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      李德仁院士專訪

      2019-08-15 00:43:58
      遙感信息 2019年4期
      關鍵詞:測繪衛(wèi)星傳感器

      《遙感信息》:今天很高興采訪到了國際著名攝影測量與遙感學家、中國科學院院士、中國工程院院士、國際歐亞科學院院士、武漢大學教授李德仁,眾所周知,李院士還是一位戰(zhàn)略型的科學家。請問李院士:目前國家正處于技術變革時期,很快也進入“十四五”,請您談談我們測繪地理信息領域未來應該關注哪些研究方向?在國家層面上,有哪些國際科學計劃和國家重大戰(zhàn)略?

      李德仁:黨的十九大報告清晰擘畫了全面建成社會主義現(xiàn)代化強國的時間表、路線圖。從二○二○年到二○三五年,在全面建成小康社會的基礎上,再奮斗十五年,基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化。從二○三五年到本世紀中葉,在基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎上,再奮斗十五年,把我國建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國。我們測繪、遙感、地理信息也要朝著強國這個目標去努力。

      首先,我們應當做好空間基礎設施建設。北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜同步衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星組成。北斗三代在面向全球服務時,要不斷完善地基增強和空基增強系統(tǒng),充分利用星間鏈路和星間通信特點,提高系統(tǒng)的實時精度。根據(jù)珞珈一號的實驗結果和全世界的發(fā)展趨勢,低軌通信遙感衛(wèi)星將更多地與導航衛(wèi)星地面增強系統(tǒng)集合,通過衛(wèi)星星間測距和星間通信實現(xiàn)新一代全球?qū)崟r高精度導航定位系統(tǒng)。

      其次,要做好國家信息基礎設施的建設。中國規(guī)劃了約80顆遙感衛(wèi)星,作為當前到2030年的基礎設施建設內(nèi)容。這80顆星的基礎設施的計劃要推進,要圍繞滿足國內(nèi)各種需求,如多分辨率,我們既需要高分辨率的遙感數(shù)據(jù),如亞米級,比如0.5 m或0.3 m的光學和雷達遙感數(shù)據(jù),還需要中低分辨率的遙感數(shù)據(jù)。另外,我們還需要針對特殊任務需求的遙感數(shù)據(jù),如遇災害應急,需要構建災害應急的一系列衛(wèi)星星座,比如說我們可能要研究雷達的干涉、差分干涉、時序技術和層析SAR。我們需要多波段SAR衛(wèi)星來解決不同應用目的的需求,如X波段的SAR遙感數(shù)據(jù)獲取高程的精度相對較高;還可以聯(lián)合C波段的SAR及長波L波段的SAR, 來解決全國形變一張圖的問題,L波段更適合于植被比較茂盛的區(qū)域,解決失相干問題,最終能夠?qū)崿F(xiàn)全國形變的實時跟蹤、實時預測。這80顆星的基礎設施,可能還需考慮增加3個夜光遙感的,用來對全球的社會經(jīng)濟發(fā)展做研究的100 m分辨率的衛(wèi)星。

      以上講的基礎設施是面向航天的,如果再加上平流層的飛艇、有人機、無人機、地面移動測量系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)、手機等大眾化測量手段,就可以形成天、空、地、海一體化測量系統(tǒng)。這樣,就能構建真正意義上的真三維實景影像,能生產(chǎn)從LOD(Levels of Detail,細節(jié)層次模型)零級到六級的各類精細程度的測繪產(chǎn)品,來滿足國家自然資源調(diào)查、監(jiān)管、土地、環(huán)境、生態(tài)和人居以及國防的需要。

      在國家重大戰(zhàn)略方面,為深入貫徹落實科學發(fā)展觀和科技創(chuàng)新大會精神,促進科技與經(jīng)濟社會緊密結合,科技部于“十一五”啟動了“羲和計劃”,旨在構建中國協(xié)同實時精密定位導航系統(tǒng)及其服務標準體系,推進地區(qū)及行業(yè)導航與位置服務的應用與發(fā)展。羲和系統(tǒng)是北斗系統(tǒng)應用的精細化和延伸,它解決的是北斗導航信號全方位服務到個人移動終端的“最后一公里”問題。按照“羲和計劃”的要求,要解決從室外到室內(nèi)、從地上到地下無縫的優(yōu)于1 m精度的導航定位系統(tǒng)。這就要把北斗跟影像傳感器結合,因為影像也是可以導航的。影像傳感器、聲光電場、慣導、各種傳感器集成在一起就能夠解決。導航的目標,就是要實現(xiàn)以北斗站為中心的、改進型的可以和室內(nèi)導航系統(tǒng)結合的、新的全方位的無縫導航定位系統(tǒng)。此外,還要研究非合作目標下的室內(nèi)導航定位系統(tǒng)。這些技術都跟我們測繪地理信息領域息息相關??偟貋碚f,導航定位室內(nèi)外一體化、高精度、實時、合作目標/非合作目標的導航技術定位都亟需解決。

      至于國際科學計劃,我認為就是因為要落實習近平總書記提出的“一帶一路”建設,要解決以下幾個問題:一是利用中國衛(wèi)星資源做全球無控制點的1∶5萬高精度測圖,等高分七號衛(wèi)星發(fā)射后,我們可能要解決全球無控制1∶1萬高精度測圖,來滿足我們國家“一帶一路”建設、中國走向全球的需要,也能支援其他國家的發(fā)展。目前,這方面已經(jīng)有一些進展。二是要把我們國家的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)做成一些標準產(chǎn)品,比如,我們通過高分一號和六號可以做成全球土地覆蓋產(chǎn)品,按月生產(chǎn)標準的土地覆蓋圖,可提供給科研人員做全球變化研究。為此,我們可首先制作好中國的標準土地覆蓋圖后,然后在對地觀測組織(Group on Earth Observation,GEO)框架下再做全球的標準土地覆蓋圖。全球的土地覆蓋圖我們以提供數(shù)據(jù)、正射影像、粗分類為主,細分類由各國自己來做。然后我們可以通過GEO這樣的合作組織推薦給其他國家使用。這些科學計劃既落實了習主席講的2030年聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(Sustainable Development Goals,SDG),也符合習主席講的構建人類命運共同體。

      《遙感信息》:5G正在逐步走入千家萬戶,改變?nèi)嗣竦纳罘绞剑J為5G給測繪地理信息產(chǎn)業(yè)帶來了哪些機會?

      李德仁:大家都認為第五代移動通信技術(5G)是萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的時代,5G會比4G的速度快10倍以上,大概可以達到40 Mb/秒、100 Mb/秒,根據(jù)需要甚至可以達到2 Gb/秒的波特率。萬物互聯(lián),就是所謂的數(shù)字孿生。

      什么叫做萬物互聯(lián)呢?我們可以把一個靜態(tài)的地球數(shù)字化,放在網(wǎng)絡空間。但是它不能反映現(xiàn)實地球中人的活動、汽車的運動、商品的運動,反映所有物體的產(chǎn)生、傳輸、生產(chǎn)和消耗。有了萬物互聯(lián),就可以通過傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)解決,讓所有在現(xiàn)實城市的人、車、物、商品,都能在網(wǎng)上有一個實時的反映。而這個反映,就是現(xiàn)實世界的孿生,稱為數(shù)字孿生。把信息高速公路,加上空間數(shù)據(jù)基礎設施,融合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術,我們稱這個為基于數(shù)字孿生的新型智慧地球、智慧城市。

      隨著5G時代的到來,人們的教育、娛樂、消費、活動,都有一個實時的、網(wǎng)絡空間的、智慧的大腦來支持、調(diào)度、指揮和控制。5G給我們的生活帶來了變化,包括人們的生活、生產(chǎn)、智慧制造等。智慧制造就是我們可以知道我買的這個商品訂貨開始,從何時開始,誰用什么原料加工成了滿足用戶個性化需求的高質(zhì)量產(chǎn)品,并用物流送給用戶。比如說我想要吃一塊豬排,我就可以追溯到這塊豬排是哪里加工生產(chǎn)的?哪一頭豬?這頭豬的生長過程中有沒有生過病?這樣我就知道,這塊豬排到我這兒是否健康。將來整個過程是透明的、真實的、可信賴的,物流配送可以保證產(chǎn)品質(zhì)量指日可待。這些都可以靠5G來實現(xiàn)。

      信號的傳輸都需要通過基站來進行,基站的信號覆蓋范圍和傳輸距離都受到各方面的影響。5G基站很短,對速度和頻率要求高,這就要求建更多的基站,人多的地方才能建基站。地球70%面積是水和海洋,30%面積是陸地,而人類活動的地方都不到陸地面積的50%。山、沙漠、森林里面人煙稀少,基本不具備建基站的條件。6G就是通過衛(wèi)星通信網(wǎng)來解決全球無遺漏的全覆蓋、高通量、高質(zhì)量的通信。5G走遍千家萬戶,但不能走遍世界各個角落。5G+6G就可以讓高速的通信能力走遍千家萬戶、走遍全世界,遍布全世界。所以,我認為現(xiàn)在嚴格來講應該是5G+6G時代,就是地域網(wǎng)和天網(wǎng)的集成,才能實現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)。在這個過程中,人工智能可以發(fā)揮巨大的作用。由于它的數(shù)據(jù)通訊量很大、延時很小,這種價值就可以得以體現(xiàn),老百姓關心的智慧養(yǎng)老、智慧家居、智慧小區(qū)、智慧交通、智能駕駛,都應當在5G+6G時代去實現(xiàn)。5G+6G看上去是一個通信的革命,但它會帶來整個智能化社會,把我們的現(xiàn)實世界在網(wǎng)絡世界映射。

      到了那個時代,我們的測繪地理信息產(chǎn)業(yè)將會是專業(yè)測繪加眾包測繪。每一個人的活動、每一個手機的位置、每一個汽車記錄的位置都是我們的測量數(shù)據(jù)。未來的智能化汽車上可以裝有光學傳感器、激光雷達傳感器、北斗加慣導傳感器、EI 傳感器、姿態(tài)傳感器。通過手機可以監(jiān)測到一個人的活動,如果手機精度優(yōu)于1 m,就能通過傳感器知道人的心理學、生理學、行為學,做智能推演,使人們更健康、愉快地生活、學習和工作。

      《遙感信息》:李院士及其團隊科研成果眾多,而且真正地能將理論成果轉(zhuǎn)化為國家需要的產(chǎn)品,與社會服務結合得非常緊密。請將您的經(jīng)驗給大家分享一下。

      李德仁:任何一個行業(yè)、任何一個專業(yè),它的研究都要滿足國家的需要。如果是基礎科學,它要走在學科的前沿,要探索未知、要有發(fā)現(xiàn)、要有發(fā)明、要有原始的創(chuàng)新。但是,歸根到底,所有的自主創(chuàng)新,無論是直接的還是間接的,最終都要拿來為人類的文明、人類的進步服務。這是科學研究的基本原則。

      依托于我們武漢大學有一個測繪遙感信息工程國家重點實驗室,我們的團隊做的是應用科學,測繪遙感地理信息或者叫空天信息是一門應用科學。應用科學,它更應當滿足國家的需要。同時,還要走在學科的前沿。我們要從跟蹤走向引領。我們現(xiàn)在做的低軌增強高軌的衛(wèi)星是世界上第一個做的,這就屬于引領。我們做的世界上第一臺高光譜激光雷達,就是把幾何的激光雷達、幾何信息跟高光譜遙感的信息集成在一個儀器上。近幾年我國提出的通導遙一體化,世界上也沒有,也要引領。我們做了一些工作,出了一些成績,但是還不夠,距離國家的需要實現(xiàn)空天信息快、準、靈的服務還有差距。習近平主席要求要引領發(fā)展、自主創(chuàng)新,我國科技要實現(xiàn)從跟跑并跑向并跑領跑的轉(zhuǎn)變。所以,我們要不忘初心,牢記使命,矢志創(chuàng)新,理論成果一定要轉(zhuǎn)化為國家和人民需要的產(chǎn)品。

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