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5G时代空间信息如何实现智能服务

2019-12-01 09:38:51 点击数:1413

编者按

随着5g时代的到来,物联网、云计算、大数据等技术发展迅速。信息基础设施日益完善,全球时空大数据呈爆炸式增长。在这样的时代背景下,如何实现空间感知和空间认知的智能化,在正确的时间和地点将正确的数据、信息和知识推给需要的人,实现空间信息的实时智能服务?本期邀请中国科学院院士、中国工程院院士李德仁详细解释。

5g的典型技术特征和应用场景

5g是第五代移动通信技术。理论上,5g的下载速率可以达到20gb/ s,是4g时代的20倍。如果4g改变生活,5g将改变整个社会。如果4g服务于人,5g支持一切事物的互联。

5g有三个典型的技术特征:5g可以提供增强的移动带宽;大众机器通信;超高可靠性和低延迟通信。具有这三个特点,可以实现高清视频、虚拟现实、虚拟现实或交互式现实,可以实现智能物流、环境智能监控、智能城市或智能城市计算,可以应用于自动驾驶、机器人无人操作、工业互联网、远程医疗和智能电网。

5g是典型的垂直行业应用:例如,视频识别分析,包括人脸识别、运动检测和全景实时监控。有了5g,可以实时实现视频识别。

虚拟显示和增强现实可以实现视觉漫游。每个人都可以用智能眼镜看报和打电话。工业欠条应用,包括智能制造、智能医疗、无人机通信等。车辆联网在智能交通领域的应用可以建立辅助安全驾驶系统,提高交通效率。

5g产业的发展应侧重于核心组件和典型示范应用的研发。垂直产业的应用面临着跨境一体化问题。运营商应该研究如何在构建5g网络时降低成本。由于5g基站非常密集,建设成本非常高。如何降低成本,解决其应用和创新问题,是5g行业需要突破的难点。

5g不能覆盖全部土地,因为它只占地球的29%,所以5g需要6g卫星通信作为补充。

6g技术是地面无线通信技术、中高轨道卫星移动通信技术和短程直接通信技术的结合,解决通信、计算、导航、感知等问题,形成覆盖空中、空中、地面和海上的移动通信网络,实现全球覆盖的高速宽带网络。

换句话说,6g是一个移动通信网络,在空中、地球和海洋中无处不在,并且涉及大量数据。天空中的卫星、飞艇、飞机、无人飞行器、地面车辆、无人飞行器等都产生数据、手机记录的数据、视频轨迹记录的数据、定位数据、刷卡数据等,形成城市的大轨迹数据。

在5g时代,地理空间信息服务可以社会化和普及。在现实生活中,空间信息服务应该从二维走向三维。

与二维相比,三维信息完整,语音信息丰富,空间关系准确。三维实景模型(3D real scene model)是一个空间数据集市,它详细表达各种精确的三维几何信息、丰富的语音数据信息、精确的空间关系,表达直观,易于分层,用于各种空间分析和辅助决策,智能表达集数据、结构、功能于一体的三维数据,是一个完整的数据模型。

建立位置准确、基准统一、属性丰富、数据完整的现实世界三维数据模型的关键是获取准确的空间信息、增强多维大数据、全系统状态元素的结构提取、按需重建制度化的语音模型。这项工作比以前大得多。为了解决空间与天空以及全空间数据采集平台的三维组合问题,有卫星、摩托艇、飞机、无人机、地面移动系统、手机等多种数据采集手段。

5g信号模拟依赖于三维模型,高清驾驶地图依赖于三维模型,城市精细化管理和可视化分析都需要三维现实生活模型。为了用高效的观测方法建造空中三维主卧室,运用人工智能、5g网络和云计算区块链技术提高海量数据处理和智能水平,运用三维模型促进和应用智能驾驶信号模拟和城市精细化管理。

无人机视频数据可以检测和跟踪实时目标。使用5g可以快速传输数据,并且可以在接收和跟踪的同时检测和处理运动目标。

该寻路机器人可以进行三维建模数据采集,自动爬楼梯,自动避障,实现传感、测量、控制和感知的一体化。该装置由北斗全球定位系统芯片、通信芯片、光导和图像传感器组成。他们可以一起代替人驾驶汽车,并把它放进自动驾驶汽车。

使用大数据。例如,武汉管理着300万至400万辆汽车、450万名司机和5万多条道路。三维现实生活地图上会有很多数据,所以我们应该把重点放在智能和流行的应用上。

未来5g和6g将全面覆盖全球,实现一颗卫星多用途智能服务、多卫星联网和多网络融合。希望能解决大幅增强制导、提高分米级甚至厘米级自动驾驶、从遥感到分米级五分钟响应速度以及全球宽带全覆盖通信等问题。

在5g和人工智能时代,我们要做好真实的三维实景,构建自己的空间信息通信、引导和远程集成的实时智能服务系统,做好空间信息的自动化、智能化、社会化、大众化和实时服务,以测绘地理空间信息学、遥感地理信息技术中心为创新发展路径,前景广阔。

地球观测脑、智能城市脑和智能手机脑的概念

面对大数据时代的到来,人工智能在地理空间信息学中的应用可以提高地理空间信息处理的认知能力,实现地理空间信息学快速处理采集数据、提取有用信息和驱动相应应用的过程。

在近地外层空间,在从数字地球向智能地球发展的过程中,地球观测卫星的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率不断提高,各国掀起了高分辨率遥感卫星发展的热潮。中国还相继发射了资源系列、遥感系列和高芬系列的高分辨率卫星,使在轨卫星数量超过235颗。它们将满足正常要求,并根据特定任务和目标要求提供快速响应和持续动态监控。

物联网是一种通过射频识别、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感器设备,按照约定的协议将任何物品与互联网连接起来的网络。用于信息交换和通信,从而实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理。具体而言,传感器被嵌入和装备到各种对象中,例如电网、铁路、桥梁、隧道、高速公路、建筑物、供水系统、水坝、石油和天然气管道,并且通常被连接以形成物联网。

物联网极大地促进了智慧城市的建设和发展,使城市中的一切“连接”成为可能。物联网已经促使城市拥有数千万个智能传感器。例如,我国城市有2000多万台摄像机,可以提供铅和电子束水平的连续图像。

就个人而言,智能手机作为最受欢迎的移动设备,在分析和测试方面具有巨大的潜力。他们配备了越来越多的传感器:加速度计、麦克风、摄像机、陀螺仪、定位设备等。他们可以很容易地获得各种数据和信息,例如捕捉人类行为数据、记录位置信息、感知环境变化,甚至为相关科学研究记录和分析数据。它们成为每个人都拥有的无处不在的质量传感器,成为人们生活中最受欢迎的电子设备。

因此,分别在地球空间的宏观、中观和微观尺度上形成地球观测脑、智能城市脑和智能手机脑三大高度智能系统是完全可行的。

宏观上,地球观测脑(earth observation brain)是一个智能的天基信息实时服务系统,通过将通信、导航和遥感卫星集成到一个网络中,并将人工智能和云计算相结合,模拟大脑感知和认知过程。利用在轨图像处理技术、在轨数据计算和分析技术等对采集的数据信息进行处理和分析,然后通过星间通信链路和天地通信网络的融合传输到世界上任何需要服务的物体的智能终端。

中等规模的空间认知是智慧城市的大脑。它是一种城市运营管理服务系统,通过物联网的各种传感器,在数字城市建立的网络空间上,自动、实时地收集真实城市中各种状态和人、物变化的大量数据。它采用人工智能和数据挖掘等智能手段,云计算中心处理其中大量复杂的计算,实现对城市的感知、认知和控制反馈,为城市应急、城市管理、智能制造、经济发展和普通人提供各种智能服务。

微观空间认知是智能手机大脑。它在手机和智能手表上使用加速度计、麦克风、相机、陀螺仪、定位装置和人体健康参数测量仪器等各种传感器,实现了优于1米的室内外定位精度。通过实时捕捉人体行为数据、记录位置信息、感知环境变化以及手机主人的健康参数(血压、血糖、血脂、心率、脉搏、心电图)等数据信息,通过手机内置的高级智能芯片对各种数据进行上下文分析和推理。智能手机大脑能分析手机持有者的行为、健康、生理和心理,并能成为主人的智能助手。

地球观测脑、智能城市脑和智能手机脑是我们学习和理解大脑认知、实现空间认知的新飞跃。它们也是发展地理空间信息科学的新任务。他们需要大量的科研人员致力于时空大数据和人工智能的综合创新研究,为各种地球观测脑、智能城市脑和智能手机脑的发展做出应有的贡献。(李德仁)

资料来源:《光明日报》

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