中国地理信息产业兴起于微末，但引路人们对于工程和技术的信奉、对于自主创新的无私无畏，为之后中国地理信息产业的发展乃至超越积蓄了薪火。此外，政策支持和主管部门的推动以及中国经济发展带来的丰富的市场应用需求，对于地理信息基础软件的发展也具有十分重要的指引作用。数字经济为地理信息技术发展带来了新的机遇和挑战，地理信息技术与物联网、大数据、人工智能等新兴技术产生了有机结合及应用，催生出新的业态。当前地理信息基础软件技术进展主要体现在数据模型、三维模型规范、可视分析、智能制图等方面。

近年来，新型基础测绘与实景三维中国相关标准与技术文件接连出台，标志着新型基础测绘与实景三维建设迈入“加速度”时代。在实景三维中国建设中，最基础、工作量最大的工作是建设空间数据体，基础地理实体是空间数据体中重要的构成部分，也是新型基础测绘的核心产品，做好基础地理实体数据的生产至关重要。中地数码、超图软件、吉奥时空等GIS基础软件厂商结合自身二维三维实践，积极探索地理实体数据模型构建方式，助力实景三维中国建设。

面向实体的全空间数据模型是对空中、地上、地表、地下等全空间区域中地理实体对象的抽象，将客观地理世界以地理实体的方式进行描述与分析表达。面向实体的全空间数据模型具备时间信息、空间参照、几何/空间形态、属性信息、关联关系、认知能力等特征。在空间形态表达上，该模型包含二维三维点线区模型、不规则三角网模型、地质体模型、激光点云模型、属性场模型、地下管线模型、倾斜摄影模型，等等。为了进一步实现属性场精细化可视表达与分析，新增栅格体元数据集和地质网格类两种数据模型。栅格体元数据集模型是一种表达三维属性场的栅格化模型，可为地质、气象、环境、电磁场、海洋、水文流域等领域应用提供基础支撑（图2）。地质网格类数据模型可通过快速插值方法对体模型进行高效网格剖分与存储，支持生成角点网格、规则六面体网格，并支持动态更新多种属性，如渗透率、孔隙度等，能够实现一份数据适应多种应用场景。

随着测绘技术的不断发展，新的三维数据获取手段也不断涌现，尤其是倾斜摄影测量、三维激光扫描等新型测绘技术，快速生产了大量高精度的三维数据。如何实现大场景地上地下三维空间数据的快速发布共享、高效渲染分析成为推进实景三维应用服务亟待解决的问题。面对这一挑战,各地理信息基础软件厂商在多年技术积累下,对倾斜摄影模型、3DMax模型、建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）、三维管线以及单体化等内容进行整合,形成了系列三维模型数据规范，如中地数码提出的M3D（全空间三维模型数据格式及服务接口规范）、Esri提出的I3S（三维场景服务规范 ）及超图软件提出的S3M（空间三维模型数据格式）等。

以中地数码牵头制定的M3D为例（图3），M3D采用一种全新的可涵盖空中、地上、地表、地下等多种数据类型的三维模型数据格式和服务接口，定义了一种全空间三维模型数据格式的文件组织结构及存储格式要求，以及全空间三维模型数据服务接口标准，能够为全空间三维数据提供统一的管理和服务标准，实现空天地海量三维模型数据的一体化管理、可视化与分析，可为海量多源异构三维模型数据在不同终端上的存储、表达、传输、共享与交换提供规范支撑。通过对海量三维模型数据进行网格划分与分层组织，支持地质体、地质高精度网格、建筑信息模型、倾斜摄影、点云、地上景观等的三维模型服务共享，实现多端一体的高效解析和渲染。同时,M3D支持高压缩比、流式传输等高效传输模式，突破了三维数据传输瓶颈；支持图形处理单元（GPU）单体化查询和实例化、分块渲染等策略，大幅提升了全空间三维模型数据查询和渲染效率。

基于全空间三维模型服务标准，联合倾斜摄影、BIM等数据厂商，GIS软件厂商积极构建了全空间三维模型数据服务生态，促进数字中国、数字经济战略的落实和推进，服务生态文明建设和经济社会发展。通过融合处理工具，实现空中、地上、地表、地下数据的融合，融合后的数据通过开放的三维模型标准软件开发工具包及丰富数据优化处理工具，可以高效生产三维模型缓存数据。用户可根据实际业务需求，使用各种端产品实现三维模型数据的高效及高质量浏览，在无插件网络端实现城市范围TB级倾斜摄影数据秒级加载高效渲染。

随着科技世界的发展，数字孪生技术已经从理论概念逐步到技术应用的阶段。然而目前物理世界向虚拟世界的映射，有诸多技术问题需要解决，目前还没有一项技术能完美解决“数字孪生”中存在的所有问题。游戏引擎的核心优势主要在于强大的场景表现力：一方面通过实时动态的渲染，可以构建丰富精细的场景表现，以便更好的还原世界；另一方面强大的物理引擎可真实模拟现实世界的运行规则，这正是数字孪生的迫切需求。GIS作为最早用于城市管理的技术之一，核心价值是提供了一个以地理学为依据的数据管理框架，并以此为基础实现对各类数据资源的统一管理和整合。相比虚幻引擎，GIS在数据层面更具有“兼容性”，针对城市发展的需要，各行业所需要的数据如遥感影像、矢量数据、物联网、倾斜摄影、建筑信息模型等，都可以整合到统一时空框架内，形成城市的数据资产。因此，如果将两者的优势结合在一起，在数据获取后，打通数据管理、场景构建和可视化表达的所有技术环节，形成一套高效的技术解决方案，必将大大推动数字孪生的跨界融合发展。

目前已有多家GIS公司在探索如何发挥自身优势与虚幻引擎进行优势互补，主要产品包括中地数码推出的MapGIS Earth for Unreal、ESRI推出的ArcGIS Maps SDK for Unreal Engine及超图软件推出的SuperMap Hi-Fi 3D SDK for Unreal等。在虚幻引擎中接入各种类型的三维空间数据，构建高真实感的三维地理大场景。利用虚拟引擎可进行城市级大场景的三维高效渲染与物理环境仿真。基于全空间三维模型数据服务，可动态加载大规模、多源异构的GIS数据，包括二维地图、实景三维模型、建筑信息模型、手工模型、地质体模型等，为游戏引擎提供具备真实地理坐标的三维地理底图。

相较于WebGL渲染方式，虚幻引擎渲染的用户体验（UE）BIM场景可以表达出十分逼真的细节，包括真实的灯光、阴影、材质纹理，在建筑物内部漫游时可以达到身临其境的交互体验(图4）。

基于虚幻引擎的三维GIS应用，除了查询三维属性和空间信息外，还可将三维空间分析能力引入虚幻引擎实现三维模型的实时剖切分析和开挖分析，支持水库泄洪、楼房爆破、山体滑坡等虚拟仿真场景应用，增强三维GIS场景的沉浸感，为空间规划、智慧城市、实景三维等提供决策支持（图5）。

“数字化-网络化-智能化”是信息化发展的普遍规律。数字化测绘目前正在迈向智能化测绘,地图制图技术也正在由数字化地图制图迈向智能化地图制图。在计算机科学技术、人工智能科学技术和数据科学技术的推动下,地图制图技术已进入以“数据密集型计算”为特征的科学范式时代，地图学已经成为跨越时间和空间、跨越自然和人文、跨越技术和工程的科学。数据、大数据、时空大数据已经彻底改变了地图制图思维和工作方式,地图产品“设计→编绘→出版”全过程的数字化转型已经实现,并在服务国家战略和满足社会大众化、个性化需求方面发挥了重要作用,人工智能推动的地图制图新时代已经到来，并取得了一系列成果,主要包括以下三大技术成果。

1.数据库和规则驱动的数字化制图

面向一体化、自动化的数字化地图制图需求，采用基于数据库和规则驱动的数字化制图技术，主要包括：①图库一体化制图模型，通过图库一体化数据库与级联更新技术，对地理信息与制图数据进行一体化管理，保证数据的现势性；②通过多种制图表达规则，以及精准细致的自动编图工具，实现制图数据预处理、符号化、精编、质检的全流程编图能力；③针对地图整饰出版，采用基于模板的快速成图技术，一键自动复用模板，实现出版制图样式的地图快速出图。

通过上述关键技术打通整体制图流程，提供系列自动化工具和方法，全方位提高制图自动化水平，全面支持一体化制图应用。目前已在全国地质图制图、军用数字地图制图、应急保障制图等领域广泛应用。

2.参与式云端协同在线化地图制图

互联网信息技术发展催生了网络在线制图、云端远程协同制图等应用需求。目前，业界针对在线制图需求进行研究与技术攻关，通过协同制图技术与创新应用模式，打造专属的云端协同式工作空间，提供全流程在线化工作模式的制图工具，实现参与式云端协同在线制图应用。主要从在线一体化制图、云端远程制图两个方面重点突破：一方面，通过基于矢量瓦片服务的在线地图制图等技术，预设完善便捷的制图流程，提供全流程专题图编制功能，支持多用户并发访问使用，实现一体化在线地图制图。另一方面，基于网络环境搭建多人协同制图创新应用场景，挂接云盘管理制图资源，用户通过桌面云使用制图软件进行制图编辑，支持多人协同创作，如地质云远程制图应用（图6）。

3.大数据和知识驱动的智能化制图

地图制图是个复杂的系统工程，如何运用机器智能，提升地图制图的效率和质量，满足个性化制图新需求，是智能化时代地图制图面临的新挑战。“智能”的核心是“知识”，业界积极研究并实现了基于大数据和知识驱动的智能化制图技术与软件成果，主要包括以下几个方面。

（1）智能化数据采集：基于遥感影像的地图要素智能提取，包括基于深度学习的地物快速提取、基于DNNs的半自动矢量化等；

（2）智能化数据更新：通过可定制的多源数据自动融合框架与质检更新规则，完成数据融合、质检，并在成果汇交时一键识别与提取数据，实现快速增量更新；

（3）智能化地图制图：将深度学习等应用于地理图像处理（如地图风格智能迁移）、非结构数据提取与可视化（如中文分词等）；

（4）智能化地图综合：基于深度学习的典型要素分布模式识别，为地图综合决策提供依据；通过机器学习领域相关模型方法升级地图综合算法，实现地图要素智能选取/化简/合并。

大数据和知识驱动的智能化制图在地质矿产等各个领域开展了典型示范应用。如以地质专家知识为主线的地质图数据智能化处理绘制系统——智能计算机辅助地质编图系统“智绘地质”，大幅提高地质图编制效率，已在全国地质图编制等工作中推广应用（图7）。

知识图谱是在自然语言处理的基础上发展而来的，用于描述现实世界中存在的各种实体和概念及其之间的关系。地理知识图谱是将传统地理信息服务扩展到地理知识服务的关键。地理知识图谱通过理解地理概念、实体及其相关关系，并采用语义网络对其进行描述，提升对地理现象和过程的动态感知、知识发现与智能推理能力。地理知识图谱构建流程见图8。

基于地理知识图谱技术可构建不同领域的时空知识图谱，为更多行业的大数据智能化知识服务提供支撑。GIS基础软件厂商结合自身地理知识、大数据和人工智能服务实践经验，积极探索地理知识图谱构建产品，主要包括中地数码推出的MapGIS地理知识图谱、ESRI推出的ArcGIS Knowledge以及超图软件推出的ATLab-KnowledgeGraph等产品。

地理知识图谱产品主要提供地理实体抽取、地理关系抽取、知识图谱目录展示、知识图谱可视化表达、知识图谱查询与分析、图谱实体关联等功能，用于支撑知识型的地理信息服务和应用。比如在地质行业，基于图数据库存储地质资料数据，通过地质资料语料库构建，半监督主题表达，地质实体以及关系精准抽取，构建基础地质调查领域的知识图谱，实现大规模地质资料的时空主题以及地质对象精准抽取和可视化表达，为地质大数据知识关联检索、知识计算、以及知识的演化提供技术、软件支撑。在不动产登记方面，基于分层分户三维模型，利用知识图谱展示楼栋、楼层、单元之间的关联关系，人房地之间的关联关系，房屋与电子证照关联关系，并且支持不动产知识图谱的查询检索，实现不动产登记的高效便民化管理和应用（图9）。