如何使地理信息系统成为智慧城市的操作系统？

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进入二十一世纪以来，随着信息技术飞速发展，数字化生活逐渐渗入生产生活的各个方面，全球各国都开始规划数字国家和数字城市项目，我国是较早筹划数字城市建设的国家，早在本世纪初，我国各级部门就积极筹划“数字中国”和“数字城市”项目，有一些城市或部门开始设计数字城市，所有立项的数字城市项目基本上都是政府投资、主导和管理维护，但是由于技术或管理原因，很多数字城市规划完成后未能真正实施，早期实施的数字城市，效果也并未达到预期，特别是存在多部门重复建设的情况，把数字城市建设当作政绩工程，建成后仅在政府内部小范围使用，未能推动广大民众数字化生活，应用效果不甚理想。

随着4G技术的普及和5G时代的到来，极大改变了人们生产管理和生活方式，数字城市最大的技术问题之一的通讯技术得到了解决，一方面，打通了数字城市建设的技术瓶颈，另一方面，带来的变革也推动了对数字城市的需求，在一个聚居区的数字化建设，将构建区域的数字化生存体系，故建设数字城市是数字化生活的基础。同时，大数据技术、人工智能技术，也极大推动了城市人口的数字化生活。

在高速无线互联网的推动下，各种传感器和信息接收端的使用、信息共享和协同、大数据分析以及人工智能等，数字城市逐渐转向了“智慧城市”，很大程度上，“数字城市”只是建设“智慧城市”的过度阶段或者基础阶段，但是，由于前期建设数字城市效果不甚理想，很多城市直接建设智慧城市或重新建设智慧城市，虽然智慧城市总体标准和技术并未统一，但是我国很多地区都已经逐渐规划和设计智慧城市。

在原先的数字城市过程中，地理信息系统（GIS）扮演了什么样的角色？未来智慧城市建设中，地理信息系统又将扮演怎样的角色呢？

人类生活在空间中，以空间位置来为自身和空间实体定位，获得各种实体之间的关系，空间定位也成为信息的载体，因此，无论是数字城市还是未来的智慧城市，地理信息都是不可缺少的基础，是最重要的组成部分之一，而地理信息系统则是提供地理信息服务的平台，是实现从地理信息数据到应用的中介。但是在很多数字城市建设和未来的智慧城市设计规划中，地理信息和地理信息系统并不能成为具有决定性的地位。很多项目设计规划以及参与者经常有一个共识，地理信息对数字城市和智慧城市很重要，但是未能得到足够的重视，往往只是作为一种基础而已。

也就是因为这个原因，地理信息企事业单位在数字城市建设中，往往扮演不重要的角色，不能主导数字城市的建设，不能成为数字城市建设的最大受益者，更不能成为未来智慧城市建设和维护的主导。

原国家测绘地理信息局也试图主导数字城市建设，采用行政手段建议我国市级地方政府在当时国土资源局的牵头下，由各个省区县地方测绘地理信息局下属的事业单位承担建设“数字城市地理空间框架”，寄希望在“地理空间框架”基础上，能够主导数字城市建设，但是从全国很多城市建设完成的“数字城市地理空间框架”最终应用效果上看，并未能达到预期目标，国家测绘地理信息局主导的“天地图”平台和地方“天地图”平台的应用范围甚至比不上很多商业地理信息服务平台。最终将“天地图”以及地方的数字城市地理空间框架定位成“为政府提供服务为主”。但是，一个地理信息服务平台只针对政府，就是一个封闭的平台，就不能真正成为数字城市的基础，更不可能成为智慧城市的核心。

而我国几大互联网企业也建立了地理信息服务平台，这些地理信息服务平台得到了非常广泛应用，已经深入到了生活的各个方面，也成为商业化的“数字城市”基础，但是其地位仍然是不可或缺而不能成为核心的地位，很多地理信息服务平台虽然可以为其他应用系统开放很多数据接口，但是仅仅提供数据服务而已。

地理信息和地理信息系统未能成为数字城市的主导因素，地理信息企业未能成为数字城市的主导者，试图采用行政手段实现地理信息企业甚至事业单位成为数字城市的主导是走不通的，只有市场和技术是最根本的决定因素。

计算机产业发展的历史告诉我们，如果让某平台的基础地位成为核心地位，必须实现该平台其他系统对该平台的依赖性和良好的兼容性。

如果地理信息系统在智慧城市中的地位如操作系统在计算机体系中的地位，那么，地理信息系统就能主导智慧城市建设。

国内外很多地理信息专家都指出，地理信息系统是数字城市和未来智慧城市的操作系统，从地理信息系统在数字城市和智慧城市发挥的作用看，确实可以作为“操作系统”，未来智慧城市也应该以地理信息作为操作系统，但是是否必需成为智慧城市的操作系统，是否能构建“智慧城市地理信息操作系统”呢？

从我国目前数字城市建设情况来看，不是。

因为目前我国所有的地理信息平台没有具备“操作系统”的条件。

我国即将开展大规模的智慧城市建设，与数字城市建设相比，智慧城市建设规模更大，功能更多，应用范围更广，特别是即将投入使用的5G通讯加入智慧城市之后，同时大数据技术和人工智能技术的加入，智慧城市将真正具备“智慧”，将再次对人们生活产生变革。

但是，各类地理信息企业以及事业单位将在“智慧城市”的建设以及未来运维管理中扮演怎样的角色？

主角？或是配角？

所有地理信息企业的目标是一致的，当然希望能扮演主角。然而，是否实现这个目标呢？

建立智慧城市地理信息操作系统，是实现这一目标最好的机会。

地理信息企业如何实现这一目标呢？

从计算机发展历史上看，在计算机早期，没有严格意义上的操作系统，一个专用计算机，软件和操作系统是一体的，操作系统使用困难，也很少有商业化的操作系统。从上世纪80年代施乐公司研制出第一个图形化界面的操作系统（顺便说一下，这个操作系统我在1999年见过，当时在那个部门仍然在使用）至今，从此，开启了计算机图形界面的新纪元，80年代以来，操作系统的界面设计经历了众多变迁，OS/2, Macintosh, Windows, Linux, Symbian OS，Android各种操作系统将 GUI 设计带进新的时代。但是，最后真正占领市场的，只有Windows和Android，而微软公司也凭借Windows在计算机市场上的垄断地位，获取了大量的商业利益，并在Windows操作系统基础上开发了Office等大量软件，使其在计算机业内占领了绝对领先位置。

Windows如何成为计算机的操作系统呢？Android 如何成为智能手机的操作系统呢？

无论是Windows还是Android，作为市场上两大垄断的操作系统，有着共同特点。

第一，易用性。

从计算机操作系统发展上看，只有在Windows出现后，才实现了计算机操作系统的统一认可、商业化和垄断。最根本是Windows特别是Windows95开始实现了计算机前所未有的简单操作性。

技术越先进，对于用户来说，操作越简单，这是最终用户的需求，也是技术的目标。也只有技术越先进，才能获得市场的认可。

第二，兼容性和认可性。

Windows虽然是一个企业的产品，但是其地位是得到了全球计算机软件企业的认可并将其作为一个标准，开发的软件都运行在Windows操作系统上，用户虽然最终目的是使用软件，但是软件不得不需要一个运行环境，致使各种软件的用户必须采用Windows系统。即两个方面的作用，Windows操作系统的地位导致其他计算机软件商遵从其领导地位，而计算机软件对Windows的依附性使各种软件用户必须依赖于Windows系统。

虽然Android 并非严格意义上的商业化操作系统，但是其同样是遵循以上两点规则的。而早期的LINUX以及后来Symbian OS，其支持的兼容软件极少，故未能成为公认的操作系统。

虽然操作系统的实现原则很简单，但是要达到两个目标却并非易事。如果地理信息平台鉴于计算机操作系统的特点，如何能够成为未来智慧城市的操作系统呢？

目前的地理信息平台与操作系统相比，是否实现了操作系统的各项功能呢？

首先，运行平台基础。

前文所述，软件运行承载平台是操作系统最根本的特点。目前的地理信息以及地理信息系统平台是否具备了该特点？

地理信息系统具备成为智慧城市操作系统的潜力，最根本是基于其空间信息的承载能力。智慧城市要实现各种智慧化的服务前，首先要实现对信息的管理以及最终信息的表达，基于实体空间位置是最佳的管理和表达方式，故地理信息系统可以作为智慧城市的承载平台。但是目前的地理信息平台都不能实现操作系统的“运行平台”功能。因为地理信息平台没有实现兼容性，不能实现智慧城市的所有子系统直接接入地理信息平台直接使用，虽然现在很多地理信息平台确实有开放统一接口，但是这种接口需要进行再次定制开发，不能实现“即装即用”，而其他行业也不认可这种技术或逻辑接口，无法实现子系统兼容。

现在我国的地理信息系统平台仍然停留在“提供地理信息服务”本身，而未来地理信息系统不可能仅仅提供单一的地理信息服务。

即现有的地理信息平台不能满足智慧城市各个应用系统的需求，而开发的应用系统又不以地理信息平台作为准则。

操作系统必须是一种开放、兼容和公认准则的平台。智慧城市的操作系统亦是如此。

其次，管理和维护功能。

操作系统不仅仅是一个运行平台，还需要有对自身和子系统有关联功能。

对自身系统数据管理、对子系统数据管理、对子系统运行进行维护。不干涉子系统的运行，同时可以对数据进行维护，保证子系统服务于用户。

但是目前我们的地理信息系统对自身的数据尚缺乏一种良好的结构化、易操作的管理模式，更加难维护其平台上各子系统的数据。

第三，自我修复和升级。

操作系统具备一定的容错性，同时具有很大的网络，对故障随时能够打补丁或者升级。

在这点上，地理信息系统显然没有什么技术难题，但是关键还是实际执行中，如何能够及时获取系统漏洞、数据错误等信息，如何及时对系统进行升级。

其实，操作系统是一条公路，各种软件或子系统就是运行在公路上的汽车。公路的宽度、承重等标准必须和汽车的数据对应，即操作系统的运行平台功能；公路必须有红绿灯、指示牌和指示线等，即操作系统的自动管理维护功能；公路必须有专人巡查和定期维护以及修补，即操作系统的升级功能。

而地理信息系统是一条公路，但是目前这条公路并没有能够让人认可的标准，甚至没有进出口，公路上行驶的都是修建公路的人自己制造的汽车。这种专用公路和专用汽车，是不可能普及的。

对比计算机操作系统，目前的地理信息系统平台还不能承担作为智慧城市操作系统平台的重任，不可能成为智慧城市地理信息操作系统。

但是如前文所述，要实现一个真正优秀的智慧城市，地理信息系统就应该是智慧城市的操作系统。

未来智慧城市的建设模式更倾向于政府引导而非主导，采用商业建设和运维，企业参与度更大，必须有地理信息平台作为一个基础，而最终出路就是建立数字城市地理信息操作系统。

地理信息企业和所有地理信息工作者未来如何做才能让地理信息系统成为智慧城市的操作系统？

目前已经有大学和企业开始研制地理信息操作系统，未来是否能够真正研制出未来能成为智慧城市操作系统的地理信息平台？

诚然，虽然目前还要解决很多技术问题，特别是前文所述的各种问题，但是个人认为技术问题不是根本问题，最根本问题是行业认可度的问题。

如前文所述，Windows和安卓之所以能够成为计算机操作系统，是因为其他软件商家都尊崇认可其地位，其开发的软件以Windows或安卓为标准，用户最终使用要使用的是各种软件而非操作系统，但是必须基于操作系统，基于业内公认的用户量最大的Windows和安卓。而其他类似微信和头条等平台，也有提供“小程序”运行的功能，可以似为一种亚操作系统。

智慧城市是很多个应用子系统组成，很多商家并非地理信息企业，如何让参与智慧城市的非地理信息企业认可智慧城市地理信息操作系统平台，并以该系统平台作为标准开发软件呢？

短期内还是很困难的。最根本的原因还是地理信息行业在信息产业的影响力和经济地位都不够，我国2018年真正意义上的地理信息产业产值约在2000-6000亿之间（统计方法和标准差异太大，特别是转包分包重复计算严重），而我国2017年电子信息产业产值约为15.4万亿元。企业规模也不大，在业内最大的几家地理信息企业，年产值也就在几十亿元的规模。而我国一家普通的猪饲料企业年销售额就可以超过百亿。

在这种情况下，地理信息行业在智慧城市建设中很难获得话语权，要实现地理信息系统成为智慧城市操作系统的目标更加困难，地理信息企业要接受的挑战很大。

而地理信息企业要迎接这一挑战，只有一条途径——用一个拳头说话。

地理信息规模不够大，地理信息企业实力不够雄厚，且企业之间存在竞争关系，这些都是客观事实，但是，相同企业之间一样有合作关系，特别是在共同利益驱使下。

而智慧城市地理信息操作系统正是这种驱动力。要开发出我国的智慧城市地理信息操作系统，首先必须获得地理信息行业自身的认可，只有自己的行业认可，才能获得其他行业认可。也只有行业自己用了自己的东西，别人才会用。

行业如何认可？

企业联盟是一种很好的途径，通过企业联盟，对智慧城市地理信息系统定制统一的技术标准，使行业共同遵守和使用该标准，在该标准的支持下，不同的企业可以研制不同的智慧城市地理信息操作系统，其他地理信息企业研发的智慧城市应用平台，对各种类型的数据和其他企业研制的智慧城市地理信息系统均可以兼容，无论是二维、三维甚至四维等各种地理信息数据，还是对各种专业或大众的应用系统都能具有良好的兼容性，那么，大量的地理信息企业即可以在智慧城市的建设中占有先机，也可以推动其他行业逐渐尊崇和认可地理信息行业制定的智慧城市地理信息系统标准，同时认可智慧城市地理信息操作系统。

而研发的关键还是系统的易用性和稳定性。一个可以实现“即插即用”的操作系统，才能会被市场和用户认可并接受，而对于地理信息操作系统，是一种新的操作系统模式，还需要有颠覆性的创新。

多个地理信息企业研制多种智慧城市地理信息平台并非正确之路，会花费大量的时间、机会和人力成本，例如我国现在就存在多家研制地理信息应用平台的情况，而根据计算机操作系统发展经验，最终能够在市场上立足的也只能有两家至多不超过四家研发的智慧城市操作系统，在某种程度上，垄断对市场和用户也是有利的，可以避免技术标准混乱。统一的智慧城市地理信息操作系统，也是有利于其他商业化的地理信息应用系统，特别是高水平的地理信息应用系统。正如运行在Windows操作系统上的软件价格可能比Windows操作系统价格高很多的情况，运行在智慧城市地理信息操作系统的经济利益也可以比操作系统本身高，或者可以有很多获得经济利益的新模式，只要企业或整个行业去大胆创新。

再次说明，地理信息应该能成为智慧城市甚至智慧中国、智慧地球的操作系统，如果我国的地理信息行业所有企业能够实现大范围合作，制定相同的标准并建立持续合作机制，以实现建立地理信息操作系统的目标，则地理信息操作系统在未来我国信息化和智能化发展中将扮演最基础而最重要的角色，特别是在5G甚至未来的6G通讯时代，能够实现地理信息操作系统的权威性，其他信息产业企业发展将极大依赖于地理信息，那么，地理信息行业以及企业在我国信息产业甚至在全国经济中都将有很高的地位，拥有关键话语权。

这对我国所有地理信息产业企业来说，都是一个巨大的机遇，更是一个巨大的挑战，也许，这也是我国地理信息产业发展一个关键节点。

廖永生，高级工程师，毕业于武汉大学，广西专家咨询服务协会信息专业委员会特聘专家，主要研究领域包括3S技术集成应用与大数据信息挖掘，2010年首次提出研发我国地理信息X光技术(GeoXray)；曾获第十二届广西青年科技奖，现就职于广西地理国情监测院。

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编辑 / 王兆喆  审核 / 王欠鑫 王兆喆

指导：万剑华教授