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KQGIS核心技術(shù)解析與多場景實踐應(yīng)用

應(yīng)用場景1：信創(chuàng)GIS替代/升級

核心技術(shù)：跨平臺GIS開發(fā)技術(shù)

基于自主研發(fā)的跨平臺GIS內(nèi)核技術(shù)，KQGIS構(gòu)建了全場景覆蓋的GIS基礎(chǔ)軟件及應(yīng)用生態(tài)，實現(xiàn)從國產(chǎn)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫到云環(huán)境的全鏈路兼容能力。KQGIS采用標(biāo)準C++語言，構(gòu)建了最關(guān)鍵的GIS內(nèi)核（KQGIS Core），實現(xiàn)了底層算法、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。在桌面端，采用跨平臺的QT進行界面開發(fā)，實現(xiàn)一套代碼跨不同平臺。在WEB端，采用JavaScript進行網(wǎng)頁開發(fā)，不依賴于操作系統(tǒng)。此外，完成了與國產(chǎn)整機、云環(huán)境、CPU、GPU等硬件環(huán)境以及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、辦公軟件等軟件環(huán)境的全面適配。從而形成了基于KQGIS的跨平臺解決方案（信創(chuàng)GIS替代/升級方案）。

圖蒼穹數(shù)碼信創(chuàng)生態(tài)圈

用途：跨平臺GIS開發(fā)技術(shù)主要用于信創(chuàng)GIS替代/升級類項目。由于國家在信創(chuàng)方面的政策與規(guī)劃，我國信創(chuàng)已經(jīng)從黨政領(lǐng)域試點應(yīng)用逐漸向國計民生領(lǐng)域加速滲透。因此，近年來關(guān)于信創(chuàng)GIS替代或升級類項目逐漸增多。特別是涉及地理信息安全及應(yīng)用安全的用戶單位，如國土、測繪、公安、軍事等領(lǐng)域，均需國產(chǎn)自主安全的GIS產(chǎn)品。

現(xiàn)有應(yīng)用：基于跨平臺GIS開發(fā)技術(shù)衍生出來的各項應(yīng)用已經(jīng)取得了較為廣泛的應(yīng)用。在自然資源領(lǐng)域，如不動產(chǎn)登記系統(tǒng)、實景三維數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等；在海洋水利領(lǐng)域，如電子海圖生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)字孿生水利系統(tǒng)等；在國防軍事領(lǐng)域，如戰(zhàn)場態(tài)勢展現(xiàn)、作戰(zhàn)輔助分析、信息化管理等應(yīng)用。具體項目如：全國三調(diào)數(shù)據(jù)入庫發(fā)布及應(yīng)用管理項目、天津市第三次國土調(diào)查管理平臺項目、中交通信國產(chǎn)化電子海圖系統(tǒng)項目、江蘇省自然資源廳建設(shè)用地審批二期等。

圖國土三調(diào)類項目圖片

圖電子海圖類項目圖片

圖數(shù)字孿生流域類項目

未來應(yīng)用：我國信創(chuàng)體系覆蓋“2+8+N”個領(lǐng)域，即黨、政等與金融、電力、電信、石油、交通、教育、醫(yī)療、航空航天8個重要行業(yè)等以及N個消費市場。其中，根據(jù)國資委在信創(chuàng)79號文中的明確要求，所有央企、國企要在2027年落實信創(chuàng)替代工作。因此，跨平臺GIS開發(fā)技術(shù)及應(yīng)用短期內(nèi)在央企、國企等單位需求較大。長遠來看，八大重要行業(yè)也將成為發(fā)力市場，特別是教育、交通等關(guān)聯(lián)緊密的領(lǐng)域。

應(yīng)用場景2：海量空間數(shù)據(jù)管理

核心技術(shù)：全空間數(shù)據(jù)管理引擎

隨著空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展，新時期地理信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出種類多、體量大、更新快的特性。為了滿足用戶對海量空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和高效管理的需求，KQGIS研制出全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)，包含空間數(shù)據(jù)管理引擎、空間數(shù)據(jù)渲染引擎、空間數(shù)據(jù)分析引擎等內(nèi)容。

KQGIS針對矢量數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、點云數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)，提供不同的存儲方案，最終邏輯上實現(xiàn)統(tǒng)一管理；針對數(shù)據(jù)組成復(fù)雜、多源異構(gòu)、多時空尺度的特點，KQGIS通過數(shù)據(jù)標(biāo)準化處理、質(zhì)量管理及元數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全面治理；支持文件型數(shù)據(jù)庫管理、關(guān)系性數(shù)據(jù)庫管理、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理等，能夠兼容大部分國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫；根據(jù)二三維數(shù)據(jù)特點，KQGIS研制出自適應(yīng)多級索引機制、渲染索引技術(shù)和緩存優(yōu)化技術(shù)等，實現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)快速調(diào)度和建設(shè)數(shù)據(jù)請求和傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)用。全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)能夠有效解決海量空間數(shù)據(jù)使用流程復(fù)雜、使用門檻高、應(yīng)用效率低的問題。

圖全空間數(shù)據(jù)管理引擎

用途：全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)主要應(yīng)用于進行海量空間數(shù)據(jù)管理或提供大量空間數(shù)據(jù)服務(wù)類的項目。如自然資源主管部門，負責(zé)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的采集、更新和存儲，建立地理信息公共服務(wù)平臺；測繪地理信息機構(gòu)，如省測繪地理信息局，承擔(dān)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與維護，并建設(shè)省級地理信息平臺；應(yīng)急管理部門，依托地理空間數(shù)據(jù)提供災(zāi)害預(yù)警、救援路徑規(guī)劃等服務(wù)，需實時調(diào)用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。這些政府單位對全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)有著天然的需求。

現(xiàn)有應(yīng)用：在國家發(fā)改委項目，KQGIS利用全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)，將發(fā)改委原有的第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)成功遷移到國產(chǎn)化環(huán)境，并實現(xiàn)全國數(shù)億條土地數(shù)據(jù)的快速加載顯示和統(tǒng)計分析；在中國衛(wèi)星資源應(yīng)用中心，KQGIS利用全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)，成功實現(xiàn)對超過30PB體量的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行管理，并將查詢效率提升到秒級；在武漢城市仿真實驗室，KQGIS利用全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)，管理武漢市8000多平方公里的三維模型數(shù)據(jù)。除此之外，該技術(shù)在全國第三次土地調(diào)查、全國不動產(chǎn)統(tǒng)一登記、數(shù)字孿生城市等項目上得到了廣泛的應(yīng)用。

圖國家發(fā)改委項目圖片

圖中國衛(wèi)星資源應(yīng)用中心項目圖片

圖武漢城市仿真實驗室項目

未來應(yīng)用：隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，地理空間數(shù)據(jù)的體量將會呈現(xiàn)爆炸式增長。不僅自然資源管理部門、應(yīng)急管理部門等政府單位需要，而且城市規(guī)劃部門、環(huán)境保護部門、農(nóng)業(yè)林業(yè)部門等都將出現(xiàn)這方面的需求。城市規(guī)劃部門需要對海量的土地利用、交通規(guī)劃、建筑布局等數(shù)據(jù)進行分析；環(huán)境保護部門，需要接入海量實時數(shù)據(jù)，監(jiān)測空氣質(zhì)量、水資源污染等。全空間數(shù)據(jù)管理引擎技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)對海量視頻數(shù)據(jù)、實時位置數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等支持，在未來具備更加廣泛的應(yīng)用空間。

應(yīng)用場景3：三維場景高效渲染

核心技術(shù)：三維模型輕量化與渲染技術(shù)

三維模型輕量化與渲染技術(shù)是提升大規(guī)模場景可視化效率的核心手段。其中，三維模型輕量化技術(shù)包括幾何簡化、紋理簡化、壓縮處理、細節(jié)層次（LOD）、層次漸進式傳輸、簡化冗余細節(jié)等手段，降低模型存儲與傳輸負擔(dān)，提升加載和渲染效率，同時保持關(guān)鍵幾何精度與視覺效果。該技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)三維模型因數(shù)據(jù)量龐大導(dǎo)致的性能瓶頸問題；三維模型渲染技術(shù)包括實時渲染優(yōu)化、光照與材質(zhì)模擬、高動態(tài)渲染技術(shù)、動態(tài)交互等手段，將輕量化后的模型轉(zhuǎn)化為高保真視覺效果，實現(xiàn)復(fù)雜場景的高效交互。

用途：三維模型輕量化與渲染技術(shù)在自然資源領(lǐng)域，可用于國土空間規(guī)劃、土地利用監(jiān)管、生態(tài)保護等，如結(jié)合三維GIS與數(shù)字孿生技術(shù)，輔助規(guī)劃方案合規(guī)性評估；在應(yīng)急管理領(lǐng)域，可用于臺風(fēng)、地震等災(zāi)害模擬與應(yīng)急響應(yīng)，如壓縮數(shù)據(jù)量，支持災(zāi)害場景快速加載，實時模擬災(zāi)情擴散路徑，結(jié)合HDR技術(shù)增強明暗對比，輔助災(zāi)情評估等；在國防軍事領(lǐng)域，可用于作戰(zhàn)計劃制定、多兵種協(xié)同訓(xùn)練、海陸空天電多域聯(lián)合作戰(zhàn)等，如集成高精度三維GIS與虛幻引擎，構(gòu)建全球米級地形模型，模擬爆炸粒子特效、多通道聲音渲染，增強戰(zhàn)場沉浸感等。

現(xiàn)有應(yīng)用：在黃山市自然資源和不動產(chǎn)三維立體調(diào)查登記試點項目中，借助KQGIS平臺卓越的三維GIS渲染引擎，解決了海量三維數(shù)據(jù)加載的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了黃山市中心城區(qū)191平方公里（0.02米分辨率）、風(fēng)景區(qū)全域160平方公里（0.08米分辨率）三維傾斜攝影數(shù)據(jù)（總量超過10TB）的流暢加載與展示；在“數(shù)字黃巖”智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施提升工程項目中，KQGIS對黃巖988平方公里傾斜模型進行優(yōu)化，數(shù)據(jù)總量由原來的3.8TB減小到2TB，模型加載效率由原來的12s提升至1.5s，解決了三維場景視覺效果和渲染效率的問題。

圖黃山項目

圖黃巖項目

未來應(yīng)用：三維模型輕量化與渲染技術(shù)的應(yīng)用前景廣泛，比如三維政務(wù)平臺，通過集成輕量化三維模型，支持城市規(guī)劃、交通管理、應(yīng)急指揮等多部門協(xié)同。開發(fā)元宇宙政務(wù)大廳，支持企業(yè)遠程辦理土地審批、規(guī)劃許可等業(yè)務(wù)，降低行政成本。再比如軍事元宇宙與智能訓(xùn)練，通過整合空中、陸地、海洋數(shù)據(jù)，構(gòu)建多領(lǐng)域虛擬戰(zhàn)場，支持高頻次戰(zhàn)術(shù)演練。還可以通過輕量化模型加載歷史戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，結(jié)合AI算法模擬敵方行動，優(yōu)化作戰(zhàn)計劃。

應(yīng)用場景4：地理空間智能應(yīng)用

核心技術(shù)：地理空間人工智能技術(shù)

地理空間人工智能（GeoAI）技術(shù)是GIS和AI技術(shù)融合的新技術(shù)。其核心是通過機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等AI技術(shù)，結(jié)合地理信息技術(shù)、遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，實現(xiàn)對復(fù)雜地理現(xiàn)象的智能感知、推理、知識發(fā)現(xiàn)及決策支持。KQGIS經(jīng)典機器學(xué)習(xí)技術(shù)，實現(xiàn)AI矢量分析和AI柵格分析等能力，包括回歸分析、聚類分析、主成分分析等；蒼穹數(shù)碼結(jié)合傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)AI遙感影像解譯，包括目標(biāo)檢測、變化檢測、語義分割、視頻檢測等；KQGIS結(jié)合AI大模型，構(gòu)建AI遙感視覺大模型、AI-GIS大語言模型、AI-GIS多模態(tài)模型、GeoAI Agent System（地理空間智能體系統(tǒng)）等，實現(xiàn)圖文解譯、知識問答、智能體應(yīng)用等。

用途：地理空間人工智能（GeoAI）技術(shù)應(yīng)用廣泛。例如，在城市規(guī)劃布局方面，KQGIS可以通過分析多期歷史數(shù)據(jù)，利用決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等方法挖掘土地利用類型轉(zhuǎn)換的規(guī)則，并結(jié)合元胞自動機實現(xiàn)地理模擬預(yù)測。在城市發(fā)展研究方面，KQGIS可以對以下設(shè)施進行較為準確的識別檢測：一些道路交通設(shè)施（如橋梁、公共交通、汽車、輪渡等）、一些通信設(shè)施（如電線桿、電線塔、廣播塔等）以及一些大型的港口、機場（包括船舶、飛機等）。在土地資源調(diào)查方面，KQGIS可以利用遙感解譯大模型對未訓(xùn)練的國土調(diào)查數(shù)據(jù)進行解譯，對比傳統(tǒng)分割模型，性能更快，解譯精度更高。

現(xiàn)有應(yīng)用：我們聯(lián)合中國水利水電科學(xué)研究院研制出水利遙感應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)，打造了從氣象降水預(yù)報、衛(wèi)星軌道預(yù)報、多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)接入、自動化預(yù)處理、淹沒范圍智能遙感解譯、成果數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)應(yīng)用共享全鏈條服務(wù)體系，為應(yīng)急救災(zāi)提供支撐。我們在測繪生產(chǎn)方面，通過在車載終端部署輕量化道路線檢測程序，能夠做到實時駕駛實時生成道路線，以及道路兩邊的標(biāo)志物。我們在云享烏鎮(zhèn)項目，利用三維GIS+AI+視頻融合技術(shù)，實現(xiàn)連續(xù)接人15路攝像頭和城市傾斜攝影模型融合，追蹤到同一輛車在街道上完整的運行軌跡。當(dāng)然，地理空間人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域也有很多不錯的應(yīng)用。

圖水利應(yīng)急遙感監(jiān)測系統(tǒng)圖片

圖道路線實時生產(chǎn)系統(tǒng)圖片

圖視頻智能識別追蹤系統(tǒng)

未來應(yīng)用：地理空間人工智能（GeoAI）技術(shù)未來更多的是AI大模型和GSI技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。例如在自然資源領(lǐng)域，基于自然語言交互的政務(wù)助手可自動核驗土地權(quán)屬信息、生成規(guī)劃報告，審查準確率達99%以上，效率提升超10倍；通過AI識別規(guī)劃沖突，基本可以自動處理80%及以上的國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)沖突項目。在智慧城市領(lǐng)域，基于深度學(xué)習(xí)的交通流量預(yù)測模型，結(jié)合GIS實時路況數(shù)據(jù)，可動態(tài)調(diào)整信號燈配時和公交線路，降低30%及以上的擁堵率。在數(shù)字鄉(xiāng)村領(lǐng)域，大模型構(gòu)建的“村秘”智能體可處理戶籍管理、政策解答等事務(wù)，降低行政成本。結(jié)合AR/VR技術(shù)生成鄉(xiāng)村文化解說內(nèi)容，定制旅游路線（如美食探索、文化體驗），提升游客吸引力。

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