MapGIS全空间智能GIS平台V10.3

一、案例简介

       全空间智能GIS平台融合大数据、物联网、云计算、人工智能等先进技术，结合MapGIS强大的地理信息处理能力，实现了超大规模地理数据存储、管理、高效集成和分析挖掘，在地理空间信息领域为各行业及其应用提供强大技术支撑。

二、案例背景

       在云计算、物联网、智能移动终端等新技术的推动下，大型分布式GIS架构、海量空间数据库、高效智能空间计算、多维时空模拟、GIS工程应用标准等已成为GIS的研究热点。当前，GIS技术正朝着GIS工程应用技术的标准化、GIS数据和应用的规模化、GIS复杂时空数据分析处理的智能化、GIS服务的大众化等方向发展。

       但由于我国GIS软件行业起步较晚，经过20多年的努力，GIS软件在研究和应用过程中逐步走向产业化道路，成为国民经济建设普遍使用的工具，并在各行各业发挥着重大作用，但在核心技术创新、工程化技术研究等方面与国外相比有一定差距。

       目前我国GIS平台软件已经形成了自主品牌，基本能够满足国内各行业重大应用的需要，在平台核心关键技术研究方面，已在部分技术研究取得一定优势，但总体上仍处于跟踪赶超状态，原始创新能力不足，核心技术专利较少，急需突破。

三、案例介绍

       MapGIS是由中国地质大学（武汉）吴信才教授为核心的技术团队研发的自主可控且具有国际竞争力的国产GIS软件。

       MapGIS10.3全空间智能GIS平台是基于MapGIS平台打造的新一代空间信息基础平台软件，该软件旨在打通与地理信息紧密结合的遥感、无人机、点云、倾斜摄影、BIM、VR/AR等技术环节，建立一个融合大数据、物联网、云计算、人工智能等先进技术的全空间智能GIS平台，实现从地下到地上、室外到室内、现实到虚拟、静态到动态四个空间维度的完美衔接，支持超大规模地理数据的存储、管理、高效集成和分析挖掘，能够在地理空间信息领域为各行业及其应用提供更强的技术支撑。

图1MapGIS 10.3全空间智能GIS平台总体架构

该平台的主要技术创新性包括：

1）全空间多源三维数据集成管理

       支持城市景观数据、BIM模型数据、激光点云数据、倾斜摄影数据、地下模型数据、DEM数据、栅格数据、属性体数据等多源数据一体化管理；支持3ds、obj、osgb、fbx、xml等多种格式三维模型数据。

2）地上地下一体化快速建模

       支持从地下模型到地上景观的全空间场景的快速构建。基于二维矢量数据或CAD数据，提供多样化的建模方法，实现从地上、地表到地下空间的城市部件三维模型快速、批量、自动化、低成本构建。通过自动和半自动化的快速建模技术，构建复杂地学特征的三维模型，实现全流程一体化的地学模型构建。

3）大规模三维场景数据高效渲染

       采用LOD、多级缓存、数据高效压缩、快速索引等多种优化策略，实现大数据量的快速渲染；支持500平方公里范围内60万栋精模建筑物的流畅渲染，支持10亿级数据量及以上的属性体数据高效显示，其实时渲染秒级帧数可以达到50帧以上。

4）全空间三维分析

       提供全空间一体化多种分析功能，包括标识地球面某一位置变化率的坡度分析；基于地形的洪水淹没分析，可确定洪水淹没范围和深度；用于智慧城市建设的通视分析、可视域分析、天际线分析、阴影率分析等；以及针对地下模型的地质评价、土壤监测等一体化的三维分析功能，为城市规划与监管、地下空间利用与开发提供科学依据和辅助决策。

5）倾斜摄影工具与应用

       提供倾斜摄影数据导入功能，支持将目录形式的倾斜摄影文件转换为mcx的索引文件，并提供直接打开倾斜摄影索引文件的工具实现倾斜摄影数据的快速加载，实现数据的直接预览和信息拾取。

6）客户端无插件全三维功能

       基于WebGL技术开发实现无插件的三维客户端，提供全面的三维GIS功能，突破传统的三维客户端依赖插件、浏览器、甚至操作系统的限制，支持多源GIS空间数据，海量的数据承载能力，实现在线数据高效传输、高效渲染、高效分析，确保桌面的三维分析功能均可在WebGL端展示，形成完备的三维GIS应用解决方案。

7）三维空间数据规范

       制定海量三维数据网络应用数据交换格式（M3D），对海量三维数据进行网格划分与分层组织，采用流式传输模式，实现多端一体的高效解析和渲染。支持多层LOD模型、按数据分布特征进行精细网格划分；与WebGL协议无缝融合，全面支持无插件三维客户端；提供桌面端、浏览器端以及移动端的多平台一体化应用。

8）移动三维产品

       提供移动三维可视化功能，支持各类离在线数据加载，包括地形、倾斜摄影等；支持丰富的三维覆盖物功能，以及场景漫游等功能；具备移动端常用的地图浏览、查询、量算、定位、轨迹记录与追踪等功能，满足用户在移动端浏览与分享地理信息。

       基于MapGIS10.3全空间智能GIS平台，面向全行业应用，能够形成自然资源调查与确权登记、自然灾害监测与预警、自然资源大数据、城市地质、国土空间规划、智慧城市、能源矿产、军民融合等一整套成熟完备的解决方案。

四、典型经验提炼

（一）具体措施和成效

       基于MapGIS10.3全空间智能GIS平台，面向全行业应用，能够形成一整套成熟完备的解决方案。目前，该产品已经成功应用到以下方面：

1）自然资源调查与确权登记

       提供地质框架模型构建、自然环境承载能力监测、自然资源量化综合评估、自然资源利用效率推进、生态地质修复、社会公众服务等功能；提供自然资源数据预处理、资料分析、内业建库、外业调查、资源登记归档、数据协同共享和统计分析等功能。

2）自然灾害监测与预警

       对自然灾害大数据深入分析，提供灾害信息管理、灾前预防、灾害期间响应、灾后恢复、灾害频率控制等功能；在灾害预警方面提供风险识别、风险评估、风险警示、个性化预警等功能。

3）自然资源大数据

       整合各类自然资源现状、规划、管理、社会经济等数据，建成全新的数据资源分类体系，提供地上、地表、地下全空间一体化的数据支撑与服务；深入挖掘自然资源各类数据之间的关联关系，实时感知监测自然资源空间动态变化及发展趋势，并将决策分析结果可视化展示，提升自然资源大数据的应用服务能力。

4）城市地下空间开发利用

       汇聚整合城市发展空间、资源、环境、灾害等多要素城市地质调查数据以及空天地一体化的城市地质资源环境监测预警网络数据，构建动态、可视化的三维城市地质模型（透明城市），为城市建设规划选址、地质灾害应急保障、地下资源开采保护、地下空间开发利用等提供地质数据服务和三维可视化辅助决策支撑。

5）国土空间规划

       对各级规划、国土、环境保护、交通运输等部门的各类空间性规划进行时空基准统一，实现规划差异检测，辅助消除规划矛盾；利用大数据分析、计算、模拟，挖掘数据价值，为国土空间规划提供辅助支持。

6）智慧城市

       综合运用云计算、物联网、大数据等新技术，面向政府、企业、公众用户，提供城市规划、建设、管理和服务等多个层面的智慧应用，为用户打造充分感知、互联互通、融合共享、业务协同、按需服务的一站式智慧化城市信息服务环境。

7）能源矿产

       汇聚能源矿产的储量现状、规划和监测变化信息，构建矿体三维动态模型，实现能源矿产资源的动态监测分析和统一管理；通过集成矿山空间信息表达与实时生产管理数据，构建矿山地上下一体的真三维模拟。

8）军民融合

       对战争单元、战争想定、任务规划等战争态势，以及地理、气象、电磁、网络、核生化等环境态势分别设计合理清晰的二三维一体化可视化表达与分析方式。同时，将GIS与虚拟现实技术进行融合，通过构建模型、场景和数据进行模拟仿真，实现对战争环境的全面掌握。

（二）借鉴意义

       MapGIS全空间智能GIS平台V10.3将全空间的理念、大数据的洞察、人工智能的感知，通过GIS的语言，形象化为能够轻松理解的表达方式，可实现超大规模地理数据的存储、管理、高效集成和分析挖掘，能够在地理空间信息领域为各行业应用提供更强的技术支撑。本平台突出的特点包括：

1）大数据管理

       将GIS与大数据技术结合，采用基于Hadoop、Spark等分布式计算框架，对各类空间、非空间数据进行一体化存储和管理；对矢量大数据、实时大数据、影像大数据、文本大数据进行分布式计算与分析；采用在线多源异构服务聚合方式，提供地理大数据高性能服务；基于多种可视化技术，实现地理大数据的多样式表达和高性能渲染。

2）空间分析与服务

       提供丰富、多维度的空间分析与服务，包括二三维分析、水文分析、栅格分析、空间统计分析等。并充分考虑GIS数据和计算机技术的发展特点，利用64位架构程序；采用成熟、稳定的OpenMP并行技术，充分利用64位操作系统以及硬件性能，能够极大提升对时空大数据的分析处理能力。

3）全空间一体化展示

       通过打通与地理信息紧密结合的遥感、无人机、点云、倾斜摄影、BIM、VR/AR等技术环节，能够打造一个从地下到地上、从室外空间到室内空间、从现实世界到虚拟场景、从静态空间到动态时空数据的多维全空间GIS产品。

图2全空间一体化展示效果示例