智能时代:北斗导航的跨界融合

  • 小编 发布于 2019-11-30 00:52:03
  • 栏目:科技
  • 来源:上海科普
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互联网和物联网引发的海量数据喷发产生了大数据,对更强大的计算能力和更智能的计算方法提出了新的要求;而对物理世界智能管理和协同控制的需求,则激发了信息物理系统CPS的产生。基于大数据、计算能力和计算方法的新一代人工智能技术,以及建立在各种技术加速互融互通的基础上,使社会生产和消费加速从工业化向自动化和智能化转变。

一、 智能时代的特征

智能的本质是对外界变化进行感知、学习并记忆形成经验,然后上升为决策思维,在精确的时间、位置和姿态上调控自身以适应外界,或通过时间、位置与姿态的精准协同来调控外界,改变外界的状态;智慧的本质是最终能在精确时间和正确的位置上预测外界的变化。智能与智慧都离不开时间空间的位置协同。

在大数据时代,人们不再通过原因,而是在大数据中通过关联关系直接找出结果。经过60多年的演进,特别是在移动互联网、物联网、大数据、云计算、神经科学和脑科学等新理论新技术,以及经济社会发展强烈需求的共同驱动下,人工智能正加速发展,呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、智群开放和自主操控等新特征。

智能时代:北斗导航的跨界融合

智群开放体现的是在开放复杂的网络信息环境中,新一代人工智能将从强调精英专家的知识模拟走向众包、众创,由下而上、跨层级和跨粒度涌现群体智能的特征。未来,万物互联的泛在网环境将人与人、人与物和物与物相互连接,恰如钱学森先生提出的开放式复杂巨系统,学习借鉴自然界群体智慧(如蚁群)的涌现现象,研究整体大于局部之和的机理,为开放环境下复杂系统决策任务的解决提供新的途径。大数据驱动下的人工智能系统,将人类知识的智能库与深度学习的机器智能相互赋能增效,形成人机物融合的“群智空间”。我国拥有全球最大的互联网及移动互联网市场,为群智研究提供了良好的平台基础。推动群智众创服务平台在智能制造、智慧城市、智慧农业和智慧医疗等重要领域的广泛应用,将有利于形成群体智能驱动的创新应用和创新生态系统,从而占据全球价值链的高端。

跨界融合强调新一代人工智能系统的数据源特征,主旨在于通过跨界类数据的智能融合和综合算法,提升系统认知能力和智能决策水平。通过众多终端自动采集的海量感知数据,随同已有的人工处理数据,用于训练并驱动人工智能,呈现出从文字、图象、音频与视频等单一媒体形态,逐步过渡到跨领域、跨类别、跨环境、跨媒体、跨平台和跨层级的多种媒体形态一体化。未来的AI系统应用将拥有类人甚至超人的智能感知和跨媒体的感知计算能力,包括类人和超人的主动视觉、自然声学场景的听知觉感知、自然交互环境的言语感知及计算、面向媒体感知的自主学习、大规模感知信息处理与学习引擎、城市全维度智能感知推理引擎等,而如何实现跨界的并发协同和融合处理就成了研究和应用的关键问题。

二、 北斗跨界融合的智能应用发展趋势

北斗/GNSS向全球实时提供泛在、精确时空位置服务的能力几乎不可替代。随着智能感知、认知环境和社会的动态变化发展,对经济、社会、人类生活进行智慧管控的需求越来越高,智能时代对时空位置服务的精确性、实时性和智能性的要求也越来越高。北斗/GNSS终端是物联网感知前端的时空位置传感器,其产生的带有精准时空位置标签的时空大数据,是对大数据赋予时空信息,以与其他各类大数据实现关联,直接发现事物本质的最普世、最快捷和最可靠的智能方式。北斗/GNSS跨界融合人工智能技术,可以准确地感知、识别、预测和预警基础设施与社会安全运行的变化态势,及时感知分析个体行为,把握群体认知及心理变化并主动决策反应,从而显著提高社会治理的能力和水平,对有效维护社会稳定与发展具有不可替代的作用。通过与其他技术,如交通、信息、能源等的融合,赋予其提供精准时空位置的新功能,北斗/GNSS与这些技术一起构成了以卫星导航为主体的PNT跨界融合的本质特征。

智能时代:北斗导航的跨界融合

北斗的跨界融合,具体体现在与服务、功能、产业和技术的融合上。以服务为例,通过与传统服务型行业的深度融合,可以创造出基于时空位置的新商态和新业态,如电子商务物流、移动互联网金融和移动在线共享娱乐等。

在“互联网+”的时代,数据在云端,用户在网上,“北斗+”与“互联网+”等新兴信息技术的跨界融合发展趋势越来越明显。通过推动北斗系统与蓝牙、宽带移动互联网、有线互联网和卫星通信网等的融合,使带有时空位置的信息与图像的传输更快更准,用法更巧;利用大数据、云计算和导航网格码等技术,实现“北斗+高精度遥感数据+通信+地理信息+云计算平台”的融合发展,让孤立、静止的北斗时空数据活动起来,提升各行各业时空位置数据的应用价值和服务能力;随着手机、平板电脑、车载/机载终端与可穿戴产品市场的爆发,重点推动“北斗导航+传感器+无线局域网+移动通信+卫星通信”等一体化芯片的研发,打造多功能融合的信息终端产品,实现一个时空位置终端“打天下”;高精度北斗/GNSS终端融合微机电陀螺导航数据,并与米级、分米级和厘米级高精度电子地图实时性适配,形成“北斗高精度导航+高精度地图”,开辟车辆车道级监控、车辆自动驾驶和智能无人驾驶等全新领域的应用。

北斗与其他GNSS数据的跨界融合,有松组合、紧组合和深组合三种技术模式。松组合是指北斗与其他GNSS系统各自求解,然后取坐标分量的平均值;紧组合指多GNSS观测值可互换,各系统组成观测值方程后进行统一解算;深组合指通过各系统原始观测值的混合线性组合,形成多种超宽带、超窄带、高抗环境误差的伪距+相位观测值,可构成全新研究方向和算法,解决新的应用需求。

北斗作为PNT时空体系的核心技术手段之一,为克服其固有的脆弱性,以及智能时代定位数据在云与端频繁流转可能遇到的网络安全风险,需要与其他PNT技术互补共融,从而实现以北斗为主的PNT体系在全区域和全时域里的可用、可信和可靠。

智能时代:北斗导航的跨界融合

未来,所有的高精度地基增强与天基增强技术都有基于高精度基准站的趋势,二者的区别仅在于通信手段的不同。融合天基和地基通信手段于一体,相互补充为用户提供服务,将是未来的发展趋势。在北斗系统的全球建设阶段中,已将天基和地基相互融合的设计思路考虑在内,目前正在开展相关系统的论证工作。

“北斗+”将推进互联网、移动互联网向互联网+、物联网和泛在网的方向发展,最终建成信息物理系统网络。利用高精度导航增强技术对移动通信网和互联网赋能,为移动信息在网上瞬时位置定位,测定其去向和瞬时流速;利用北斗地基增强网对移动通信网络赋能,使其具有室内外定位无缝化、一体化功能,实现城市部件的全时域/全空域定位的智慧城市建设需求;在互联网的关键网关、节点路由器和主要服务器上加装高精度北斗/GNSS接收模块,将现有的互联网时间同步标准从1ms和1us提高至1ns级水平。这将是实现虚拟世界信息和指令的定位与控制,引发互联网向工业互联网升级的颠覆性技术。

智能时代:北斗导航的跨界融合

有关统计表明,几乎90%以上的信息和控制都与时空和网络息息相关。以北斗+5G为例,其不断丰富的应用场景,将实现一系列原来无法实现甚至无法想象的应用,如高铁、地铁和无人区等连续广域覆盖场景的管控,广场、露天集会和交通路口等高并发高容量场景,智慧城市、环境监测和智慧农业等高精准、低功耗大连接场景,以及车联网、工业控制和虚拟现实等低延时高可靠场景。

三、 结语

以跨界融合和群智开放为主要特征的北斗跨界融合,包括跨导航系统的数据融合处理模式、跨多种定位导航技术的融合处理模式,以及跨不同行业和专业需求的处理模式。北斗/GNSS是一种赋能技术,通过跨界融合,赋予其他行业或技术(如通信和计算机技术)确定精确时间和位置的能力,成为实现区域和广域智能协同控制的基础。

随着行业和专业地基增强网络的增加,基准站将越来越稠密,使地基增强的时空感知分辨率和可靠性大为增强。同时,随着大数据和AI技术的发展,传统基准站的概念将被突破,不同终端提供的不同精度的实时定位数据,均可被视作基准站。应顺应和利用这一趋势,进一步鼓励和推动北斗跨界融合的创新应用。

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