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影响未来GIS发展的六大技术趋势

openthings
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发布于 2015/09/09 11:10
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    近年来,信息技术(IT)发展可谓风起云涌。GIS(地理信息系统)作为IT大潮的一员,自然也要紧跟趋势,做时代的弄潮儿。近年来有哪些重要的趋势,会影响GIS的发展呢?笔者以为主要有这六个方面:1、Linux的快速发展以及与其相关的云计算技术,使IT成为社会基础设施的一部分;2、ARM低功耗计算平台的突飞猛进,将推动物联网和智慧城市的快速发展;3、移动应用和基于互联网络的协同,推动专业GIS功能让大众所用;4、数据开放浪潮和大数据分析技术的快速发展让“地理智慧”落到实处;5、三维技术和全新的数据采集手段拉开了新一轮GIS技术革命的序幕;6、开源软件和社会化软件工程将极大地改变GIS软件研发和应用的流程和模式。

一、linux的快速发展以及与其相关的云计算技术,使IT成为社会基础设施的一部分。

    随着云计算的兴起,Linux操作系统以其资源消耗少、软件生态全、可定制化能力强、安全性能好等优点得到几乎所有IT服务商的青睐,就连微软也开始在Linux系统进行大量的投入。以Ubuntu为首的桌面Linux在专业用户、软件开发者、IT发烧友中装机量也在迅速上升,逐渐改变了Linux在桌面应用上的弱势形象。我国的基于Linux的深度定制操作系统,也开始得到更为广泛的应用。因此,2015年可以说是Linux从打破Windows垄断到全面开花的转折之年。尤其是各种嵌入式Linux系统以及基于Linux内核的Android的手机、平板设备得到了迅猛的增长,Linux从此走上了飞速发展的康庄大道。
    云计算概念已提出多年,前几年主要是进行基础设施建设、云计算支撑软件的研发,很多小型的云计算系统也在摸索中逐步建设。这一过程中,云计算的概念得到了普及、技术得到了验证、产品得到了完善。现在,基础云计算资源已经可以做到“按需提供”,成为整个社会基础设施必不可少的一部分。2015年云计算将快速进入应用之年,使云计算的“集中管理、资源共享、节能降耗、稳定可靠”的优点得到充分发挥。
    适应这一趋势,超图软件推出了可运行于Linux的全系列GIS平台。高效的Linux64内核能够更好地支持虚拟化和云服务平台,为自主、安全、可靠的专业应用的开发提供GIS承载平台。基于Linux的GIS服务器和组件已经推出和应用4年以上,今年发布的基于Java的桌面GIS平台补齐了Linux上的桌面GIS工具链,使测绘和地理信息专业人员可以在Linux上完成所有的GIS工作,可以依据OSGi接口规范开发扩展插件,整合专业知识、拓展平台能力。面向云服务环境的云GIS平台,包括iPortal、iServer、iExpress、iCloudManager以及在线服务平台,可以为共有云、私有云、混合云的搭建提供多级分布式的解决方案。所有的专业桌面GIS、移动GIS和开源的Web客户端都能接入云服务平台,并聚合应用其服务和各类第三方信息。
    云计算时代的GIS创新即将全面开启,云GIS来的正是时候。

二、ARM低功耗计算平台的突飞猛进,将推动物联网和智慧城市的快速发展。

    ARM的崛起是一个奇迹,以其功耗低、发热小的突出优势和开放的生态圈、灵活的定制能力迅速占领了近几年来发展最为迅速的移动计算市场,或者说,正是ARM的卓越贡献极大地推动了移动计算的发展,让“信息在指尖”能够真正地实现,并且与迅猛发展的互联网一起掀起了移动互联网应用的大浪潮。
    尽管ARM已经占据移动计算的绝大部分市场,但ARM的潜力还远未充分发挥。高达1024个内核的ARM服务器将极大提高数据中心的部署密度和降低电力消耗,8核/16核的ARM桌面机将大大缩小体积并延长持电时间,势将改变对于计算系统的高热、笨重、能耗高的传统印象;用于物联网的超低功耗ARM芯片也开始进入大规模商用阶段,对推动智能设备、物联网和智慧城市的发展具有极其重要的作用。基于ARM指令集的全志、飞腾、海思等国产CPU芯片尤其是64位芯片的推出和量产,将迎来ARM阵营的更大发展。
    2015年,多平台通用GIS内核(UGC,Universal GIS Core)再树新里程碑,SuperMap 8C完成了全球首个基于ARM指令集CPU的全系列GIS平台,包括低功耗服务器、低功耗桌面系统、平板与手持机SDK和C++支持库,可运行于树莓派2代B+等ARM芯片和飞腾1500A等ARM64芯片以及Lubuntu/Kylin/Android/iOS等系统之上,为低功耗数据中心、便携桌面应用、移动数据采集以及工业控制、自动化设施、无人驾驶、无人机、传感系统等新兴物联网系统的构建提供高效GIS内核。新版内核继承了STL(Standard Template Library)、64位、多线程安全的优势,可以支持Java/.NET/C++/Python四种接口,支持定制的高性能专用设备和工业级系统的研发,为物联网和智慧城市的发展提供了时空一体化管理的支撑平台。
    开放和低功耗计算的时代已经来临,智能设备驱动的智慧城市曙光乍现,已经无可阻挡。

三、移动应用和基于互联网络的协同,推动专业GIS功能让大众所用。

    移动应用的浪潮已经风起云涌,移动化的工作模式也正在向专业领域快速渗透。也许只需几年,那些笨重而效率低下的“专业”设备就会进入博物馆,看看现在博物馆里哪些大型的测量、绘图的设备,我们就知道这已是大势所趋。
    移动应用并非简单地“移动着使用”,而是从里到外的一场技术变革和“从摇篮到坟墓”的数据工作流程的全面再造:①轻量的智能软硬件一体化系统可以即时完成多个传感器的数据采集和实时运算,并通过网络快速形成时空一体化数据库,然后发布到各个服务系统为应用终端所用,从根本性上改变了工作模式和数据时效性;②超低功耗的基于太阳能、风能等自然能源的系统实现空气状态、水体质量、滑坡位移、桥梁变化等的24小时自动化连续监测,提供了新的“实时测绘”的可能;③大规模网络化差分系统改变了高精度工程测量的理论、方法和模式,大幅度提升工作效率,拓展了地理空间信息的应用领域;④网络化协同可以快速进行即时任务分配和实时数据交换,使业务团队可以更高效率地协同工作,获得更有价值的成果;⑤众包模式的数据更新机制可以补充定期的大规模数据测量的不足,获得最为新鲜的即时信息,使制图成为真正的“互联”服务,让普通用户也可以参与到专业工作中来;⑥手机、平板、手持机、嵌入式设备的计算能力已经足够运行大多数专业功能,实现数据采集、编辑、分析、制图、共享等操作,使专业工作可以随时进行。
    SuperMap 8C体系中具有丰富的桌面GIS、移动GIS和开源的Web客户端软件,通过移动设备和网络协同把工作人员从传统的繁重业务中解脱出来,可以随时随地完成专业的工作。除了传统的SOA服务模式,在iMobile和iClient支持消息总线的集成应用,为实现对等计算(P2P)、空间协同和空间数据的实时交换、发布、共享和在线分析提供了更佳的手段。目前支持AMQP和MQTT两个国际标准,支持送达、群发、过滤、增强等消息总线的多种路由模式,在应急指挥、物联网应用、资源环境监测、城市交通管理和社会化应用、大数据即时共享等领域具有广阔的应用前景。
    移动互联和GIS开始进入生活的各个层面,GIS的社会化时代已经到来。

四、数据开放浪潮和大数据分析技术的快速发展,“地理智慧”落到实处。

    大数据是以容量大、类型多、存取速度快、应用价值高为主要特征的数据集合,正快速发展为对数量巨大、来源分散、格式多样的数据进行采集、存储和关联分析,从中发现新知识、创造新价值、提升新能力的新一代信息技术和服务业态。全球范围内,运用大数据推动经济发展、完善社会治理、提升政府服务和监管能力正成为趋势。
    2015年9月5日,国务院发布《促进大数据发展行动纲要》,提出:“2017年底前形成跨部门数据资源共享共用格局,形成公共数据资源合理适度开放共享的法规制度和政策体系,2018年底前建成国家政府数据统一开放平台,率先在信用、交通、医疗、卫生、就业、社保、地理、文化、教育、科技、资源、农业、环境、安监、金融、质量、统计、气象、海洋、企业登记监管等重要领域实现公共数据资源合理适度向社会开放,带动社会公众开展大数据增值性、公益性开发和创新应用,充分释放数据红利。”
    在云计算、移动应用、物联网等新技术、新概念的重重掩映之下,各种大数据技术也在茁壮地成长。以Hadoop和Spark为首的大规模计算体系,基于R、Python的数据研究和分析工具,以Ceph、Swift、MongoDB为代表的新一代存储系统,以及OpenCL、Cuda、MPI、OpenMP等并行化计算技术近年来取得了重大的突破,为大数据分析奠定了有力的基础。
    地理空间信息领域每天在产生大量的数据,同时GIS也提供了一个实现时空数据一体化管理、整合、分析的理论模式和最佳技术平台。地理空间数据不仅服务于众多的行业领域,也需要强大的计算能力为其提供快速的数据处理和行业模型分析。超图在2015年推出“地图慧”商业数据分析在线平台,协助合作伙伴将“地理智慧”用于业务改进,帮物流企业提升订单分拣效率十倍以上。在时空大数据领域展开了研究,基于C++ SDK建立了GIScript脚本引擎,并搭建Celery和Python的并行处理环境,大幅度了提升数据处理能力。面向未来,明确大数据发展的技术路线,将基于C++和MPI/OpenMP实现高性能和并行计算,基于iObjects Java和Hadoop/Spark实现大规模数据处理,基于GIScript和Python/R/Celery等满足数据探索和分布式研究的需要。

五、三维技术和全新的数据采集手段将拉开GIS新一轮技术革命的序幕。

    计算机的图形处理能力的进步推动了三维建模、三维可视化、虚拟现实、增强现实、立体仿真等三维技术的快速发展。虚拟现实(VR,Virtual Reality)技术将现实世界进行数字化,重建赛博空间(CyberSpace)。增强现实(AR,Argumented Reality)技术进一步将现实世界与虚拟世界相互叠加,创造“虚实结合的未来世界”。各种虚拟世界体验的专用装备也得到快速发展。
    三维技术将彻底改变GIS管理世界的模式。海量空间信息管理与可视化技术是管理真实地理空间的核心技术,二三维一体化技术将已有的二维地图映射到三维场景中展示,架起了传统地图通向数字空间的桥梁。BIM(Building Information Model,建筑信息模型)通过将建筑物的数字模型按照对象化管理,并与建筑设施的属性进行连接,实现建筑设施的全生命期数字化管理,是支撑智能建筑、智慧城市的基础信息技术。
    近年来倾斜摄影技术取得了重要的突破,很好地解决了3DGIS的数据来源问题,大幅度缩短了三维数据采集到投入应用的周期,在提升了三维数字场景的质量的同时降低了成本,基于无人机的倾斜摄影集成系统可以随时启动、随时采集全三维的数字化场景数据,经过简单的处理后即可直接导入三维GIS中使用。除了倾斜摄影技术,其它的智能数据采集技术如全景图、街景图也在快速发展、成本持续降低。基于云服务可以将三维场景发布为服务,通过移动三维App可以实现对逼真数字城市场景快速访问,而WebGL技术可以将三维场景带到任何主流的网页浏览器之上。
    SuperMap GIS 8C首次实现三维GIS、BIM、VR/AR和倾斜摄影四大技术的融合,提供了云服务平台和桌面GIS、移动GIS、WebGIS等多种客户端,为三维GIS的平台化发展进一步扫清了障碍,为智慧城市建设、智慧园区管理、能源与矿山管理等提供承载平台,为真三维分析、大数据呈现和时空仿真平台、LiveGIS的研究和发展提供了基础。
    三维GIS渐入佳境,不一样的GIS将带来前所未有的价值。

六、开源软件和社会化软件工程快速发展,将改变GIS软件研发和应用流程和模式。

    随着软件规模越来越大,运行逻辑越来越复杂,对用户的需求快速反馈、对发现的Bug快速修复、适应新技术发展不断进行调整成为越来越艰巨的一项任务,传统软件的开发模式面临极大的挑战。随着互联网的发展,适应社会化软件开发的模式和快速反馈的需要,新一代的分布式软件工程平台发展了起来。
    linux软件仓库、git分布式版本管理系统、github.com和oschina等源代码托管平台、软件开发社区和各种在线工具使软件开发进入了社会化阶段,全球各地的开发者一起协作,完成以往只有少数大公司才能胜任的大型软件的研发。社会化软件开发工具链,包含了一系列开源的软件系统:git版本管理系统,gitlab代码托管平台,Jenkins持续集成系统,Sonar代码质量管理平台,Gerrit代码评审工具,多种自动测试、快速部署工具,以及Zabbix/Nagios/Cacti等运维监控工具,puppet部署管理工具。涵盖了敏捷模式、快速迭代、在线测试等敏捷开发的各个环节,并可进一步实现DevOps(开发运维一体化)。
    为了适应多平台、多版本软件研发需要,超图软件研究院建立了研发的云服务平台,整合了开源软件、商业软件和自行研发的软件模块,基于该平台建立了完整的敏捷开发、持续集成和自动化测试的完整技术系统。在3万多个测试用例的基础上完成三十多个版本的自动化测试,SuperMap 8C的质量达到了一个新的高度。
    为了回馈开源社区,推动GIS的社会化研发和应用,超图软件也逐步推出了多个开源软件。① iClient是一个开源WebGIS产品系列,面向浏览器和移动设备的GIS应用,支持iOS、Android等移动设备以及FireFox、Chrome等多种浏览器访问GIS服务;② iDesktop Cross是开源的桌面GIS软件,采用多平台语言Java开发,可以采用流行的集成编程环境Eclipse快速开发插件,基于标准的OSGi规范扩展平台的功能;③ GIScript地理信息脚本引擎,基于Python进行GIS功能的脚本封装,采用PyQt和SIP的技术路线,还一并开放了C++到脚本的封装技术,为数据研究、算法研究和应用模型研究提供开放的社区。
    这些功能强大的开源工具,可以帮助大家在Linux下进行数据处理、数据浏览和应用开发,使地理科学研究者和地理爱好者都可以参与到地理信息发掘、认知和利用的过程,可以容易地编写自己的模型、整合算法,并将自己的成果发布和分享。



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