地理信息系统GIS和增强现实技术AR

阿里萨德博士

阿里萨德博士有着30年在科技、金融以及销售领域中的工作经验，在英国曼彻斯特大学完成其生物物理学博士学位后，以一名科学研究者的身份效力于美国斯坦福大学。在斯坦福大学研究期间发布了20多份科学学术研究及相关书籍。后于1995年加入摩根斯坦利投资金融部任职。在这段期间，他帮助美国纳通公司进行融资，后于1997年加入纳通公司。1998年负责拉丁美洲，中东和非洲的销售工作，纳通公司后来于1999年上市。阿里萨德博士于2000年创立美国易法瑞网络公司，2008年在中国建立了北京易发瑞咨询有限责任公司，并专注于在发展中国家推进电信网络建设。

 首先，我们需要用解释一下什么是AR。AR 系统将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面进行展示。AR和GIS（地理信息系统）有效的结合可将虚拟影像与现实世界完美的融合并进行同步。这听起来很容易，但为了能让其很好的工作需要知道三维空间中的坐标，例如哪边是北或正面向哪个方向。

在过去的3年中，人们一直在努力着将GIS和AR应用于智能电话以及其他设备，用于改进和加强位置服务等。包括嵌入数字指南针、GPS以及手机中的感应器，它不只有定位功能而且还能检测到航向、俯仰和倾斜并将相关数据输入数据展示系统。这些嵌入式的科技和智能手机将使AR系统具备位置服务（简称LBS）方面的优势。这篇文章将围绕着其合法性以及科技和商务等方面来进行讨论。

首先涉及到的是（a）广告推广或（b）找到一个位置或者地址。任何一个人行走或者驱车在某个国家的城市或者某条街道，都能看到熟悉的广告板上展示着某项产品及服务。广告公司通过租用一块地方或者一栋建筑来收取广告费给一家公司作为广告展示位。在此方面AR与GIS将进行新鲜有趣的、全新的结合展示。当今AR的技术已经被多家公司开展类似的应用。例如某人下载AR应用到他的智能手机中，然后走在街上，打开摄像头并朝向他感兴趣的区域时，GIS将显示出一个广告图层叠加在真实的区域影像上。广告板中的广告画面将被演变为立体数据。图片中的建筑物将被立体化，并能显示出其所在位置，包括周边的办公区以及餐厅的相关信息。举例：每一栋建筑物将会被标示出哪一层是餐厅，哪一层是商店或者是其他的商业等详细信息。另外的一个应用中将告诉人们离你最近的地铁站，最近的书店或者最近的连锁餐厅在哪里（例如KFC或者星巴克）。

虚拟广告加上位置点多元化的商务介绍产生的广告收入都给了开发AR应用的公司。当今大多数的软件公司都可制作具有AR技术的广告，如果将AR技术与现今的广告商业模式相比较的话，区别是：现在的广告商租用楼宇的广告位，其所展示的是平面广告，而通过AR与GIS技术所实现的是在一个虚拟立体的空间里所展现出来的立体广告，楼宇完全是虚拟的，完全无需为广告位支付费用。律师和法务公司也在争论一些话题，谁才是这笔财富真正的所有者：(a) 为手机网络提供有效带宽的电信运营商（b）提供此项服务并不断更新的软件公司。假设法律终止电信运营商给手机网络用户提供有效的带宽的话，那么软件公司就不得不与电信运营商分享这部分广告的利润了。

建筑业及城市规划等第二产业，也从GIS和AR的融合中获益。当管理一个城市时，会有很多隐形或隐藏的设备（例如，天然气管道，输水管道，污水管道和通信电缆）应该被考虑到。为了管理这些设施， UIS（城市信息系统）已经被广泛的运用至今。AR和移动通信技术是一对完美的搭档，可以带领UIS进入到新的领域。即便今天在挖掘工程时，仍然经常发生严重的事故，比如天然气管道爆炸及通信电缆被切断。这些事故的发生大部分都是因为缺少信息，同时也很难观测到地下隐藏设施。当工人挖掘地面时，3D的UIS数据能够通过一个AR系统进行投射并观察，这将会清晰的看到位于地下的所有设施。

很多城市都专门新建了UIS部门，与此同时，一些国家（例如印度）已经建立了国家UIS。UIS可以被看作是城市范围内的GIS。对于地方政府来说这是一个有效的工具，能够管理城市相关数据，提供更好的服务。UIS中的很多地理数据应该预先校验，以便用于土地规划、开发和决策。UIS将囊括城市中的天然气、输水和通信等基础设施的数据，在GIS中可以通过GPS装置定位到这些设施相近的位置。这是很有用的系统，可以想象如果能够结合AR，利用数码立体图像投影到地面上，它会变得更好更直观。定位器可以直接带去现场，省去了车载移动设备，所有的公共设施都会通过使用AR在地面上直接展示出来。

这是一个值得关注的挑战，让GIS去融合一个全新的虚拟可视化技术，比如 AR。但这也是在更强调移动性和实时数据功能的行业环境下，一种不可避免的趋势。为了使AR成为GIS中一项新的可视化方法，需要考虑到很多关键的原理。第一点，目前并没有一个标准的AR–GIS数据模型把坐标系和拓扑都考虑进去。为了促使GIS使用移动AR环境，需要定义一个数据结构和标准。标准的定义将是一个争议的话题，但当其中一个行业领导者推进其观念时，这些争论将会促进其形成一个更好的数据格式标准。第二点，现有的计算方法仍然被GPS信号的精度困扰着，在城市区域，移动设备的GPS定位精度往往低于40-60米。不过目前在开发的实验系统可以解决GPS精度的问题，即结合GPS数据和建筑识别把定位精度提高到约1米或更高。在3年内，我相信图像识别技术，尤其是针对大范围的城市区域，将被应用于精度 1米或更高的地理信息系统功能中。这样简单的‘指向一个移动设备’并搜索相关数据的应用方式将成为定位应用的主流。我们可以想象：越来越多的数据将会集中于混合的社交网络和标注的应用中，这些数据都是来源于客户并服务于客户的。基于定位业务的数据服务和软件开发，无疑会促使地理数据领域快速的创新。我们可以看到随着趋势的发展，那些专注于移动定位服务的小型公司，将通过开发与发布低成本的应用与大公司进行竞争。

总的来说，AR仍处在初期阶段，但在移动GIS方面已经显示除了其强大的潜力：

• 移动设备是此项技术的核心；
• 需要建立一个新的数据标准，来保证能在AR系统中更有效的展示GIS数据；
• AR将会在未来的五年间，成为主流技术；
• 图像识别或者标注添加，对于精度1米或以下的数据可视化是非常关键的。