繪九州之域 定毫針之位
——記武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心位置服務(wù)研究所副所長(zhǎng)郭遲

宋 潔

從“北斗”技術(shù)到位置服務(wù)，多年來(lái)，武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心的位置服務(wù)研究一直備受業(yè)界關(guān)注，尤其是郭遲帶領(lǐng)的“知域”團(tuán)隊(duì)，在互聯(lián)網(wǎng)及人工智能快速發(fā)展的浪潮中，他們對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪的變革進(jìn)行大量思考和探索，成為領(lǐng)域內(nèi)學(xué)科發(fā)展的領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì)。而如今，面對(duì)科研成果轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)，他們新的征程才剛剛開(kāi)始。

科技的浪潮

如今郭遲在測(cè)繪領(lǐng)域的科研能力已經(jīng)達(dá)到了游刃有余的地步，但如果將時(shí)間往前推20年，那時(shí)候的他還只是武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)系的普通本科生。

對(duì)于具備理科頭腦的學(xué)生來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)專業(yè)縝密的邏輯推理、復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)足夠讓他們著迷。然而，站在實(shí)用性的角度，郭遲清楚地看到了計(jì)算機(jī)學(xué)科的工具性。“我希望能夠以計(jì)算機(jī)專業(yè)為工具，將其和具有行業(yè)性的學(xué)科結(jié)合，切實(shí)地推動(dòng)社會(huì)行業(yè)的發(fā)展?！碑?dāng)這個(gè)想法在腦中形成之后，博士畢業(yè)的他毅然決然地轉(zhuǎn)變方向，投到武漢大學(xué)劉經(jīng)南院士門下，進(jìn)行導(dǎo)航位置服務(wù)方向的博士后研究工作，并在這期間加入武漢大學(xué)國(guó)家衛(wèi)星系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心從事教學(xué)科研工作。

近些年來(lái)，測(cè)繪領(lǐng)域并不是一片平靜的湖面，隨著人工智能等新興領(lǐng)域迅速崛起，測(cè)繪行業(yè)也迎來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這種情況下，將測(cè)繪與大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)交叉，推動(dòng)測(cè)繪、遙感、導(dǎo)航等行業(yè)的跳躍性發(fā)展，成為人工智能時(shí)代測(cè)繪領(lǐng)域新的研究方向。

“這種轉(zhuǎn)型加強(qiáng)了測(cè)繪交叉性與服務(wù)性的特質(zhì)?！惫t說(shuō)道。如今，作為武漢大學(xué)國(guó)家衛(wèi)星系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心的教授及博導(dǎo)，郭遲的團(tuán)隊(duì)匯集了計(jì)算機(jī)、測(cè)繪、電子信息、人工智能等多元學(xué)科背景的人才，充分體現(xiàn)了研究方向上的交叉性?！拔覀兊膱F(tuán)隊(duì)名為‘知域’，語(yǔ)出《周禮》的‘以天下土地之圖，周知九州之地域’，意在將位置服務(wù)技術(shù)應(yīng)用到各行業(yè)，用地理信息技術(shù)推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。”而事實(shí)上，多年來(lái)，郭遲及其團(tuán)隊(duì)確實(shí)一直在圍繞測(cè)繪與其他學(xué)科交叉，著重于智能位置服務(wù)技術(shù)的研究。

周知九州之地域

在北京機(jī)場(chǎng)周邊的車道上，一輛私家車正在勻速行駛著。車的主人是第一次駕車來(lái)這塊區(qū)域，旁邊的顯示屏上精確地顯示著車輛當(dāng)前行駛的車道。當(dāng)前普通的衛(wèi)星導(dǎo)航定位因精度只有10米左右，所以只能判斷車輛行駛在哪條道路上。而這輛車的感知技術(shù)精度可以達(dá)到亞米級(jí)，不但能知道車輛行駛在哪條車道上，還能精準(zhǔn)感知車輛的駕駛行為。這種高精度的車載導(dǎo)航服務(wù)技術(shù)來(lái)自郭遲團(tuán)隊(duì)和同濟(jì)大學(xué)等共同承擔(dān)的“面向主動(dòng)交通安全的城市車輛在線位置服務(wù)關(guān)鍵理論技術(shù)”項(xiàng)目。

郭遲在中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社“未來(lái)城市安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)理論與實(shí)踐”專題研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言

郭遲介紹說(shuō):“在這個(gè)項(xiàng)目中我們實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航、視覺(jué)導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航的有機(jī)結(jié)合，是國(guó)內(nèi)最早一批實(shí)現(xiàn)了車道級(jí)導(dǎo)航電子地圖，且搭建服務(wù)于主動(dòng)交通安全的無(wú)縫導(dǎo)航定位系統(tǒng)?！痹陔S后的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，他們研發(fā)了“北斗即時(shí)判”高精度警保聯(lián)動(dòng)的車聯(lián)網(wǎng)終端，“當(dāng)車輛發(fā)生事故時(shí)，智能終端第一時(shí)間采集事故發(fā)生過(guò)程的高精度（亞米級(jí)）北斗/GNSS定位軌跡數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)上傳事故前后10秒視頻，智能分析車主駕駛行為，包括記錄行駛車道，精準(zhǔn)的急加速、急減速、急轉(zhuǎn)彎、急變道等車輛行駛信息。這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)形成完整的證據(jù)鏈，真正做到‘精準(zhǔn)還原現(xiàn)場(chǎng)’，大大降低了交通擁堵的風(fēng)險(xiǎn)和保險(xiǎn)公司現(xiàn)場(chǎng)勘查的成本?！边@一成果先后獲得了全國(guó)高校技術(shù)產(chǎn)品交易會(huì)最佳產(chǎn)品獎(jiǎng)、中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品交易會(huì)優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)、湖北省專利銀獎(jiǎng)、高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，還由此推動(dòng)了測(cè)繪領(lǐng)域《道路高精度電子導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》《道路高精度電子導(dǎo)航地圖生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》這兩個(gè)重量級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。

事實(shí)上，導(dǎo)航與位置服務(wù)不單在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有著極其廣泛的載體群。郭遲及其團(tuán)隊(duì)還將精準(zhǔn)定位應(yīng)用于社區(qū)的監(jiān)控和防御。他們承擔(dān)的公共安全領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與防范關(guān)鍵技術(shù)研究”課題，在天津、宜昌等地開(kāi)展應(yīng)用。面對(duì)社區(qū)的治安風(fēng)險(xiǎn)尤其是重點(diǎn)/特殊人員監(jiān)控及服務(wù)需求，他們研制了面向大眾行人的低成本、高精度的無(wú)縫定位設(shè)備，并結(jié)合時(shí)空大數(shù)據(jù)分析，為社區(qū)矯正人員管控、老弱病殘幫助提供服務(wù)。這些工作降低了社區(qū)重點(diǎn)人員再犯罪風(fēng)險(xiǎn)，為我國(guó)精細(xì)智能社區(qū)的建設(shè)做出了有益的嘗試。

利箭在弦

2020年學(xué)生團(tuán)隊(duì)合影

不得不說(shuō)，將測(cè)繪學(xué)科與人工智能等學(xué)科交叉，進(jìn)行導(dǎo)航定位等方向的研究這一決策的確十分有前瞻性。2017年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將精準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位、自適應(yīng)導(dǎo)航等列入人工智能的關(guān)鍵技術(shù)研究中。2018年，“知域”團(tuán)隊(duì)就投入到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“基于視覺(jué)的機(jī)器人環(huán)境建模與定位導(dǎo)航”的攻關(guān)中。該項(xiàng)目重點(diǎn)突破了自主智能系統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)、復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景感知與理解、實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位、面向復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性智能導(dǎo)航等共性技術(shù)，支撐無(wú)人系統(tǒng)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。什么是智能導(dǎo)航？郭遲認(rèn)為，智能導(dǎo)航首先要用到人工智能的算法和方法，要將深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等AI領(lǐng)域的計(jì)算方法結(jié)合到衛(wèi)星定位、慣性組合等測(cè)繪傳統(tǒng)模型上，帶來(lái)導(dǎo)航定位方法論的創(chuàng)新。另外，螞蟻腦容量小，卻具備導(dǎo)航能力，這種時(shí)空認(rèn)知的機(jī)理也需要探究。他們未來(lái)要做的一個(gè)方向就是這種具有生物性的智能導(dǎo)航。

帶領(lǐng)本科生團(tuán)隊(duì)參加第十六屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獲全國(guó)二等獎(jiǎng)

現(xiàn)如今，不僅是技術(shù)研發(fā)，在國(guó)家的倡導(dǎo)下，大力發(fā)展成果轉(zhuǎn)化成為科技領(lǐng)域另一重要浪潮。面對(duì)成果轉(zhuǎn)化的任務(wù)，“知域”團(tuán)隊(duì)在武漢大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移中心支持下，在中山市成立的科技公司已經(jīng)獲得了國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定。他們將北斗高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)等最新科研成果集成，從硬件、軟件、教學(xué)3個(gè)方面入手，研制了“融合北斗和AI的智能導(dǎo)航軟硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”，獲得了中國(guó)高交會(huì)優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)、高等教育學(xué)會(huì)高校教學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航協(xié)會(huì)教學(xué)成果獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)等一系列榮譽(yù)，在中山大學(xué)、南京大學(xué)、華中科技大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等十余所高校推廣應(yīng)用，被《科技日?qǐng)?bào)》和國(guó)際著名期刊Nature報(bào)道。依托他們的產(chǎn)業(yè)化成果，“學(xué)生可獨(dú)立完成各種集成度高、創(chuàng)新性強(qiáng)的研發(fā)工作，形成自己的機(jī)器人作品?！惫t說(shuō)道，“同時(shí)圍繞這些高水平科研項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)化成果，我們積極組織學(xué)生參加了學(xué)科競(jìng)賽，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新科研的積極性，為團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)后備人才。”近幾年來(lái)，“知域”團(tuán)隊(duì)的學(xué)生在全國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”“世界機(jī)器人大賽”“中國(guó)研究生人工智能大賽”等頂級(jí)高水平學(xué)科競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)20余次，其中“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽金獎(jiǎng)1項(xiàng)、“挑戰(zhàn)杯”大賽銀獎(jiǎng)1項(xiàng)，全國(guó)研究生創(chuàng)新實(shí)踐系列賽一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，成為武漢大學(xué)“三創(chuàng)”教育最具代表性的團(tuán)隊(duì)，形成了“以學(xué)科交叉作為平臺(tái)來(lái)支撐學(xué)科競(jìng)賽，以學(xué)科競(jìng)賽來(lái)促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)”的產(chǎn)學(xué)研教協(xié)同創(chuàng)新的穩(wěn)定發(fā)展模式。

“不管我們?cè)趯W(xué)術(shù)或者生活上有何種矛盾，只要碰到重要項(xiàng)目，所有團(tuán)隊(duì)成員都會(huì)拋開(kāi)一切成見(jiàn)，緊密聯(lián)系在一起做關(guān)于協(xié)同的研究。”在郭遲看來(lái)，這樣的團(tuán)隊(duì)就如同一支利箭，不管什么時(shí)候，都能發(fā)揮最大的力量。關(guān)于未來(lái)，“知域”有明確的規(guī)劃。如今，利箭已在弦上，郭遲及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)，準(zhǔn)備迎接下一步的挑戰(zhàn)。