小易觀潮：GIS與IT融合趨勢與挑戰(zhàn)之人工智能

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2022年，在疫情的倒逼下，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷推進，全球技術創(chuàng)新持續(xù)活躍。新技術、新模式、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)。小編/小易結合了工信部通信院、Gartner、IEEE（電氣電子工程師學會）、艾瑞等多方數(shù)據(jù)，對人們備受關注的科技與IT技術趨勢進行了匯總，同時對新技術與GIS的結合進行梳理，整理了N個最值得關注的GIS與IT融合的新技術，其中不乏人工智能、數(shù)字經(jīng)濟、自動駕駛、元宇宙等。后面小易會陸續(xù)梳理相關技術GIS應用的現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)，與各位讀者大大分享。

本篇，我們將GIS與人工智能的結合列為第一值得關注的技術。閑話少敘，正片開始！

科技新勢力

作為引領科技發(fā)展風向標的人工智能，已深入到千行百業(yè)中。在全球數(shù)字經(jīng)濟轉型的重要變革中，人工智能成為重點，市場規(guī)模持續(xù)擴大。據(jù)國際數(shù)據(jù)公司IDC最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2022年全球人工智能收入預計同比增長19.6%，達到4328億美元，其中包括軟件、硬件和服務。其中，人工智能硬件和服務增長較快，預計2023年可突破5000億美元。

人工智能作為數(shù)字經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展的前沿和焦點，在《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》的多個版塊中被多次提及。足以看出人工智能作為數(shù)字經(jīng)濟時代基礎設施和關鍵技術的重要性。

除了“十四五”規(guī)劃外，我國在新基建政策和2035年遠景目標建議中，都明確了人工智能在未來經(jīng)濟發(fā)展和科技進步中的重要地位。在政策利好的背景下，中國人工智能的發(fā)展呈現(xiàn)持續(xù)上揚趨勢。中國工業(yè)和信息化部副部長張云明在第五屆中國國際進出口博覽會上致辭表示，截至目前，中國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)超過4000億元，企業(yè)數(shù)量接近4000家。

得益于政策利好與產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大，人工智能與各領域、各行業(yè)加速融合。GIS與人工智能碰撞出了火花，二者的結合創(chuàng)新性地回答了GIS應用中的一些挑戰(zhàn)和問題。而這種結合也誕生了新的技術方向——GeoAI。人工智能與GIS相結合，能夠對海量空間地理數(shù)據(jù)中的結構化和非結構化知識進行表達推理，預測未來發(fā)展趨勢，智能化地解決復雜的現(xiàn)實問題。

目前，GeoAI在GIS全行業(yè)領域都有廣泛的應用。諸如，在國土違法監(jiān)察工作中，利用深度學習在遙感影像中提取建筑物等，疊加基本農(nóng)田生態(tài)紅線，快速獲取農(nóng)田占用信息；在智慧農(nóng)業(yè)領域，通過深度學習智能獲取農(nóng)作物數(shù)量和長勢狀況，快速進行作物估產(chǎn)；在交通行業(yè)領域，通過深度學習智能提取道路路網(wǎng)，有效應對路網(wǎng)數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)、快速更新等需求；在電力能源方面，從點云中提取電力線，用于電力巡檢時判斷植被入侵電力線的情況；在視頻檢測方面，從道路監(jiān)控攝像頭中識別各種類型的車輛，以判斷實時交通流量。

中國測繪學會理事長宋超智指出，“以5G、人工智能等為代表的新基建，正在成為重點發(fā)展方向，是地理信息產(chǎn)業(yè)增長的新引擎。”這更加確定了地理信息技術與人工智能的結合，已成為地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向之一，并帶動一大批企業(yè)積極投入其中。

GeoAI新發(fā)展

易智瑞信息技術有限公司GeoScene平臺提供了完整的GeoAI解決方案，方案包含機器學習算法與時空立方體、元胞自動機等工具，從而有效地對時空數(shù)據(jù)進行分析挖掘、預測；包含豐富的深度學習模型算法，基于遙感數(shù)據(jù)、新型測繪數(shù)據(jù)進行智能化信息提取。同時，平臺還提供數(shù)據(jù)科學工具，方便集成、調(diào)用數(shù)百種開源科學計算包。GeoScene在GeoAI方面，實現(xiàn)了傳統(tǒng)算法與智能算法融合，即取即用與低成本編程結合，為GeoAI工作者提供了“一站式”人工智能工作平臺。

除提供計算機視覺相關的深度學習模型算法外，易智瑞創(chuàng)新性地將知識圖譜引入到GeoScene軟件中，通過Knowledge Server以及Pro等客戶端產(chǎn)品，為用戶提供知識圖譜入庫與建模、知識圖譜數(shù)據(jù)管理、可視化、查詢分析等完整方案。

除了易智瑞公司外，測繪地理信息產(chǎn)業(yè)鏈中的不少企業(yè)在人工智能結合方面，做出不少的成果。例如中科北緯的天樞平臺，可有效地從海量多樣化的地理信息數(shù)據(jù)庫中進行得類分割、變化檢測等任務，提取根據(jù)產(chǎn)能化的信息，滿足自然資源空間管理一體化和信息處理需求；航天宏圖的PIE-AI擁有幾十類目標、地物的自主遙感樣本庫，將深度學習框架與遙感技術融合，提高遙感信息提取效率，并完成各項工作的智能處理。此外，包括中科星圖、中地數(shù)碼、航天泰坦、極海、圖源科技、天圖科技等企業(yè)的產(chǎn)品，均與人工智能進行了深度結合。

當前，智慧城市是人工智能與GIS結合最具可執(zhí)行性的操作之一，在智慧城市的建設中，通過GeoAI相關技術和海量城市數(shù)據(jù)相結合，從而解決諸如道路交通擁堵等實際問題。中國工程院院士郭仁忠也曾表示“智慧城市的操作系統(tǒng)非GIS莫屬”，主流智慧城市中的解決方案均可見到GIS身影。此外，人工智能在GIS里另一個有趣的案例是使用機器學習算法預測駕駛時間，通過挖掘歷史數(shù)據(jù)，與當下實時數(shù)據(jù)結合，預測最優(yōu)行駛線路。

目前，人工智能與GIS的結合越來越受到業(yè)界重視，隨著人工智能技術的不斷成熟，“人工智能+GIS”的技術融合在越來越多的實際項目中得到應用，其中包含了生態(tài)評估、環(huán)境保護、農(nóng)林土地建設、地圖制圖及數(shù)據(jù)獲取、交通運輸、通訊電力網(wǎng)絡規(guī)劃、災害預防、養(yǎng)殖副業(yè)、城市規(guī)劃等等。

而人工智能在GIS中的研究熱點主要集中在空間信息智能化處理、空間推理分析以及地學專家系統(tǒng)三個方面。人工智能與地理信息系統(tǒng)的結合，其產(chǎn)生的專題分析模型可以增強問題求解、自動推理、決策、知識表示與使用等方面的能力，并能夠智能化地解決復雜的現(xiàn)實問題。

不可否認的是，在與全新技術的融合下，GIS將迎來新的黃金發(fā)展期。尤其在智慧城市的建設中，GIS將作為“大腦”而存在，為城市信息化奠定技術基礎。人工智能與GIS的融合將實現(xiàn)智能化GIS，是GIS發(fā)展的終極目標。構建在云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能基礎上的多維動態(tài)新一代GIS，將在智慧城市、智慧產(chǎn)業(yè)，以及地理控制方面，發(fā)揮越來越重要的作用。

當然，當人工智能與GIS深度融合后，給測繪地理信息行業(yè)帶來了機遇，同樣也帶來了挑戰(zhàn)。例如面對海量數(shù)據(jù)如何進行高效、準確、精準的處理，GIS如何通過深度學習提升信息的精度和準確性，這都將會帶來巨大的沖擊。

在新技術的加持下，地理信息行業(yè)仍是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g產(chǎn)業(yè)。據(jù)市場研究機構Meticulous Research的報告稱，不同行業(yè)對基于AI的GIS解決方案的使用，正在迅速推進數(shù)據(jù)收集和清理過程，以提高預測精度。從2021年到2028年，地理空間分析市場的年復合增長率預計為17.6%，達到2560億美元。人工智能主導的地理空間分析方法將徹底改變許多專業(yè)人員的工作方式更高效、準確、及時和安全，更有見地。

GeoScene新應用

易智瑞對人工智能與GIS結合有著自己的理解，并將認知反饋到GeoScene平臺上。GeoScene平臺中的GeoAI提供面向不同行業(yè)多樣化的應用場景，在這里小易跟大家分享一些在GeoScene中完成的案例，希望能對大家有所啟發(fā)。

1、建筑物變化檢測

變化檢測一直以來都是業(yè)內(nèi)的難點與熱點，GeoScene中內(nèi)置了變化檢測模型，用戶零代碼即可完成深度學習變化檢測工作流。配合無人機航片或者是衛(wèi)星影像，用戶可以快速篩查出可能發(fā)生變化的區(qū)域，提高建筑物查違拆違效率。

2、自然資源調(diào)查監(jiān)測監(jiān)管

基于AI技術打造的常態(tài)化立體式綜合監(jiān)管體系能夠更好地更好地支撐自然資源部主體業(yè)務，青島勘測院用戶使用GeoScene的深度學習與遙感影像相結合，在自然資源典型地物類別提取和分類、耕地保護、國土資源執(zhí)法監(jiān)察、地理國情監(jiān)測、第三次全國國土調(diào)查等場景中得到廣泛應用。

青勘院使用GeoScene平臺深度學習能力，在山東省省情普查項目中提取青島市全部水體，精度基本滿足數(shù)據(jù)更新需求，召回率高，后續(xù)人工干預工作量少。

青勘院利用GeoScene深度學習在不同年份的高清影像上提取建筑物信息，得到青島市范圍內(nèi)的建筑物覆蓋數(shù)據(jù)，并與歷史建筑物數(shù)據(jù)進行對比，快速定位變化區(qū)域，用于區(qū)域違建治理工作中初步篩查新增違建的目的。

3、油氣長輸管道高后果區(qū)管理

高后果區(qū)是指在管道發(fā)生泄漏后可能對公眾和環(huán)境造成較大不良影響的區(qū)域，隨著油氣長輸管道周邊人口和環(huán)境的變化，高后果區(qū)的位置和范圍也會隨之變化，通過GeoScene深度學習提取油氣運輸管道周邊一定范圍內(nèi)的房屋，并根據(jù)人口信息、房屋類型等信息評估周邊居民的密度，定位高后果區(qū)的等級。

4、智慧農(nóng)業(yè)植株識別

智慧農(nóng)業(yè)是建立在數(shù)字農(nóng)業(yè)和精準農(nóng)業(yè)基礎上的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與生態(tài)系統(tǒng)，可以指導新農(nóng)人進行及時澆水、施肥，給田塊預警天氣、溫度異常短信提醒，還可以隨時查看每一塊田的生長情況，評估作物產(chǎn)品，監(jiān)測植物健康狀況等。利用GeoScene對火龍果苗、柑橘苗等經(jīng)濟作物進行識別，根據(jù)數(shù)量估產(chǎn)，以及病蟲害監(jiān)控。

關于GIS與人工智能的講解就到此為止了，如果你有不同的見解與看法，歡迎留言討論。敬請期待下一期：GIS與IT融合趨勢與挑戰(zhàn)之大數(shù)據(jù)！

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