南师大闾国年教授：虚拟GIS开启无处不在的未来

《“十三五”国家科技创新规划》明确指出，要“围绕打通科技与经济的通道，以技术市场、资本市场、人才市场为纽带，以资源开放共享为手段，围绕产业链部署创新链，围绕创新链完善资金链，加强各类创新主体间合作，促进产学研用紧密结合，推进科教融合发展”。高校科研机构要围绕市场需求，进行科研成果攻关，避免技术与市场脱节、科研工作与市场需求脱节，科研成果化后尽快通过企业将科研成果付诸商业应用，实现科研成果向现实生产力的转化。 

    响应着国家政策，GIS科研与市场应用相结合共促创新的案例在空间信息业界并不少见。在9月18日召开的主题为“GIS – Inspiring What’s Next”的第十六届Esri中国用户大会上，Esri中国与北京大学、武汉大学、南京师范大学签订战略合作协议，分别就人文社会科学时空数据基础设施（文科大脑）研发、科学数据案例研发及数据实验室建设、虚拟GIS创新研发方面与三所院校展开深入合作。 

    其中，南京师范大学地理科学学院闾国年教授代表南京师范大学出席了签约仪式，并在会场就虚拟GIS创新研发等合作课题的详情接受了媒体的采访。

南京师范大学与Esri中国战略合作签约仪式

    学科研究本身的发展不可能脱离市场应用的实践验证，闾教授铭记着恩师陈述彭院士经典名言：没有理论支撑的高新技术可能是盲目的，没有高新技术支撑的理论可能是落后的。 

    其实每一个理论研究的探索都是在帮助应用主体去看清未来发展的方向，GIS理论研究与市场应用之间同样存在着相辅相成的关系。闾教授认为目前的GIS已到了需要自身蜕变演化的历史转折点的关键时刻。 

    传统GIS的发展与局限 

    国内的GIS始于科学研究与国土测量测绘的需求，从手工制图发展到数字化数据采集。即便近年来移动设备的爆炸性发展让地图、定位、导航等应用催生了数千亿产值的产业，但地理信息产业也还仅仅是量变，并无爆炸性的突变。地图等于地理吗？地理信息的内涵就是空间+属性吗？地理信息系统是否需要遵守地理学的定律和地理学规律？闾教授用一系列的问题表达了自己对现阶段GIS从形式到内涵如何突破现有框架的思考。 

    随着新技术的发展，对整个自然与社会的洞察需求也在提升，现有的GIS能否满足这些不断涌现的需求。答案很明显，闾教授认为当前GIS应用依然是“小众”。 

    如何使地理信息走出小众，走进内涵更为广大的地理智能领域，需要改变的是构成GIS自身描述与表达的体系。 

    比如，所谓的时空，不仅仅是空间位置三维坐标加上时间标签的时空基准体系，而是真正的测量记录以及再现现实世界各种系统内与系统之间连续动态对象的物质迁移、能量转化与信息交换。这大大超出现有架构的地理信息系统所承载的内涵。 

    目前的GIS平台，在数据模型上，以点、线、面、体、像素、体素表达的地图数据模型，适应不了地理现象的语义描述、动态过程、要素相互作用、地理关系的抽象表达，造成了利用大数据理解和挖掘对现实世界的有效表达的不足。在数据组织和数据结构上，以基于文件和数据库系统的进行地理进行数据存储，构建索引体系，没有根据地理学的基本定律创建数据存储与管理体系，导致高动态、海量数据的管理和分析效率不高。伴随着大数据时代的到来，各类应用对地理信息统一表达的需求日渐强烈。换而言之，现有框架下的GIS平台的发展瓶颈也日益显现。 

    新形态GIS蜕变演化的方向 

    访谈中闾教授描述了包括“语义描述”、“空间定位”、“几何形态”、“演化过程”以及“要素关系”、“属性特征”的地理信息六要素表达模型，以及“时间”、“地点”、“人物”、“事物”、“事件”、“现象”、“场景”的现实世界七要素表达模型，极大地丰富了现有地理信息系统空间加属性所传达的内涵信息，发展了大数据对现实世界表达的概念模型，这也许可以突破目前系统发展的局限。 

    新形态地理信息不仅要综合考虑不同层次、不同尺度、动静耦合、全局和局部嵌套的地理场景的整体表达，更要强调在地理场景中各种地理规律的表达，既能对地理与社会的全方位、多模式、三维、动态的可视化提供支撑，又具有各类地图、场景GIS分析与应用功能。 

    全息化地理信息系统需要对场景中的全地理、全社会信息进行“地图”表达，是数字化世界的全方位解读，从而实现地理或社会现象及其规律的地图表达或地理场景表达。以地理信息六要素为基础建立统一的场景数据模型，在时空统一框架下，进行几何与代数、时间与空间、多维与高维要素、地理表达与地理计算的统一描述，利用数字地图、虚拟现实和全息成像等多种形式对地理过程、要素相互作用以及地理规律加以综合呈现，实现地理学视角下的地理信息全息表达。这是开展地理格局分析、过程模拟和要素相互作用的基础，也地理信息大众化服务的关键。 

    从地理学对世界的描述出发，基于物理学机理和几何代数数学基础，综合地理时空数据分布特征、地理学规律以及地理知识和规则，创新地理信息六要素与现实世界七要素理论模型，发展地理信息组织方法，突破GIS的关键技术，构建新型GIS，这就是闾教授近10多年来开展研究工作的主导思想。令人欣慰的是，经过多年努力，闾教授领导的团队已经研发出新型GIS的原型，发展了三维GIS、物联网GIS、视频GIS、大数据GIS、虚拟现实GIS等一批创新且有广阔应用前景的GIS技术与产品，并以江苏省地理信息产业研究院为平台孵化出了唯莱科技、声景科技、文图景科技等一批地理信息企业。 

    充满想象的GIS未来 

    闾教授深入浅出地描绘了未来的GIS形态，应用驱动下的地理信息全息表达的未来，在某些层面上与本届Esri中国用户大会上Esri中国总裁何宁对大会主题的解读不谋而合。 

    GIS ——Inspiring What’s Next，世界正在经历大规模的数字化变革：一切正变得更加自动化，所有的物体及其运动，所有的事件及其变化，都可以被发现被测量被记录，并最终构成覆盖全区域的数字化信息的神经网络。面对扑面而来的数字化转型浪潮，我们应该如何适应？如何迈出下一步？我们要做的，不是被动的跟随，而是积极主动地出击，去拥抱它！发挥地理科学的力量去驱动它！GIS从诞生之日起，其架构、功能和应用模式一直在不断地创新和演进。如今，以Web为中心的地理云平台应运而生，已经并将继续改变GIS自身及其应用模式。GIS正从一种地理学的专门语言演化为人类普适性的交流语言，朝着社会化的形态演进，不断走向大众，让所有人都能够随时随地，便捷地创造和分享地理价值。正因如此，GIS还是非GIS，其实已经不再重要，重要的是地理的基因无处不在，地理科学的价值无处不在，地理思维的自觉无处不在。 

    正因双方在理念上的这种契合性，在本届Esri中国用户大会期间，闾教授代表南京师范大学与Esri中国正式签订了战略合作协议，拟将南师大在地理信息创新科研方面的优势和Esri中国在GIS平台软件技术全球领先和庞大用户群的优势进行紧密结合，共同打造“虚拟GIS”在中国和全球成功典范。 

    采访时间所限，庞大的理论体系很难用寥寥数语能描述清楚，但我们相信，现今最为注重表达空间位置的GIS系统，在不远的未来，也许可以借助新形态虚拟GIS的力量，以“场景”和“愿景”为基础，实现泛在感知、全息描述、动态分析、实景通信，让我们可以真正的做到“无处不在”。