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蓝皮书文章丨信息技术应用创新背景下地理信息系统技术的现状与发展展望
2024-06-2518

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#产业报告

本文选自《地理信息产业蓝皮书·中国地理信息产业发展报告(2023)

信息技术应用创新背景下地理信息系统技术的现状与发展展望
中国地理信息产业协会软件工作委员会
梁世杰 田庆 李少华


前言

近20年来,在快速发展的信息技术(IT)等新技术和国家应用需求的双轮驱动下,我国地理信息系统(以下简称GIS)技术和产业得到了飞速发展,GIS软件应用范围从几个行业深入到了数字中国建设中的数字经济、数字政务、数字社会、数字生态建设的几乎所有行业和领域。GIS软件已成为国家治理体系和治理能力现代化建设中最重要的信息化基础设施。此外,美国加大了对中国的技术制裁,必须要在IT产业链中实现核心技术全国产化,持续攻克技术难关,防止“卡脖子”等技术垄断。因此,发展GIS自主可控技术和产业生态势在必行。

GIS软件,特别是GIS基础软件(业界常称为GIS基础平台)处于信息系统中的中间位置,管理着包含自然资源、矿产资源、重大工程设施等与位置有关的所有重要敏感信息和生产要素,也是当前数字化建设不可或缺的基础软件,所以GIS基础软件成为信息安全、产业安全乃至国家安全的最重要组成部分。

本文系统梳理了我国信息技术应用创新(以下简称信创)GIS技术建设情况,重点分析了我国GIS软件发展现状和发展展望,厘清了当前地理信息产业发展的突出问题,并针对当前信创GIS软件技术与产业发展面临的问题提出对策建议,结合应用典型案例为我国地理信息产业信创发展提供指导性解决方案,对我国地理信息产业生态的健康持续发展具有重要的意义。


我国GIS软件发展现状

中国地理信息产业协会《中国地理信息产业发展报告(2022)》显示,2021年,我国地理信息产业增速达9.2%,总产值达到7524亿,增速较上年提高2.7个百分点。我国地理信息产业总产值近5年复合增长率为11.5%,近10年复合增长率为17.5%。可以看出,近十年来,产业增速前高后低、逐渐趋稳的发展态势。

此外,我国GIS软件行业在地理信息领域占比较低,2022年相关资料显示,GIS软件行业规模约为310亿元。GIS软件又分为GIS基础软件平台和GIS应用软件,其中GIS基础软件平台的市场规模约占GIS软件领域5%左右,约为15.5亿元。经过几十年的发展,我国信创GIS基础软件在市场份额、技术水平和产业链路等方面,都取得了可喜的成绩,主要表现在以下几方面:

(一)市场份额

国内外GIS基础软件在我国的应用具有不同的发展历程。国外GIS企业早在20世纪80年代就进入中国市场,由于我国信创GIS基础软件起步较晚,早期绝大多数政府、国防信息化工作都采用美国Esri公司的GIS基础软件。在2010年以前美国Esri公司的GIS基础软件几乎独占鳌头。我国产业信息网显示,2007年在第二次全国土地调查项目中,我国信创GIS基础软件项目只占约20%,国外GIS基础软件占据绝对优势。

但随着国内市场的变化以及国内用户需求的复杂多样性,国外GIS平台难以及时响应本地化需求,给用户进一步使用带来极大困扰。同时,高昂打包出售的产品销售方式,也让一些用户望而却步。2010年后,我国信创GIS基础软件应用迅速发展,市场份额逐渐赶超国外GIS基础软件。根据相关市场调研机构的数据显示,2022年我国信创GIS品牌市场占有率已超过50%,信创GIS基础软件市场份额已反超国外GIS基础软件。

(二)技术水平

经过近20多年的技术创新和应用实践积累,我国GIS基础软件功能、性能、安全性和稳定性不断提升,并在政策支持和企业的积极推广下逐渐扩大市场份额。目前,业内已形成了中美两国并驾齐驱、各有所长的格局。我国信创GIS基础软件从追赶到超越,在诸多核心技术和性能上已经达到较高水平。有专家指出:在面向科研和制图领域,美国GIS软件积累更丰富,占有一定优势;在面向生产的GIS新技术发展方向上,如云GIS和大数据GIS,中美两国软件水平相当;而在三维GIS技术和跨平台GIS技术方面,我国信创GIS软件则显著领先。

我国GIS软件已经形成了完整的产品体系,覆盖支撑基础地理信息数据的采集、存储、处理、发布、制图与可视化、空间决策分析以及为各行业应用开发设计等全流程的软件产品,主要包括桌面GIS软件平台产品、服务器GIS软件平台产品、GIS门户软件平台产品、GIS运维管理软件平台产品、移动GIS软件开发平台产品和组件式GIS软件开发平台产品等GIS基础软件产品,所有类型产品均有国内相关厂商实现了核心算法及主要代码的完全自主开发。

近十多年来,我国信创GIS基础软件在自然资源信息化建设领域得到了大量的应用,在第三次全国国土调查、耕地保护、海洋灾害、林草保护、地质灾害预防管理等领域积累了大量实践经验,许多省、市、县基于信创GIS基础软件建设的土地信息系统已经运行超过十年,其安全可靠性已得到了长足考验。除自然资源信息化领域外,据不完全统计,截至2022年底,GIS基础软件应用已超过100个细分行业,覆盖了大部分政务信息化、企业信息化和公众信息化等服务领域。

(三)产业链路

信创产业链十分繁复庞大,主要由基础硬件、基础软件、应用软件、信息安全等4部分构成。其中,基础硬件层的芯片、传感器,以及基础软件层和信息安全层是信创产业关注度相对较高的环节。

GIS作为地理信息的重要载体,本身也属于信创产业基础软件的一部分。同时,信创GIS的发展离不开其他信创软硬件环境的支持。目前,GIS基础软件适配信创软硬件环境主要包括龙芯、飞腾、鲲鹏、兆芯、海光、申威等中央处理器(CPU);摩尔线程景嘉微等图形处理单元(GPU);长城、浪潮、华为、宝德等服务器;麒麟、统信UOS、欧拉、鸿蒙等操作系统;达梦、瀚高、人大金仓、南大通用、神舟通用等数据库;东方通、金蝶等中间件。总体来看,GIS基础软件适配已经全面覆盖市场主流信创软硬件环境。

此外,我国基本形成了以GIS基础软件为核心的GIS软件产业链,向上游涵盖地理信息采集和处理软件、测绘类三维建模软件,向下游涵盖各应用领域的应用软件开发服务及各类专用软件,包括建筑信息模型(BIM)软件、城市信息模型(CIM)软件等,甚至呈现出遥感软件与GIS软件一体化的集成趋势。GIS软件产业链将GIS基础软件厂商和应用开发商、系统集成商、数据提供商、咨询服务商、一般计算机软硬件厂商、科研院校及最终用户相互联接,共同促进产业的发展壮大,如我国GIS企业已与数百家应用软件开发商等形成生态合作伙伴关系。

综上所述,我国信创GIS基础软件产业链基本形成,初步形成体系化、生态化发展态势,相关产品和服务也从“基本可用”向“好用易用”迈进。

(四)应用覆盖

GIS基础软件在产品类型上已全面覆盖国外产品类型,GIS数据处理应用及GIS二次开发两个层次的产品级应用在城市规划管理、政府管理、资源管理、交通运输等领域也发挥了很好的作用。二维GIS和三维GIS相关的产品体系及技术体系已实现完全自主化。其中,“RS+GIS+BIM”(RS为遥感)的技术体系目前还在快速发展阶段,并在实景三维中国、CIM、数字孪生、智慧城市市场发挥了很好的作用。

另外,随着我国北斗双模等导航技术的发展,GIS与北斗导航技术实现融合,逐步在交通、自然资源等行业的地理信息数据采集与制图方面得到应用。


我国信创GIS技术建设

(一)信创核心技术概述

我国GIS基础软件经过数十年的发展,从最初的组件GIS软件逐步发展为云端一体化的GIS产品体系,其核心技术体系也随着GIS技术和IT技术发展而发生了改变。与此同时,中国及国内部分厂商极具前瞻性的战略性眼光,早已在多年前布局并重构信创GIS技术,相继启动产品研发工作,积极备战国际挑战。

我国信创GIS基础软件产品从技术分层来看,包括GIS的底层数据支撑体系,GIS的底层分析体系以及所有上层的应用体系。

1.GIS信创基础技术

GIS基础技术,基于自主可控的空间数据引擎,实现跨部门、跨行业的多种数据格式、多种类型的数据处理与存储管理,支持丰富多样的数据转换与编辑、专业完善的数据质量检查;基于自主研发的空间分析算法模型,提供高效的地理空间分析;基于规则驱动下的自动化制图处理框架,丰富完善的制图编辑工具集、制图资源、制图模型、制图引擎,元数据驱动下的一键地图整饰,实现基于数据库和规则驱动的数字化地图制图;基于统一二三维渲染引擎,实现支持二三维一体化的地图表达及专题表达,已广泛应用于国防军事、新型基础测绘、航空航海专题地图生产等领域。

2.信创GIS安全技术

GIS基础软件涵盖了GIS空间数据管理、处理、分析应用等一系列支撑能力。目前,GIS基础软件已经应用在政务、企业和国防三大方向近百个细分行业领域,如国土、测绘、规划、环保、市政、房产、交通、水利、公安、应急、商业、农业、林业、气象、海洋、旅游、电力、管线、物流、军事等,随着移动互联网、物联网的快速发展,基于空间技术的地理信息应用逐步从专业领域扩展到普通大众的日常生活。其中GIS安全技术起到至关重要的作用。GIS安全归纳总结为硬件、操作系统、空间数据库、GIS平台等4个层次,具体如下。

1)硬件层

就单机架构的GIS而言,其硬件层安全隐患主要包括设备的稳定性、可用性;就浏览器-服务器(B/S)架构的GIS而言,还需要考虑到地理信息在网络传输中的硬件因素(如通信线路、网桥、交换机、路由器等)。目前,信创生态中众多的国内硬件厂商已能提供完善的自主生产的硬件设施以及云平台,且GIS基础软件与之进行了广泛的兼容性测试与认证,运行稳定流畅,充分保障基础设施安全,如华为泰山、浪潮、长城、新华三、深信服等多种国内服务器及华为、新华三、深信服云平台。

2)操作系统层

GIS软件构建于一定的操作系统之上,故其安全同操作系统健壮程度息息相关。GIS软件在操作系统层的安全隐患有二:一是操作系统自身的安全架构,二是操作系统中的核心应用程序。目前,GIS基础软件与信创生态中众多的国内操作系统厂商进行了适配,完全支持麒麟、深度、欧拉、中科方德、统信UOS等多种自主操作系统,充分保障了操作系统层的安全。

3)空间数据库

空间数据库是存储、保护空间信息的一道重要屏障,目前国内GIS基础软件提供完全自主的空间数据存储引擎和分布式存储引擎,既支持自主核心技术的文件型数据存储方案,也支持基于达梦、华为GaussDB、KingBase、GBase、BeyonDB、浪潮KDB等自主空间数据库的数据存储方案,为用户提供安全可靠的数据存储与管理支撑,供用户按需灵活选择。

4)GIS平台

软件供应链划分为开发、交付和运行三大环节。我国GIS企业具有完备的软件开发管理体系,注重全生命周期的软件开发、交付和运行安全,软件供应链安全可靠。

开发:国内主流GIS软件源码均为自研代码,并经过安全性、稳定性测试,保障开发安全性。

交付:国内主流GIS软件已经完全掌握相关核心技术,不会因国外商用软件授权许可限制、开源技术停用以及国外政策相关出口管制等变化引发连锁失约风险,不存在交付安全问题。

运行:国内GIS软件能完全适配信创生态,从芯片、操作系统、数据库、服务器等多个层面为用户提供自主研发软硬一体化解决方案,充分保障运行安全。

综上所述,信创生态为GIS供应链提供了安全保障。

(二)信创核心技术分析

1.跨平台GIS技术

基于标准C++重构跨平台统一GIS内核,以此内核为基础来开发GIS系列平台软件,在C++接口层制定内存流处理方式规范和数据存储方式规范,使得GIS C++组件能在不同CPU架构下正常运行。利用C++语言一次编写、多平台编译的特点,在高性能、原生的跨平台GIS技术的加持下,不仅支持多种CPU、操作系统、数据库以及开发语言,构建异构CPU的GIS平台。还具备无限扩展以适应技术变化的能力,这一设计的实现,不但解决了运行高性能跨平台问题,还打破技术壁垒,实现了多端融合、互联互通,充实了GIS的适用场景,降低了应用门槛,为后期国产GIS技术及产品体系的快速发展奠定了坚实的基础。

在此背景下,各GIS厂商纷纷加入适配阵营,陆续启动了与各类芯片、操作系统、数据库、中间件的信创生态链产品全面适配战略,在跨平台技术的不断发展中持续壮大适配队伍,扩大产品支持。

2.三维GIS技术

三维GIS关键技术以二维三维一体化GIS技术为基础框架,进一步拓展全空间数据模型及其分析计算能力;更全面地融合倾斜摄影模型、BIM、激光点云、手工建模数据、管线数据、地质体等多源异构数据,制定开放的《空间三维模型数据格式》(S3M)、《空间三维模型数据服务接口》(S3M)、《全空间三维模型数据格式及服务接口规范》(M3D)等标准,完善三维GIS标准体系;基于分布式地理处理工具实现三维数据的高效全流程管理;集成WebGL、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、游戏引擎等新技术,推动构建室外室内一体化、宏观微观一体化与空天、地表、地下一体化的数字孪生空间,赋能全空间的三维GIS应用。

三维GIS技术实现全空间智能化二维三维多源异构数据处理、融合与标准化,为智慧城市的数字基底及实景三维中国建设提供有力的技术支撑,为城市的智能化治理提供强有力的技术保障。

3.云计算GIS技术

近年来,云计算技术在地理信息技术的发展过程中发挥着越来越重要的作用,云计算GIS关键技术以全空间信息数据为基础,整合和管理GIS数据资源、服务资源、云应用资源等跨领域的时空信息资源,实现时空大数据的一体化存储和高效管理,提供高性能的各类地图服务和分析服务,支持服务的集群部署和运维管理,满足各类GIS资源的在线共享和协同,为云存储、云服务器、云运维与云应用提供不同层面的空间大数据存储、计算、运维及应用的一体化能力,提高数据获取、处理及分析响应的效率,实现土地、规划、交通、林业等公共部门及民用企业互联互通,为政府决策、城市管理、社会服务各行业提供更全面的地理信息服务。

4.大数据GIS技术

大数据GIS技术是将底层GIS核心算法与分布式计算框架深度融合,并提供大数据全生命周期功能扩展,形成具备可扩展性的大数据GIS内核。并以此为基础,不断融合空间信息理论与大数据技术的最新成果,建立大数据GIS系统架构与技术体系。

随着空间大数据存储、计算和可视化等技术难题逐一取得突破,目前已形成云端一体化的大数据GIS基础软件,产品涵盖从组件产品、服务器产品到多端产品等丰富的软件形态。

5.人工智能GIS技术

人工智能GIS关键技术基于主流人工智能技术及丰富的人工智能模型库,融合地理智能,构建智能GIS管理工具、流程处理工具及功能库,拓宽智能GIS应用新场景,支撑各行业领域的智能GIS应用。

基于数据统计、机器学习和深度学习等数据科学计算库,提升模型的预测能力,支持二元分类、目标监测、多元分类和变化检测等应用。集成空间机器学习开发库,提供支持基于空间数据进行在线数据处理、建模、挖掘与分析需求的数据科学服务。

综上可见,和国外同类GIS产品相比,我国GIS起步较晚,在某些方面还存在一定差距。比如在GIS数据生产方面,国外的遥感技术、三维建模技术等更具优势,数据生产能力强、更新快;在GIS数据的采集和输入方面,由于国外GIS基础软件起步早,在全球市场应用广泛,支持或对接的数据格式较多;在GIS空间分析模型方面,国外GIS基础软件相对来说模型积累更为丰富,功能更为全面;在GIS技术融合创新方面,大数据GIS技术、人工智能GIS技术等起源于国外,至今仍有一些底层的模型算法来自国外。但是,经过近些年的快速发展,我国信创GIS基础软件在技术和功能方面与国外同类产品的差距逐步缩小,如今我国信创GIS基础软件已经掌握GIS的核心技术,并在部分领域实现了超越,经过这几年的信创适配和修改优化,我国GIS基础软件已经在信创环境中实现了安全、稳定的运行,很多GIS功能的性能指标在ARM平台和x86平台下不分伯仲。

目前,GIS信创生态已由起步阶段的基础适配性工作走向全面可持续发展阶段,并相继发布了信创解决方案。但是仍然存在极少部分功能因为种种因素,目前还不能完全实现自主。如在数据方面,目前的BIM软件大部分是国外的,生产的BIM数据格式也很难直接在信创环境中读取;在数据库方面,常用的Access数据库不支持我国信创环境;在技术方面,例如GeoAI技术的应用往往需要强大的芯片支撑,我国信创生态中的芯片还不足以满足需求。


我国GIS软件应用状况及典型案例

2020年,我国的信创生态体系已经形成基本雏形。在“数字中国”开局的2023年,伴随着政府和行业用户的应用落地,相关产业将迎来更大的市场机遇。无论是数字基础设施的建设,还是畅通数据资源大循环,都需要有自立自强的以信创为底座的数字技术创新体系和数字安全屏障。目前,信创的技术方案主要应用在政府、军工、航空航天、银行等对保密性要求较高的行业部门,应用自主可控的软硬件一体技术方案成为首选。

(一)某省国土空间基础信息平台

用户单位某省自然资源厅。

项目介绍由于原国土资源“一张图”平台基于微软的.NET框架开发,不能运行在国产操作系统的环境中。为了响应国家政策,推进国土空间规划一张图的建设工作,保证国土空间基础信息平台在国产化的软硬件环境中能正常运行,由某省自然资源厅统筹安排,国土空间规划局牵头,由省测绘地理信息技术中心承担项目建设工作,作为支撑业务应用的省级唯一平台,某省国土空间基础信息平台汇聚管理着大量敏感空间数据,对数据安全要求高,全国产化技术体系能够从基础上保障平台运行和信息安全。平台基于华为鲲鹏生态体系构建,通过结合超图领先的GIS软件技术与华为超强算力的硬件平台,形成了软硬件互补的优势,构成安全自主可控的技术体系,协同构建省市县三级统建、分级管理、数据更全面、应用更广泛、共享更顺畅的国土空间基础信息平台,为国土空间规划编制、行政审批、国土空间开发利用监测监管、空间决策分析等业务应用提供数据支撑、平台支撑和技术保障。

(二)某省公安时空信息支撑平台

用户单位某省公安厅。

项目介绍某省委、省政府根据省政法工作实际和发展战略定位需要,提出建设政法信息化工程,建成某省政法机关信息化建设基本框架体系,提升政法机关科技信息化能力和水平,至此,本项目应运而生。该项目采用较为先进的分布式架构,云原生部署的方式,性能、稳定性都足够省级平台需求。项目最终承载了全省范围的大量关注点、路网、影像、矢量数据,还有针对重点管控地点的三维模型和点位、线路等,总计体量超过10TB。除了地理数据,还包含十余个类别的警务业务数据,每类数量都过亿字节。并对基础地理、公安专题数据的进行分布式存储改造,能提供高效的查询、展示能力,为省级安全应急提供指导决策支撑。

(三)某市自然资源信创云和大数据服务平台

用户单位某市土地开发整理中心。

项目介绍随着国内信创领域的快速发展,国产化软硬件替代势在必行。某市自然资源信创云和大数据服务平台项目在设计之初就制定了以国产为主线的信息化 基础架构。最终采购了华为 ARM 架构芯片的泰山服务器、新华三云平台管理系统、达梦数据库、超图云原生 GIS 平台软件,启用了一批银河麒麟系统的国产计算机、华为平板终端和中科方德系统的曙光服务器,建成了达梦数据库集群、超图云原生 GIS 平台,结合自然资源实际业务,开发了选址决策系统、自然资源征地系统、 执法监管系统、农房占耕摸排系统、整治修复系统、生态红线系统等 16 个自然资源业务应用。

各厂商之间通力合作,以云原生技术对国产信息化资源进行进行统一调度和管理,实现资源的动态分配和弹性扩展。项目走通了在国产架构下建设云原生 GIS 中台的技术路线,对推动自然资源领域信创替代起到了里程碑意义。

(四)某市时空大数据平台

用户单位:某市自然资源和规划局。

项目介绍:近年来,某市信息化建设不仅在网络设备、数据建设、系统建设以及对外服务方面取得了不错的成果,也通过制度改革和创新等手段,探索出在内部管理、基层监管和外部服务等方面的管理新模式。某市自然资源和规划局联合超图,升级优化国土空间基础信息平台,基于丰富的国土空间大数据,将各类数据进行归纳汇总,进一步挖掘资源价值,平台结合实际业务需求,配置批地、批矿等分析专题,为项目落位审查提供即时套合分析工具;在推动政务审批上,实现审批服务“前台综合受理、后台分类审批、窗口统一出件”,持续优化营商环境,提升便民惠民服务,促进信息技术与经济社会发展深度融合,助力某市数字经济腾飞。

(五)某区GIS平台扩容

用户单位:某区政务数据管理中心统采。用户为以下政府部门:水务局、地区办、民政局、农委、建管委、城运中心、区公安、市场监管局、规资局。

项目介绍:某区通过云资源平台和大数据平台的建设,使得政务外网云中心及互联网中心具有了地图服务能力。项目提供了包括芯片、操作系统、数据库、中间件、安全软件在内的整体信创云适配方案,并统一GIS平台以及补充地图服务,建设由区政务数据管理中心统一向全区各部门、街镇提供某区GIS基础底图(矢量地图数据、影像地图数据)的地图服务调用能力。有助于提高政府决策能力和城市管理水平,助力政府决策。


我国GIS软件发展的突出问题及建议

纵观我国GIS技术与产业发展的历程,GIS技术与产业已在多个领域取得了长足进展,如在三维GIS技术方面,我国已跻身世界先进行列;在国内市场方面,我国信创GIS产品占据了主要的市场份额;同时,国内GIS企业在国际地理信息市场活跃度已越来越高。但我们也应认识到,面对新的历史机遇,我国地理信息技术创新与产业发展依然存在诸多突出问题,本文结合主要问题提出针对性对策建议,主要包括如下几方面。

(一)国外加大技术管制

2020年1月,美国商务部工业与安全局将“用于自动分析地理空间图像的软件”列入管制范围,此软件是GIS软件的部分功能,如人工智能GIS。根据该限制令的具体内容,我们可归纳此次美国出口限制令涉及关键技术包括遥感图像分析、自动驾驶、无人机、三维空间技术等地理空间信息终端服务领域,进而可总结主要影响通信及信息技术、交通运输与物流、汽车制造、企业服务、自然资源监测等五大地理信息产业链下游行业;进而主要波及智慧城市、智慧交通、智能汽车、智能企服、智慧资源等五大地理信息智能应用领域。根据相关专家研判,美国禁令将会对使用美国软件的相关用户产生两方面影响:一是已购买的美国软件无法升级,软件缺陷无法解决,或无法使用软件新功能;二是当应用单位使用人员增长时,无法扩充软件许可数量。两种情况都可能严重影响生产或者业务运行,具有严重的安全风险。

同时我们也认识到,美国这一行为不仅是将管控政策从管控“产品”扩展至管控“技术”,还可能预示针对新兴技术和基础技术更大范围的管制,是对测绘地理信息技术的产品加大管控的重要信号,因此值得高度重视。目前我国金融、政府部分用户还在使用国外GIS软件产品,一旦美国政府将出品管制产品或技术扩大范围,将对我国各部门造成重大影响,给相关用户单位、企业及其业务系统、工程项目造成重大损失,严重影响国家安全和产业发展。

鉴于GIS基础软件具有特殊属性,建议通过指标选取、企业评估和产品知识产权审查等方式形成GIS基础软件推荐产品列表等,明确各级政府部门的涉密或非涉密领域新采购GIS基础软件必须是自主可控的政策要求。同时,在自然资源部对三维立体时空数据库的管理和国土空间规划的管理、住房和城乡建设部对建筑设计的审批、交通运输部对交通运输的管理、生态环境部对环境治理业务的管理等政府部门和国有大型企业的信息化项目中优先开展信创GIS基础软件的应用推广工作。

(二)产业标准体系不一

一方面,已发布实施的GIS标准的宣贯和执行力度不足,造成了标准研制与实施不能衔接,不能满足实际要求。例如,我国多家单位起草编制并发布《空间三维模型数据格式》(T/CAGIS1-2019)、《空间三维模型数据服务接口》(T/CAGIS 2—2020)、《全空间三维模型数据格式及服务接口规范》(T/CIIA 008-2021)等团体标准,用于解决三维模型数据格式和数据服务接口交换问题。但是,由于团体标准的效力和作用有限,在实际应用中仍无法彻底解决各家软件之间交换数据和实现互操作困难的问题。

另一方面,受我国GIS起步较晚和我国的GIS标准多采用自己开发模式影响,我国GIS标准与国外仍存在着较大差距,其标准框架、体系和分类需要进一步细化,并积极走出去,与国际、新技术接轨。具体对策建议如下:

1.标准研制工作机制完善

进一步丰富分技术委员会。针对当前蓬勃发展的GIS技术领域,在全国地理信息标准化技术委员会(SAC/TC 230)下增加对应的分技术委员会。如增设人工智能、大数据分技术委员会,将《国家新一代人工智能标准体系建设指南》、《信息技术大数据技术参考模型》等关联领域的规范吸收纳入GIS相关标准规范体系中,通过分技术委员会顶层规划指导,各地方、企业、高校、团队积极参与的方式,规范化标准研制工作流程,强化标准研制工作的系统性。

2.标准体系的完善与统一

数据类标准完善,在现有团体标准的基础上,提升和研制统一的三维模型数据格式、三维模型数据服务接口、地下空间信息、城市地下空间数据三维建模等行业或国家标准。

管理类标准研制。针对目前有偿或免费共享方式提供数据、信息、技术支持、软件等各种在线或离线产品与服务的产业化发展态势,建立一套产业运作规则,对上述产品和服务等进行明确约束和资格审查,规范产业发展,保护用户权益。如建立健全地理信息软件标准体系等。

3.强化标准实施和准入

针对执行力度不足的问题,将我国GIS标准作为政府采购准入条件。

4.加强标准融合与国际贡献

通过吸纳、融合的方式吸收各行业、团体、地方、企业组织等建立的细分标准中的共性、精华部分,健全国家GIS标准体系。

针对我国处于领先优势的信息技术、GIS技术领域,加快相关标准的制定和实施,并基于对应的信创工委会技术活动单位WG工作组和其他标准组织的合作,将其融入国际GIS标准生态圈。如参考中国大数据标准,细化和规范大数据GIS标准,贡献、反哺到WG国际标准中,埋入中国的产业诉求、产品优势。通过弥补已有系列标准的不足,与开放式地理空间信息联盟(OGC)融合,可为我们提供一个国内标准与OGC等国际组织已有标准深度融合的案例。

(三)研发经费投入不足

相关数据显示,目前国内主流GIS厂商研发经费投入不足美国Esri公司ArcGIS软件研发经费投入的10%。从国内看,据上市公司公开报告数据,2022年,超图软件研发投入为2.51亿元,占营收的15.7%;航天宏图研发投入为2.96亿元,占营收的12%。从国外来看,据普华永道数据,美国Esri公司2019年营收总额达13.50亿美元,按其官方宣传的“每年投入30%的销售收入用于研发”计划,当年的研发费用就达4.05亿美元,折合人民币超过20亿元,是超图软件2022年研发费用的近10倍,是大多数国内主要软件企业2022年研发费用的100倍左右。尽管国内地理信息企业研发(R&D)经费投入已明显提高,但投入水平还远低于国外知名企业。研发经费投入的强弱情况是衡量产业发展和科技创新能力高低的重要指标,地理信息领域经费投入的强弱对地理信息科技创新活动的影响重大,一定程度反映了科技创新能力的强弱。

为充分调动国内地理信息企业在跨平台GIS、三维GIS、云计算GIS、大数据GIS和人工智能GIS等GIS基础软件前沿技术研发方面的积极性,加大研发经费投入,建议鼓励企业拓宽融资渠道,加大力度引进社会资本,采用更灵活的融资方式,分散企业研发投入的风险;建议国家出台相关激励政策,如制定进一步鼓励企业研发创新的税收优惠政策、将GIS基础软件纳入政府采购清单并优先采购名录内的产品等,营造良好的研发创新外部环境。

(四)高校教育推广滞后

当前我国GIS技术水平已达到国际领先水平,但由于起步较晚,国外软件产业生态、用户群体、用户习惯已经形成,不易改变,国内很多高校及科研院所在相关专业的教学和科研中仍然使用早期的或免费的国外低版本软件,技术手段相对落后,与国内外技术发展脱节。这导致了学生在校学习期间对我国GIS技术发展水平和软件产品不够了解,在科研方向选择中难以对应当前GIS技术瓶颈和难题,科研过程中大多选择基于国外软件产品和开源产品,而无法更好地投入信创GIS技术攻关和产品研发工作中,影响了我国信创GIS软件的可持续发展。

建议开展信创GIS软件产品进校园活动,加强教育推广普及工作,落实《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》《关于推进现代职业教育高质量发展的意见》的要求,我国高校应该采购国内信创GIS软件,并保持使用最新版本软件产品。同时,鼓励国内信创GIS企业针对高校提供免费版或价格低廉的信创GIS产品,并提供优质的技术支持服务。

首先加强产学研用合作。开展国内信创GIS软件产品进校园活动,加强在校学生对国内GIS技术发展和软件产品的了解,增强对国内GIS技术和自主软件产品的自信心。鼓励国内优秀企业进入校园做专题技术报告和演讲,包括但不限于技术发展现状、GIS优秀案例等,扩展在校生对GIS行业的认知,加深对GIS行业的理解。鼓励企业与高校合作研发,整合各方资源,针对GIS关键核心技术进行攻关突破。

其次,按照《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》等文件要求,由教育部或中国地理信息产业协会、中国测绘学会等组织搭建大学生GIS创新创业项目平台,举办全国大学生GIS创新创业大赛,激发大学生创新创业热情,促进GIS产业技术快速发展。


我国GIS软件发展展望

受益于快速发展的信息技术和GIS应用需求的双轮驱动,经过近20多年的技术创新和应用实践积累,我国GIS基础软件已形成了与美并驾齐驱、各有所长的格局。我国信创GIS基础软件从追赶到超越,在核心技术和性能上已经达到较高水平。

市场需求是GIS基础软件发展的动力。目前,地理信息产业在国内外均呈现出迅猛发展态势,各行各业都极为重视GIS系统应用建设,并将其作为信息化基础设施重要组成部分统筹布局。

(一)我国政府政策驱动地理信息产业快速发展

不同国家的政府对地理信息技术的重视程度和投入力度决定了该国的技术水平,进而决定了该国的产业发展水平。我国政府高度重视地理信息产业发展,从2013年开始,国家相继出台了《国务院办公厅关于促进地理信息产业发展的意见》、《全国基础测绘中长期规划纲要(2015-2030年)》等政策文件,为地理信息技术发展创造了良好的发展环境。截至2021年末,我国地理信息产业从业单位数量超过16.4万家,测绘资质单位1.6万余家;截至2022年6月,31个省(自治区、直辖市)上市地理信息及相关业务企业67家。“十四五”期间,中央财政将通过中小企业发展专项资金累计安排100亿元以上奖补资金,分三批(每批不超过三年)重点支持1000余家国家级专精特新“小巨人”企业高质量发展,促进这些企业更好地发挥示范作用。地理信息产业的快速发展,离不开国家给予充足的政策支持和战略保障。

(二)多技术融合推动地理信息产业边界泛化

在下一代互联网、移动互联网、物联网、云计算等新技术的推动下,用户需求升级,用户需要的不再仅仅是原有的地理数据,而是加工后的具有智慧功能的地理信息。在提供基本数据基础上,提供平台服务,包括网络服务和定制服务的企业应运而生。以云计算为例,传统的地理信息技术与其融合,逐渐延伸出云地理信息存储、云导航、云GIS平台等多种新产品,将分散于网络的各种相关资源虚拟化,每一个接入终端都可以通过网络,购买地理信息相关的服务,GIS系统建设已逐渐成为各行业信息化基础设施的重要支撑和关键纽带。

特别在新型智慧城市建设中,在互联网、移动互联网、物联网、云计算等新技术的推动下,GIS作为地理智慧技术载体的空间数字底盘,已经成为数字中国建设的刚需,必将在更多行业应用中发挥更大价值,成为数字中国建设不可或缺的重要信息基础设施。

(三)大数据三维GIS跨平台能力助力实景三维

随着国家实景三维中国、CIM平台建设步伐的加快,基于各厂商产品跨平台能力的支持,各省(区、市)纷纷展开数字孪生、新型智慧城市建设,推进数字化转型,三维GIS、大数据GIS市场需求强烈。

现如今,我国前沿厂商基于高性能解决方案构建的系统,可高效加载上百平方公里倾斜摄影模型数据,加载、运行稳定、流畅,浏览体验效果良好,可为数字底盘建设和后续分析应用起到重要支撑作用。在信创时代,大数据三维GIS全国产化基础环境可确保军事、政企信息化等项目安全落地。

(四)便携式办公促进移动端GIS产品飞速发展

移动应用和基于互联网络的协同,推动专业GIS功能让大众所用的移动应用浪潮已经风起云涌,移动化的工作模式也正在向专业领域快速渗透。移动GIS产品所带来的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数据工作流程的全面再造。

移动GIS产品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,还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。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的社会化时代已然到来。


结语

地理信息一直被各国政府视为“国之重器,不可予人”。地理信息系统用于提供广泛的地理空间信息服务,掌握了一个国家各类关键设施和资源分布的地理信息数据,也就意味着可以窥测该国的国防与经济命脉。

近年来,我国GIS产业发展迅速,技术创新能力大幅度提升,结合信创生态链中技术软硬件领域的发展加持,呈现出从可用到好用的发展,整体服务水平超越国外产品生态链,并已取得了多行业领域项目落地。在大数据、云计算、人工智能等技术与GIS的融合给地理信息行业的发展带来了新的机遇和挑战。

呼吁各行业用户未雨绸缪,增强对信创生态的信心。目前,信创生态链通过持续打造和强化链上各环节技术,已具备充足实力支撑真正的项目实践落地。信创升级是政企信息化改革的必经之路,各界需以躬身入局的姿态,把自己变成解决问题的关键变量。各行业应供需两侧合力为信创产业链的快速高质量发展持续赋能。


本文选自《地理信息产业蓝皮书·中国地理信息产业发展报告(2023)
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来源:中国地理信息产业协会(转载请注明来源,并在“阅读原文”增加本文链接



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