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石大黄岛讲坛|李德仁院士展望大数据时代的地球空间信息学

2018年04月12日 09:48:47 来源: 中国石油大学(华东) 作者: 字号:TT

报告会现场

李德仁院士为师生做题为“大数据时代的地球空间信息学”的学术报告

4月8日,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁做客第22期黄岛讲坛,为师生做题为“大数据时代的地球空间信息学”的学术报告。副校长李兆敏主持报告会。

讲座中,李德仁首先明确提出“人类进入大数据时代”。1993年9月,美国启动“信息高速公路”计划,即国家信息基础设施,引发席卷全球的信息化革命。1995年,中国启动推动全国信息化的“八金”工程,标志着我国信息化建设开始起步。1994年,美国启动国家空间数据基础设施的建设,得到包括我国在内的各国积极响应。利用基于全球地心坐标系的卫星导航定位技术、卫星遥感技术、网络地理信息技术和计算机虚拟现实技术,大量的表述地球自然形态和人类活动的几何与社会属性数据和信息被送入电脑,并在互联网上流通,形成虚拟的网络空间。1998年,美国提出“数字地球”概念,标志着全球开始步入数字地球和数字城市建设新阶段。目前,我国已建成数字中国基础框架,已有600多个城市初步建成数字城市基础框架。2006年,物联网、云计算等新一代信息技术正式推出,实现了工业化与信息化的综合集成。通过无所不在的传感网将网络世界与现实世界关联起来,形成虚实一体化的空间。在这个空间内,将自动和实时地感知现实世界中人和物的各种状态和变化,由云计算中心处理其中海量和复杂的计算、控制并产生智能反馈,为人类生存繁衍、经济发展、社会交往和文化享受等诸多方面提供各种智能化服务,旨在建立一个低碳、绿色和可持续发展的社会。到2009年,全世界各国正式提出建设智慧地球和智慧城市。李德仁提出,大数据具有五大特征:体量大、速度快、模态多样、真伪难辨、价值巨大。面对大数据的到来,目前的问题是我们很难有效地从大数据中挖掘出它的巨大价值。于是,时空数据挖掘的理论和算法成为当前一个十分重要的研究命题,时空数据挖掘就是从海量、多源时空大数据中自动发现和提取隐含的、非显见的模式、规则和知识的过程。

李德仁提出大数据时代地球空间信息学的时代特点。上世纪90年代的信息革命和网络革命催生了地球空间信息学。地球空间信息学是测绘遥感科学与信息科学技术的交叉、渗透与融合,它作为地球信息科学的一个重要分支学科,可为地球科学问题的研究提供空间信息框架、数学基础和信息处理的技术方法;同时,它又通过多平台、多尺度、多分辨率、多时相的空、天、地对地观测、感知和认知手段改善和提高人们观察地球的能力,为人们准确而全面的判断与决策提供大量可靠的时空信息。地球空间信息学已在过去20年的数字地球和数字城市建设中发挥了重要作用。当前,我们需要关心的是,人类正进入建设智慧地球和智慧城市的大数据时代,这将对地球空间信息学提出新的要求,使之具有新的时代特点。这些特点可以概括为以下七个方面。即:无所不在、多维动态、互联网+网络化、自动与实时化、从感知到认知、众包与自发地理信息、面向服务。

随后,李德仁院士指出了地球空间信息学必须解决的关键技术问题。一是全球空天地一体化的非线性地球参考框架构建技术,即:利用装载有GNSS接收机的高中低轨卫星、地面或星间可跟踪的高中低轨卫星,通过静态的地面跟踪站和动态的卫星和天体来共同建立和维持我国自主的全球时空基准。二是星基导航增强技术,即:利用低轨卫星上搭载星载GNSS接收机连续观测记录,结合激光测距等手段和现有地基增强系统,提高北斗卫星导航系统的实时定位精度。三是天地一体化网络通信技术。即:为满足多源影像与视频信息传输、增强导航以增强地面移动通信需求,需要通过天网、地网的互联互通,构建天地一体化的通信网络。四是多源成像数据在轨处理技术,即:针对卫星影像与视频数据量大,星上数据存储、处理与传输能力受限的问题,通过星地资源协同调度与优化,提升数据处理和信息提取效率与自动化水平。五是天基信息智能终端服务技术,即:系统除向专业用户(行业、部门)提供服务外,还需面向互联网大众信息消费的主流平台—智能手机与移动终端提供定制化的智能天基信息服务。六是天基资源调度与网络安全,即:系统通过对卫星资源的动态组织调度,可实现卫星资源组织面向任务快速应变。同时,由于空间网络的开放特性,系统通信链路容易受到宇宙射线、电磁信号干扰,甚至恶意破坏。七是基于载荷的多功能卫星平台设计与研制,即:按照“一星多用”要求,单个卫星平台需要集成遥感、导航、通信、数传等多种载荷,可根据任务需求实现能力可伸缩。

李德仁院士指出,为了解决上述关键技术问题,需要充分利用相关学科的研究新成果,组织跨学科的协同攻关创新。他同时给出了大数据时代地球空间信息学的新定义。地球空间信息学强调的是用各种手段和集成各种方法对地球及地球上的实体目标进行的空间数据采集、量测、分析、管理和显示,以及空间信息的提取、管理和应用。今日,在大数据时代,我们应及时地赋予它新的符合时代特征的新定义:地球空间信息学是用各种手段和集成各种方法对地球及地球上的实体目标和人类活动进行时空数据采集、信息提取、网络管理、知识发现、空间感知认知和智能位置服务的一门多学科交叉的科学和技术。从这个新定义出发,地球空间信息学将在构建智慧地球和智慧城市的大数据时代面临更多的发展机遇,迎接更为光荣而艰巨的任务,它必将为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

讲座结束后,李德仁就中外遥感技术的发展、遥感数据共享等问题和在场师生进行交流讨论。

李德仁,摄影测量与遥感学家,武汉大学教授、博导。1991年当选中国科学院院士,1994年当选中国工程院院士。1963年毕业于武汉测绘学院,1985年获联邦德国斯图加特大学博士学位。1988年度国家级有突出贡献专家。历任武汉测绘科技大学校长,武汉大学学术委员会主任、测绘遥感信息工程国家重点实验室主任、学术委员会主任,湖北省科协副主席,国务院学位委员会学科评议组成员,中国科学院地学部常委、副主任等。长期从事遥感、全球卫星定位和地理信息系统为代表的地球空间信息学的教学与研究,曾提出可靠性和可区分理论处理测量误差,“解决了测量学一个百年来的问题”。30项成果分别获国家科技进步二等奖及省部级奖、全国优秀教材奖、全国优秀教学成果奖、德国“汉莎航空测量奖”,1999年获何梁何利基金科学与技术进步奖。发表论文620多篇,出版专著10部、译著1部,主编著作7部。

[责任编辑:刘宇宏]

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