2021年10月，全球社交媒体巨头脸书宣布将公司改名为元宇宙，这一诞生于科幻小说《雪崩》中的概念被翻了出来，并激起产学研各界的热烈讨论。
当我们站在时下，重新审视元宇宙这一概念时，不难发现科幻小说中的名词已经逐渐照进现实，新兴数字技术的发展似乎给了我们一条通往元宇宙的可行路径。有专家认为，元宇宙不是一个新的概念，而是一个经典概念的重生，是在扩展现实（XR）、区块链、云计算、数字孪生等新技术下的概念具化。
GIS（地理信息系统）技术作为空间数据分析和处理的基础技术手段，不仅支撑着数字孪生在多场景下的应用，也为我们通往元宇宙的道路贡献了技术力量。可以预见，在未来的元宇宙中，GIS技术将大有可为。
进入21世纪，随着信息技术和互联网的迅速发展，GIS技术也不断迭代升级，无论是在空间数据分析还是可视化能力上都迈出了一大步。易智瑞信息技术有限公司（以下简称“易智瑞”）高级副总裁、研究院院长沙志友认为，过去十年间，GIS技术从二维跨越到三维，而面对数字孪生、元宇宙以及虚实共生等数字化发展趋势，“升维”依然是GIS技术的必然选择。
从“云平台”到“云原生”
软件架构的升维
众所周知，GIS是以数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对地理数据进行输入、存储、管理、处理、分析和输出的计算机技术系统。因此，GIS技术的创新与升维和信息技术、通信技术的不断创新密不可分。
随着人们的生产生活逐渐从PC互联网跨入移动互联网时代，GIS的开放化、网络化、集成化和空间多维化等成为新的要求。“无论是基于PC互联网、移动互联网还是万物互联技术背景下的GIS，它的应用都需要依靠云平台和云资源的支撑。”沙志友介绍，在云架构技术的助力下，不同的地理信息系统软件可以实现不同数据库中的信息共享，因此，云中生产的内容就会逐渐积累，就需要依靠云原生相关技术去维护和管理日益增多的云资源。
虚拟化和容器化都是实现云计算技术的两种方式。虚拟化技术会将虚拟硬件、内核（即操作系统）以及用户空间打包在新虚拟机当中体现，虚拟机能够利用“虚拟机管理程序”运行在物理设备之上。简言之，虚拟机先需要虚拟一个物理环境，然后构建一个完整的操作系统，从而实现云资源的管理、计算并供应用程序运行。容器化技术则是直接将容器层安装在主机操作系统之上。在安装完容器层之后，就可以从系统可用计算资源当中分配容器实例了。容器可以看成一个装好了一组特定应用的虚拟机，它直接利用了宿主机的内核，抽象层比虚拟机更少，更加轻量化，启动速度极快。
“有了容器化技术之后，资源的分类和管理会更细，微服务也就能够实现。比如，以前我们提供的服务类型，或许只能划分为十几种，而现在我们能够提供成百上千个不同类别的细分服务，让服务变得无微不至，这就是微服务。”沙志友说，其实微服务的实现给软件研发人员带来了很大挑战，但这无疑让产品更加易用和便捷。
以新一代国产地理信息平台GeoScene 3.1为例，基于全新的云原生部署能力，该软件可使用部署脚本自动执行静默安装，无需单独安装独立组件。此外，它还能够根据负载变化快速伸缩，当访问人数突增处于高负载状态时，系统会横向扩展自动最大化利用基础设施资源，而在低负载时动态释放计算资源。
“总之，从云到云原生，其实质就是计算机对于云资源的‘理解’更深，能够更加自主、快捷且尽量少人工干预地对计算资源和服务资源进行调用、分析。我们经常把00后称为互联网原住民，他们诞生于互联网全面普及的时代，因此他们对于互联网的理解是与生俱来的。而在互联网全面普及前诞生的人们理解互联网就需要通过其他外在‘媒介’来学习，从而理解互联网。云与云原生也是这样，云原生就好比互联网的原住民，能够直接、快速地理解云资源、云服务。”沙志友如是说。
GIS作为典型的交叉技术领域，在其发展中一直不断融合新兴的技术手段，云技术就是其中之一。此外，近年来随着数字化进程的加速，大数据、人工智能也逐渐与GIS发展相互交织，深度融合。
大数据与人工智能
地理智慧的升维
数据化是数字化的前提。在数字化时代，数据就像农业时代的水利，工业时代的电力一样，成为重要的生产生活资源。随着空间数据采集手段的不断增多，时空信息数据量呈现指数级增长，时空大数据时代已经到来。
当然，大数据不仅指数据量的增长，更包括了对大数据计算、分析框架和技术体系的全面提升。沙志友告诉记者，GIS技术作为空间数据管理和分析的基础工具，大数据确实给它带来了许多机遇和挑战。一方面，数据量和数据类型增加后，必然对现有的计算能力、计算框架带来直接的冲击，同时多源数据的接入和治理是必须要解决的难题。另一方面，有了更大量的数据后，宏观层面的预测与分析能力也能够得到更好的升级与换代。
沙志友提到，易智瑞在技术和产品研发中同样充分应对了大数据时代的考验。在今年6月份，易智瑞推出的GeoScene 3.1也在多源数据接入能力、分布式计算和洞察挖掘能力方面进行了全面攻关和技术升维。比如，在分布式计算和洞察挖掘能力方面，GeoScene 3.1提供了几十类分布式计算工具，全面支撑数据治理、空间统计、模型分析、机器学习和洞察预测等应用。
空间大数据时代的到来，对数据处理、分析的智能化和自动化水平提出了新的要求，而机器学习、人工智能是解决智能化和自动化问题的关键所在。“虽然大家总是调侃目前人工智能还处于人工大于智能的阶段，但人工智能与GIS技术的融合发展已经在实践中得到初步应用。”沙志友介绍，GIS技术和人工智能有着天然的联系，目前人工智能和遥感影像识别已经在诸多领域得到应用。比如，地物识别和提取，结合视频和位置进行信息的智能挖掘和提取，文本的和地名地址信息的智能化提取等。
在人工智能+GIS的探索中，还有一个重要的延伸方向就是知识图谱。“知识图谱和传统GIS的数据结构有很大的不同。图就是关系，就是对象和对象之间的关联，谱就是它的时间发展轨迹，知识图谱所反映的就是演变的过程。因此，运用知识图谱技术，我们可以将对象与对象之间的时空关系通过更加便于理解的图谱形式进行动态展示和分析。”沙志友告诉记者，比如在疫情防控中，可以运用知识图谱技术来清晰地了解密接人群与其他人群的时空关系，从而快速地分析出疫情传播链条。此外，在物流方面，通过知识图谱也能够清晰地洞悉上下游产业链条的动态时空关系。
从三维到多维
向着虚实共生的世界升维
在与沙志友的交谈中，他提到今天无论是市场还是技术层面，大家都热衷于讨论城市信息模型、数字孪生乃至元宇宙等新兴的趋势和概念，其实这些趋势、概念和技术正是全社会数字化进程所要经历的阶段和过程。
在全社会数字化转型中，地理信息技术尤其是GIS技术扮演着怎样的角色呢？沙志友认为，对自然与人类活动产生的时空数据进行高效的管理、挖掘和可视化是数字化转型的必然要求，时空数据的管理、挖掘分析和可视化则是GIS的核心能力，因此我们可以肯定，地理信息系统是数字化转型的重要底座，也是城市信息模型、数字孪生、元宇宙等应用的重要底座。从技术层面看，从二维走向三维空间，从三维走向多维时空则是实现这一底座的重要方向。
多源异构三维模型融合展示
“现今，我们提到的三维GIS、三维管理，其实是指三维空间，即从二维平面地图到实景三维的地图过程。目前三维的数字孪生空间已经深入人心，但现实世界不是静态的，比如城市运营管理，不能只停留在对城市空间进行实景三维镜像采集，还需要在三维空间上加上时序这个维度。无论是数字孪生还是元宇宙，它的前提都是需要动态的实景数据，所以它们应该是多维时空或多元全景的概念。”沙志友解释道。
另外，在地理信息可视化层面上，多元全景的应用需求一改过去PC终端展示的单一手段，变成了个人电脑、大屏幕、手持终端、各种穿戴式设备等多终端设备，多元场景应用无缝切换，因此从数据采集、计算和应用展示角度看，多元场景应用或多维技术的融合才是更切合实际的技术发展方向。
技术的发展始终不能脱离应用需求这个主轴。GIS技术的融合创新发展还是要落到助力全社会数字化转型这一目标上来。全社会的数字化转型的目标可以从两个维度来看，其一是数字治理能力的全面提升，其二是数字经济的繁荣发展。
目前，数字治理是GIS技术的重要应用领域，比如大家熟悉的一网通办、一网通管以及在自然资源、应急管理、交通、水利等多行业的数字化监测和孪生管理平台都是数字治理能力的具体体现，且已经得到应用，并形成较为成熟的市场和产业模式。
“当然，无论是GIS技术的升维还是时空数据相关技术在大众领域应用场景、产业模式的探索，都不是一朝一夕之功，也不是某一个企业和技术领域的‘独唱’，必须本着融合创新、合作共创的思路打造利于技术发展、应用开拓的市场生态和产业环境。”沙志友告诉记者，具体而言，首先是要坚持自主研发道路，因为GIS技术是与空间数据紧密相关的，所以自主研发是信息安全必须要坚守的红线，相关技术创新也必须牢牢把握在自己的手中；其次要主动吸纳诸如大数据、云计算、区块链、物联网等新兴技术，把GIS技术放到数字化技术融合发展的大平台上来进行技术攻关和融合创新；最后，产学研多方以及地理信息技术领域的上下游企业应该始终将合作置于竞争之上，共同打造创新研发的产业生态。
“易智瑞在我国GIS技术普及化和产业化推广方面作出了力所能及的贡献，未来也将全力以赴国产GIS的研究和软件开发，我自己也有幸见证了GIS技术的国产化之路。”在交谈的最后，沙志友不无感慨地说。
