GIS基础软件技术体系发展及展望

地理信息系统作为IT系统的重要组成部分,其技术的每一次进步都与最新IT技术的兴起息息相关。随着云计算、大数据、人工智能等技术的发展与应用,如今GIS基础软件已经形成五大技术体系：大数据GIS技术体系,增加了对空间大数据的存储管理、分析处理以及可视化的能力,丰富了空间数据的内涵;人工智能GIS技术体系,GIS通过结合人工智能相关算法,增强了GIS模型的分析预测能力,同时二者之间相互赋能,在增强GIS能力的同时,也让人工智能具备空间分析和可视化能力,拓展了其应用范围;新一代三维GIS技术体系,实现了二三维GIS一体化和多源异构数据的融合,推动了三维GIS从室外走向室内,从宏观走向微观;分布式GIS技术体系,突破了数据类型和容量的限制,数量级提升了GIS软件的性能,让高可用和高可信GIS应用成为可能;跨平台GIS技术体系,使得GIS软件可运行于不同类型的CPU架构和操作系统,满足日益丰富的多终端应用需求。五大技术相辅相成,进一步拓展了GIS基础软件的能力和应用场景。本文以SuperMap GIS为例,详细介绍了GIS五大技术体系的具体内容,阐述了每项技术的难点与创新点,并用光环曲线对五大技术体系的发展阶段进行了划分,探讨了未来GIS技术的发展趋势。     

基于MAPGIS建立我省1120万区域地质图空间数据库

MAPGIS是一个集当代先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学为一体的高效大型中文智能GIS软件系统,是世界上最先进的G1S系统。下面来探讨基于MAPGIS龟瓿黑龙江省1：20万区域地质图空间数据库的技术、工作流程等问题。     

历史GIS的研究现状和发展趋势

历史地理信息系统（历史GIS）属于地理信息系统（GIS）与历史学相结合的交叉研究领域,它有机地集成了GIS的技术方法、地理学家的空间视角和历史学家的时间视角,量化历史时期的地理过程并构建相应的时空模型,为面向未来的科学预测提供研究基础。历史GIS兴起于20世纪90年代中期,给GIS学科、历史地理学和历史学都带来了新的研究机遇与活力,并表现出强劲的发展势头,但也存在一些尚待解决的问题。近年来,历史GIS向社会提供了日益丰富的历史地理信息服务,并逐渐跨越系统的技术层面,向着科学层面纵深发展。本文通过对国内外相关文献的梳理与分析,回顾了历史GIS产生的背景,从数字化、数据模型、数据库建设与系统开发、空间分析和可视化5个方面综述了国内外历史GIS的研究现状。最后,从历史资料的空间化与数字化、历史地理时空大数据、历史地理空间框架构建及历史地理信息服务、历史地理时空过程及模型构建、历史地理信息科学和技术学科体系的形成等角度展望了历史GIS的发展趋势,以期为历史GIS未来的发展提供新的研究思路。     

地球信息科学技术在国土空间规划中的应用研究进展

国土空间规划是高质量发展的空间蓝图,地球信息科学技术改变了国土空间规划的方式,其强大的数据获取、分析、预测和管理能力为国土空间规划提供了数据、方法和平台支撑,提高了国土空间规划的科学性和可操作性。本文综合运用文献调研、归纳和对比分析等方法,试图在分析国土空间规划编制、实施和监管的全流程以及国土空间规划公众参与和智慧化转型需求的基础上,系统阐述地球信息科学技术在国土空间规划中的应用研究进展,主要集中在3个方面：① 地理空间数据、遥感数据和社会经济大数据为国土空间规划提供了数据基础;② GIS分析方法、地理模拟方法和人工智能方法为国土空间规划提供技术支撑;③ GIS平台、云计算和城市智能平台等技术方法推动了国土空间规划的智慧化转型。随着2021年我国国土空间规划体系的基本建立,未来应关注智慧化规划技术和方法在农业空间和生态空间的应用、构建智慧国土空间规划的技术体系,并进一步提升国土空间规划的智慧化水平。     

“数字长寿”地理空间框架建设与应用

从数据资源、软件体系、应用体系、保障体系等建设内容对数字长寿地理空间框架建设情况进行了系统性的阐述,并对数字长寿地理空间框架建设在工作组织、技术探索、应用推广等方面的创新和特色进行了总结。     

高性能GIS研究进展及评述

互联网技术的发展使地理信息技术得到了前所未有的发展和应用,地理信息计算呈现出计算速度快、运行效率高、应用多样化的发展特征。而随着计算机硬件性能飞速提升,传统的GIS数据处理方式并不能与之匹配,各种缺陷与弊端逐渐显现,亟待更高效的数据处理方式。目前,以并行集群计算技术和分布式网络技术为代表的高性能计算的出现,为这些问题的解决带来了新思路,并逐渐发展形成了新一代的多核并行高性能计算系统。当前,如何利用新型硬件体系结构带来的计算能力,研究新一代高性能GIS计算系统,解决现在所面临的时空数据密集和计算密集问题成为重要挑战。高性能计算是基于一组或几组计算机系统组成的集群,通过网络连接组成超级计算系统以加强数据处理、分析计算性能的一种技术。在实际应用中,逐渐形成Hadoop,Spark和Storm 3大主流分布式高性能计算系统,它们三者各具优缺点。本文从高性能GIS算法、并行GIS计算、内存计算和众核计算4个方面梳理、归纳总结了高性能GIS的技术体系,分析了每类高性能GIS技术特征,综合分析、评述了近年来高性能GIS的研究进展,并对高性能GIS未来发展进行展望,为更完备、高效的高性能GIS体系的建立、发展和应用提供参考。今后,并行GIS计算、高性能计算模式和分布式存储仍然是GIS技术领域发展的重要方向,通过高性能GIS系统可有效地解决时空数据密集、计算密集和网络通讯密集等问题,大大提升GIS地理分析效率。     

网格GIS体系结构及其实现技术

网格 GIS是实现广域网络环境中空间信息共享和协同服务的分布式 GIS软件平台和技术体系。将地理上分布、系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等 ,通过高速互连网络连接并集成起来 ,形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境就是网格地理信息系统。本文在分析网络空间数据特征的基础上 ,提出了网格 GIS的 5层体系结构模型,分析了空间(元)数据标准、空间服务标准、分布空间对象技术、构件与构件库技术、基于框架的互操作技术、中间件技术等 ,它们是实现该系统的关键技术。     

新一代人工智能驱动下地图学研究的机遇与挑战

随着生成式人工智能（AIGC）为代表的新一代人工智能的快速发展,加速了各个学科转向人工智能驱动的科学研究,地理空间智能（GeoAI）技术在解决传统制图学任务注定会比传统的方法具有更好的性能,地图学也因此迎来了新的机遇与挑战,产生智能地图制图新领域,形成智能地图制图学。地图学研究有人工智能传统,但是过去受限于人工智能工具的计算能力等原因,并未取得很大的进展。随着进入智能化时代,人与机器都将成为制图与读图的主体。地图内容的产生经历了专家生成内容和用户生成内容的阶段,正在向人工智能生成内容阶段发展。人工智能与地图传输模型的结合衍生出智能地图传输模型,包括制图信息智能获取、智能制图、智能读图、地图信息智能解读4个环节,进而从这4个方面对智能地图的研究进展进行了分析和梳理。研究显示,使用智能化方法解决地图学问题的研究仍然处于起步阶段,人工智能与地图学结合仍存在诸多挑战,包括缺乏训练数据集、模型算法缺乏泛化能力和可解释性等,这些也是未来可以发展的方向。     

内外业一体化的遥感解译样本采集系统

在遥感影像解译过程中,样本准确率极大地影响解译精度,为解决样本采集效率低、精度差等问题,以移动GIS、WEB GIS、空间数据库等技术为基础,研究并建立了从外业采集到内业审核的一整套遥感样本采集系统,为遥感解译工作提供快速、准确的数据支持。     

面向人类行为研究的时空GIS

人类时空行为是地理学、物理学、规划学、流行病学等多学科共同关注的研究主题。时空GIS面向地理时空数据的建模与分析需求,注重时间与空间的一体化表达,为人类行为特征分析与规律探索提供基础方法支撑。然而,现有时空GIS在人类行为时空过程表达以及人类行为与时空场境交互分析等方面存在不足。本文通过深度融合时间地理学理论,提出一种面向人类行为研究的时空GIS方法,以丰富与完善现有的时空GIS方法体系。在深入解读时间地理学中“情境”、“企划”等核心概念的基础上,本文分别从情境要素存在性动态表达、情境要素相关性动态理解及情境要素变化的动态感知等方面探讨拓展现有时空GIS方法的可行性。     

城市环境保护信息系统的研究

本文探讨了以互联网为平台、以客户/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)三层结构模型为基础的城市环保信息系统(GIS)。在分析比较两层与三层系统体系结构的基础上,提出系统构建的总体思路,并着重强调了构件技术在系统建设中的特殊作用。在网络环境下增强了客户端对于城市环保信息的可操作性,除实现对环保信息远程查询检索之外 ,还增加了远程数据录入、处理与分析的功能。在城市环保GIS中还引入环保专业分析模型 ,通过通用的接口平台,将专业分析模型与环保信息有机融合,实现了污染分析模型在地理空间上的三维可视化,为环保管理和环境保护决策提供了形象而定量化的依据。     

洪水预警监测和损失评估系统的设计与应用

介绍了遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术在防洪领域的应用,提出了洪水预警监测和损失评估系统的设计原则,并根据面向对象的思想设计系统的各功能模块,实现数据管理、影像处理、空间分析和模拟输出的功能。     

FEASIBLE STUDY ON THE INTEGRATION SYSTEM FOR THE SPACE MONITORING OF MAJOR EARTHQUAKES AND VOLCANOES IN TERRESTRIAL LAND

With the rapid development of space technology, earth observation technology and sky observatory technolo-gy, they have played a more and more important part in monitoring and predicting of earthquakes and volcanoes in the terres-trial land. In recent years, the related agencies have done the experiments and researches on monitoring and predicting ofearthquakes and volcanoes in the forewarning period by means of many approaches, such as satellite thermal infrared re-mote sensing (TIRS), Global Positioning System (GPS), differential interferometric synthesis aperture radar (D-INSAR),astronomical time-latitude residual anomaly, and Geographic Information Systems (GIS), etc. A quite large number of re-search foundation has been built in the fundamental theories and application methods. The experiments and researcheshave shown that these technology is efficient methods for high frequency crust movement. If the existed separate scientificforces and results are possibly assembled together to form a more complete integration monitoring system with the combina-tion of space, sky observation, ground, deep geology and macro anomaly, it will come into a new stage of monitoring andpredicting of earthquakes and volcanic eruptions.     

宏观生态环境遥感监测系统总体设计与关键技术

宏观生态环境遥感监测系统是基于环境遥感监测应用技术的软件实现.本文重点介绍了宏观生态环境遥感监测系统的总体结构设计、业务流程设计和核心功能设计,以及模型转换与实现技术、实时投影转换技术与以文件和数据库相结合的数据管理技术、基于XML的数据实时交换技术、产品自动化生产技术等关键技术,并给出了系统的应用实例.系统应用结果表...     

全国警用空间信息服务互联互通的关键技术

针对大型空间信息服务平台构建过程中的数据互联互通和信息集成问题,从集成框架体系结构、技术路线和关键技术3个方面进行研究,提出了分布式地理空间信息集成框架的5层体系结构模型和原子空间信息服务概念;通过研究分布式空间查询路由算法和虚拟四叉树模型等关键技术,探索实现分布式环境下的空间信息的互联互通.     

空间信息移动用户应用服务系统中的GIS关键技术介绍

探讨了空间信息移动用户应用服务的产生背景。提出一种基于MAS体系结构的整体解决方案．并探讨了在实现该方案过程中研究的GIS技术与方法,并对空间信息移动用户的服务对GIS发展的影响及趋势进行了展望。在基于MAS体系结构的空间信息移动用户整体解决方案中,从技术产生背景出发,重点介绍了空间信息智能体个体结构与组成,MAS协同服务等理论、方法,并简单阐述了空间信息智能体管理、维护与更新的想法。文章中对GIS关键技术的研究与实现从海量空间信息的检索与智能提取;异种GIS平台间互操作理论、算法、技术、原型;面向2．5G以上通用移动设备（GPRS／CDMA）开发GIS Wap Service;基于SMPP与CMPP通信模块,GSM通用移动用户的语音／短消息上下行;基于Spatial—Info Agent与MAS体系的开放式空间信息服务系统技术集成等5个方面进行了介绍。     

一种通用GIS应用体系结构的分析与应用

“:三层”软件体系结构作为构建传统信息系统应用的成熟框架,将其应用于GIS,从整体上看是合适的。但同时考虑到地理信息所具有的特殊性,使得通用的GIS应用还需要在“三层”体系结构中加入一些额外的功能要求。具体分析了“三层”软件体系结构与地理信息的特殊性之后,参考OGC和ISO/TC211的标准规范,提出了一种通用的GIS应用体系结构,并按照体系结构构建了一个GIS应用实例,证明了结构的合理性与可行性。     

高分辨率遥感影像目标分类与识别研究进展

高分辨率遥感影像的目标分类与识别,是对地观测系统进行图像分析理解,以及自动目标识别系统提取目标信息的重要手段。本文综述了当前国内外在可见光、红外、合成孔径雷达和合成孔径声纳等遥感影像的目标分类与识别的关键技术和最新研究进展。首先,讨论了高分辨率遥感影像的目标分类与识别问题的主要研究层次和内容;其次,深入分析了高分辨率遥感影像目标分类与识别,在滤波降噪、特征提取、目标检测、场景分类、目标分类和目标识别的关键技术及其所存在的问题;最后,结合并行计算、神经计算和认知计算等技术,讨论了目标分类与识别的可行性方案。具体包括：（1）高性能并行计算在高分辨率遥感图像处理的主流技术,并给出了基于Hadoop+OpenMP+CUDA的高分辨率遥感影像混合并行处理架构;（2）深度学习对于提升目标分类和识别精度的应用前景,以及基于深度神经网络的多层次遥感影像目标识别方法;（3）认知计算在解决遥感影像大数据不确定性分析的模型与算法,并讨论了层次主题模型的多尺度遥感影像场景描述方案。此外,根据媒体神经认知计算的相关研究,探讨了遥感影像大数据的目标分类和识别的发展趋势和研究方向。     

地理与历史双重视角下的历史GIS数据模型

近年来,越来越多的历史、历史地理学者开始关注和使用GIS技术,在历史GIS数据库和信息系统研究和建设方面进行了大量的探索。但是,这些研究多是技术主导应用,对历史、历史地理信息的组织多是面向特定专题或应用,且通用性差,亟需遵循历史、历史地理学科的知识体系,发展历史GIS基础软件层面的通用数据模型。本文从地理与历史双重视角出发,以时间、地点、人物、事件（始末）历史4个要素为基础,融合地理学强调“人地关系”的思想,将历史信息抽象为历史人物、历史事件、历史地物和历史场景,以及关系和经历/过程等要素,提出并设计了一种基础的、通用的历史GIS数据模型,探讨了该数据模型的时空对象组成、时空对象的属性以及时空对象之间的关系,设计了时空对象的存储方案,并在应用系统中以典型历史人物、事件、地物和场景等要素的存储和可视化等为例,验证了模型的有效性。