位置服務(wù)：全空間智能新時(shí)代來(lái)了

◎ 徐紅

一個(gè)“沒(méi)有空間距離、沒(méi)有時(shí)間差異”的世界正在形成——

有這樣一個(gè)場(chǎng)景：當(dāng)你駕車(chē)來(lái)到一個(gè)大型的機(jī)場(chǎng)，找不到停車(chē)位的時(shí)候，下載一個(gè)全景功能機(jī)場(chǎng)APP，就可以在實(shí)景方式引導(dǎo)下快速找到停車(chē)位。此時(shí)，你又發(fā)現(xiàn)忘帶照相機(jī)電池，智能APP 精準(zhǔn)導(dǎo)引你，找到機(jī)場(chǎng)賣(mài)電池的商鋪，店家還貼心地推送了一張新客到店優(yōu)惠券。于是，你線(xiàn)上下單，線(xiàn)下購(gòu)物，分分鐘搞定，愉快地登機(jī)了。類(lèi)似這樣的用戶(hù)體驗(yàn)，國(guó)內(nèi)很多機(jī)場(chǎng)都在推廣。

業(yè)界專(zhuān)家表示，室內(nèi)定位、室內(nèi)外一體化定位導(dǎo)航服務(wù)是一場(chǎng)真正的變革，基于多種技術(shù)融合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)人通行路徑的智能引導(dǎo)，由此也催生出一個(gè)龐大的定位導(dǎo)航市場(chǎng)，便捷了，甚至在一定程度上改變了人們的生活方式，助力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

“一個(gè)全空間智能時(shí)代正在到來(lái)?！敝袊?guó)科學(xué)院院士周成虎近日在接受記者電話(huà)采訪(fǎng)時(shí)表示，在“一切都可以數(shù)據(jù)化、一切數(shù)據(jù)都可以業(yè)務(wù)化”的數(shù)字時(shí)代，地理空間智能將驅(qū)動(dòng)地理信息高質(zhì)量服務(wù)，地理信息獲取將進(jìn)入“地理空間智能”新時(shí)代。

地理信息應(yīng)用進(jìn)入無(wú)處不在的全空間時(shí)代

疫情防控監(jiān)測(cè)離不開(kāi)精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)的空間位置信息，精準(zhǔn)的空間位置將人、人群與環(huán)境緊密地關(guān)聯(lián)在一起。據(jù)了解，新冠肺炎疫情發(fā)生以來(lái)，周成虎帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)與廣州地理研究所合作，共同研發(fā)的“廣東省疫情防控可視化輔助決策系統(tǒng)”，就是利用了時(shí)空大數(shù)據(jù)和位置信息助力疫情防控；研發(fā)團(tuán)隊(duì)還與中山大學(xué)合作，利用現(xiàn)代的空間軌跡定位技術(shù)，尤其是時(shí)空地理信息理論方法與技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于個(gè)人手機(jī)定位的行人軌跡追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以較好地發(fā)現(xiàn)與病患接觸的潛在傳播者。

“有了空間位置，我們才能夠進(jìn)行各種各樣的活動(dòng)分析和預(yù)測(cè)。”周成虎介紹說(shuō)，“位置，是各類(lèi)空間的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性要素，包括室內(nèi)定位導(dǎo)航在內(nèi)，基于位置的服務(wù)正在向智慧感知、分析和決策控制演進(jìn)?！?/p>

他告訴記者，疫情防控需要精準(zhǔn)的人群移動(dòng)數(shù)據(jù)，用以確定密切接觸者，提升流調(diào)的技術(shù)能力和技術(shù)水平；需要精準(zhǔn)的醫(yī)療資源時(shí)空數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源的最有效、最佳時(shí)空配置。同時(shí)，時(shí)空數(shù)據(jù)需要即時(shí)、準(zhǔn)確地傳送，實(shí)現(xiàn)在最佳時(shí)間內(nèi)掌握疫情的時(shí)空分布。這些都是需要做的工作，也是測(cè)繪地理信息科研人員的一份責(zé)任。

其實(shí)，2003 年以來(lái)，測(cè)繪地理信息領(lǐng)域的科技人員一直在研究和探索基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的疫情防控。他們將高精度的地圖數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)的定位數(shù)據(jù)與疫情防控的要求有機(jī)結(jié)合，面向人群動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、傳播空間精準(zhǔn)防控等具體業(yè)務(wù)需求，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)和方法研究，研制一種疫情防控空間信息系統(tǒng)。

目前，全國(guó)各地使用的各類(lèi)健康碼，就是多種移動(dòng)定位數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)用。當(dāng)然，精準(zhǔn)的位置信息服務(wù)和人們的隱私保護(hù)之間需要科學(xué)掌控、法律保障，只有這樣才能推動(dòng)定位導(dǎo)航的大發(fā)展。

室內(nèi)定位技術(shù)在商業(yè)中心、大型公共建筑(地鐵、機(jī)場(chǎng)、圖書(shū)館等)、高危工業(yè)區(qū)、醫(yī)院及養(yǎng)老院等場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用前景,已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著移動(dòng)通信和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)定位技術(shù)也在日漸成熟。比如WiFi、藍(lán)牙、紅外線(xiàn)、超聲波、超寬帶、射頻識(shí)別等。

周成虎告訴記者，復(fù)旦大學(xué)的光源定位技術(shù)取得重大突破，通過(guò)多種技術(shù)組合，顯著提高了定位精度，實(shí)現(xiàn)了亞米級(jí)的定位水平。同樣，武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任陳銳志教授科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的高精度音頻定位也取得了突破進(jìn)展，與目前廣泛采用的藍(lán)牙定位技術(shù)相比，其信號(hào)作用距離從5 至10 米擴(kuò)大到50 米，測(cè)距精度從2 到5 米提升到0.12 米，是目前世界上可支持所有大眾手機(jī)中精度很高的定位技術(shù)。

此外，還有基于圖片的目標(biāo)定位技術(shù)，對(duì)著周?chē)硞€(gè)物體拍張照片，系統(tǒng)就可以自動(dòng)識(shí)別出“你在哪兒”。

值得一提的是，室內(nèi)外協(xié)同的定位技術(shù)在近兩年來(lái)的新冠疫情防控中得到全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了基于精準(zhǔn)時(shí)空位置的疫情傳播調(diào)查與控制，充分展現(xiàn)了室內(nèi)外定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。未來(lái)5 ～8 年，隨著無(wú)人駕駛、無(wú)人控制等應(yīng)用需求的涌現(xiàn)，廣義的室內(nèi)定位技術(shù)將會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)全時(shí)空域的應(yīng)用。

全空間范疇下室內(nèi)定位技術(shù)在探索中前行

“在過(guò)去，我們無(wú)法回答地球上有多少棵樹(shù)，今天通過(guò)高分遙感影像、全空間地理信息系統(tǒng)、室內(nèi)外定位、地面模型、人工智能等組合技術(shù)，我們可以測(cè)算出地球上大約有3.14 萬(wàn)億棵樹(shù)；也可以回答到底現(xiàn)在全球有多少個(gè)油氣罐等?！倍嗄陙?lái)，周成虎一直在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域逐夢(mèng)前行。

據(jù)介紹，在2011 年和2015 年，周成虎與同行專(zhuān)家前瞻性地提出了全息位置地圖和全空間信息系統(tǒng)的概念，將地理信息系統(tǒng)的空間尺度擴(kuò)展到了微觀(guān)和宏觀(guān)空間，將空間數(shù)據(jù)擴(kuò)展到了全時(shí)空大數(shù)據(jù)，提出了構(gòu)建無(wú)所不在的空間信息系統(tǒng)世界的構(gòu)想。

“如今，隨著定位技術(shù)水平的不斷提升和無(wú)人化應(yīng)用場(chǎng)景的不斷增加，人們對(duì)空間的感知、認(rèn)知和控制能力得到不斷地提升，多尺度空間的自由跨越或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實(shí)，全息地圖、全空間體系、空間智能技術(shù)等也成為了業(yè)界廣為接受的新概念和新方法。”周成虎很是自豪地說(shuō)道。

他舉了幾個(gè)例子，如北京智慧圖科技有限公司融合定位與實(shí)景展現(xiàn)等技術(shù)，催生了地理場(chǎng)景運(yùn)營(yíng)應(yīng)用；廣州中科云圖智能科技有限公司融合5G、北斗定位、實(shí)時(shí)測(cè)量等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超高壓變電站的設(shè)備巡查，為微空間定位測(cè)量提供了可能……

“未來(lái)將是空天地海網(wǎng)一體化的智能觀(guān)測(cè)?！敝艹苫⒔榻B說(shuō)，從地表資源管理、災(zāi)害應(yīng)急到交通運(yùn)輸，多地下設(shè)施管理、社會(huì)穩(wěn)定到太空探索，地理信息應(yīng)用進(jìn)入了無(wú)處不在的全空間時(shí)代，時(shí)空數(shù)據(jù)按需測(cè)量，按需生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)、環(huán)境、國(guó)土等各行業(yè)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

周成虎認(rèn)為，空間是一個(gè)廣義的概念，包括宏觀(guān)空間與微觀(guān)空間、靜態(tài)空間與動(dòng)態(tài)空間，也包括地理空間。位置是空間中很關(guān)鍵的要素，有了空間位置，就可以做空間測(cè)量，當(dāng)我們具備動(dòng)態(tài)測(cè)量位置的能力，就可以把不同的空間連接在一起，我們將其稱(chēng)作“全空間”。

從本質(zhì)上來(lái)講，“全空間”就是具有統(tǒng)一數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和表達(dá)的空間體系，從一個(gè)尺度的空間到另一個(gè)尺度的空間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)不同尺度之間的無(wú)縫跨越。室內(nèi)外一體化定位就是“全空間”的一種類(lèi)型。

“全空間系統(tǒng)、全空間智能系統(tǒng)的理論和技術(shù)目前還處于研究階段。”周成虎坦言，就定位而言，定位本身的技術(shù)成熟度越來(lái)越高，目前也已全面進(jìn)入到實(shí)用狀態(tài)。但是，廣義室內(nèi)定位不僅包括室內(nèi)，還包括水下、地下、地鐵、船艙、飛機(jī)、列車(chē)車(chē)廂等所有密閉空間。在高速運(yùn)動(dòng)下，如何對(duì)這些密閉空間的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位，使兩種尺度空間無(wú)縫跨越，目前還有很多技術(shù)難點(diǎn)。

比如水下重力場(chǎng)和磁力場(chǎng)的導(dǎo)航定位等，各種電磁波都可以拿來(lái)定位。在密閉的空間，運(yùn)動(dòng)物體和靜止物體的定位技術(shù)各不相同，對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體定位來(lái)說(shuō)，要通過(guò)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)消除運(yùn)動(dòng)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響。但是，目前這些技術(shù)還有突破的空間。

總之，“全空間”不是單向技術(shù)，而是一個(gè)綜合性技術(shù)體系，它具有三種能力：感知、認(rèn)知和決策。傳統(tǒng)測(cè)繪偏重于測(cè)量，偏重于感知環(huán)節(jié)，這方面的技術(shù)相對(duì)成熟；而對(duì)于認(rèn)知分析和決策研究層面，測(cè)繪行業(yè)介入得相對(duì)較少，是需要進(jìn)一步加強(qiáng)的地方。

全空間理論是由中國(guó)科學(xué)家率先提出、創(chuàng)建并推動(dòng)發(fā)展起來(lái)的，是一項(xiàng)從零到一的原始創(chuàng)新，中國(guó)科學(xué)家正在引領(lǐng)該領(lǐng)域的發(fā)展，所以，目前依然有很多有待突破的技術(shù)需要去研究和創(chuàng)新，比如全空間可視化技術(shù)等。

地理信息采集與應(yīng)用服務(wù)即將進(jìn)入“地理空間智能”新時(shí)代

從地球空間到宇宙空間，從室外空間到室內(nèi)空間，從宏觀(guān)空間到微觀(guān)空間，從小數(shù)據(jù)到大數(shù)據(jù)，周成虎團(tuán)隊(duì)不斷探索并取得了重大突破。他們通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，集各方才智和優(yōu)勢(shì)，立志要讓時(shí)空實(shí)體智能，能主動(dòng)感知、思考和行動(dòng)；要讓數(shù)字世界“活起來(lái)”，可實(shí)現(xiàn)歷史回溯和對(duì)未來(lái)的演化；要讓位置智能更好地服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活，推動(dòng)各個(gè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為加快實(shí)現(xiàn)社會(huì)治理能力現(xiàn)代化提供技術(shù)支撐。

地理空間智能，就是將人工智能用于地理信息系統(tǒng)（GIS）的分析、方法和解決方案，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是基于地理信息技術(shù)基礎(chǔ)軟件上面的機(jī)器學(xué)習(xí)，可以在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，可以預(yù)測(cè)城市中哪個(gè)區(qū)域?qū)?huì)面臨極度交通擁堵，采取何種疏導(dǎo)措施，車(chē)輛如何重新選擇路線(xiàn)等。地理空間智能應(yīng)用于很多使用位置和GIS 的場(chǎng)景，包括出行共享公司、物流、農(nóng)業(yè)、調(diào)查以及基礎(chǔ)設(shè)施等。

“地理空間智能的未來(lái)簡(jiǎn)直是無(wú)窮無(wú)盡。”業(yè)界如此評(píng)價(jià)。

在周成虎看來(lái)，所謂的智能，就是能幫你做決策，告訴你下一步該怎么走，通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)空間位置智能。比如我們手機(jī)上的導(dǎo)航地圖，會(huì)自動(dòng)規(guī)劃路徑，分析路況，然后給你推薦一條最優(yōu)路線(xiàn)等；在無(wú)人駕駛技術(shù)里，高精度導(dǎo)航地圖的自動(dòng)避障功能也是智能；我國(guó)嫦娥月球探測(cè)車(chē)主要就是靠智能引導(dǎo)，實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)時(shí)計(jì)算和選址。

數(shù)據(jù)、知識(shí)和模型，是構(gòu)成全空間智能系統(tǒng)的三大要素，是組合在一起的一個(gè)完整體系，使地理空間信息系統(tǒng)具有一定的智能水平，能幫助人們作決策分析。比如在一個(gè)停滿(mǎn)了汽車(chē)的大停車(chē)場(chǎng)里，你要泊車(chē)，系統(tǒng)馬上發(fā)消息過(guò)來(lái)，告訴你有輛車(chē)剛開(kāi)走可以到那個(gè)地方停車(chē)，如果你的車(chē)是自動(dòng)駕駛，它會(huì)自動(dòng)幫你把車(chē)停好，這就是標(biāo)準(zhǔn)的空間智能。如果沒(méi)有這種空間智能，無(wú)人駕駛是做不到的。地理空間智能是發(fā)展的必然趨勢(shì)，是一個(gè)自然演進(jìn)的過(guò)程。

毫無(wú)疑問(wèn)，人類(lèi)社會(huì)必將進(jìn)入到智能社會(huì)，空間智能是智能社會(huì)的重要組成部分，或者說(shuō)是不可缺少的一部分。所以，無(wú)論是城市建設(shè)，還是社會(huì)治理、政府決策分析，抑或是人類(lèi)的衣食住行，都離不開(kāi)空間智能系統(tǒng)。

“我們地理信息行業(yè)領(lǐng)域范圍更大，是整個(gè)社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施。就像我們的地圖一樣，各行各業(yè)都在用地圖，各行各業(yè)都會(huì)用到地理空間智能系統(tǒng)?！敝艹苫⒄J(rèn)為，未來(lái)地理信息系統(tǒng)用在什么地方，地理空間智能就在什么地方發(fā)揮作用，地理信息產(chǎn)業(yè)行業(yè)市場(chǎng)有多大，地理空間智能的市場(chǎng)就有多大，它是經(jīng)濟(jì)社會(huì)重要的基礎(chǔ)設(shè)施。地理信息系統(tǒng)將會(huì)從現(xiàn)在的以信息為核心的時(shí)代，進(jìn)入到知識(shí)時(shí)代，進(jìn)入到具有知識(shí)背景、能夠做決策支持的地理空間智能時(shí)代。

不可否認(rèn)，當(dāng)今，我們處在一個(gè)科技變革時(shí)代，當(dāng)前空間信息應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用模式、信息內(nèi)容、分析方法、展現(xiàn)方式等的發(fā)展，已越來(lái)越難以滿(mǎn)足人類(lèi)認(rèn)知客觀(guān)世界的需要，一切都需要用新的科學(xué)和技術(shù)來(lái)認(rèn)識(shí)。如前所述，要用全空間視角觀(guān)測(cè)地球，用新的人工智能手段來(lái)分析處理實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的地理信息大數(shù)據(jù)等。

“既然人家能跨進(jìn)來(lái)，為什么我們不能跨出去呢？”周成虎說(shuō)，為了讓地圖變得更加“聰慧”一點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)測(cè)繪科技自強(qiáng)自立、高質(zhì)量發(fā)展，需要全行業(yè)大膽突破創(chuàng)新，一起努力，一起向未來(lái)。一個(gè)無(wú)比輝煌的地理空間智能時(shí)代正在到來(lái)。