分享
Scan me 分享到微信

李德仁:卫星大数据要以72亿老百姓的需求作为方向,做成产业而不仅仅是生意

李院士正在建议国家做一件事,做一个天基信息实时服务系统(PNTRC),中国人不走美国的后路,我们走一条五为一体服务的新路。

  6月14日,第六届WGDC大会在北京国家会议中心隆重开幕。大会由空间信息产业创新创业服务平台泰伯主办,秉承不断引领和促进空间信息技术创新与变革的宗旨,WGDC已走过五个年头,如今已成为全球最具前瞻性的跨界创新风向标。

泰伯网

  在本届大会的卫星+大数据峰会上,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁做了特邀演讲,以下为演讲实录。(内容未经本人审核):

  今天的主题是卫星+大数据,要强调一下卫星大数据和人工智能结合。我的报告是从对地观测卫星发展到对地观测脑。讲四个问题,首先把刚才徐文主任讲的中国对地观测卫星发展的历程用一些图片告诉大家,从无到有,从有到好,到跟世界上先进水平的阶段;第二个讲对地观测脑的概念和内涵,第三个要讲对地观测脑解决哪些关键问题;第四部分讲我们现在做对地观测脑有哪些初级和应用的事例。

  中国卫星发展自力更生从无到有,美国人并不支持我们做,从实验卫星到运行卫星坚持自主创业,从无到有,要实现卫星大众化的智能服务,有七个系列,有气象卫星、海洋卫星、环境灾害卫星、资源卫星、测绘卫星、高分卫星和科学实验卫星。其中最成熟的是气象卫星风云系列,风云1、3、5是太阳同步极轨卫星,风云2、4、6是地球同步的静止轨道卫星,风云1、风云2到了第二代就是风云3和风云4,形成了一个路线图,当年气象局的局长邹竞蒙跟他的哥哥邹家华当副总理,他们策划了一个基金,拿基金的钱来做气象卫星,中国的气象卫星最早达到世界认可的水平,在国际气象组织当中首屈一指的,参加全世界观测的。这是从现在到2020年的路线图,现在是风云2号有三个在天的静止轨道卫星,15分钟可以观测风云的变化现象,气象预报。风云4号也成功上天了。

  环境灾害卫星中有两个光学的,一个雷达的卫星在天上工作,这两个光学卫星跟TM和SPOT可比,水平相当,HJ1C SAR卫星是第一颗民用SAR卫星,是H波段的,第一张武汉的图像也很好,把它放大以后拿环境灾害1C跟德国的、加拿大的、日本的比较各有千秋,波段也不同,这是用于SAR的环境灾害卫星。我们的资源三号卫星刚才徐文也讲了,这个卫星是我本人跟龚老师设计的参数,我们把它的空间分辨率做到下视两米一,前后视是三米五,还有一个五米八的多光谱相机,这个卫星上天以后,没有做任何的处理,收回来就是很好的图像。

  去年又发射了资源三号02卫星,把中间的两米一坚持不动,前后变成两米五到两米七,这样的三线阵图像性能会更好,相当于三个眼睛立体的观察地球。这两个卫星提供的数据可以支持全球测图不需要地面控制点,达到1:5万的精度,平面三米五,高程四米。以后就启动了高分辨率对地观测体系,这也是我们院士从2002年向国家建议以后逐步立项,形成一个460亿的专项,要发14颗卫星,测绘卫星要做到亚米级的两颗,高空间分辨率的光学卫星有六七个,有两米、一米、0.7米、0.5米和0.3米,还有三个雷达的卫星分辨率为1米、0.5米和0.3米,有高时间分辨率的,就是通过增大地表覆盖宽度到800公里来提高时间分辨率。高分4号是50米分辨率的36000千米的静止轨道卫星,可以5~20秒速度来提高时间分辨率,还要做一个空间分辨率为20米的静止轨道卫星,最后做一个256个波段的高光谱的纳米级分辨率的卫星,这个计划国家给我们投了460个亿。

  这是高分1号的图像两米的,两米、8米、16米,16米的幅宽是800公里,从山东的青岛到山西的太原,我们计划用16米的800公里宽的加上第二颗,可能有一千公里宽的卫星数据,给全世界做一年春夏秋冬4张全球土地覆盖地图,提供给广大的用户使用,将会是免费的。

  高分2号0.8米分辨率,幅宽45千米。这是拍下来巴黎凯旋门的照片,这张照片的特点是它的幅宽比传统的西方25公里宽到45公里。我们0.5米的高分辨率的卫星拍的北京市高铁的南客站,我们的商业卫星高景一号两颗0.5米的已经上天,计划有16颗0.5米的光学,有4颗高光谱、4颗雷达+X个视频卫星,要在最近几年上天。这就是高景1号拍摄的香港会展中心的图像,每个汽车和人都看得很清楚。

  刚才讲的是光学,现在看看雷达卫星GF-3号,它有12种成像模式,1~500米的分辨率,幅宽10公里到650公里,它的性能跟加拿大Radarsat-2号可比,甚至优于Radarsat-2,这里看到的1米分辨率图像一个是厦门,一个是武汉。它的四种极化方式的图像,这个分辨率是8米的,也是中国第一个民用全极化的雷达卫星。

  还有一个0.5米X波段的,点波束分辨率是0.5米和1米,条带式是1.5米,这个卫星性能更好了,高度是632公里。我们武汉大学自己花钱做了六个角反射器用于标定,定标以后的精度聚束式是1.5(不要地面控制点),条带式的精度是3米。这是这个卫星的图像,左边是雷达星的,右边是光学星的,是天津机场附近的一个超市,两者各有优势。雷达卫星可生成干涉图像,这是河南登封产生的干涉条带,可自动生成DEM,GF3的精度是平地4米,山地9米,GF10的精度平地是2米,山地是6米,这是初步干涉的一个结果。这是生成的第一页,左边的是10号,右边的是3号,我们用地面的控制点做了检测。这就是我现在介绍的中国的卫星发展进展的过程。

  遥感大数据,要怎么用它?那么多数据,首先要用云计算,在网络上把云计算做出来,武汉大学做了两个云,一个是遥感云,用户不要买数据和软件,提前请求要做什么事,这个云帮你做,这是开放性的遥感云,放在网站上是免费服务的,欢迎所有的研究人员、研究生、老师把你的软件收上来供大家使用,这比SCI引用率还要重要,如果你的算法没人用不是个好算法,如果你这个方法放在网上了有上万人用,这比上万次的SCI引用价值还要高,因为它解决问题了。

  举个例子,鄱阳湖最近涨水了,涨到哪儿去了,大家想关心一下,这个系统就可以自动搜索,搜索下雨之前的图像,这个库除有徐文那儿中国图像数据的库以外,还有美国和欧洲的,都可以搜索,将下雨前后的数据都搜索到,可以实现服务链的自动生成,得到这些前后的数据,由数字高程模型做几何校正,再做变化检测,这是一个自动流程,你不用操心,结果就可以得到。赣江发水以后造成了南边的鄱阳湖涨水了,这是涨水的面积,可以计算出结果,从而提供为社会服务,这就是遥感云的例子。

  武汉大学正在做的是第二个云,叫位置云,我们中国有北斗,与GPS可以放在一起做导航定位,室内定位不能靠卫星,得靠传感器和无线信号,我们希望做一个室内室外一体化高精度的位置云,使大众用户达到一米,汽车自动驾驶可能到10个厘米的定位精度,这是我们正在努力的方向。武汉大学把陈锐志从美国请回来,做室内导航定位,用的是声光电场的综合方法,让它无处不在,无时不在,用蓝牙、用WIFI等等,不增长很多的设备,可能要用一点蓝牙天线,我们自己也能做,买诺基亚的可能是一万,我们做下来不会超过三千,房间里放三个蓝牙的天线发射器,就像放了小卫星一样的原理定位,这个方法陈锐志已经在武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室做好了,大家可以去参观,也可以去买他的东西。

  这就是我讲的第一部分,中国对地观测卫星发展到这样的水平,是自力更生的结果,是我们科技人员在国家领导支持之下完成的结果。我们不能停步,要用好卫星就要考虑下一步怎么办?第二个部分讲要做对地观测脑,把对地观测卫星的技术和人工智能做一个融合。

  我们分析用好卫星的问题在哪儿呢?当我们的海军在非洲跟海盗斗争的时候,卫星探测照片不能及时传回来,还要等卫星飞到中国上空再下传再处理才能应用,这个船已经走了,不能及时。我们的遥感、导航、通讯,有两千多亿的产值,它的问题在哪儿?系统孤立、信息分离、服务滞后,要做到实时的快准灵的服务,这个大数据大众才能用得起来,解放军战斗才有力量,解决问题才能实时,这就是我们想到的问题,问题摆在这。所以我们提出来要改变通信、导航、遥感这三个系统分离的状态,系统孤立、信息分离、服务滞后的状态,通过我们的自主创新研究,解决一星多用,多星组网,天地互联,多网融合就让系统连通,通过统一时空基准、关联表征,数据挖掘,知识发现,就能实现时空迅速的融合;又通过星地协同,组网传输,智能处理,实现按需服务,让服务畅通。

  我们正在建议国家做一件事,做一个天基信息实时服务系统,我总结成叫PNTRC,美国人正在建PNT,即定位导航授时,加遥感就是R,加通信就是C,中国人不走美国的后路,我们走一条新路,做PNTRC五位一体的服务。

  这样有什么好处呢?就可以推动航天的发展,往哪儿发展?原来是专业服务的,升到军民深度融合的大众应用;原来是靠政府掏钱,现在变成政府扶持下的市场化和国际化可以创造万亿的产值,现在是两千亿,要上到一万亿、两万亿,必须根据72亿老百姓的需要来做服务,来开拓市场,政府各个部门机关的需要只由政府买单,那是个事业不是真正的产业。

  这就是我们现在正在国内推动的一件事情,我们有了前面的基础,前面的高分460个亿,北斗到2020年35颗卫星500个亿,这就是一千个亿,下面再用一千亿做这个系统,这个系统目前全世界没有,我们应当努力工作。

  这样就想到了脑认知,什么叫脑认知?感知、认知和行动,我过来看到徐文,我先感知,眼睛看他,徐文瘦了一点,然后跟他握手,这就是人大脑的本事。现在我们的卫星只有一个眼睛,记录数据、传送数据,所以要让它升华,对地观测卫星可以上升到对地观测脑,智慧城市管理中心可以形成智慧城市的运营脑,我们的手机也也可以上升为一个我的个人智能助理,是一个智能的脑,它能够记录、分析手机大数据,分析我的行为学、心理学。随着室内外1米精度的导航定位能力,这个手机智能是可以开发的。这样一来就回答了几年前克强总理讲的“在服务到手机的情况下,天基信息实时网服务就加到互联网上去了”,马云把支付宝放在互联网上他就发财了,我们做航天的人如果把空间信息服务加到互联网上去为大众服务的话,那我们的产值就万亿了,这就是我今天讲的重点。

  下面展开一下,给大家看一个智慧城市的脑,华为跟武大吉奥公司做的武汉市的智慧城市。如果把时空大数据跟城市的传感网、云平台结合在一起,这个城市的运营指挥就让我们的市长轻松了,城市活动的人流、车流和物流与各个有关部门都串联起来了,就有很好的运营、管理和为市民服务的智能系统,这就有大脑的功能,可以把它叫做智慧城市运营脑。

  再回到卫星上来,对地观测脑的概念是什么呢?如果把对地观测脑跟人脑对比,人脑有视觉、听觉功能,有基于联想分析功能,我们可以用这个方法来实现,在对地观测卫星上装一个听觉,就是跟卫星之间通讯就有了视觉,卫星上装一个高性能的计算机,就是这张图,当我们把通信导航卫星连通网以后,再加上高强的计算单元以后,就有视觉、听觉,如果再把地面的必要信息送到上面去,存到卫星上那就有记忆功能,就可以在天上实时地在轨做目标发现、变化检测,实时传送,这个卫星就聪明了,这就是我们的一个思想。通过天上卫星,对地观测卫星、通信卫星和导航卫星,实现各类资源的集成,来获取大家最关心的最有用的数据和信息从感知上升到认知,来服务于用户的决策,实现智能化实时的系统,这是我们做的事情,就要解决PNTRC五为一体的服务。

  做成这件事,有七个难点需要解决,第一个是低轨卫星增强高轨导航定位卫星。如果把中国的北斗走向全世界,在海外做地面增强站是困难的,在中国可以做,海外不好做,能不能把增强的问题放到低轨的通信和遥感卫星上,让它们来增强高轨的导航卫星,这是我们要解决的,已经拿了国家400万的科研经费,正在攻关,理论上已经估算出来了,可以达到5个厘米,明年就要做实验,实验星基导航增强技术,希望能提高5-10厘米,我们中国的北斗才能真正走向全世界。

  第二个难题,网络通信,要把卫星通信网与现有互联网做成空天地一体化网,这个国家已经立了一个700个亿新的国家专项,由吴曼青院士在牵头。这一次国家聪明了一点,给了30%的钱,210个亿,其它的70%市场上去找,我听吴院士说了,他想用210亿先把空天互联网的军网做出,如果做的好民间资本一定会进来,就做民军民融合天地互联网,大概是这样一个路子。

  第三个问题是我今天要讲的,在轨成像、在轨数据处理,武汉大学责无旁贷,我们与相应单位做遥感的人要研究在轨处理,所以我拉我的一帮徒弟努力做在轨的智能处理,包括云检测、目标检测和变化检测。要实时,漏检率要等于零,这是我们正在做的。

  第四个天基信息智能终端,能不能让手机收到天上的卫星信号,清华大学已经做了一个智能通信卫星和手机的外壳,费用不超过一千块钱,就可以让手机打卫星电话,接受卫星的数据,这个是陆建华带着团队做的,现在就是要争取手机有直接接收卫星图像和视频的能力。在2015年他当院士了,在这方面有成就。

  第五个,资源调度与网络安全。天上的卫星动来动去,地面上有上千个上万个人要服务怎么办,智能调度,就像滴滴打车的调度一样,地面调度,我请了北航的党委书记,他做了十五年,他是智能调度中国飞机的人,中国几千架飞机调度是他的软件在管的,我就请他来做。

  第六个,天基一体化的非线性地球参考时空框架构建技术,请武大李建成院士牵头攻关。

  第七个是新型载荷的卫星平台设计与研制,我请了航天科技的专家,把现在的卫星上升为智能卫星,上升为3D打印的以载荷为中心的卫星,以软件控制的卫星,这个也是要解决的。

  这七个问题需要解决。对地观测脑需要解决的问题是什么呢?解决这样一个问题,天上的卫星装完以后,地星系统、云计算完成这样几个问题,能不能多源传感器高质量实时成像,第二个实时目标提取和几何定位,把卫星探测到的目标参数和信息用通信网传出去,达到米级高精度,一分钟内送给用户,这个已经试验成功了,没有问题。第三个数据智能压缩,我们也做出结果了,能把视频数据压缩500倍以上,用100Kbps速率传下来,峰值信噪比都是45不变。还有一个目标检测和变化检测、预测,这些也都有很好的基础,我们在地面上做无人机的变化检测,从数据几何校正到变化检测总时间25秒就能送给用户。对地观测脑就要解决星地数据协同式分布的处理,要解决智慧处理问题,要有感知、认知,要学习利用人的记忆功能让它快而准。

  下面讲一讲有哪些成熟技术来支持做这件事情,第一,自动影像相关,这个技术在武汉大学做的非常成熟,全国的ZY3影像多少景呢?8800景乘上3,两万四千景的图像,40个TB的数据,用一个软件自动化的不需要任何一个地面控制点,把中国的1:5万的正射影像地图和DSM做出来了,我们请多个检测部门检测了一下,这是检测的结果。德国检测平面三米几,高程两米七,德国人用的最好,中亚差一点,四米多,东南亚三米多,日本也是三米多,在中国检测了8000多点、3000多幅正射影像,平面和高程精度是三米五和四米,这就是很好的证明了,我们有全自动化的影像匹配和自动空三的基础,通过自动粗差检测,可以不用人工干预出来这样的结果。无人机也可以做,1-3厘米的多倾斜照片飞下来自动的成像建模,这是武汉大学的行政楼三维模型。

  立得公司有室内的自动采集系统,上面有一组照相机和激光雷达,采集完了以后回来用SLAM算法,可以把房屋内部的三维建模做出来。对于智慧超市的话每天晚上可以在布设货架后自动扫描一次,第二天用户用手机APP扫一下图标就可以找到你要买的东西,哪儿今天有大拍卖,你可以赶到那个位置去,这讲的是大众化消费的技术,全是自动影像相关。第二个技术自动影像搜索,卫星影像数据那么大,能不能不靠人把目标自动找出来,在网上自动化搜索。通过大数据,云计算、深度学习与理解这些技术,我们武汉大学的老师与博士做下来了,叫基于深度学习的自动影像搜索,对于50种目标可以自动搜索,多大的数据库呢?一千万个瓦片的影像库。下面可以演示一下,请找一下北京的飞机,找出来了,再换一个,你可以用文字也可以用语音输入,这是武汉的码头,从图像上一个一个的都找出来了。这是50多种目标,都可以找得出来。这是北京的道路交叉,密集交叉,你的数据库装了这个软件就能直接服务了,不要去买数据了,附近找一个网球场就能打球,这就是手机需要这种智能。第三个技术是自动变化检测,全自动做到了什么样的水平,无人机起飞以后拍的照片,照片传回来,电脑里装的已有的4D产品,影像图、地图,一秒钟做好自动影像纠正,一拼就可以做变化检测,15秒就做完了,传给灾害应急的指挥中心,二十几秒钟,已经在国家减灾中心使用,也在国防使用了。

  另一个技术是智能编码,是胡瑞敏教授做的,把7兆的带宽传视频压缩成106K传卫星视频,这就是我们实现对地观测脑的一些技术基础。我们做了一个真实的上天的实验,对海洋目标做一个自动检测,海洋卫星中国有5个,350多公里宽,1000多公里长,5米的分辨率,光传一轨数据就好几分钟,我们将卫星做了改造,装了高性能计算单元和软件,干什么呢?能做目标成像、能做几何校正、目标发现,漏检率为零,误检率10%,可以多怀疑一点,把大数据中间的小数据在天上检出来,通过天上通信卫星传回来,实现速度一分钟完成,这就是遥感给用户服务需要快准灵,去年已经在天上做了成功的经验。

  下面集中力量做一星多用、多星组网、多网融合的对地观测脑,让它的时间分辨率15分钟,让它的空间分辨率1.5米,让它的导航精度达到米级、亚米级,让它的通信能力全球覆盖,能打电话,传视频,传图像。这就是我今天给大家介绍的我们武汉大学与清华、北航、航天科技集团的协同创新团队,国家给了我们多少钱呢,每年给了我们三千万。此外,基金委立了一个项目,两个亿研究空天信息网络,动员武汉大学、清华大学、北航、哈工大,更多研究单位还有科学院在一起做这个事情。

  总结今天的报告,我的结论是三条,无所不在的遥感大数据,需要我们做一个天地一体化的信息网络来管理它,来操作它、调动它为人们服务。

  第二个面对“数据海量、信息缺失、知识难求”的问题我们不能等待,要靠云计算和人工智能实现星地协同的对地观测脑智能处理。

  第三条,如果把对地观测卫星上升到对地观测脑的水平,需要实现人工智能、脑认知与对地观测技术在大数据时代的融合、集成,这是必然的发展。在座的年轻人很多,开动你们的大脑包括你的聪明才智来做这样一件事情,PNTRC的空天信息实时智能服务,我们一定要加油,因为全世界现在还没有!

参与评论

【登录后才能评论哦!点击

  • {{item.username}}

    {{item.content}}

    {{item.created_at}}
    {{item.support}}
    回复{{item.replynum}}
    {{child.username}} 回复 {{child.to_username}}:{{child.content}}

更多精选文章推荐

泰伯APP
感受不一样的阅读体验
立即打开