大变化，促使其更需要融合。其次，GIS技术的数据类型发生变化。各种各样的传感器为GIS技术带来源源不断的数据，除了传统的数字线画图、数字影像、三维地图，还有数字高程模型等数据，这些数据要求GIS技术不断提升自身能力，而借助计算机等技术来提升是其有效途径之一。最后，GIS技术的管理对象发生变化。此前，GIS技术管理的更多是山水林田湖，但随着社会经济、人文空间的历史变迁，致使GIS技术的管理对象从原来的自然变为自然社会人文交融，这些变化也要求GIS技术跨界融合。
外因方面，陈能成认为同样有三个原因。首先，需求发生变化。“我们中国地质大学（武汉）提出，培养的学生要能够上天、入地、下海，为什么？因为GIS技术服务的对象，已经从地球表面到深地、深海、深空，它的时间跨度和空间维度都发生了变化，这就对GIS系统的升级或者功能提出了新的需求。”其次，社会对GIS的要求在发生变化。“在现在数字经济环境下，GIS系统仅仅生产一个地图是不够的，还需要能承载人、事、物的位置信息，用于数字孪生、城市、流域、海洋、星球的数字底座的构建；同时，从数字地球到未来的智慧地球，GIS技术也被寄予厚望能够很好地进行数据管理、信息分析、知识挖掘，做好时空操作系统；此外，伴随着灾害、环境、安全、健康等事件的频发，GIS技术还被寄予能够基于海量的历史数据和实时的大数据，充当模拟预测器的厚望。最后，GIS服务模式发生变化。“GIS服务不再单纯是集中式的服务，而是泛在的服务。”陈能成进一步表示，基于内外因素，GIS技术在跨界融合这一大趋势下，只有主动去融合其他技术和行业，才能跟上时代发展的步伐。
担当“多面手”，赋能多领域
在今年2021中国地理信息产业大会上，中国地理信息产业协会会长李维森在《中国地理信息产业发展报告（2021）》报告中指出，GIS技术日益成为主流的IT解决方案。而早在1997年，陈能成师从龚健雅院士攻读硕士时，便已经开始思考、探索GIS技术如何与IT技术结合，“当时我们用计算机语言中比较新的面向对象的Java语言，提出了分布式超地图对象组织模型，从底层做起，做了一个GIS基础软件吉奥之星的网络版本GeoSurf，广泛用于军民地理信息服务系统构建。”待时间来到2006年，陈能成在美国乔治梅森大学与狄黎平教授合作从事卫星传感器网络与GIS系统的结合，开始了GIS技术与“更大的互联网”——物联网的跨界探讨。“物联网其实本质上也是一种互联网，我认为当下GIS技术和IT技术的跨界融合重点之一，就是与物联网的结合。比如说我们现在做的GIS设备，如果你将它当作一个终端的话，会比较有局限性。但若你将它当作一个在线采集器，那它就可以被部署到整个城市的任意网络。”
此外，陈能成指出，GIS技术还能与人工智能、虚拟现实及城市管理等进行跨界融合。国家科技部《科技创新2030—“新一代人工智能”》重大专项布局了“大数据智能、跨媒体智能、群体智能、混合增强智能和自主智能系统”五个方向。“最近我们召开了以‘人机融合智能与城市感知’为题的线上研讨会，最让我感慨的是，当时线上参与人员就高达26万，人工智能的热度可见一斑。目前空间智能也非常火热，但更多是AI+空间智能，也就是说更偏向专用的人工智能，而GIS技术在通用人工智能这一块，目前研究还是相对欠缺，挑战也比较大，但如能做好的话，GIS技术有非常大的应用前景。”
在谈到GIS技术和虚拟现实的跨界融合时，陈能成表示这对组合也越来越受重视，例如自然资源部出台了实景三维中国“两步走”建设规划，中国信息通信研究院出版了《数字孪生城市白皮书》，Facebook更名押注“元宇宙”。“GIS技术一直在处理怎么把真实世界刻画到数字信息的虚实融合，但数字孪生和‘元宇宙’不仅仅是虚拟的，正朝着精准映射、虚实交互、全时空谱、软件定义、智能干预的方向发展，这里有非常大的发展空间。”
“其实GIS技术在城市管理及流域管理方面，也做了非常多的跨界融合工作。”他进一步以城市管理为例讲道，“城市几乎各个业务部门都会涉及GIS技术，比如数字城市的‘政务版’和‘公众版’开发也用到了GIS技术，再比如地信企业与中兴、华为、阿里等IT企业合作开发数字底座，以上都是在城市管理层面上GIS技术已经开展跨界融合的例子。”而在流域管理应用方面，GIS技术在评价水资源规划方案和进行复杂的水资源管理决策等方面发挥重要作用。
为此，陈能成强调道，“地理信息产业已经融入到国计民生的各行各业中，只要你能想到的，基本上都用到了，尤其是跟时间、空间、位置相关的领域。GIS技术如果能在自身优势之上，深度与各行业的应用模型及特色相结合，形成跨界融合的核心竞争力，它就能持续保持旺盛的生命力，以获得更好的发展前景。”
三“新”多挑战，拓宽新边界
在陈能成看来，GIS技术在跨界融合时，整体呈现出三个“新”的特点。
一是新地图。在当前物联网时代，所有的信息都在时刻变化，地图从二维地图变成了“活”地图。目前“活”地图主要形式为高精度导航地图，可以满足机器人、导航、无人车的导航需求。“未来在万物互联时代，‘活’地图的形式更加多样，比如会有支持人机物交流的机器地图、有反映现实宇宙变化的实时地图和用于辅助决策的知识地图。”他进一步阐述道。
二是新系统。通过跨界融合，GIS技术演变成一个“云边端”协同的系统。其中“端”可以进行在线实时采集，“边”可以做边缘智能分析，“云”可以汇集资源提供泛在服务。“这种系统的弹性更大，你可以只采用‘云’的服务，也可以只用‘端’的数据，又或协同使用，这样既能分离又能协同。”
三是新服务。随着需求的变化，GIS技术服务的对象从服务政府和企业，转变为服务人、事、物。“GIS技术通过服务于老百姓，服务于城市里的每一个事件，服务于现实世界中的每一个物体，其服务的边界得到了拓宽。”
通过对跨界融合的不断探索，陈能成发现GIS技术的跨界融合之路并非坦途，其主要面临着软硬件结合和GIS知识服务两个方面的挑战。
在软硬件结合挑战方面，他表示GIS技术的产业链可分为上中下游，目前中游的基础软件做得比较好，下游的应用也百花齐放，但上游的装备却似乎与GIS企业没有关系。“GIS企业可主动与上游装备厂商进行合作，如何集成软硬件，这将是GIS企业面临的一道难题。”在GIS知识服务挑战方面，随着越来越多的用户关心知识服务，目前GIS企业做知识服务的几乎没有，更多是提供原始的数据服务、功能软件。“从0到1，挑战巨大，但值得GIS企业去尝试。”
虽然有挑战，但陈能成对GIS技术未来的发展前景充满期待。“毕竟现在是需求推着GIS技术往前发展，无论是当下的新基建建设，还是未来的‘元宇宙’建设，都需要GIS技术。”
为了更好地满足实际需求，他认为GIS技术未来需要变成一个可感、可知、可预测的智能体。“可感是指GIS技术通过融合物联网技术去感知现实世界；可知是指GIS技术通过融合认知科学、脑科学，使其拥有时空思维能力，实现可自主思考；可预测是指GIS技术基于专业模型进行诸如宏观极端灾害天气、中观城市出行交通拥堵、微观人机交互情景等预测，辅助人们决策。”他解释道。
蓝图已绘，GIS从业者要做的就是勇于“出圈”，与更多的行业和技术展开跨界融合，为自己赢取更广阔的未来。“虽然跨界融合有时会失败，但只要敢去尝试，GIS的未来就拥有无限可能。”陈能成如是说。
作者/李善清 编辑/何溪
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