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洪阳:人工智能物联网挖掘助推卫星大数据产业应用

通过人工智能能够把卫星大数据在产业的应用上进一步的往前推进

  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,清华大学遥感大数据研究中心主任、国家专家洪阳做了特邀演讲,以下为演讲实录。(内容未经本人审核):

  卫星大数据提供大量、海量的数据,就像我们眼睛、耳朵一样,看到、听到除了人眼和声波之外的信息,可以听到宇宙的奥秘、信息和数据。

  物联网就像互联网一样,是互联网的未来,就像我们人体所有神经传输的通道一样,能够把我们的肌肉、信息还有五官跟神经中枢大脑连接起来,这个大脑就是人工智能。怎样通过物联网,通过人工智能能够把卫星大数据在产业的应用上进一步的往前推进。

  人工智能的发展大家都很清楚,从二战以后得到了快速的发展,当然也经历了好几个不同的发展期,人工智能真正让全世界70亿人口家喻户晓还是最近两年,尤其是三代Google都是家喻户晓,第一代4:1打败了韩国的棋手,其中在第三局3:0之后打了3:1,Google第一代输给人类,韩国的棋手特别的高兴、放松,我终于赢了一局可以回去睡觉了,但是Google一代没有休息,它回去重新又下了几千万盘棋,重新来学习,已经成为了另外一个Google。

  第二天第五盘的时候李世石还是昨天的李世石,但是Google已经不是昨天的Google。第二个时间点,Google第二代在今年年初网上有一个神秘的棋手叫马斯特,谁都不知道它是什么,但是下棋特别厉害,专门挑战世界顶级高手九段以上的,总共打了61场,60胜,0负,1平,它告诉世界我是Google二代,最近的事情大家都很清楚了,2017年5月份AlphaGo这次毫不留情,没有给人类留下任何一点悬念,3:0击败人类。大家好像都觉得世界末日来临了,以后人类里面最复杂、最有挑战性的、变化最多的以前是国际象棋,IBM的深蓝把他打败了,Google的AlphaGo把最难的围棋给打败了。

  但是我想说的是打败人类最高智慧的、最复杂的头脑游戏的人工智能,是处于人工智能发展的第一阶段,叫弱人工智能阶段,还是在学习、不断的模仿互相的提升,这是现在。未来强人工职能已经到人类级别的人工智能,已经超越目前AlphaGo的状态,还有超人工智能,再过二十年、三十年。

  对人工智能现在分为三派,一派是乐观派,认为人工智能不就是计算吗,算法吗,就是学习我们,再怎么着也超不过我们,就是我们的助手、工具,给我们扫扫地、当保姆。还有一类是悲观派,再过五十年我们人类会出现一个阶层,我们有无产阶级、有资产阶级、有工人阶级,以后会出现一个无用阶级,人类就没用了,基本上所有的行业都可以让人工智能来做了。更悲观的一种态度是,我们人类会成为未来强人工智能的陆地,地球会再次进入陆地社会。还有一派叫中间派,我是属于中间派。

  刚才李院士提到空间数据、卫星等等,遥感是天然的大数据,目前全球的大卫星,小卫星就不算了,小卫星这么大的全球有几千上万颗,全球500公斤以上的超过1000多个,全球卫星数据存档量达到ZB级,已经是天然的大数据,再加上其它的。昨天听到局长他说从5个V到5个0,我也是非常赞同的。

  我个人相对李院士来说是非常年轻的,我是1999年离开北京到美国攻读博士学位,当时做的第一个博士项目是宇航局的星基雷达,很多雷达技术都是放在地上、车上,气象雷达、激光雷达都是在地面,但是我们的项目是要把地上的雷达放到天上去,通过星基这个轨道反过来对地球进行观测。我们都知道雷达属于主动微波,它的优势跟可见光跟红外是不能相比的,我们的任务就是把星基雷达放在天上。

  那个时候还没有大数据的说法,因为它是2012年才开始提出来,当时全球有9颗卫星,每15分钟给我们一张全球的图片,是公里级别的,每天有很多TB数量级的big data,而且是实时的下来,数据的格式是不一样的,有不同的通告、不同的格式,有一些是视频,有一些是图像,当时我们没有意识到什么叫big data。正是因为这样的一个big data,当时我们用传统的反眼方法、统计方法已经没有办法进行处理了,所以我当时不得不求助于人工智能,不得不去电子工程系辅修了遥感和人工智能学科,才帮助我把这个项目做完,才帮助我把博士念完,我也感谢九十年代末期人工智能当时还是比较冷的时候,big data还没有谈到这个概念的时候,我们就在面对这些挑战做一些超前的工作。我建议年轻的学生要选一个未来十年、二十年有长远生命力的学科挑战自己,这样才能为祖国、为自己、为社会健康工作五十年,而且还有用,这是我个人的体会。

  刚才提到对地观测脑还有很多,我们有九颗卫星,九颗卫星接轨卫星都是微波 的,有不同的时间和传感器,怎么联合繁衍信息,而且卫星与卫星之间要说话,而且要联合繁衍,当时做了卫颗星形成星座,在轨道上面就能够实现数据、信息互相轨道偏移自动的调整,在原始数据还没有传下来之前,它已经把数据从LOW1-3整个整合起来,传下来实时的已经是最后可以为社会和用户所用的产品,这就是我们当时开发的九颗卫星的工作。

  后来我慢慢就回来了,回来之后在清华建立了物联网遥感大数据研究中心,这个中心做的事情很简单,我们第一做天空地海的遥感信息采集,包括刚才李院士讲了很多的手段和方法;然后是万物相连的物联网,然后是开放人工智能大数据服务平台,就做这三件事情。这是我们的眼睛、耳朵、五官,这是我们的神经网络、肌肉群、骨骼联系起来,这个是我们的大脑,做决策和挖掘。

  提到物联网大家都很清楚,LOT有几个核心的技术,就像每个人需要有一个身份证,需要传感这是跟卫星有关的,另外一个就是网络通信,有4G、5G还有6G,目前4G、5G还没有用到物联网上,因为运营商太贵了。替代的技术就是LPWAN地基站的一些简单核心的技术。这里面是LORA核心的技术,这是我们跟台湾的新竹清华大学一起开发技术和应用。

  物联网是比较复杂的,物联网跟人工智能,跟上面的卫星遥感有很多应用的场景,现在做市场、做商业模式的,可以从这里面创新新的服务模式,找到一些新的商业模式。这里面它的应用场景受限于想象力,希望大家开发产业农业、生活,把应用场景整合起来开放我们的想象力,这里面有很多未来商业的机会。

  简单讲三架马车,卫星大数据、物联网应用、人工智能,回到今天的话题,它们的结合点是怎么样的,下面简单举两个例子,这个是几年前我们的同事包括我几个师弟,在旧金山硅谷开发了一个基于人工智能-物联网-卫星大数据挖掘气象产业应用,卫星最开始是为了看气象看天气,这个是2.0的,用的是新的一套体系技术。

  这里面涉及到一些核心的,比如说清华也做了一些工作,北斗机的双面接受,对地面环境、气象、地上地下、水位高低实时的定位信号采集,再通过物联网联合观测技术、摄像头,再结合行业部门的应用,一些平台最后用人工智能大数据的挖掘应用,同时生成了4-6个专利。

  在气象行业最难的是做预报,卫星是滞后的,能不能做到实时,实时是卫星的目标,最终的行业服务、产业应用光做到实时还不够,要做到预报,世上最难的事情就是预报,不管是算命的还是做模型的,还是做股票的,最难的就是预报,只有预报才能够产生高价值,在座的做遥感不要满足于把图片拿来翻译翻译,解释解释,如果能够把图像、信息,跟产业行业的模型能够整合起来,通过同化、很多手段预报未来,不管是预报环境,还还是预报金融市场,这是最容易产生价值的,也是最需要的。不管是什么行业,做预报肯定是没错的。

  刚才前面提到把十几颗卫星通过新联网的方式,得到了实时的信息流、数据流,给后面的环境、水文、气象、灾害模型,因为要做预报的话,数据最多能够往前推4-6个小时,如果能把过去和现在实时的数据信息加上短的预报,再加上中长期的物理预报,可以把预报往前推进到10个小时,两天、三天甚至中长期,这就需要行业知识,做数据的、卫星的、做人工智能的,一定要跟行业结合起来,比如说做农业,一定要有懂农业类型的技术高手在一起,如果是做气象的话,一定要找懂气象的技术高手一起做,这样才可能往垂直行业里面深耕。

  去年在清华开了一个会,第三届大数据产业峰会,当时有一句话说,任何只谈大数据、只谈人工智能,但从来不谈行业的说法都是流氓,大数据一样、卫星也是一样,任何讲卫星、讲数据,讲互联网、人工智能的人,不讲跟某一个应用场景、行业结合起来,都是落不了地的。

  大数据和人工智能的成熟度和努力的程度,取决于跟行业、跟某一个产业结合的深度,结合的越深就越深就越是垄断这个行业,像人工智能AlphaGo就集合了围棋,如果不结合围棋是没法发展的。这样可以全方位的、全时后的,灾前、实时的动态、灾后、还可以预测等等,主要的一个信息就是,数据一定要+模型,才能做预报,才能对某个行业或者对社会采用,叫三架马车或者做模型,你在整合队伍的时候可以整合一个数据高手,整合一个行业的模型高手,再整合一个做市场的预报高手,就是做产品的,社会市场对我预报的哪个信息、产品感兴趣,如果整合了这三个高手基本上卫星大数据、空间大数据、人工智能、物联网一定能够在某一个行业落地,一定会成为这个行业活得比较好的公司。

  另外是农业上有很多应用,可以用传统的繁衍模型,高光谱、农业遥感,也可以用数据挖掘的形式,这两种方式目前还没有明显的谁比谁绝对的好,目前基本上还是两种加起来既有激励模型,同时也有数据挖掘的方式,这是目前的现状,是因为目前的人工智能像农业遥感领域用的还不深。

  总体来讲,农业物联网遥感大数据有很多的用处,粮食安全、土地资源、短时间的灾害预报有很多的用处,我相信这里面会出几个独角兽的公司,包括美国的一个公司已经占先机了,在美国、南美,去年年底去他们总部访问,接下来要进军亚洲,不是进军中国而是印度。

  另外在城市方面,城市智慧,在座的可能是这方面的专家,我就不讲了,互联网、人工智能、云计算和VR,把VR也加起来是非常好的,去年我看美国看NBA比赛,之前都有很多活动,我就戴了一个VR,跟科比一起打球了,其实是VR做的,在未来城市的娱乐,以后不再出去唱KTV,未来是城市VR的体验馆,五年之后这是现实。

  另外,刚才提到的城市,城市的时空大数据,目前不管是大数据还是遥感、还是物联网,主要还是应用在城市,全球50%多的人口都在城市,80%的GDP除了在城市里面也是需求最多的地方。这里面有很多的机会,城市里面是高价值的地方,任何的变动,不管是灾害、交通还是娱乐,还是企业、医疗、家居、教育、旅游等,有很多都可以。这里面的商业模式和应用场景,新的创新和发现可能受我们想象的限制,再一次呼吁大家开动自己头脑的发动机,可以把这些整合起来,发现一些新的商业模式和应用场景。

  另外是我们团队跟清华经管学院合作,我们想了解国际上尤其是“一带一路”地产业、农业分布怎么样,农业国的主要农作物是什么,第二产业有哪些工业,它的基础设施怎么样,公路上跑的车,体路怎么样。还有就是第三产业的消费,对城市的灯光,晚上的灯光,对城市交通,对一个点交通的流动量,也可以对“一带一路”上很多国家和地方,进行第一产业、第二产业、第三产业数据的吸取,当时叫金融大数据,用人工智能+卫星遥感跟经济金融联系起来,这是我们最近两年做的工作。

  这是目前卫星大数据产业面临的挑战,机会也非常多,人工智能物联网一定是卫星大数据能够进一步挖掘它价值的重要工具和推手,能够更多的在商业模式上,还有业务场景上,这还是受于目前想象力的限制,希望进一步开拓想象力的拓展。我们回来之后,清华也参与了国家很多的卫星,清华有很多的院系,他们做遥感、大数据散布在不同的院系,我回来之后基本上把土木水利、环境、建筑、电子系、计算机系,我们成立了一个跨越式的遥感大数据中心,把这几个研究方向,人工智能、遥感、大数据以及物联网技术,都把它整合起来了,成立了一个跨越式的联合中心。

  我们这个中心做很多免费的学生论坛和培训,比如说举办了图形、图像处理大数据技术专长,我们做了深度学习的案例,举办了全球遥感气象,跟行业灾害模型相结合的培训,空间分析和遥感大数据技术的培训,遥感大数据前沿交叉的论坛,去年举办了海洋大数据论坛等等,这些都是对观众开放的,希望大家关注我们。

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