WebGIS原理及开发-基于开源框架的WebGIS技术 课件 12-未来展望与研究热点

基于开源框架的WebGIS技术WebGIS原理及开发1.WebGIS概述2.WebGIS基础技术3.WebGIS技术原理4.WebGIS的Web服务8.OpenLayers进阶9.移动GIS10.三维WebGIS5.地图发布6.WebGIS客户端开发7.OpenLayers多源数据汇聚11.WebGIS应用案例12.未来展望与研究热点第12章未来展望与研究热点未来展望12.1研究热点12.2无处不在的WebGIS12.3大模型助力WebGIS12.4第1章WebGIS概述了解WebGIS的未来展望了解WebGIS的研究热点了解无处不在的WebGIS了解大模型与WebGIS学习目标12.1未来展望移动性许多国家都在积极研究如何改进互联网，如美国NGI、GENI、FIND；日本NXGN、NWGN；欧洲FIRE；中国下一代互联网示范工程等研究项目。未来网络将具有更高的传输速率和更多的IP地址。IPv6将有助于物联网、智慧城市和智慧地球的实现，智能手机、汽车、冰箱和传感器网络等所有移动设备和传感器，每个物体都可以有一个唯一的IP地址，便于它们接入互联网，并便于人们对它们进行远程控制。在移动通信领域，5G的上传和下载速率得到了巨大提升；在空间覆盖率方面，无线网络的覆盖面积也将进一步扩大。这些技术进步和发展将为WebGIS的应用提供更快、更便捷的应用服务。1．更快更具移动性12.1未来展望2．更加注重用户体验用户体验WebGIS新技术的应用在用户体验和服务上更具人性化和智慧化，同时也更具安全性。下一代WebGIS将融入区块链、数字版权等技术，大大加强GIS数据在网络上的安全性、可控制性和可管理性，提供给用户的不仅仅是数字化的界面、影像、多媒体等，还具有界面美观、操作流畅、傻瓜式等特点.让用户感到能用、好用、想用、易用、有用，还能解决实际问题。3．提供沉浸式应用场景沉浸式应用随着物联网、虚拟现实、增强现实、数字孪生和元宇宙技术的进一步发展，AR、VR等可穿戴设备将与WebGIS进行融合；这在基于三维模型和实景现实环境的规划、追踪、查找、控制、显示和管理等方面都有重要的价值，将有助于实现智能化的智慧城市应用和个人用户的沉浸式应用享受。12.1未来展望4．更加社交化、智能化社交化、智能化用户不再仅是单纯地接收来自网站的信息，更可以发表自己的“声音”。用户可以发朋友圈、微博、评论，对地图进行标注等。采用“众包”的方式，积累数据，发展WebGIS应用。未来的WebGIS更社交化，和抖音、快手、微信和微博等把老师、同学、同事、家人、朋友和业务伙伴等联系起来一样，WebGIS将形成一个社会人际网络，人们以此联络感情、促进合作。未来的WebGIS更智能化。未来的WebGIS融合了语义网和人工智能技术，能够理解网络上的人类自然语言。在语义网中，词语的意思（语义）是被预先标识过的，软件可以准确地理解万维网中每个词语的意思，并可对其进行自动化的智能处理。。12.1未来展望5．虚拟与现实融合更加广泛融合更广泛WebGIS可以把现实世界构建在虚拟地球上，用户可以在虚拟环境中完成真实的工作。在虚拟地球中可以添加用户的化身以及化身之间的行为规则，并且化身能与虚拟地球进行交互、融合。例如，应急人员可以在与真实城市场景极为相似的、虚拟的交通事故和大规模爆炸中进行灾害应对的演习，坐在办公室里就能模拟驾驶直升机去参加营救，真实体验事故现场的情形，与其他同事进行协同。用户坐在家里，在虚拟而又真实的城市里穿梭，虚拟购物，浏览和购买商品。敲开朋友家的房门，访问交谈，通过带有反作用力的手套与他们握手和拥抱。这些在WebGIS应用领域中都充满了潜力。12.1未来展望6．“无所不能”的WebGIS无所不能未来的WebGIS将更普及，连接更多人，不管他们在家中、办公室中或旅途中，还是在繁华的城市或宁静的乡村。在大数据、云计算、人工智能、移动互联网、区块链和元宇宙技术的支持下，WebGIS的应用将会无所不在，融合的数据类型以及承载的介质都会更加社会化和生活化，如人们可以用声音来上网、与网上的WebGIS应用程序进行交互。12.2研究热点大数据与GIS大数据具备体量大、变化快、种类多和价值密度低等特征。大数据区别于单纯海量数据，可分析挖掘出有价值的信息和规律，辅助决策，甚至预测未来。大数据GIS对大数据技术与GIS技术进行深度融合，把GIS的核心能力嵌入到大数据基础框架之内，并打造出完整的大数据GIS技术体系。大数据GIS已经成为连接空间大数据与行业应用的桥梁，与当前的业务平台或系统进行融合。内置分布式技术和流数据技术的大数据GIS将取代传统GIS，成为GIS软件的新标配。12.2研究热点1．大数据与GISAI与GIS人工智能（AI）和地理信息系统（GIS）之间有很多交叉点和互补性。一方面，AI可以用于地图的自动化制作、地理数据的分析和预测、GIS的优化和改进等方面。另一方面，GIS也可以为AI提供重要的数据支持和应用场景。12.2研究热点2．AI与GIS元宇宙与GIS元宇宙场景需要一个虚拟的、孪生的世界，这就需要把真实的地理空间映射到虚拟空间，三维GIS可实现地理空间映射。三维GIS是元宇宙的地理空间映射基础，三维GIS和游戏引擎（如Unity和UnrealEngine）的技术融合，是元宇宙在地理空间映射的一个抓手，可以打造数字元宇宙系统。三维GIS+游戏引擎可动态加载大规模、多源异构的GIS数据，包括手工建模数据、BIM数据、地质模型数据、倾斜摄影数据等，为游戏引擎提供具备真实地理坐标的三维地理底图。不仅可以在游戏引擎中查询真实地物的属性信息，还可以进行模型的实时剖切分析和开挖分析。另外，基于游戏引擎可以扩展GIS分析工具，如通视分析、可视域分析等，通过这些实用的数据处理和操作工具，可为城市规划、智慧城市、数字孪生城市等提供决策支持。12.2研究热点3．元宇宙与GISAR、VR与GIS虚拟现实（VirtualReality，VR）是一种让用户与计算机模拟的环境进行交互的技术，计算机模拟的环境可以是对真实世界的模拟，也可以是虚拟的世界。早期的VR需要高端的显卡和高端的计算机。现今，大多数计算机都具备了运行一定VR软件的能力，VR文件标准也从虚拟现实建模语言发展到可扩展的三维语言。现在，许多VR应用程序都能够在Web浏览器和手机客户端中流畅地运行，形成在线虚拟现实，例如：在线虚拟地球：用户可以从不同方位和高度观察地球的三维表面。用户能够进入三维物体内部的虚拟环境：三维建筑、管道和房屋的内部。高端专用虚拟现实：调动多重感觉，如视觉、听觉和触觉；使用者通过佩戴特殊的眼镜、头盔和手套，可达到更逼真的沉浸效果，如飞行、军事训练和多军种实战演习系统。12.2研究热点4．AR、VR与GISAR、VR与GIS在线增强现实（AugmentedReality，AR）与VR、三维GIS、互联网及移动互联网上的应用密切相关。虚拟的地理环境可以是全球、区域或社区级别的。虚拟的地理环境需要高程数据、地面影像数据、地理要素数据和三维模型数据，这些数据在服务器中经过预处理后能够通过网络下载到客户端。万维网不仅将虚拟现实软件和数据从服务器传输到客户端，它还是用户建立虚拟社会、进行协同和交互的平台。例如：成千上万的用户注册了虚拟世界，用户可以在其中进行交互，并与其他用户发生社会关系。在线AR与VR在社会学、心理学、商业、市场营销、娱乐教育及军事等领域，具有巨大的应用潜力。12.2研究热点4．AR、VR与GIS（1）BIM与GIS建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）从建筑的设计、施工、运作直到终结的建筑全生命周期，将各类信息整合在一个三维模型信息数据库中。在市政领域中，BIM技术通常用于道路、桥梁和隧道等设施，侧重于精细化管理。GIS技术侧重于地理空间环境信息的宏观表达，能够完善城市级BIM大场景展示。利用BIM这个高度集成的三维模型，可极大地提高建筑工程的信息化水平，提供一个工程信息交换和共享的平台。通过BIM技术和GIS技术的融合，可以使BIM的应用范畴从单一化建筑物扩展到建筑群、道路、隧道、铁路、港口、水电等工程领域。BIM+GIS在城市和景观规划、智慧城市建设、城市微环境分析、市政管网管理、建筑设计、灾害管理、室内外导航等诸多领域提供了预测规划、仿真推演和决策支撑，可提高资源整合能力，实现项目的全生命周期管理。12.2研究热点5．BIM、CIM与GIS（2）CIM与GIS城市信息模型（CityInformationModel，CIM）是以城市信息数据为基础建立的三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。CIM是大场景的GIS数据、小场景的BIM数据和物联网（IoT）的有机结合。CIM将数据颗粒度精准到城市建筑物内部的单独模块，将静态的传统式数字城市加强为可感知的、实时动态的、虚实交互的智慧城市，为城市综合管理和精细化治理提供了关键的数据支撑。CIM的实现离不开城市基础信息（包括建筑模型、建筑个体、交通、土地等信息），建筑内部信息（主要是建筑内部结构和对应的建筑部件信息，如材质、建造年限、造价、运维等信息）。CIM可根据使用者的权限提供安防、运维等服务，BIM、CIM、GIS三者可以说是相辅相成、相对应呼应而生的。12.2研究热点5．BIM、CIM与GIS（3）从CIM到数字孪生数字孪生是指充分利用物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据等，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。近些年来在城市建设的过程中，CIM通过BIM、三维GIS、大数据、云计算、IoT等智能化、先进数字技术，同步生成与实体城市孪生的数字城市，实现城市从规划、建设到管理的全流程、全要素、全方位的数字化、在线化和智能化，更新城市面貌，重塑城市基础设施。CIM是数字孪生城市的基础核心，通过CIM的可扩展性可以连接人口、房屋、住户水电燃气信息、安防警务数据、交通信息旅游资源信息、公共医疗等众多城市公共系统的信息资源，实现跨系统应用集成、跨部门信息共享，支撑数字孪生城市的决策分析。12.2研究热点5．BIM、CIM与GIS传感器网络、物联网与GIS根据OGC的定义，传感器网络就是一个由众多传感器及其所测量的数据所构成的，可以通过万维网和应用程序接口来查找和访问的网络。物联网是指“物物相连的互联网”。物联网与现有的互联网特别是移动网络进行通信，实现网上数字地球与人类社会和物理系统的整合。GIS技术为物联网提供了基础地理信息平台，把物联对象整合到统一的空间平台上，与物联对象进行交互，实现智能化的物联网，构建智慧地球、智慧城市、智慧社区和智慧家庭。12.2研究热点6．传感器网络、物联网与GIS云计算云计算是指一种信息技术资源交付和使用模式，它提供了一个方便的、按需使用的、可配置的计算资源池（如网络带宽、服务器、存储、应用程序和服务等），这些资源可根据使用量而进行伸缩，不需要租用者过多地干预。云计算具有以下五项基本特征：（1）按需自助服务（2）广泛的网络访问（3）与地理位置无关的资源池（4）快速弹性伸缩（5）服务计费。12.2研究热点7．云计算与GIS云计算服务模式云计算可以提供一种或多种模式的服务，如：（1）软件即服务（SaaS）（2）平台即服务（PaaS）（3）设施即服务（IaaS）（4）数据即服务（DaaS）（5）模型即服务（MaaS）12.2研究热点7．云计算与GIS云GIS产品云GIS是指通过云计算技术提供GIS功能。云GIS也具有上述五个基本特征和三种服务模式。云GIS可提供多种形式的产品，如：（1）部署在云中的GIS服务器：专供在云计算环境中安装GIS服务器的计算机映像。（2）云GIS兼具PaaS、IaaS和SaaS三种模式。云GIS提供了丰富的数据和服务资源，包括多种底图、专题图和地理处理服务，还包括众多用户自己的多源数据、地图和其他类型的Web服务。（3）用户不需要本地的GIS软件，只需要Web浏览器就可以把这些数据文件上传到云GIS中，并发布成应用或服务。12.2研究热点7．云计算与GIS游戏引擎与GIS游戏引擎凭借强大的场景渲染能力成为数字孪生场景渲染的重要支撑技术，各大厂家基于游戏引擎进行了多元化的案例探索。在三维GIS中应用游戏引擎可解决数字世界加载和渲染问题，可以基于强大的三维地理空间分析能力，实现游戏级的渲染效果，让GIS场景更真实、更炫、更酷。可以将三维GIS的数据可视化、数据处理和数据分析能力扩展至三维游戏引擎（如UnrealEngine和Unity）。深度融合GIS技术与游戏引擎技术，可以实现各种三维空间分析和空间查询能力，满足数字孪生对GIS和可视化的双重需求。12.2研究热点8．游戏引擎与GIS12.3无处不在的WebGIS无处不在的WebGIS广泛应用，无缝融入WebGIS在未来将被进一步广泛应用，通过有线网络、无线网络、大数据、人工智能、云计算和普适计算，借助计算机、智能手机、平板电脑、数字大屏、可穿戴设备和将来出现的其他设备，与我们形影相随，把你、我、他，把人类与传感器网络、物联网联系起来；把地理空间信息无缝融入政府、商业和其他所有组织的运行与决策中，融入人们的生活和工作中，让任何人、在任何时候、任何地点用WebGIS来解决与地理空间有关的问题，实现真正的无时无地的WebGIS。12.4大模型助力WebGIS大模型助力WebGISChatGPT2023年OpenAI发布了人工智能语言模型ChatGPT-4，该模型拥有强大的语言理解能力。大模型正在地学知识发现方面发挥着重要作用，激发知识涌现能力，促进地理科学研究、技术和方法的创新发展及范式变革。目前地学科研人员在大模型促进地学研究和WebGIS发展方面开展了一系列研究，取得了一定的成果。12.4大模型助力WebGIS大模型助力WebGIS地学大模型例如，通过大模型辅助地学规律再发现，通过海量文献探寻人类活动引起气候变化的全球证据与归因；研究覆盖近40年来10万篇气候变化研究论文，通