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時空信息服務:你在哪里在干什么,數據都知道

2017-09-25

你在哪里、在干什么,數據都知道

——三院士縱論人工智能時代時空信息服務的顛覆性創新與挑戰

  編者按

  在日常生活中,人們總愛問“什么時間”“你在哪里”“在干什么”這三個問題。人類社會90%以上的活動信息都與時間、空間相關。現在,時空信息服務已經深入到人類生產生活的各個領域,跟用水用電一樣不可或缺。從2017中國地理信息產業大會上獲悉,隨著我國北斗衛星系統建設的推進,中國掌握了自主、獨立、可控的衛星導航技術,時空信息服務能力大大提升,共享單車、無人駕駛等新業態獲得了技術支撐。那么,在人工智能時代,時空信息服務領域還會發生哪些顛覆性創新、給人們帶來哪些驚喜?本期《科學》版特邀中國工程院院士劉經南,中國科學院院士、中國工程院院士李德仁,中國工程院院士郭仁忠詳細解讀。

  劉經南(中國工程院院士):

  從時空信息到大數據服務

  人工智能給各行業帶來的巨大挑戰與機遇是空前的,將引起未來至少五十年的產業變革。地理信息行業的創新發展必須轉變思維方式,樹立物聯網思維、大數據思維、時空觀思維,通過跨界融合,服務社會,爭取智能化時代的主動權,實現綠色、智能的整體轉型。

時空信息服務:你在哪里在干什么,數據都知道

駛向未來的人工智能巴士。光明圖片/視覺中國

  地理信息行業作為海量時空數據的生產者,從數據采集到數據在各行各業中的應用可能都會在智能化時代中由機器完成。比如,隨著智能傳感器設備和測量設備精度的智能性、實時性、可靠性越來越高,之前需要由人跋山涉水甚至冒著生命危險完成的工作將由智能設備和機器人來完成。這意味著地理信息行業的某些數據采集工作者將可能被機器人所替代。

  那么,這就意味著地理信息行業將要走向衰敗嗎?答案是:不會!

  隨著科學進步,人類對時空服務的需求正在從事后走向實時和瞬間、從靜態走向動態和高速、從粗略走向精準和完備、從陸地走向海洋和天空、從區域走向全球、從地球走向深空和宇宙。地理信息的存在性需求,決定了它在智能化時代中不會消失,但必須完成從信息化到智能化的轉型。

  人類對位置服務質量要求越來越高,地理信息行業必須提高服務質量,包括對環境、人體健康、人身安全、時空動態等多方面都要更加精確地監測,滿足“互聯網+”和智能化時代下日新月異的個性化、智能化、實時化、精準化的服務需求。

  從這個意義上講,地理信息行業不會在智能革命浪潮的沖擊下逐步衰退。中國地理信息行業在整個智能革命浪潮中的優勢,一是世界最大的位置服務需求市場以及體量巨大的時空位置信息,可以為智能化提供豐富的數據資源;二是地理信息行業擁有時空位置基準的法律解釋權,時空位置數據精確性、特征性、復雜性標準的制定權。

時空信息服務:你在哪里在干什么,數據都知道

  與人工智能機器人合影。光明圖片/視覺中國

  如何幫助行業轉型?如何滿足“互聯網+”時代下不同的服務需求?如何通過人工智能最大化挖掘大數據潛在價值?智能化時代,地理信息行業要利用自身優勢,抓住信息時代對時間和空間位置服務越來越高的需求,實現跨界融合。比如,可以利用時空數據云,建立“地理信息大腦”,這個“大腦”需具備感知能力、記憶和思維能力、學習能力、自適應能力、行為決策能力,并通過智慧化,完成預測能力。

  如何對海量大數據進行充分挖掘和理解,把不同類別、不同精度、不同維度的時空大數據統一到數據服務的標準體系中,是智能化時代的一大挑戰。此外,可以將人工智能知識轉化為商業應用價值的人才也同樣緊缺,亟待培養。智能化時代給地理信息行業所帶來的思維變化和自主決策的影響,是對行業和個人最大的挑戰。

  李德仁(中國科學院院士、中國工程院院士):

  對地觀測腦、智慧城市腦、智能手機腦的構想

  現在,中國的空間數據很多。天上有衛星,空中有無人機,地上有智能化駕駛汽車,還有視頻攝像頭和各種傳感器,加上人們的手機、智能手表等,每時每刻都產生數以億計的數據。通過技術創新,中國的衛星導航技術正在走向大眾化、智能化,各地都在進行時空信息大數據與時空信息云平臺建設。

  這是現在空間大數據的狀態,但是目前我國的遙感、導航、通信系統孤立、信息分離,時空服務相對滯后,所以我們要改進。現在要把孤立的系統通過“多網”融合起來??占浯笫菀竦煤?,就要靠人工智能激活。

時空信息服務:你在哪里在干什么,數據都知道

  在手機端實現的增強現實技術。光明圖片/視覺中國

  人工智能涉及腦科學,人工智能的起源是腦科學的一種進步,全世界都在競相研究,美國、歐洲等都已經啟動腦科學計劃。近年來,我國也非常重視腦認知科學的發展建設,提出到2030年人工智能的理論、技術應用總體達到世界領先水平。

  感知認識和行動,這是人類大腦的一個基本功能,計算機沒有這個功能。但如果把人的感知、認知和行動融合在一起,利用空間大數據跟人工智能結合,可以形成很多“智慧腦”。筆者構想了三個“智慧腦”,比如:

  第一,“對地觀測腦”:對地觀測腦與人腦類比,人腦有視覺、聽覺等功能,通過視覺、聽覺等功能獲得信息,對地觀測腦是將天上的衛星數據傳到地面上去,通過大數據和云計算滿足人們的要求。這個腦是一個腦認知、感知自動化的認定系統,通過天上衛星的遙感通信來完成數據的認知和處理。

  對地觀測腦需要解決的關鍵問題,是按需提供服務。要突破主要關鍵技術比如星基導航增強技術、天地一體化網絡通信技術、多源成像數據在軌處理技術、天基信息智能終端服務技術、天基資源調度與網絡安全、一體化的非線性地球參考框架構建技術、基于載荷的衛星平臺設計與研制技術等。

  第二,要把智慧城市的運營中心做成“智慧城市腦”。智慧城市有傳感網、有云計算,是實時感覺人的互動、車的互動的智慧城市“云腦”,用大數據來提高城市的運營管理水平,搞大數據增值服務,就可以為各行各業實時服務??梢雜玫乩硇畔⑾低持С?,這個地理信息系統是實時數據進行分析感受,要洞察數據的管理,在云上來實現智慧城市,這樣的管理又可以提升智慧城市的水平,要把智慧城市的運營中心做成智慧城市的大腦。

  第三,要有大量的傳感器,讓手機成為一個幫助主人的“智能手機腦”。智能手機的進化過程,可以通過手機里的數據推測人類行為,它能夠了解主人的行為、心理,提醒人們該做什么不該做什么。手機利用大數據系統進行推理,就知道主人是在散步、還是在家里上網,通過數據分析推理,在手機里面得到一個結論,比如主人在雪地里倒了5分鐘,就可以自動撥打110,或通知他的家人來救他,這樣的手機才是真正的智能手機。

  人工智能在地理信息行業的應用還有很多。比如,自動變化檢測、無人機高分數據實時處理。傳感器的創新要向人工智能、腦智能方向發展,類似對地觀測腦、智慧城市腦和智能手機腦,只有抓住這些前沿,才能讓地理信息行業成為全人類需要的大產業。時空地理信息過去是靜態的,如今必須走向時空地理信息的智能化新階段。

  郭仁忠(中國工程院院士):

  大數據會讓城市管理更智能

  大數據時代和人工智能時代的到來,讓人們對地理信息行業很期待。

  目前,不僅有移動互聯網上傳的數據,還有航天遙感的數據。當數據量很大的時候,會發現數據的價值沒有跟數據量呈正向相關的關系,這就讓人們思考,數據怎樣產生價值?時空信息,如果利用大數據,朝人工智能方向發展,會有很大的應用空間。很多新興行業需要時空信息來做支撐,比如共享單車。我國地理信息產業還處于“農耕時代”。如果數據鏈再延伸一些,數據的附加值可能就會增加很多。比如,現在很多地方在建立智慧城市,需要大量地理信息數據做支撐。從這個角度講,時空信息服務不僅要滿足于提供非常漂亮的、非常精準的傳統數據,還要提供更符合終端,滿足用戶需要的數據。

  比如,全國都做了地理信息普查,花了很多人力物力,不僅能夠提供影像記錄,還能夠提供很多增值服務,但這種增值服務與傳統地理信息從業人員擁有的專業技術不一樣,業務和產品都要跨界,才有更大的價值,不能滿足于提供原始數據和產品??緗綣討?,大數據要發揮重要作用,需要結合人工智能,找到更好的服務路徑。

  時空數據信息在智慧城市里有什么用?比如說,把深圳的居住人口和就業人口做分布分析。一個人有兩個最常出現的地點——家庭地址和工作場所。早晨他從家里到單位,晚上從單位到家里,他都要經過相關的交通路網,這樣,就能通過大數據的手段,知道不同路網的交通流量、交通壓力,從而對這個交通路網做公交路線優化、道路規劃優化等,大數據會讓城市管理更智能。

  現在,很多地理信息數據還存在相關部門的數據庫里,需要把它們變成“云”,實現社會化的共享、社會化的服務。在變成“云”的同時,既要能夠做到動態更新、全面感知,而且要能夠快速地接入互聯網,方便使用;同時還要能深度融合,把地理信息跟城市的其他信息融合起來,形成一個社會化的城市信息,然后在這個基礎上進行相關的深度挖掘與應用,推動城市管理邁向智能化。

  《光明日報》( 2017年09月21日 13版)