2.2 云GIS技术
云计算作为分布式计算的最新进展，是通过网络集中计算资源并按需使用，达到节约和经济地利用计算资源的一种技术，可以方便地实现更大规模的计算[27]。这为解决地理信息领域面临的数据密集、计算密集、并发密集等问题提供了技术方案[18,28-29]。云GIS技术是地理信息科学的理论和方法在云计算中的实现，具备按需自服务、跨网络访问、资源池化、动态可伸缩和按使用付费等特征[30]，并提供Geo-IaaS、Geo-PaaS、Geo-SaaS、Geo-DaaS等云GIS服务模式(图2)
图2 GIS云平台结构与服务模式
云GIS也可以简单的理解为GIS软件和应用在云计算环境上运行，将云计算的各种特征用于支撑地理空间数据的存储、建模、处理与分析，改变了传统GIS的应用方法和建设模式，使得GIS应用无处不在。其技术特征可以概括为如下几个方面。
1)云环境下的GIS资源集成和并行计算。针对云环境下数据的异构多源分布式等特点造成的数据孤岛难题，利用开放式空间数据库互联互访(open geospatial database connectivity，OGDC)接口[31]，统一对数据的共享与无缝集成方式。利用云计算多核、大内存、64位计算环境和弹性扩展优势，优化数据处理算法，实现了空间分析算法的多线程并行、适应分布式集群环境的GIS并行计算，大幅提升了数据密集和计算密集场景的处理效率。利用云计算的微服务架构和实例化技术(如Docker容器技术)，实现GIS功能的解耦和服务化拆分以及相互间的运行隔离，提高GIS计算性能和资源利用率。
2)支持跨终端的资源访问和应用开发。针对B/S架构下多种应用终端(组件GIS、桌面GIS、移动GIS和WebGIS)的统一访问问题，采用表述性状态转移(representational state transfer，REST)架构，实现基于标准Http协议的应用程序接口，使其通过互联网、移动互联网就能获取云计算支撑下的GIS计算、服务、软件和数据。在应用中，融合Web-GL技术实现轻量级开发客户端，减少Web应用开发对终端的依赖，最大化发挥云计算优势。
3)云端互联和云端协同。云GIS和各种终端之间的连接，除了直接连接之外，还存在跨内外网、多级、混合等连接方式，面临着不同程度的复杂问题，如网络带宽压力、异构服务访问等。通过远程服务代理和Geo-CDN 缓存加速技术[32-33]，缓解超高并发访问网络压力，提高终端访问能力和效率。通过服务端聚合和客户端聚合[34]，实现跨区域、跨层级、跨部门异构GIS应用系统的资源整合，这使终端直接利用云上的多源地理信息和服务，再利用消息队列等机制，实现多终端在线协同工作。
2.3 三维GIS技术
随着三维空间信息获取技术的发展，大规模、高精度、低成本数据的获取成为现实，大幅降低了三维应用建设成本。多源异构三维空间数据及其Web应用的增长，要求形成统一的数据规范和服务标准，实现数据的共享和互操作。虚拟现实(virtual reality，VR)、增强现实(augment reality，AR)、3D 打印、WebGL等新IT 技术也在积极与三维GIS技术融合。当下，三维GIS的技术特点概括为几个方面。
图3 三维GIS技术
1)研究对象从地球表面扩展至全空间。三维GIS技术不仅支持侧重表达物体表面或轮廓的数据模型，如倾斜摄影模型、激光点云，也支持能够表达物体内部结构的数据模型，如建筑信息模型(building information model，BIM)、三维实体数据模型，将对地理空间的表达扩展至地理信息全空间。其中，三维实体数据模型采用高精度、拓扑闭合的三角网表示三维实体对象，不仅可表达真实物体(如建筑)，也可表达抽象三维空间(如监控范围等)，定义了三维实体的交、并、差等布尔运算和相离、邻接、包含等空间关系判断及通视分析、可视域分析等三维空间分析算法。
2)多源数据融合。将新型测绘手段获取的倾斜摄影、BIM、激光点云等三维数据与传统的影像、矢量、地形数据、精细模型、地下管线、水面数据、场数据等多源数据进行融合，提高了三维场景的建模成本和精度。
3)基于WebGL技术的Web三维。随着HTML5技术和标准的普及，作为其重要特性的Web-GL，支持浏览器端硬件加速和OpenGL ES规范，为构建B/S架构的三维GIS应用提供了可行性。同时在跨平台GIS技术的基础上，发展出了Web端的三维空间分析能力。GPU 计算技术和VR软硬件技术为GIS提供了沉浸式的3D 交互方式，微软HoloLens、HTC VIVE Pro、Oculus等AR 设备成为GIS虚拟现实应用的入口[35]。
4)三维GIS标准化与数据共享。三维数据呈现多源异构互不兼容的特点，为实现不同格式三维数据的共享和互操作，Skyline的3DML、Cesium的3D-Tiles、ESRI的I3S、SuperMap的S3M 等在内的众多数据标准先后推出。若所有数据源都采用统一的数据和服务规范，那么海量三维数据在异构三维系统间的高效传输与解析将成为现实，大幅降低三维Web应用的建设难度和建设成本。
三维GIS技术在二维、三维一体化的数据模型、数据管理、空间分析与可视化的发展方面已经非常成熟，通过不断与三维信息获取技术、IT技术的融合，取得了新的进展。如与倾斜摄影和激光点云的融合，大幅提升了三维GIS数据采集与运算的生产效率，增强并提高了三维场景的真实感与精度，与BIM 的融合实现了室内外一体化的无缝衔接，与WebGL的融合将推动Web 3D应用的发展，并成为新的趋势。
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