小易觀潮：GIS與IT融合趨勢(shì)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(jìn)，全球技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)活躍。新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)。小編/小易結(jié)合了工信部通信院、Gartner、IEEE（電氣電子工程師學(xué)會(huì)）、艾瑞等多方數(shù)據(jù)，對(duì)人們備受關(guān)注的科技與IT技術(shù)趨勢(shì)進(jìn)行了匯總，同時(shí)對(duì)新技術(shù)與GIS的結(jié)合進(jìn)行梳理，整理了N個(gè)最值得關(guān)注的GIS與IT融合的新技術(shù)，其中不乏人工智能、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)駕駛、元宇宙等。后面小易會(huì)陸續(xù)梳理相關(guān)技術(shù)GIS應(yīng)用的現(xiàn)狀、趨勢(shì)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(jié)合列為第一值得關(guān)注的技術(shù)。閑話(huà)少敘，正片開(kāi)始！

科技新勢(shì)力

作為引領(lǐng)科技發(fā)展風(fēng)向標(biāo)的人工智能，已深入到千行百業(yè)中。在全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要變革中，人工智能成為重點(diǎn)，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司IDC最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年全球人工智能收入預(yù)計(jì)同比增長(zhǎng)19.6%，達(dá)到4328億美元，其中包括軟件、硬件和服務(wù)。其中，人工智能硬件和服務(wù)增長(zhǎng)較快，預(yù)計(jì)2023年可突破5000億美元。

人工智能作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展的前沿和焦點(diǎn)，在《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》的多個(gè)版塊中被多次提及。足以看出人工智能作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵技術(shù)的重要性。

除了“十四五”規(guī)劃外，我國(guó)在新基建政策和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)建議中，都明確了人工智能在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步中的重要地位。在政策利好的背景下，中國(guó)人工智能的發(fā)展呈現(xiàn)持續(xù)上揚(yáng)趨勢(shì)。中國(guó)工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)張?jiān)泼髟诘谖鍖弥袊?guó)國(guó)際進(jìn)出口博覽會(huì)上致辭表示，截至目前，中國(guó)人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)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(kuò)大，人工智能與各領(lǐng)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(jié)合創(chuàng)新性地回答了GIS應(yīng)用中的一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題。而這種結(jié)合也誕生了新的技術(shù)方向——GeoAI。人工智能與GIS相結(jié)合，能夠?qū)Ａ靠臻g地理數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化知識(shí)進(jìn)行表達(dá)推理，預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，智能化地解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

目前，GeoAI在GIS全行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。諸如，在國(guó)土違法監(jiān)察工作中，利用深度學(xué)習(xí)在遙感影像中提取建筑物等，疊加基本農(nóng)田生態(tài)紅線(xiàn)，快速獲取農(nóng)田占用信息；在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)深度學(xué)習(xí)智能獲取農(nóng)作物數(shù)量和長(zhǎng)勢(shì)狀況，快速進(jìn)行作物估產(chǎn)；在交通行業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)深度學(xué)習(xí)智能提取道路路網(wǎng)，有效應(yīng)對(duì)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(diǎn)云中提取電力線(xiàn)，用于電力巡檢時(shí)判斷植被入侵電力線(xiàn)的情況；在視頻檢測(cè)方面，從道路監(jiān)控?cái)z像頭中識(shí)別各種類(lèi)型的車(chē)輛，以判斷實(shí)時(shí)交通流量。

中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)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(diǎn)發(fā)展方向，是地理信息產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的新引擎。”這更加確定了地理信息技術(shù)與人工智能的結(jié)合，已成為地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向之一，并帶動(dòng)一大批企業(yè)積極投入其中。

GeoAI新發(fā)展

易智瑞信息技術(shù)有限公司GeoScene平臺(tái)提供了完整的GeoAI解決方案，方案包含機(jī)器學(xué)習(xí)算法與時(shí)空立方體、元胞自動(dòng)機(jī)等工具，從而有效地對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘、預(yù)測(cè)；包含豐富的深度學(xué)習(xí)模型算法，基于遙感數(shù)據(jù)、新型測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化信息提取。同時(shí)，平臺(tái)還提供數(shù)據(jù)科學(xué)工具，方便集成、調(diào)用數(shù)百種開(kāi)源科學(xué)計(jì)算包。GeoScene在GeoAI方面，實(shí)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(jié)合，為GeoAI工作者提供了“一站式”人工智能工作平臺(tái)。

除提供計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的深度學(xué)習(xí)模型算法外，易智瑞創(chuàng)新性地將知識(shí)圖譜引入到GeoScene軟件中，通過(guò)Knowledge Server以及Pro等客戶(hù)端產(chǎn)品，為用戶(hù)提供知識(shí)圖譜入庫(kù)與建模、知識(shí)圖譜數(shù)據(jù)管理、可視化、查詢(xún)分析等完整方案。

除了易智瑞公司外，測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)鏈中的不少企業(yè)在人工智能結(jié)合方面，做出不少的成果。例如中科北緯的天樞平臺(tái)，可有效地從海量多樣化的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行得類(lèi)分割、變化檢測(cè)等任務(wù)，提取根據(jù)產(chǎn)能化的信息，滿(mǎn)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(lèi)目標(biāo)、地物的自主遙感樣本庫(kù)，將深度學(xué)習(xí)框架與遙感技術(shù)融合，提高遙感信息提取效率，并完成各項(xiàng)工作的智能處理。此外，包括中科星圖、中地?cái)?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(jìn)行了深度結(jié)合。

當(dāng)前，智慧城市是人工智能與GIS結(jié)合最具可執(zhí)行性的操作之一，在智慧城市的建設(shè)中，通過(guò)GeoAI相關(guān)技術(shù)和海量城市數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而解決諸如道路交通擁堵等實(shí)際問(wèn)題。中國(guó)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(jiàn)到GIS身影。此外，人工智能在GIS里另一個(gè)有趣的案例是使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)駕駛時(shí)間，通過(guò)挖掘歷史數(shù)據(jù)，與當(dāng)下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，預(yù)測(cè)最優(yōu)行駛線(xiàn)路。

目前，人工智能與GIS的結(jié)合越來(lái)越受到業(yè)界重視，隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟，“人工智能+GIS”的技術(shù)融合在越來(lái)越多的實(shí)際項(xiàng)目中得到應(yīng)用，其中包含了生態(tài)評(píng)估、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)林土地建設(shè)、地圖制圖及數(shù)據(jù)獲取、交通運(yùn)輸、通訊電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)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(diǎn)主要集中在空間信息智能化處理、空間推理分析以及地學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)三個(gè)方面。人工智能與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，其產(chǎn)生的專(zhuān)題分析模型可以增強(qiáng)問(wèn)題求解、自動(dòng)推理、決策、知識(shí)表示與使用等方面的能力，并能夠智能化地解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

不可否認(rèn)的是，在與全新技術(shù)的融合下，GIS將迎來(lái)新的黃金發(fā)展期。尤其在智慧城市的建設(shè)中，GIS將作為“大腦”而存在，為城市信息化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。人工智能與GIS的融合將實(shí)現(xiàn)智能化GIS，是GIS發(fā)展的終極目標(biāo)。構(gòu)建在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能基礎(chǔ)上的多維動(dòng)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(lái)越重要的作用。

當(dāng)然，當(dāng)人工智能與GIS深度融合后，給測(cè)繪地理信息行業(yè)帶來(lái)了機(jī)遇，同樣也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。例如面對(duì)海量數(shù)據(jù)如何進(jìn)行高效、準(zhǔn)確、精準(zhǔn)的處理，GIS如何通過(guò)深度學(xué)習(xí)提升信息的精度和準(zhǔn)確性，這都將會(huì)帶來(lái)巨大的沖擊。

在新技術(shù)的加持下，地理信息行業(yè)仍是一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Meticulous Research的報(bào)告稱(chēng)，不同行業(yè)對(duì)基于AI的GIS解決方案的使用，正在迅速推進(jìn)數(shù)據(jù)收集和清理過(guò)程，以提高預(yù)測(cè)精度。從2021年到2028年，地理空間分析市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為17.6%，達(dá)到2560億美元。人工智能主導(dǎo)的地理空間分析方法將徹底改變?cè)S多專(zhuān)業(yè)人員的工作方式更高效、準(zhǔn)確、及時(shí)和安全，更有見(jiàn)地。

GeoScene新應(yīng)用

易智瑞對(duì)人工智能與GIS結(jié)合有著自己的理解，并將認(rèn)知反饋到GeoScene平臺(tái)上。GeoScene平臺(tái)中的GeoAI提供面向不同行業(yè)多樣化的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)大家有所啟發(fā)。

1、建筑物變化檢測(cè)

變化檢測(cè)一直以來(lái)都是業(yè)內(nèi)的難點(diǎn)與熱點(diǎn)，GeoScene中內(nèi)置了變化檢測(cè)模型，用戶(hù)零代碼即可完成深度學(xué)習(xí)變化檢測(cè)工作流。配合無(wú)人機(jī)航片或者是衛(wèi)星影像，用戶(hù)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(cè)監(jiān)管

基于AI技術(shù)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(wù)，青島勘測(cè)院用戶(hù)使用GeoScene的深度學(xué)習(xí)與遙感影像相結(jié)合，在自然資源典型地物類(lèi)別提取和分類(lèi)、耕地保護(hù)、國(guó)土資源執(zhí)法監(jiān)察、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查等場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。

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

青勘院利用GeoScene深度學(xué)習(xí)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(jìn)行對(duì)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(zhǎng)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(duì)公眾和環(huán)境造成較大不良影響的區(qū)域，隨著油氣長(zhǎng)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(huì)隨之變化，通過(guò)GeoScene深度學(xué)習(xí)提取油氣運(yùn)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(lèi)型等信息評(píng)估周邊居民的密度，定位高后果區(qū)的等級(jí)。

4、智慧農(nóng)業(yè)植株識(shí)別

智慧農(nóng)業(yè)是建立在數(shù)字農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與生態(tài)系統(tǒng)，可以指導(dǎo)新農(nóng)人進(jìn)行及時(shí)澆水、施肥，給田塊預(yù)警天氣、溫度異常短信提醒，還可以隨時(shí)查看每一塊田的生長(zhǎng)情況，評(píng)估作物產(chǎn)品，監(jiān)測(cè)植物健康狀況等。利用GeoScene對(duì)火龍果苗、柑橘苗等經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)數(shù)量估產(chǎn)，以及病蟲(chóng)害監(jiān)控。

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

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