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    李德仁:地球空间信息学的创新发展

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    在近期举办的中国测绘学会2018年年会上,李德仁院士发表了题为《论地球空间信息学的创新发展》的演讲。他指出,在互联网+、物联网、云计算、大数据和人工智能时代,地球空间信息学是用各种手段和集成各种方法,对地球及地球上的实体目标和各种人类活动进行时空数据采集、信息提取、网络管理、知识发现、空间感知认知和智能服务的一门多学科交叉的科学技术,其主要的特点是,自动化和智能化、社会化和大众化、按需实时化。

    地球空间信息学的自动化和智能化

    李德仁院士从几个方面对地球空间信息学的自动化和智能化进行了解读。

    一是无控制全球测图。中国的资源三号卫星所获取的数据质量很好,通过对资源三号卫星全国数据进行整体无控制区域网平差计算,采用选权迭代验后方差估计的粗差探测方法,遥感影像自动定位精度从15米提高到5米,可满足全球测图要求,为服务“一带一路”倡议提供技术支持。目前资三影像已用于全球测图重大工程,预计今年可完成2500万平方公里。

    二是影像目标搜索。作为时下研究热点之一,我国已库存超过600PB的影像大数据,因而影像目标自动搜索技术极为重要。影像目标搜索要依靠大数据、云计算、深度学习和语音理解等技术的进步。目前武汉大学已研发出一款软件,通过自主学习几百万个样本,可以在无人工干预的情况下,从1000万个瓦片影像数据库中一秒钟实现40种影像目标的自动搜索。目前影像目标自动搜索技术被广泛应用于各行各业,特别是无人机视频技术的应用,可以做到边接收,边跟踪,边处理,为灾害应急、国防和城市安保工作提供了极大的便利。

    三是遥感影像自动变化监测。变化监测存在光照、拍摄角度等造成几何位置不对应,像素级结果破碎,目标变化信息不连续等问题,可通过目标影像凸面模型解决。据此模型进行目标影像比对与目标变化要素提取,适用于变化发现。

    四是智能测量机器人。利用传感器、陀螺仪和激光扫描仪,可以实现测量过程的自动化。一个智能测量机器人只要在房间里走一下,就可以画出房间的地图。有了这项技术,就可以做路径规划,用于研究自动导航飞机。比如武汉大学研发的小佳机器人,经过训练,可以自动测量和识别人脸。人工智能和脑认知的成果,已在推动地球空间信息技术从感知走向认知和智能决策支持。

    李德仁院士还从自动匹配与三维建模、遥感影像信息智能提取、自动形变测量等方面,阐述了地球空间信息学的自动化和智能化发展趋势。

    地球空间信息学的社会化和大众化

    李德仁院士指出,随着地球空间信息学的发展,其社会化和大众化应用越来越广泛。此前,人们只能通过对地观测了解和认识自然社会。现在可以用遥感做社会地理计算,实现对人、对社会、对人类社会活动的观测。

    地球空间信息学的社会化和大众化还体现在基于社交媒体数据研究网络事件时空演化。构建社交网络和现实空间的相互映射关系,提出历史事件回溯和时空过程重构方法,研究网络和现实相互作用下的事件时空演化规律,分析社交网络和现实空间的相互作用,为洞悉社交网络上的世情民意、掌握社交网络和现实空间的互动规律、预测突发事件影像等提供有力的理论和技术支持。

    李德仁院士指出,对于历史人口空间演变的研究,可以更好地制定城市发展规划,而城市出行轨迹大数据包含了手机、视频、出租车、室内定位、公交地铁等轨迹数据,这些数据可以用做智慧交通的研究。武汉大学和公安部合作研发了武汉交警数据大脑,这是一款依托全息感知、时空分析、数据挖掘技术打造的道路交通指挥应急系统。自该系统上线后,武汉市交通拥堵情况从全国23名下降到了52名,梳理拥堵事件从平均7分钟降到90秒。

    地球空间信息的实时智能服务

    李德仁院士指出,当前我国现有的通信、导航、遥感卫星系统各成体系,军民系统孤立,信息分离、服务滞后。遥感卫星需要过境或通过中继卫星向地面站下传数据,无形间链路和组网,数据下传瓶颈严重制约信息获取效率;北斗卫星具有短报文通信能力,但是不具备宽带数据传输能力;通信卫星尚无自主的业务化卫星移动通信系统,对遥感、导航等天基信息的传输保障能力受限,而且服务模式主要面向专业用户,尚未服务大众。

    针对上述情况,李德仁院士提出建设通导遥一体化的天基信息实时服务系统(PNTRC)的建议。该系统的建设思路包含了一星多用、多星组网、多网融合、智能服务等多项内容,目的是把长期以来的专业服务转向大众,从依赖国家扶持转向国家扶持之下的市场化国际化。目前该系统的功能设计包括实时导航增强、精密授时、快速遥感、天地一体移动宽带通信传输。他透露,该项目投资预计需要350亿,目前已经获得自然科学基金2亿元的支持。

    李德仁院士认为,该系统建设可分步实施:第一步是建立区域服务系统,为中国及“一带一路”国家服务,核心能力是目标信息获取时间分辨率为10分钟,实时导航定位精度达到亚米级,移动通信能力要自适应变带宽,单波束最高速率达到40mbps。第二步建立全球服务系统,核心能力是遥感信息获取时间分辨率优于4分钟,实时导航定位精度达到亚米级,移动通信能力全网通信容量不低于600gbps,支持高速移动过程中的音视频通话能力和遥感影像的接收能力。他表示,PNTRC系统有望推动形成万亿级产业链。系统建成之后,军方可以做到全球多目标的实时跟踪,固定目标的实时变化监测;大众用户则以移动终端为载体,可享受定制化、实时化的天基信息增值服务。

    李德仁院士最后表示,在大数据与人工智能时代,以测绘、遥感和地理信息技术为中心的地球空间信息学,只要抓好自动化、智能化、社会化、大众化和实时化,其创新发展道路就十分宽广。从当前国家需求和国际高科技发展形势看,建设我国通导遥一体化空天信息实时智能服务系统,是实践党中央提出的军民深度融合战略的重要途径,也是落实国务院“互联网+”行动指导意见的有力举措。我国应该抓住机遇,群力攻关,作出原创性的科技创新,这也是测绘人的使命。

    (中国测绘报2018年10月23日第三版)


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