陳能成

國家地理信息系統工程技術研究中心主任、中國地質大學(武漢)地理與信息工程學院副院長，主要研究方向為數字孿生、對地觀測傳感網、時空大數據智能、地理仿真決策、智慧城市及智慧流域等。

當今世界呈萬物互聯、互融之勢，跨界能碰撞出別樣火花，融合能結出豐碩果實，GIS(地理信息系統)技術與其他行業和技術的跨界融合也一樣。

近日，中海達《定位》雜志記者獨家采訪陳能成教授，探討GIS技術跨界融合后的別樣精彩。

內外因“變革”，催生大跨界

在陳能成看來，驅動GIS技術跨界融合有內外因素。

內因方面，首先，GIS系統的體系架構發生了較大變化。從最早的大型機到現在的服務式GIS，近50年來GIS系統的體系架構和計算模式一直在發生變化。目前，一般大型GIS都會采用服務式，而這個架構意味著GIS被更多的人使用，管理者可以隨時隨地進行管理，用戶可以隨時隨地進行使用。同時在硬件方面，GIS系統從部署在計算機上向著部署在有計算單元的終端上演化。GIS技術與系統的這些大變化，促使其更需要融合。其次，GIS技術的數據類型發生變化。各種各樣的傳感器為GIS技術帶來源源不斷的數據，除了傳統的數字線畫圖、數字影像、三維地圖，還有數字高程模型等數據，這些數據要求GIS技術不斷提升自身能力，而借助計算機等技術來提升是其有效途徑之一。最后，GIS技術的管理對象發生變化。此前，GIS技術管理的更多是山水林田湖，但隨著社會經濟、人文空間的歷史變遷，致使GIS技術的管理對象從原來的自然變為自然社會人文交融，這些變化也要求GIS技術跨界融合。

外因方面，陳能成認為同樣有三個原因。首先，需求發生變化。“我們中國地質大學(武漢)提出，培養的學生要能夠上天、入地、下海，為什么?因為GIS技術服務的對象，已經從地球表面到深地、深海、深空，它的時間跨度和空間維度都發生了變化，這就對GIS系統的升級或者功能提出了新的需求。”其次，社會對GIS的要求在發生變化。“在現在數字經濟環境下，GIS系統僅僅生產一個地圖是不夠的，還需要能承載人、事、物的位置信息，用于數字孿生、城市、流域、海洋、星球的數字底座的構建;同時，從數字地球到未來的智慧地球，GIS技術也被寄予厚望能夠很好地進行數據管理、信息分析、知識挖掘，做好時空操作系統;此外，伴隨著災害、環境、安全、健康等事件的頻發，GIS技術還被寄予能夠基于海量的歷史數據和實時的大數據，充當模擬預測器的厚望。最后，GIS服務模式發生變化。“GIS服務不再單純是集中式的服務，而是泛在的服務。”陳能成進一步表示，基于內外因素，GIS技術在跨界融合這一大趨勢下，只有主動去融合其他技術和行業，才能跟上時代發展的步伐。

擔當“多面手”，賦能多領域

在今年2021中國地理信息產業大會上，中國地理信息產業協會會長李維森在《中國地理信息產業發展報告(2021)》報告中指出，GIS技術日益成為主流的IT解決方案。而早在1997年，陳能成師從龔健雅院士攻讀碩士時，便已經開始思考、探索GIS技術如何與IT技術結合，“當時我們用計算機語言中比較新的面向對象的Java語言，提出了分布式超地圖對象組織模型，從底層做起，做了一個GIS基礎軟件吉奧之星的網絡版本GeoSurf，廣泛用于軍民地理信息服務系統構建。”待時間來到2006年，陳能成在美國喬治梅森大學與狄黎平教授合作從事衛星傳感器網絡與GIS系統的結合，開始了GIS技術與“更大的互聯網”——物聯網的跨界探討。“物聯網其實本質上也是一種互聯網，我認為當下GIS技術和IT技術的跨界融合重點之一，就是與物聯網的結合。比如說我們現在做的GIS設備，如果你將它當作一個終端的話，會比較有局限性。但若你將它當作一個在線采集器，那它就可以被部署到整個城市的任意網絡。”

此外，陳能成指出，GIS技術還能與人工智能、虛擬現實及城市管理等進行跨界融合。國家科技部《科技創新2030—“新一代人工智能”》重大專項布局了“大數據智能、跨媒體智能、群體智能、混合增強智能和自主智能系統”五個方向。“最近我們召開了以‘人機融合智能與城市感知’為題的線上研討會，最讓我感慨的是，當時線上參與人員就高達26萬，人工智能的熱度可見一斑。目前空間智能也非常火熱，但更多是AI+空間智能，也就是說更偏向專用的人工智能，而GIS技術在通用人工智能這一塊，目前研究還是相對欠缺，挑戰也比較大，但如能做好的話，GIS技術有非常大的應用前景。”

在談到GIS技術和虛擬現實的跨界融合時，陳能成表示這對組合也越來越受重視，例如自然資源部出臺了實景三維中國“兩步走”建設規劃，中國信息通信研究院出版了《數字孿生城市白皮書》，Facebook更名押注“元宇宙”。“GIS技術一直在處理怎么把真實世界刻畫到數字信息的虛實融合，但數字孿生和‘元宇宙’不僅僅是虛擬的，正朝著精準映射、虛實交互、全時空譜、軟件定義、智能干預的方向發展，這里有非常大的發展空間。”

“其實GIS技術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。”他進一步以城市管理為例講道，“城市幾乎各個業務部門都會涉及GIS技術，比如數字城市的‘政務版’和‘公眾版’開發也用到了GIS技術，再比如地信企業與中興、華為、阿里等IT企業合作開發數字底座，以上都是在城市管理層面上GIS技術已經開展跨界融合的例子。”而在流域管理應用方面，GIS技術在評價水資源規劃方案和進行復雜的水資源管理決策等方面發揮重要作用。

為此，陳能成強調道，“地理信息產業已經融入到國計民生的各行各業中，只要你能想到的，基本上都用到了，尤其是跟時間、空間、位置相關的領域。GIS技術如果能在自身優勢之上，深度與各行業的應用模型及特色相結合，形成跨界融合的核心競爭力，它就能持續保持旺盛的生命力，以獲得更好的發展前景。”

三“新”多挑戰，拓寬新邊界

在陳能成看來，GIS技術在跨界融合時，整體呈現出三個“新”的特點。

一是新地圖。在當前物聯網時代，所有的信息都在時刻變化，地圖從二維地圖變成了“活”地圖。目前“活”地圖主要形式為高精度導航地圖，可以滿足機器人、導航、無人車的導航需求。“未來在萬物互聯時代，‘活’地圖的形式更加多樣，比如會有支持人機物交流的機器地圖、有反映現實宇宙變化的實時地圖和用于輔助決策的知識地圖。”他進一步闡述道。

二是新系統。通過跨界融合，GIS技術演變成一個“云邊端”協同的系統。其中“端”可以進行在線實時采集，“邊”可以做邊緣智能分析，“云”可以匯集資源提供泛在服務。“這種系統的彈性更大，你可以只采用‘云’的服務，也可以只用‘端’的數據，又或協同使用，這樣既能分離又能協同。”

三是新服務。隨著需求的變化，GIS技術服務的對象從服務政府和企業，轉變為服務人、事、物。“GIS技術通過服務于老百姓，服務于城市里的每一個事件，服務于現實世界中的每一個物體，其服務的邊界得到了拓寬。”

通過對跨界融合的不斷探索，陳能成發現GIS技術的跨界融合之路并非坦途，其主要面臨著軟硬件結合和GIS知識服務兩個方面的挑戰。

在軟硬件結合挑戰方面，他表示GIS技術的產業鏈可分為上中下游，目前中游的基礎軟件做得比較好，下游的應用也百花齊放，但上游的裝備卻似乎與GIS企業沒有關系。“GIS企業可主動與上游裝備廠商進行合作，如何集成軟硬件，這將是GIS企業面臨的一道難題。”在GIS知識服務挑戰方面，隨著越來越多的用戶關心知識服務，目前GIS企業做知識服務的幾乎沒有，更多是提供原始的數據服務、功能軟件。“從0到1，挑戰巨大，但值得GIS企業去嘗試。”

雖然有挑戰，但陳能成對GIS技術未來的發展前景充滿期待。“畢竟現在是需求推著GIS技術往前發展，無論是當下的新基建建設，還是未來的‘元宇宙’建設，都需要GIS技術。”

為了更好地滿足實際需求，他認為GIS技術未來需要變成一個可感、可知、可預測的智能體。“可感是指GIS技術通過融合物聯網技術去感知現實世界;可知是指GIS技術通過融合認知科學、腦科學，使其擁有時空思維能力，實現可自主思考;可預測是指GIS技術基于專業模型進行諸如宏觀極端災害天氣、中觀城市出行交通擁堵、微觀人機交互情景等預測，輔助人們決策。”他解釋道。

藍圖已繪，GIS從業者要做的就是勇于“出圈”，與更多的行業和技術展開跨界融合，為自己贏取更廣闊的未來。“雖然跨界融合有時會失敗，但只要敢去嘗試，GIS的未來就擁有無限可能。”陳能成如是說。

原文標題：獨家丨陳能成：從數字經濟到元宇宙，GIS必不可少

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審核編輯：湯梓紅