展望5G/6G時(shí)代的地球空間信息技術(shù)

李德仁

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 2. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079

自1987年我國(guó)引入國(guó)外移動(dòng)通信技術(shù)到2013年工信部宣布向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通頒布4G牌照以來(lái)，我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)歷了從1G、2G到3G、4G的轉(zhuǎn)變，移動(dòng)通信的方式由原始的移動(dòng)電話、短信和語(yǔ)音發(fā)展到了圖片和視頻等多種形式，傳輸速率由1G時(shí)代的2.4 KB/s提升到了4G時(shí)代的100 MB/s[1]。如今，4G已經(jīng)融入人們生活的各方面，給人們的日常工作與生活帶來(lái)了眾多便利，但是，隨著新型移動(dòng)設(shè)備、通信業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)流量的不斷增加，4G已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)的需求[2]。5G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，而且6G技術(shù)也將接踵而至。

5G/6G技術(shù)的快速發(fā)展，信息基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，以及時(shí)空大數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，地球空間信息技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著天基5G/6G的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)一星多用、多星組網(wǎng)、天地多網(wǎng)融合和智能服務(wù)將成為可能。在新的時(shí)代背景下，如何把握機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)空間感知和空間認(rèn)知的智能化，實(shí)現(xiàn)空間信息的實(shí)時(shí)智能服務(wù)，為地球空間信息技術(shù)的發(fā)展尋求新的突破口，是人們研究的重點(diǎn)。本文首先介紹5G/6G時(shí)代的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。然后，介紹新一代移動(dòng)通信背景下地球空間信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即真三維實(shí)景地理信息技術(shù)的形成、地球空間信息處理的智能化與自動(dòng)化、地球空間信息服務(wù)的社會(huì)化和大眾化。最后，分析了在新的時(shí)代背景下建設(shè)我國(guó)空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)的必要性，發(fā)展路線和已具備的技術(shù)儲(chǔ)備，并對(duì)地球空間信息技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 5G/6G時(shí)代的到來(lái)

5G是第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，自從2013年提出5G計(jì)劃以來(lái)，多種業(yè)務(wù)、多個(gè)技術(shù)融合以滿足大連接、高寬帶和低時(shí)延場(chǎng)景下的高速通信成為可能，預(yù)期2020年之后上市[3]。5G下載的速率理論上能夠?qū)崿F(xiàn)20 GB/s，是4G時(shí)代的20倍，如果說(shuō)4G改變生活，5G將改變整個(gè)社會(huì)，如果說(shuō)4G服務(wù)于人，5G將支持萬(wàn)物互聯(lián)。5G有3個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵指標(biāo)，即增強(qiáng)移動(dòng)帶寬、海量機(jī)器類通信和超高可靠、低時(shí)延通信，有了這3個(gè)特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高清視頻、全息視頻或交互現(xiàn)實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)智慧物流、環(huán)境智能監(jiān)管、智慧城市或智能城市的計(jì)算，可以解決自動(dòng)駕駛、機(jī)器人無(wú)人操作、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和智能電網(wǎng)。5G主要的垂直行業(yè)應(yīng)用包括視頻識(shí)別分析、VR/AR業(yè)務(wù)、工業(yè)物聯(lián)、車聯(lián)網(wǎng)和智慧交通，5G與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)相結(jié)合，能夠顛覆一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，升級(jí)變革一些產(chǎn)業(yè)(包括我們地球空間信息產(chǎn)業(yè))，并孵化新應(yīng)用，催生新業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式。

5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是不平衡的，其關(guān)鍵元器件與核心芯片技術(shù)依然薄弱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺少典型的示范應(yīng)用，垂直行業(yè)存在著跨界融合問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商在建網(wǎng)成本和應(yīng)用創(chuàng)新方面也面臨著巨大的難題，除此之外，5G主要覆蓋人口集中的城市，不可能覆蓋全部陸地，而陸地在地球上只占29%，所以5G需要靠6G衛(wèi)星通信來(lái)補(bǔ)充。

6G技術(shù)就是把陸地?zé)o線通信技術(shù)和中高低軌的衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)及短距離直接通信技術(shù)融合在一起，可以應(yīng)用于通信、計(jì)算、導(dǎo)航、遙感、人工智能等領(lǐng)域，為空、天、地、海泛在的移動(dòng)通信網(wǎng)建設(shè)，實(shí)行全球泛在覆蓋的高速寬帶網(wǎng)提供基礎(chǔ)支撐。

6G的特點(diǎn)主要有3方面：①具有更高的接入速率(10 GB～1 Tbps)，更低的接入時(shí)延(ms級(jí)以下)，更快的運(yùn)動(dòng)速度(馬赫級(jí))，更廣的通信覆蓋(空天海地)；②能夠?qū)崿F(xiàn)新媒體(全息遠(yuǎn)程呈現(xiàn))，新空口(多種異構(gòu)無(wú)線傳輸接入)，新架構(gòu)(地面和衛(wèi)星融合的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò))和新融合(通信、計(jì)算、導(dǎo)航、感知)；③構(gòu)建空、天、地、海泛在移動(dòng)通信網(wǎng)，6G將整合衛(wèi)星通信，通過(guò)擴(kuò)展頻段和覆蓋范圍來(lái)取得更大的傳輸帶寬、支持更廣泛覆蓋的用戶接入速率，實(shí)現(xiàn)各類移動(dòng)載體和通信信號(hào)的全球覆蓋。

2 5G/6G時(shí)代的地球空間信息技術(shù)

地球空間信息學(xué)于20世紀(jì)90年代提出，其主要圍繞測(cè)繪、遙感和地理信息技術(shù)來(lái)進(jìn)行地球空間信息學(xué)研究，可為地球科學(xué)問(wèn)題研究和全面精確服務(wù)提供技術(shù)方法和時(shí)空信息支撐[4-6]。隨著科技的發(fā)展，5G/6G的進(jìn)步，地球空間信息技術(shù)也迎來(lái)了新的發(fā)展趨勢(shì)。本節(jié)主要就真三維實(shí)景地理信息技術(shù)的形成與應(yīng)用、地球空間信息處理的智能化與自動(dòng)化和地球空間信息服務(wù)的社會(huì)化和大眾化3個(gè)方面作一些分析。

2.1 真三維實(shí)景地理信息技術(shù)

實(shí)景三維模型是室內(nèi)外、地(水)上下等各類地物的精準(zhǔn)三維幾何信息、豐富語(yǔ)義屬性、準(zhǔn)確空間關(guān)系和按需多細(xì)節(jié)表達(dá)的空間數(shù)據(jù)集，其表達(dá)直觀，便于分層，可用于各類空間分析和輔助決策，是集數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、功能為一體的三維數(shù)據(jù)智能表達(dá)模型。隨著5G/6G技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，三維數(shù)據(jù)采集方式呈爆炸式增長(zhǎng)(圖1為三維數(shù)據(jù)采集方式)，為實(shí)景三維模型的建立提供了更加精細(xì)和可靠的三維數(shù)據(jù)，推動(dòng)著真三維實(shí)景地理信息技術(shù)的快速向前發(fā)展。

實(shí)景三維模型的主要特點(diǎn)是精準(zhǔn)三維幾何信息、豐富地形要素、精準(zhǔn)空間關(guān)系和多細(xì)節(jié)層次表達(dá)。實(shí)景三維模型表示的地形要素更豐富，包含有測(cè)量控制點(diǎn)、工礦建筑物及其他設(shè)施、城市部件及附屬設(shè)施等10大類、800余小類地圖要素，具有層次(包含)關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、邏輯關(guān)系等組成的精準(zhǔn)空間關(guān)系。實(shí)景三維模型的表達(dá)方式也從由固定比例尺表達(dá)到按需多細(xì)節(jié)層次表達(dá)(LOD)的跨越，圖2為紋理多細(xì)節(jié)層次表達(dá)。實(shí)景三維模型具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，其在海量數(shù)據(jù)組織管理，空天地多源三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合，全息地物要素結(jié)構(gòu)化提取，室內(nèi)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)化模型重建，實(shí)景三維示范區(qū)構(gòu)建等方面已取得了初步的成果[7]。除此之外，三維實(shí)景地圖在5G信號(hào)仿真，高清駕駛地圖，污染、爆炸擴(kuò)散模擬，城市精細(xì)化管理，可視域分析和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)評(píng)估等領(lǐng)域也具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。

圖1 三維數(shù)據(jù)采集方式Fig.1 Three dimension data collection method

圖2 紋理多細(xì)節(jié)層次表達(dá)Fig.2 Texture multi-level of detail representation

在5G/6G技術(shù)支撐下未來(lái)實(shí)景三維模型可從以下幾方面進(jìn)行發(fā)展：①現(xiàn)階段，應(yīng)推進(jìn)符合國(guó)家、市場(chǎng)、大眾等多方需求，符合國(guó)際行業(yè)發(fā)展和5G時(shí)代整體趨勢(shì)的實(shí)景三維模型建設(shè)，應(yīng)盡快組織論證，制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃；②先滿足重要應(yīng)用部門和主要街區(qū)、干道需求，按照從二維到三維，先城市后鄉(xiāng)村，從室外到室內(nèi)，從地上到地下的順序，逐步推進(jìn)；③發(fā)展空-天-地立體化、組合式、全空間高效觀測(cè)手段；④借助人工智能、5G網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈等技術(shù)，提高海量數(shù)據(jù)處理能力和智能化水平；⑤開拓實(shí)景三維模型在智能駕駛高精地圖、5G信號(hào)仿真、城市精細(xì)化管理、城市空間安全、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域的應(yīng)用；⑥布局融合實(shí)景三維模型和物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)傳感數(shù)據(jù)流的城市數(shù)字孿生技術(shù)。

2.2 地球空間信息處理的智能化與自動(dòng)化

隨著人工智能和通信技術(shù)的發(fā)展，地球空間信息處理技術(shù)逐漸趨于智能化和自動(dòng)化。目前，遙感數(shù)據(jù)在無(wú)控定位，目標(biāo)識(shí)別和信息提取方面已從人機(jī)交互逐漸邁向全自動(dòng)化處理階段，隨著智能衛(wèi)星的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在軌處理也將成為可能[8-9]。在衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)方面，隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的成功組網(wǎng)和5G/6G的發(fā)展，導(dǎo)航定位精度將有望達(dá)到亞米級(jí)，進(jìn)一步推動(dòng)地球空間信息處理的智能化發(fā)展。

在無(wú)控制全球測(cè)圖方面，資源三號(hào)已可以實(shí)現(xiàn)無(wú)控制區(qū)域網(wǎng)平差，通過(guò)對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星拍攝的8810×3景覆蓋全國(guó)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)GPU+CPU計(jì)算，使得影像自主定位精度提高到5 m以內(nèi)，滿足全球測(cè)圖需求[10]。若將資源三號(hào)數(shù)據(jù)與激光測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差，可以進(jìn)一步將無(wú)控制平差的高程精度提高到3 m以內(nèi)。此外，GF7號(hào)衛(wèi)星上天后，可望推進(jìn)1∶10 000無(wú)地面控制的全球自動(dòng)測(cè)圖，滿足全球測(cè)圖重大工程的需求。

在影像目標(biāo)搜索方面，在5G/6G支持下，利用基于深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)影像搜索引擎，可以秒級(jí)速度從大量遙感影像中自動(dòng)搜索目標(biāo)[11]。在無(wú)人機(jī)視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤方面，通過(guò)建立目標(biāo)影像凸面模型，來(lái)對(duì)影像進(jìn)行對(duì)比分析和變化要素提取，從而實(shí)現(xiàn)變化檢測(cè)，同時(shí)，通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)攝影測(cè)量技術(shù)，可以在移動(dòng)端(近)實(shí)時(shí)顯示處理結(jié)果，即無(wú)人機(jī)一邊飛數(shù)據(jù)，服務(wù)器在一邊處理數(shù)據(jù)，飛完數(shù)據(jù)即可處理完成[12]。

在智能測(cè)量機(jī)器人與自動(dòng)駕駛方面，根據(jù)已知地圖生成由起點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的靜態(tài)路徑，并優(yōu)先選擇距離較短、安全系數(shù)較高的路徑，可以實(shí)現(xiàn)全局路徑的規(guī)劃；通過(guò)傳感器獲取周圍小范圍動(dòng)態(tài)地圖，并通過(guò)采樣預(yù)測(cè)的方式實(shí)時(shí)確定可通過(guò)的路徑，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)避障，可以完成局部路徑的規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能導(dǎo)航。智能汽車面向復(fù)雜的城市使用場(chǎng)景(建筑物遮擋、隧道、地下車庫(kù))，需要高精度、高可靠解決“最后一公里”的問(wèn)題，由此需要重點(diǎn)研究低成本智能感知定位和測(cè)姿系統(tǒng)，解決室內(nèi)外高精度連續(xù)定位問(wèn)題，提升多源數(shù)據(jù)融合性能。目前，L4等級(jí)的智能駕駛即將在量產(chǎn)車型上實(shí)現(xiàn)，能夠在城市峽谷，地下車庫(kù)等復(fù)雜條件下實(shí)現(xiàn)最后一公里的自動(dòng)駕駛。

智能分析到智能決策的目標(biāo)是面向重要基礎(chǔ)設(shè)施健康安全的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地理信息獲取與分析，實(shí)現(xiàn)從可視化量測(cè)到可計(jì)算分析。以電力走廊無(wú)人機(jī)巡檢與智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，由于電網(wǎng)輸電線路規(guī)模增加、自然災(zāi)害頻發(fā)、運(yùn)行環(huán)境變差，使得巡檢壓力增大，現(xiàn)有巡檢方式存在嚴(yán)重缺陷，無(wú)法滿足智能電網(wǎng)巡檢的所有要求，急需建立安全、高效、智能的巡檢模式。在5G通信技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，充分利用5G技術(shù)，將智能采集端搭載在邊緣數(shù)據(jù)采集平臺(tái)(機(jī)載平臺(tái)及地面平臺(tái))上，對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)5G基站將數(shù)據(jù)傳回到邊緣云數(shù)據(jù)處理終端，并運(yùn)用5G基站將診斷結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)布回互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、故障診斷和發(fā)布，其成果已在全國(guó)15個(gè)省市電力部門得到應(yīng)用[13]。

2.3 地球空間信息服務(wù)的社會(huì)化與大眾化

長(zhǎng)期以來(lái)，地球空間信息學(xué)是利用測(cè)繪遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，識(shí)別地表地物特征，來(lái)研究人地關(guān)系。在5G和大數(shù)據(jù)時(shí)代，可以實(shí)現(xiàn)從“對(duì)地觀測(cè)”向“對(duì)人(社會(huì))觀測(cè)”的轉(zhuǎn)變，通過(guò)對(duì)地觀測(cè)和對(duì)人觀測(cè)的結(jié)合來(lái)更好地研究人地關(guān)系，促進(jìn)地球空間信息服務(wù)的社會(huì)化和大眾化。表1為近年來(lái)夜光遙感的典型應(yīng)用，從表中可以看出，地球空間信息服務(wù)已應(yīng)用于分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活質(zhì)量、能源消耗和城市發(fā)展等社會(huì)化和大眾化層面[14]。

表1 近年來(lái)夜光遙感的典型應(yīng)用

除此之外，地球空間信息服務(wù)在戰(zhàn)爭(zhēng)影響評(píng)估、區(qū)域發(fā)展發(fā)面也有著實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[15-17]。如利用時(shí)空數(shù)據(jù)聚類技術(shù)，對(duì)敘利亞2011—2015年夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)挖掘敘利亞夜光的時(shí)空變化模式，對(duì)敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)的影響進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)對(duì)中國(guó)2012—2016年期間的夜光遙感影像進(jìn)行分析，得出4年內(nèi)燈光增長(zhǎng)較快的省份有貴州、重慶、新疆、湖南、青海等，通過(guò)分析這些省份所在的地理位置，得出中國(guó)西部和中部的城市建設(shè)發(fā)展速度超過(guò)了東部地區(qū)，從而證明了區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展政策已經(jīng)發(fā)揮了作用。

目前，運(yùn)用人工智能的手段對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和管理，可以有效地服務(wù)于社會(huì)和大眾。如面對(duì)大量城市出行軌跡數(shù)據(jù)，建立基于眾包數(shù)據(jù)的智慧交通管理和應(yīng)急系統(tǒng)(如圖3所示)，利用智慧交通腦來(lái)緩解道路擁堵情況[18]。這一系統(tǒng)自2017年1月在武漢市上線起，15個(gè)月內(nèi)武漢市擁堵排名從第23名降到53名，下降了30位，交通擁堵延時(shí)指數(shù)從2.34下降至1.676，降幅高達(dá)30%，實(shí)現(xiàn)了地球空間信息服務(wù)于智慧交通的目標(biāo)[19]。

圖3 基于眾包出行數(shù)據(jù)的武漢智慧交管應(yīng)急系統(tǒng)Fig.3 Intelligent traffic management emergency system based on crowd sourcing data for Wuhan

3 空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)(PNTRC)

地球空間信息的實(shí)時(shí)與智能服務(wù)是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)害應(yīng)急和大眾化服務(wù)的迫切需求，也是目前地球空間信息學(xué)科的短板。我國(guó)現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航和遙感衛(wèi)星系統(tǒng)各成體系，其中通信衛(wèi)星對(duì)遙感和導(dǎo)航的傳輸能力受限，導(dǎo)航衛(wèi)星缺乏寬帶傳輸能力，遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)下傳受限，接收、處理與服務(wù)模式尚未服務(wù)大眾[20]。為解決軍民系統(tǒng)孤立，信息分離和服務(wù)滯后的問(wèn)題[21]，急需建立通信、導(dǎo)航和遙感一體化的空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)(PNTRC)，結(jié)合對(duì)地觀測(cè)腦模型[22]，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連通、時(shí)空融合和服務(wù)暢通，推動(dòng)空天信息和產(chǎn)業(yè)發(fā)展從專業(yè)服務(wù)和國(guó)家扶持向大眾服務(wù)、軍民應(yīng)用和市場(chǎng)化、國(guó)際化發(fā)展，這是當(dāng)前5G/6G時(shí)代急需研究和解決的重大任務(wù)。

3.1 PNTRC(定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信一體化實(shí)時(shí)服務(wù))發(fā)展路線

PNTRC的發(fā)展路線可按照局域服務(wù)系統(tǒng)、區(qū)域服務(wù)系統(tǒng)、全球服務(wù)系統(tǒng)3步來(lái)進(jìn)行進(jìn)展[23]，具體介紹如下：

(1) 建設(shè)局域服務(wù)系統(tǒng)(如南中國(guó)海及大灣區(qū))。其星座由40顆低軌遙感/導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星，1—3顆GEO高軌通信衛(wèi)星組成，核心能力主要包括：①目標(biāo)信息獲取空間和時(shí)間分辨率達(dá)到0.5 m和5 min；②實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度達(dá)到亞米級(jí)；③移動(dòng)通信能力實(shí)現(xiàn)90個(gè)波束覆蓋全亞太，每個(gè)波束出向帶寬最大1 Gbps，入向200 Mps，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或廣播，落地后通過(guò)5G上手機(jī)。通過(guò)在大灣區(qū)建設(shè)PNTRC系統(tǒng)規(guī)劃得到的初步結(jié)論是，利用700 km高度、24°傾角的Walker星座的40顆衛(wèi)星(光學(xué)衛(wèi)星20顆、SAR20顆)可實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)區(qū)域平均5 min內(nèi)重訪。

(2) 建設(shè)區(qū)域服務(wù)系統(tǒng)(如中國(guó)及一帶一路)。其星座由150顆低軌通信/導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星，120顆低軌多角度遙感衛(wèi)星(具備星間通信能力)組成，核心能力主要包括：①目標(biāo)信息獲取空間和時(shí)間分辨率優(yōu)于0.5 m和5 min；②實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度達(dá)到亞米級(jí)；③移動(dòng)通信能力實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)變帶寬，單波束最高速率達(dá)到40 Mbps。其中低軌通信衛(wèi)星可依托國(guó)內(nèi)具有星間鏈路的低軌通信星座發(fā)展計(jì)劃，如鴻雁、虹云等，通過(guò)增加導(dǎo)航增強(qiáng)載荷，發(fā)射具備星間通信能力的遙感衛(wèi)星，為區(qū)域服務(wù)打下基礎(chǔ)。

(3) 建設(shè)全球服務(wù)系統(tǒng)。其星座由300顆低軌通信/導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星，200顆低軌遙感衛(wèi)星(具備星間通信能力)組成，核心能力包括：①遙感信息獲取空間和時(shí)間分辨率優(yōu)于0.5 m和4 min；②實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度達(dá)到亞米級(jí)；③移動(dòng)通信能力方面，全網(wǎng)通信容量不低于600 Gbps，在高速移動(dòng)過(guò)程中支持音視頻通話和遙感影像接收。研制PNTRC系統(tǒng)多功能軟件定義的智能衛(wèi)星，通過(guò)小型化、批量化來(lái)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

3.2 PNTRC相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備

目前，我國(guó)在PNTRC建設(shè)方面已有一些技術(shù)儲(chǔ)備，主要如下：

(1) 在低軌星基增強(qiáng)技術(shù)方面，通過(guò)導(dǎo)航衛(wèi)星和具有導(dǎo)航增強(qiáng)的低軌遙感和通信衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)，可以無(wú)須境外地面增強(qiáng)CORS站，實(shí)現(xiàn)全球高精度覆蓋，且實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于0.5 m，模糊度收斂小于1 min[24]。例如2018年上天的珞珈一號(hào)01星具有對(duì)天接收、在軌處理、對(duì)地發(fā)射，避免地面建站等特點(diǎn)，通過(guò)地面驗(yàn)證和在軌測(cè)試，初步結(jié)果表明，珞珈一號(hào)01星增強(qiáng)信號(hào)偽距測(cè)量精度為2～3 m，載波相位測(cè)量精度為2～3 cm，實(shí)時(shí)定位精度為30 cm，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航信號(hào)的增強(qiáng)。

(2) 在智能編碼方面，基于長(zhǎng)程背景字典的衛(wèi)星視頻編碼技術(shù)可在保證視頻清晰度的基礎(chǔ)上，大幅度降低衛(wèi)星視頻數(shù)據(jù)的壓縮碼率，滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸需求。

(3) 預(yù)計(jì)2020年發(fā)射的新體制雷達(dá)衛(wèi)星——珞珈二號(hào)01星，可實(shí)現(xiàn)多角度雷達(dá)遙感，視頻雷達(dá)遙感和低軌導(dǎo)航增強(qiáng)，解決全天時(shí)全天候的目標(biāo)監(jiān)測(cè)。

(4) 處于研制階段的天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)智能衛(wèi)星——珞珈三號(hào)01星，能夠完成視頻成像、在軌智能處理和靈巧通信，打通星地通信和星間中繼通信兩條鏈路，提供在軌處理和稀疏壓縮的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)全球范圍遙感數(shù)據(jù)從獲取到手機(jī)等智能應(yīng)用終端的分鐘級(jí)遙感信息高效服務(wù)。

(5) 在低軌智能通信衛(wèi)星研發(fā)方面，清華大學(xué)于2016年成功發(fā)射了清華靈巧通信衛(wèi)星[25]。該衛(wèi)星重量131 kg,軌道高度800 km。主要特色是：自主可控、可持續(xù)發(fā)展通信小衛(wèi)星技術(shù)；一體化小衛(wèi)星、星務(wù)計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、星上處理交換、關(guān)鍵電路、硬件模塊均立足自主創(chuàng)新；首次實(shí)現(xiàn)空地協(xié)同智能通信，靈巧波束、按需覆蓋，突破衛(wèi)星寬帶移動(dòng)通信難題；首次試驗(yàn)基于Linux-OS的軟件衛(wèi)星技術(shù)；軟件定義衛(wèi)星、按需重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多功能小衛(wèi)星新途徑[25]。

這些相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備良好且在不斷進(jìn)步，為PNTRC的構(gòu)建提供了可能。除此之外，國(guó)家的政策環(huán)境和人才隊(duì)伍的組建也在逐漸完善，為建設(shè)我國(guó)空天信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)提供了很有力的支撐[26]。

4 發(fā)展和展望

未來(lái)5G/6G系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)一星多用、多星組網(wǎng)、天地多網(wǎng)融合的地球空間信息智能服務(wù)，實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度有望提高到分米級(jí)甚至厘米級(jí)，滿足自動(dòng)駕駛等各行業(yè)的需要，遙感數(shù)據(jù)獲取和信息處理實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的空間分辨率和5 min的時(shí)間響應(yīng)速度，通信方面實(shí)現(xiàn)全球?qū)拵采w的語(yǔ)音、圖像、視頻和多媒體通信。

在5G/6G大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代，抓好真三維實(shí)景、自動(dòng)化、智能化、社會(huì)化、大眾化和實(shí)時(shí)化，以測(cè)繪、遙感和地理信息技術(shù)為中心的地球空間信息學(xué)，率先建設(shè)我國(guó)自主的通導(dǎo)遙一體化空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)，其創(chuàng)新發(fā)展的道路十分寬廣，前景一片光明！

致謝：感謝王密、楊必勝、朱欣焰教授和仵倩玉博士生在論文寫作過(guò)程中提供的幫助。