WebGIS原理及開發(fā)-基于開源框架的WebGIS技術(shù) 課件 12-未來展望與研究熱點

基于開源框架的WebGIS技術(shù)WebGIS原理及開發(fā)1.WebGIS概述2.WebGIS基礎(chǔ)技術(shù)3.WebGIS技術(shù)原理4.WebGIS的Web服務(wù)8.OpenLayers進(jìn)階9.移動GIS10.三維WebGIS5.地圖發(fā)布6.WebGIS客戶端開發(fā)7.OpenLayers多源數(shù)據(jù)匯聚11.WebGIS應(yīng)用案例12.未來展望與研究熱點第12章未來展望與研究熱點未來展望12.1研究熱點12.2無處不在的WebGIS12.3大模型助力WebGIS12.4第1章WebGIS概述了解WebGIS的未來展望了解WebGIS的研究熱點了解無處不在的WebGIS了解大模型與WebGIS學(xué)習(xí)目標(biāo)12.1未來展望移動性許多國家都在積極研究如何改進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，如美國NGI、GENI、FIND；日本NXGN、NWGN；歐洲FIRE；中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程等研究項目。未來網(wǎng)絡(luò)將具有更高的傳輸速率和更多的IP地址。IPv6將有助于物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市和智慧地球的實現(xiàn)，智能手機(jī)、汽車、冰箱和傳感器網(wǎng)絡(luò)等所有移動設(shè)備和傳感器，每個物體都可以有一個唯一的IP地址，便于它們接入互聯(lián)網(wǎng)，并便于人們對它們進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在移動通信領(lǐng)域，5G的上傳和下載速率得到了巨大提升；在空間覆蓋率方面，無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積也將進(jìn)一步擴(kuò)大。這些技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展將為WebGIS的應(yīng)用提供更快、更便捷的應(yīng)用服務(wù)。1．更快更具移動性12.1未來展望2．更加注重用戶體驗用戶體驗WebGIS新技術(shù)的應(yīng)用在用戶體驗和服務(wù)上更具人性化和智慧化，同時也更具安全性。下一代WebGIS將融入?yún)^(qū)塊鏈、數(shù)字版權(quán)等技術(shù)，大大加強(qiáng)GIS數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的安全性、可控制性和可管理性，提供給用戶的不僅僅是數(shù)字化的界面、影像、多媒體等，還具有界面美觀、操作流暢、傻瓜式等特點.讓用戶感到能用、好用、想用、易用、有用，還能解決實際問題。3．提供沉浸式應(yīng)用場景沉浸式應(yīng)用隨著物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實、數(shù)字孿生和元宇宙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，AR、VR等可穿戴設(shè)備將與WebGIS進(jìn)行融合；這在基于三維模型和實景現(xiàn)實環(huán)境的規(guī)劃、追蹤、查找、控制、顯示和管理等方面都有重要的價值，將有助于實現(xiàn)智能化的智慧城市應(yīng)用和個人用戶的沉浸式應(yīng)用享受。12.1未來展望4．更加社交化、智能化社交化、智能化用戶不再僅是單純地接收來自網(wǎng)站的信息，更可以發(fā)表自己的“聲音”。用戶可以發(fā)朋友圈、微博、評論，對地圖進(jìn)行標(biāo)注等。采用“眾包”的方式，積累數(shù)據(jù)，發(fā)展WebGIS應(yīng)用。未來的WebGIS更社交化，和抖音、快手、微信和微博等把老師、同學(xué)、同事、家人、朋友和業(yè)務(wù)伙伴等聯(lián)系起來一樣，WebGIS將形成一個社會人際網(wǎng)絡(luò)，人們以此聯(lián)絡(luò)感情、促進(jìn)合作。未來的WebGIS更智能化。未來的WebGIS融合了語義網(wǎng)和人工智能技術(shù)，能夠理解網(wǎng)絡(luò)上的人類自然語言。在語義網(wǎng)中，詞語的意思（語義）是被預(yù)先標(biāo)識過的，軟件可以準(zhǔn)確地理解萬維網(wǎng)中每個詞語的意思，并可對其進(jìn)行自動化的智能處理。。12.1未來展望5．虛擬與現(xiàn)實融合更加廣泛融合更廣泛WebGIS可以把現(xiàn)實世界構(gòu)建在虛擬地球上，用戶可以在虛擬環(huán)境中完成真實的工作。在虛擬地球中可以添加用戶的化身以及化身之間的行為規(guī)則，并且化身能與虛擬地球進(jìn)行交互、融合。例如，應(yīng)急人員可以在與真實城市場景極為相似的、虛擬的交通事故和大規(guī)模爆炸中進(jìn)行災(zāi)害應(yīng)對的演習(xí)，坐在辦公室里就能模擬駕駛直升機(jī)去參加營救，真實體驗事故現(xiàn)場的情形，與其他同事進(jìn)行協(xié)同。用戶坐在家里，在虛擬而又真實的城市里穿梭，虛擬購物，瀏覽和購買商品。敲開朋友家的房門，訪問交談，通過帶有反作用力的手套與他們握手和擁抱。這些在WebGIS應(yīng)用領(lǐng)域中都充滿了潛力。12.1未來展望6．“無所不能”的WebGIS無所不能未來的WebGIS將更普及，連接更多人，不管他們在家中、辦公室中或旅途中，還是在繁華的城市或?qū)庫o的鄉(xiāng)村。在大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和元宇宙技術(shù)的支持下，WebGIS的應(yīng)用將會無所不在，融合的數(shù)據(jù)類型以及承載的介質(zhì)都會更加社會化和生活化，如人們可以用聲音來上網(wǎng)、與網(wǎng)上的WebGIS應(yīng)用程序進(jìn)行交互。12.2研究熱點大數(shù)據(jù)與GIS大數(shù)據(jù)具備體量大、變化快、種類多和價值密度低等特征。大數(shù)據(jù)區(qū)別于單純海量數(shù)據(jù)，可分析挖掘出有價值的信息和規(guī)律，輔助決策，甚至預(yù)測未來。大數(shù)據(jù)GIS對大數(shù)據(jù)技術(shù)與GIS技術(shù)進(jìn)行深度融合，把GIS的核心能力嵌入到大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)框架之內(nèi)，并打造出完整的大數(shù)據(jù)GIS技術(shù)體系。大數(shù)據(jù)GIS已經(jīng)成為連接空間大數(shù)據(jù)與行業(yè)應(yīng)用的橋梁，與當(dāng)前的業(yè)務(wù)平臺或系統(tǒng)進(jìn)行融合。內(nèi)置分布式技術(shù)和流數(shù)據(jù)技術(shù)的大數(shù)據(jù)GIS將取代傳統(tǒng)GIS，成為GIS軟件的新標(biāo)配。12.2研究熱點1．大數(shù)據(jù)與GISAI與GIS人工智能（AI）和地理信息系統(tǒng)（GIS）之間有很多交叉點和互補(bǔ)性。一方面，AI可以用于地圖的自動化制作、地理數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測、GIS的優(yōu)化和改進(jìn)等方面。另一方面，GIS也可以為AI提供重要的數(shù)據(jù)支持和應(yīng)用場景。12.2研究熱點2．AI與GIS元宇宙與GIS元宇宙場景需要一個虛擬的、孿生的世界，這就需要把真實的地理空間映射到虛擬空間，三維GIS可實現(xiàn)地理空間映射。三維GIS是元宇宙的地理空間映射基礎(chǔ)，三維GIS和游戲引擎（如Unity和UnrealEngine）的技術(shù)融合，是元宇宙在地理空間映射的一個抓手，可以打造數(shù)字元宇宙系統(tǒng)。三維GIS+游戲引擎可動態(tài)加載大規(guī)模、多源異構(gòu)的GIS數(shù)據(jù)，包括手工建模數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)等，為游戲引擎提供具備真實地理坐標(biāo)的三維地理底圖。不僅可以在游戲引擎中查詢真實地物的屬性信息，還可以進(jìn)行模型的實時剖切分析和開挖分析。另外，基于游戲引擎可以擴(kuò)展GIS分析工具，如通視分析、可視域分析等，通過這些實用的數(shù)據(jù)處理和操作工具，可為城市規(guī)劃、智慧城市、數(shù)字孿生城市等提供決策支持。12.2研究熱點3．元宇宙與GISAR、VR與GIS虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是一種讓用戶與計算機(jī)模擬的環(huán)境進(jìn)行交互的技術(shù)，計算機(jī)模擬的環(huán)境可以是對真實世界的模擬，也可以是虛擬的世界。早期的VR需要高端的顯卡和高端的計算機(jī)?，F(xiàn)今，大多數(shù)計算機(jī)都具備了運行一定VR軟件的能力，VR文件標(biāo)準(zhǔn)也從虛擬現(xiàn)實建模語言發(fā)展到可擴(kuò)展的三維語言?，F(xiàn)在，許多VR應(yīng)用程序都能夠在Web瀏覽器和手機(jī)客戶端中流暢地運行，形成在線虛擬現(xiàn)實，例如：在線虛擬地球：用戶可以從不同方位和高度觀察地球的三維表面。用戶能夠進(jìn)入三維物體內(nèi)部的虛擬環(huán)境：三維建筑、管道和房屋的內(nèi)部。高端專用虛擬現(xiàn)實：調(diào)動多重感覺，如視覺、聽覺和觸覺；使用者通過佩戴特殊的眼鏡、頭盔和手套，可達(dá)到更逼真的沉浸效果，如飛行、軍事訓(xùn)練和多軍種實戰(zhàn)演習(xí)系統(tǒng)。12.2研究熱點4．AR、VR與GISAR、VR與GIS在線增強(qiáng)現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）與VR、三維GIS、互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用密切相關(guān)。虛擬的地理環(huán)境可以是全球、區(qū)域或社區(qū)級別的。虛擬的地理環(huán)境需要高程數(shù)據(jù)、地面影像數(shù)據(jù)、地理要素數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在服務(wù)器中經(jīng)過預(yù)處理后能夠通過網(wǎng)絡(luò)下載到客戶端。萬維網(wǎng)不僅將虛擬現(xiàn)實軟件和數(shù)據(jù)從服務(wù)器傳輸?shù)娇蛻舳耍€是用戶建立虛擬社會、進(jìn)行協(xié)同和交互的平臺。例如：成千上萬的用戶注冊了虛擬世界，用戶可以在其中進(jìn)行交互，并與其他用戶發(fā)生社會關(guān)系。在線AR與VR在社會學(xué)、心理學(xué)、商業(yè)、市場營銷、娛樂教育及軍事等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用潛力。12.2研究熱點4．AR、VR與GIS（1）BIM與GIS建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）從建筑的設(shè)計、施工、運作直到終結(jié)的建筑全生命周期，將各類信息整合在一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫中。在市政領(lǐng)域中，BIM技術(shù)通常用于道路、橋梁和隧道等設(shè)施，側(cè)重于精細(xì)化管理。GIS技術(shù)側(cè)重于地理空間環(huán)境信息的宏觀表達(dá)，能夠完善城市級BIM大場景展示。利用BIM這個高度集成的三維模型，可極大地提高建筑工程的信息化水平，提供一個工程信息交換和共享的平臺。通過BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的融合，可以使BIM的應(yīng)用范疇從單一化建筑物擴(kuò)展到建筑群、道路、隧道、鐵路、港口、水電等工程領(lǐng)域。BIM+GIS在城市和景觀規(guī)劃、智慧城市建設(shè)、城市微環(huán)境分析、市政管網(wǎng)管理、建筑設(shè)計、災(zāi)害管理、室內(nèi)外導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域提供了預(yù)測規(guī)劃、仿真推演和決策支撐，可提高資源整合能力，實現(xiàn)項目的全生命周期管理。12.2研究熱點5．BIM、CIM與GIS（2）CIM與GIS城市信息模型（CityInformationModel，CIM）是以城市信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的三維城市空間模型和城市信息的有機(jī)綜合體。CIM是大場景的GIS數(shù)據(jù)、小場景的BIM數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的有機(jī)結(jié)合。CIM將數(shù)據(jù)顆粒度精準(zhǔn)到城市建筑物內(nèi)部的單獨模塊，將靜態(tài)的傳統(tǒng)式數(shù)字城市加強(qiáng)為可感知的、實時動態(tài)的、虛實交互的智慧城市，為城市綜合管理和精細(xì)化治理提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。CIM的實現(xiàn)離不開城市基礎(chǔ)信息（包括建筑模型、建筑個體、交通、土地等信息），建筑內(nèi)部信息（主要是建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的建筑部件信息，如材質(zhì)、建造年限、造價、運維等信息）。CIM可根據(jù)使用者的權(quán)限提供安防、運維等服務(wù)，BIM、CIM、GIS三者可以說是相輔相成、相對應(yīng)呼應(yīng)而生的。12.2研究熱點5．BIM、CIM與GIS（3）從CIM到數(shù)字孿生數(shù)字孿生是指充分利用物理模型數(shù)據(jù)、傳感器更新數(shù)據(jù)、運行歷史數(shù)據(jù)等，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。近些年來在城市建設(shè)的過程中，CIM通過BIM、三維GIS、大數(shù)據(jù)、云計算、IoT等智能化、先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，同步生成與實體城市孿生的數(shù)字城市，實現(xiàn)城市從規(guī)劃、建設(shè)到管理的全流程、全要素、全方位的數(shù)字化、在線化和智能化，更新城市面貌，重塑城市基礎(chǔ)設(shè)施。CIM是數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)核心，通過CIM的可擴(kuò)展性可以連接人口、房屋、住戶水電燃?xì)庑畔?、安防警?wù)數(shù)據(jù)、交通信息旅游資源信息、公共醫(yī)療等眾多城市公共系統(tǒng)的信息資源，實現(xiàn)跨系統(tǒng)應(yīng)用集成、跨部門信息共享，支撐數(shù)字孿生城市的決策分析。12.2研究熱點5．BIM、CIM與GIS傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)與GIS根據(jù)OGC的定義，傳感器網(wǎng)絡(luò)就是一個由眾多傳感器及其所測量的數(shù)據(jù)所構(gòu)成的，可以通過萬維網(wǎng)和應(yīng)用程序接口來查找和訪問的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是指“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)特別是移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)字地球與人類社會和物理系統(tǒng)的整合。GIS技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)提供了基礎(chǔ)地理信息平臺，把物聯(lián)對象整合到統(tǒng)一的空間平臺上，與物聯(lián)對象進(jìn)行交互，實現(xiàn)智能化的物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建智慧地球、智慧城市、智慧社區(qū)和智慧家庭。12.2研究熱點6．傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)與GIS云計算云計算是指一種信息技術(shù)資源交付和使用模式，它提供了一個方便的、按需使用的、可配置的計算資源池（如網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù)等），這些資源可根據(jù)使用量而進(jìn)行伸縮，不需要租用者過多地干預(yù)。云計算具有以下五項基本特征：（1）按需自助服務(wù)（2）廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問（3）與地理位置無關(guān)的資源池（4）快速彈性伸縮（5）服務(wù)計費。12.2研究熱點7．云計算與GIS云計算服務(wù)模式云計算可以提供一種或多種模式的服務(wù)，如：（1）軟件即服務(wù)（SaaS）（2）平臺即服務(wù)（PaaS）（3）設(shè)施即服務(wù)（IaaS）（4）數(shù)據(jù)即服務(wù)（DaaS）（5）模型即服務(wù)（MaaS）12.2研究熱點7．云計算與GIS云GIS產(chǎn)品云GIS是指通過云計算技術(shù)提供GIS功能。云GIS也具有上述五個基本特征和三種服務(wù)模式。云GIS可提供多種形式的產(chǎn)品，如：（1）部署在云中的GIS服務(wù)器：專供在云計算環(huán)境中安裝GIS服務(wù)器的計算機(jī)映像。（2）云GIS兼具PaaS、IaaS和SaaS三種模式。云GIS提供了豐富的數(shù)據(jù)和服務(wù)資源，包括多種底圖、專題圖和地理處理服務(wù)，還包括眾多用戶自己的多源數(shù)據(jù)、地圖和其他類型的Web服務(wù)。（3）用戶不需要本地的GIS軟件，只需要Web瀏覽器就可以把這些數(shù)據(jù)文件上傳到云GIS中，并發(fā)布成應(yīng)用或服務(wù)。12.2研究熱點7．云計算與GIS游戲引擎與GIS游戲引擎憑借強(qiáng)大的場景渲染能力成為數(shù)字孿生場景渲染的重要支撐技術(shù)，各大廠家基于游戲引擎進(jìn)行了多元化的案例探索。在三維GIS中應(yīng)用游戲引擎可解決數(shù)字世界加載和渲染問題，可以基于強(qiáng)大的三維地理空間分析能力，實現(xiàn)游戲級的渲染效果，讓GIS場景更真實、更炫、更酷?？梢詫⑷SGIS的數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析能力擴(kuò)展至三維游戲引擎（如UnrealEngine和Unity）。深度融合GIS技術(shù)與游戲引擎技術(shù)，可以實現(xiàn)各種三維空間分析和空間查詢能力，滿足數(shù)字孿生對GIS和可視化的雙重需求。12.2研究熱點8．游戲引擎與GIS12.3無處不在的WebGIS無處不在的WebGIS廣泛應(yīng)用，無縫融入WebGIS在未來將被進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算和普適計算，借助計算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)字大屏、可穿戴設(shè)備和將來出現(xiàn)的其他設(shè)備，與我們形影相隨，把你、我、他，把人類與傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來；把地理空間信息無縫融入政府、商業(yè)和其他所有組織的運行與決策中，融入人們的生活和工作中，讓任何人、在任何時候、任何地點用WebGIS來解決與地理空間有關(guān)的問題，實現(xiàn)真正的無時無地的WebGIS。12.4大模型助力WebGIS大模型助力WebGISChatGPT2023年OpenAI發(fā)布了人工智能語言模型ChatGPT-4，該模型擁有強(qiáng)大的語言理解能力。大模型正在地學(xué)知識發(fā)現(xiàn)方面發(fā)揮著重要作用，激發(fā)知識涌現(xiàn)能力，促進(jìn)地理科學(xué)研究、技術(shù)和方法的創(chuàng)新發(fā)展及范式變革。目前地學(xué)科研人員在大模型促進(jìn)地學(xué)研究和WebGIS發(fā)展方面開展了一系列研究，取得了一定的成果。12.4大模型助力WebGIS大模型助力WebGIS地學(xué)大模型例如，通過大模型輔助地學(xué)規(guī)律再發(fā)現(xiàn)，通過海量文獻(xiàn)探尋人類活動引起氣候變化的全球證據(jù)與歸因；研究覆蓋近40年來10萬篇氣候變化研究論文，通