一 引言

我们正处在一个信息通信技术（ICT）高速发展和应用的时代，这个时代的典型特征是计算设备的不断演化，基础来自计算的移动化、便携化和穿戴式趋势，从个人数字助理、智能手机、智能眼镜到增强现实头盔，计算机不断小型化，各类传统硬件在不断与计算机集成，形成了高度智能的移动终端。这个硬件可以以一体化的方式和计算功能结合，形成功能各异的智能硬件。

二 智能硬件

智能硬件是继智能手机之后的一种新业态。它通过软硬件结合，对传统设备进行改造，使其智能化。以智能手机、智能眼镜和增强现实头盔的出现为特征，其发展主线是计算机在实现可穿戴的基础上完成了手持及穿戴设备的智能化，这些智能化的设备大大扩展了信息的采集、处理、交互和显示能力，为地理增强现实的实现提供了重要的基础。当前主要的智能硬件种类如下。

（一）网络设备

网络设备指智能硬件中负责无线联网的设备集，如3G/4G、WIFI和蓝牙适配器等。网络设备是智能硬件与云端或远程数据库保持连接的基础，网络设备确保移动的智能硬件成为庞大数字网络的一部分，实现移动数据的上传和远程数据的调用。

（二）传感设备

传感设备指内嵌在智能硬件中的各类感应装置，包括能够实现视觉、听觉、动觉感应的摄像头、麦克风、电子陀螺、电子指南针、导航定位设备、加速度感应器和光感应器等，它们是智能硬件感知用户及其周围世界状态和行为的基础，随着移动和感知行为，能够产生与用户和周围环境相关的移动大数据。

（三）交互设备

交互设备实际上是传感设备中专门负责实现计算机和用户相互感知的部分。在新型传感设备的支持下，可以实现多模式的人机交互，即可以通过视觉、听觉、触觉和动觉等感知通道实现人机信息的交换。交互设备主要包括触摸屏、麦克风、摄像头、三维鼠标和电子陀螺等输入设备和屏幕、马达、喇叭等输出设备。

（四）其他辅助设备

为了实现智能硬件的便携化和可穿戴，还需要其他的辅助设备，如智能眼镜和头盔的固定装置等。

在所有的信息交互通道中，视觉信息的作用是最为显著的，因此作为视觉信息输入的摄像头和作为视觉输出设备的显示器就显得尤为重要。摄像头的主要功能是通过光电转换和模数转化直接获取真实世界的数字影像，是智能硬件直接感知世界的主要通道；而显示器则是让人以最直观的方式获得机器显示的视觉信息，从需要手持阅读屏幕的智能手机，到把屏幕放入人的视野的智能眼镜，再到将屏幕透明融合叠加到视平面上，技术的进步大大改变了人看屏幕的方式，也为屏幕数字信息与真实世界影像信息的视觉无缝融合提供了可能。

三 地理增强现实

增强现实（AR）是一种介于真实环境和虚拟环境之间的中间状态，是将虚拟信息融合叠加到用户看到的真实世界影像上的一种技术，实现数字三维模型或其他实况影像与真实世界的混合现实，达到以数字信息增强真实世界信息的目的。其基本原理是把图形、声音和其他感知增强实时叠加到真实环境上，图形会随着用户观察视点的改变而相应改变，实现在用户视场中虚拟和真实世界在几何位置、视觉效果和时序同步上的精确融合。

地理增强现实（Geo-AR）是增强现实技术在地理学领域中的应用，和普通增强现实技术相比具有如下特点。

（一）涵盖地理空间尺度的增强场景

普通的增强现实主要是针对室内或日常空间，以及一些专门应用场景，如游戏等。地理增强现实除了室内或日常空间的地理应用外，主要是中观尺度的大场景地理应用，以城市空间和中观一览空间应用为主，因而对增强现实系统的户外无标定图像注册能力提出了独特的要求。

（二）自适应的户外图像注册

一般增强现实系统在室内空间可以采用相机标定、高精度位置及姿态确定来实现虚拟信息和真实影像之间的精确匹配，而在以户外应用为主的地理应用中，不需要预先相机标定、能够克服定位误差的自适应户外图像注册能力就显得特别重要。

（三）空间数据库的支持

地理增强现实所采用的虚拟信息均来源于空间数据库，其显示和分析处理是完整的地图数据处理任务，因此地理增强现实系统应该具备将多维空间信息与真实世界影像无缝融合显示的能力，同时还要能够获取、处理和分析空间数据，并将其显示在增强现实环境中。

（四）地理增强现实应用模式

地理增强现实