陳能成

國家地理信息系統(tǒng)工程技術研究中心主任、中國地質(zhì)大學(武漢)地理與信息工程學院副院長，主要研究方向為數(shù)字孿生、對地觀測傳感網(wǎng)、時空大數(shù)據(jù)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(lián)、互融之勢，跨界能碰撞出別樣火花，融合能結(jié)出豐碩果實，GIS(地理信息系統(tǒng))技術與其他行業(yè)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(nèi)外因“變革”，催生大跨界

在陳能成看來，驅(qū)動GIS技術跨界融合有內(nèi)外因素。

內(nèi)因方面，首先，GIS系統(tǒng)的體系架構發(fā)生了較大變化。從最早的大型機到現(xiàn)在的服務式GIS，近50年來GIS系統(tǒng)的體系架構和計算模式一直在發(fā)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(tǒng)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(tǒng)的這些大變化，促使其更需要融合。其次，GIS技術的數(shù)據(jù)類型發(fā)生變化。各種各樣的傳感器為GIS技術帶來源源不斷的數(shù)據(jù)，除了傳統(tǒng)的數(shù)字線畫圖、數(shù)字影像、三維地圖，還有數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)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(fā)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(jīng)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?yōu)樽匀簧鐣宋慕蝗冢@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(fā)生變化。“我們中國地質(zhì)大學(武漢)提出，培養(yǎng)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(jīng)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(fā)生了變化，這就對GIS系統(tǒng)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(fā)生變化。“在現(xiàn)在數(shù)字經(jīng)濟環(huán)境下，GIS系統(tǒng)僅僅生產(chǎn)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(shù)字孿生、城市、流域、海洋、星球的數(shù)字底座的構建;同時，從數(shù)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(shù)據(jù)管理、信息分析、知識挖掘，做好時空操作系統(tǒng);此外，伴隨著災害、環(huán)境、安全、健康等事件的頻發(fā)，GIS技術還被寄予能夠基于海量的歷史數(shù)據(jù)和實時的大數(shù)據(jù)，充當模擬預測器的厚望。最后，GIS服務模式發(fā)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(nèi)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(yè)，才能跟上時代發(fā)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(chǎn)業(yè)大會上，中國地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會會長李維森在《中國地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)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(jīng)開始思考、探索GIS技術如何與IT技術結(jié)合，“當時我們用計算機語言中比較新的面向?qū)ο蟮?a href="http://www.nxhydt.com/v/tag/852/" target="_blank">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(wǎng)絡版本GeoSurf，廣泛用于軍民地理信息服務系統(tǒng)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(wèi)星傳感器網(wǎng)絡與GIS系統(tǒng)的結(jié)合，開始了GIS技術與“更大的互聯(lián)網(wǎng)”——物聯(lián)網(wǎng)的跨界探討。“物聯(lián)網(wǎng)其實本質(zhì)上也是一種互聯(lián)網(wǎng)，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(lián)網(wǎng)的結(jié)合。比如說我們現(xiàn)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(wǎng)絡。”

此外，陳能成指出，GIS技術還能與人工智能、虛擬現(xiàn)實及城市管理等進行跨界融合。國家科技部《科技創(chuàng)新2030—“新一代人工智能”》重大專項布局了“大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、群體智能、混合增強智能和自主智能系統(tǒng)”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?qū)Ｓ玫娜斯ぶ悄埽鳪IS技術在通用人工智能這一塊，目前研究還是相對欠缺，挑戰(zhàn)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(xiàn)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(guī)劃，中國信息通信研究院出版了《數(shù)字孿生城市白皮書》，F(xiàn)acebook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(shù)字信息的虛實融合，但數(shù)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(fā)展，這里有非常大的發(fā)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(yè)務部門都會涉及GIS技術，比如數(shù)字城市的‘政務版’和‘公眾版’開發(fā)也用到了GIS技術，再比如地信企業(yè)與中興、華為、阿里等IT企業(yè)合作開發(fā)數(shù)字底座，以上都是在城市管理層面上GIS技術已經(jīng)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(guī)劃方案和進行復雜的水資源管理決策等方面發(fā)揮重要作用。

為此，陳能成強調(diào)道，“地理信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)融入到國計民生的各行各業(yè)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(yōu)勢之上，深度與各行業(yè)的應用模型及特色相結(jié)合，形成跨界融合的核心競爭力，它就能持續(xù)保持旺盛的生命力，以獲得更好的發(fā)展前景。”

三“新”多挑戰(zhàn)，拓寬新邊界

在陳能成看來，GIS技術在跨界融合時，整體呈現(xiàn)出三個“新”的特點。

一是新地圖。在當前物聯(lián)網(wǎng)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(lián)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(xiàn)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(tǒng)。通過跨界融合，GIS技術演變成一個“云邊端”協(xié)同的系統(tǒng)。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(tǒng)的彈性更大，你可以只采用‘云’的服務，也可以只用‘端’的數(shù)據(jù)，又或協(xié)同使用，這樣既能分離又能協(xié)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(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)榉杖恕⑹隆⑽铩！癎IS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(xiàn)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(fā)現(xiàn)GIS技術的跨界融合之路并非坦途，其主要面臨著軟硬件結(jié)合和GIS知識服務兩個方面的挑戰(zhàn)。

在軟硬件結(jié)合挑戰(zhàn)方面，他表示GIS技術的產(chǎn)業(yè)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(yè)沒有關系。“GIS企業(yè)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(yè)面臨的一道難題。”在GIS知識服務挑戰(zhàn)方面，隨著越來越多的用戶關心知識服務，目前GIS企業(yè)做知識服務的幾乎沒有，更多是提供原始的數(shù)據(jù)服務、功能軟件。“從0到1，挑戰(zhàn)巨大，但值得GIS企業(yè)去嘗試。”

雖然有挑戰(zhàn)，但陳能成對GIS技術未來的發(fā)展前景充滿期待。“畢竟現(xiàn)在是需求推著GIS技術往前發(fā)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(lián)網(wǎng)技術去感知現(xiàn)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(xiàn)可自主思考;可預測是指GIS技術基于專業(yè)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(yè)者要做的就是勇于“出圈”，與更多的行業(yè)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(shù)字經(jīng)濟到元宇宙，GIS必不可少

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審核編輯：湯梓紅