宋关福 | 当前GIS软件四大关键技术方向

每一轮技术变革，都可能会导致GIS基础软件重新洗牌，进而对GIS应用开发商及最终用户产生深远的影响。

有人说，这世界唯一不变的就是“永远在变”，在技术领域尤其如此。无论是从事GIS基础软件研发还是从事GIS应用解决方案开发，我们既感到痛苦，也感到幸运。痛苦的是，我们必须不断进步，不断在纷繁复杂的方向中选出正确的那一个，否则就要被超越乃至被淘汰；幸运的是，暂时的落后不要紧，只要抓准新的变革趋势，就能弯道超车，迎头赶上。

GIS基础软件技术发展非常快，其推动力有两个方面：一是需求驱动，二是IT新技术驱动。

在需求驱动方面，现在中国GIS从业者迎来了最好的时机。放眼望去，中国的移动支付、电子商务和快递业务水平已经全球领先。在GIS领域也是如此。甚至可以说，中国政府的GIS应用水平，也已经处于世界领先水平，特别是在大量新技术的应用方面，有的已经领先于欧美发达国家。比如在三维GIS应用方面，中国政府信息化中三维应用已经非常广泛，已经站在该技术应用的前沿。领先的应用蕴含领先的需求，领先的需求催生领先的产品和技术。近水楼台先得月，中国的GIS企业，无论从事基础软件还是应用软件业务，都是幸运的。

在IT新技术驱动方面，GIS软件技术融合IT新技术，不断推陈出新。前些年最热的信息技术是“云物移大智”，即云计算、物联网、移动计算、大数据和智慧城市，现在又有了新提法ABC，也就是AI人工智能、Big Data大数据、Cloud computing云计算。 这些技术都在推动GIS软件技术的进步。

在需求和技术的双重牵引下，最近几年GIS软件重要的技术方向可以总结为CCTB。这四个字母分别代表什么？请允许我以倒序的方式来介绍。

B：Big Data GIS（大数据GIS技术）

现代社会，互联网、移动互联网、物联网和车联网、金融、通信等疯狂地生产数据。这些数据种类多、数据量大、价值密度低、变化速度快，以至于传统的数据库技术难以对其加以管理和分析，这就是所谓的大数据。近年来发展起来以Hadoop和Spark为代表的一些新技术系统，可以用来存储、管理和分析挖掘这些数据。

这些数据大多具有位置特性，比如手机信令数据、网络搜索数据、电商交易数据，都有相关人员的位置信息，分析这些大数据的空间分布和空间移动特点，能让大数据发挥更大的价值。

对于这些数据，传统GIS无法直接管理和分析，要基于IT大数据技术做复杂的编程才能实现，无疑增加了分析和挖掘的难度。一些GIS平台软件厂商结合相关大数据技术，在GIS平台软件里增加对带位置的大数据进行存储、索引、管理和分析的能力，降低了大数据空间分析难度，让更多机构和个人不用编程或者仅用较少编程，就可以管理和分析空间大数据，这就是大数据GIS技术。

图1、空间大数据技术架构(2016)

大数据GIS技术是对空间大数据进行包括存储、索引、管理、分析和可视化在内的一系列技术的总称，而不是单纯解决某个环节的问题。从去年开始，一些GIS平台厂商陆续发布了大数据相关的GIS技术，该技术还在不断发展和进化中，应用还处于初级阶段。

上周我的公号文章《千万别随便称大数据，否则可能会贬低你的数据价值》发出来后，个别朋友误会我为大数据唱反调，实则不是。大数据是价值密度低的贫矿，开采难度大，开采技术也还在成熟和发展过程中，因为量大才有价值；传统数据是价值密度高的富矿，开采技术成熟。二者都很重要，没必要把富矿数据贴上贫矿大数据的标签。

T：Three Dimension GIS（新一代三维GIS技术）

三维GIS发展了将近20年，取得了极大进步，目前逐渐确立了新一代三维GIS技术体系。

二三维一体化是新一代三维GIS技术的基础框架。有人把通过二次开发在应用层面集成二维和三维称为二三维一体化，其实只是二三维联动。真正的二三维一体化，是数据模型、软件内核和软件形态的二三维一体化，这样才能让三维从中看不中用的“偶像派”走向真正实用的“实力派”。

除传统手工三维建模以外，新一代三维GIS技术还融合了倾斜摄影三维技术、激光点云三维技术、BIM与GIS结合的三维技术等。倾斜摄影和激光点云技术提升了三维的真实感、精度和生产效率；而BIM和激光点云的应用则让三维GIS从室外走进室内，从宏观走向微观。

图2、新一代三维GIS技术架构(2016)

新一代三维GIS技术实现了二维与三维一体化，地上与地下一体化，空中与地表一体化，陆地与海洋一体化，室内与室外一体化，宏观与微观一体化。新一代三维将在很大程度上影响未来GIS的应用发展。

C：Cloud Computing GIS（云GIS技术）

云计算是为了集中计算资源，以便达到更节约和经济地利用计算资源的一种技术。云计算同时也让更大规模的计算方便得以实现。云GIS技术的第一个要求是让GIS软件能运行在云环境上，更进一层的要求是能够充分发挥云计算环境的优势，以便提高GIS服务和计算的性能，或者节约计算资源的目标。

云计算时代的GIS软件，要打通云（服务器）GIS和各种端GIS(桌面GIS和移动端GIS)之间的联通。在大量应用中，GIS平台还要能够提供尽可能瘦的客户端（如WebGL）以尽可能发挥云的计算优势，减少端的安装维护代价。

云计算时代，服务器上的GIS软件不再局限于一套WebGIS或Service GIS服务器软件，还需要提供云GIS门户软件、云GIS管理服务器软件，以及提高云GIS在有限带宽上高性能运行的CDN服务器或前置服务器软件。

图3、云端一体化GIS架构(2015)

C：Cross Platform GIS（跨平台GIS技术）

跨平台指的是跨硬件设备和操作系统。硬件设备包括各种服务器、桌面电脑和移动设备等；操作系统包括服务器和桌面端用的各种Windows、Linux、Unix，以及移动端的Andriod和iOS操作系统等。跨平台要解决的实际问题包括三个方面。

一是支持各种常用和主流的服务器。在云计算和大数据领域，服务器大多采用性能更高和更稳定运行的Linux服务器，GIS平台能否高性能支持它们，直接影响到对这些新技术价值的发挥程度。

二是支持各种端。在线模式下比较简单，采用B/S结构可以让各种端访问服务器上强大的GIS能力；离线模式下GIS软件是否能运行各种端（特别是移动端）的能力，则比较考验GIS平台厂商，在没有信号的海洋、沙漠、原始森林中，或者因保密不能上网时会有这样的应用场景。

三是支持自主可控的硬件与软件。为保障信息安全，越来越多的政府和军事应用要求采用自主可控的计算设备，GIS软件是否能支持龙芯、飞腾等自主CPU，是否支持麒麟等自主操作系统等，是国内政府采购越来越重要的评判因素。

在CCTB这四个方向中，跨平台是典型的需求驱动型，云计算、新一代三维和大数据是信息技术和需求共同驱动。未来一段时间，这四大技术方向还将继续深度影响GIS软件应用的发展。当然，GIS软件还会不断产生新的技术方向，我们也在做相关的研究和探索，在完成产品化之后，再向大家汇报。

最后，延伸抛出一个小话题，与诸君探讨：每一轮技术变革，都会出现一些过渡性技术。这些过渡性技术有时候会让应用开发者在选型中迷惑，甚至走弯路。比如，WebGIS是B/S架构GIS的过渡形式，发展到基于SOA的Service GIS才算成熟；仅仅能在云上运行而不能充分发挥云计算资源进行高性能计算的云使能(Cloud Enabled)GIS软件是云GIS软件的过渡形式；基于虚拟现实开源引擎发展而来的三维可视化软件以及“二三维联动”，是二三维一体化GIS的过渡形式。到了大数据GIS时代，又会出现哪些过渡形式的产品和技术呢，让我们且行且观察。