李德仁院士：测绘科技创新发展要融入新基建浪潮
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今年9月16日，习近平总书记在致首届北斗规模应用国际峰会的贺信中指出，当前，全球数字化发展日益加快，时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施。
“我们测绘人要想国家所想，急国家所急，全身心投入到‘第二个一百年’和‘新基建’的浪潮中，在新型信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施中发挥作用，为将我国建设成为国际领先的测绘科技强国贡献力量。”中国科学院、中国工程院院士李德仁如是说道。
在中国测绘学会2021学术年会现场，李德仁院士接受了《中国测绘》记者采访，并深入剖析了新基建和泛测绘形势下，测绘科技和测绘人的职责与使命。
李德仁院士在中国测绘学会2021学术年会作报告
“今年9月16日，习近平总书记关于时空信息和定位导航服务的论述告诉我们，‘大测绘’已经成为国家重要的新型基础设施。”李德仁院士解释道，“大测绘”是指以空天地遥感对地观测与导航、地理信息技术为代表的地球空间信息技术，其已经成为新基建的重要组成部分。
“什么是新基建？”
新基建是指以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。新基建主要内容包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施这三大方面。
信息基础设施：
包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以天空地对地观测与北斗卫星导航为代表的空间信息基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。
融合基础设施：
主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，比如智能交通基础设施、智慧能源基础设施等。
创新基础设施：
主要是指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，比如重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。
“新基建把基础设施从物理空间延伸到与网络空间一体化的新万物互联时代，也就是数字孪生时代。而测绘遥感地理信息能够为新基建提供完整性好、现势性强、精准度高的时空大数据，从而实现习近平总书记要求的数字产业化和产业数字化。”李德仁院士说道。
报告现场
“在新基建的三大内容中都有测绘地理信息技术的使命和任务，测绘人要在其中找到自己的位置并积极参与。”李德仁院士说。
测绘在信息基础设施中的任务
“首先，测绘遥感地理信息技术是信息基础设施的重要组成部分。”李德仁院士认为，“十四五”期间，测绘行业需要做好以下五件事：
一是建立中国天空地一体化尺度下的全球高精度时空基准；二是完成全球1∶5万、中国各省1∶1万三维测图，并在城镇区建立实景三维城市底座（3～10厘米)；三是测绘全球10米、全国5米间隔的数字高程模型与全球2米分辨率正射影像和全国0.5米分辨率正射影像；四是建立空间信息多级网格国情数据库和全国森林区LiDar点云（10厘米)数据库，为国家城市管理和“碳达峰”“碳中和”目标提供数据支撑；五是建立并完善全球每季度、中国每月的土地覆盖标准产品（16米分辨率）。
“比如，全球1∶5万三维测图，我们研制了卫星遥感大数据精准处理系统，利用资源三号三线阵数据，实现了境外和地面难以到达区域的1∶5万无控制测图。”李德仁院士介绍，目前，我国每年1∶5万三维测图生产能力为3000万～5000万平方千米，可辐射“一带一路”沿线国家和地区，并逐渐走向全球。
“关于全球数字高程模型，美国SRTM做到90米间隔，德国做到12米间隔，中国应该给全球提供一个10米间隔的数字高程模型。”李德仁院士说，“十四五”期间，在全球土地覆盖标准产品方面，我们应该做到国内月度更新和全球季度更新，并基于深度学习的智能影像解译技术，提高多源、多时相土地覆盖变化检测的精准度和自动化水平。
近些年，城市网格化管理在全国各地广泛开展，并在新冠疫情防控中发挥了重要作用，其底层技术逻辑就来自于李德仁院士提出的空间信息网格技术。李德仁院士认为，空间信息多级网格具有潜在的三大职能：一是作为数字地图的补充产品；二是作为城市网格化管理推向全国的一种空间数据的表示和组织方法；三是可以作为地理国情监测数据空间统计的统一载体和发布产品。
“目前，空间信息网格化已经在全国铺开，北京东城区建立了100米间隔的网格，武汉市也建立了1.8万个网格，我认为这种空间数据表示和组织方法应该向全国推广，不仅局限于城市，按照人口和经济分布可在全国建立不同粒度的多级空间信息网格，还可以在空间网格中叠加多类型数据，比如绿化指数、GPD指数、交通便捷指数、人口密度指数、碳排放指数等等。”李德仁院士说。
“在自然资源部规划的‘十四五’期间五个重大专项也为测绘的使命和任务划出了重点：实景三维中国建设、新一代国家测绘基准体系构建与服务、边境地区地理信息资源建设、海洋测绘和全球地理信息资源建设（二期），这和我的建议也大致吻合。”李德仁院士特别提到，在实景三维中国建设中，要重点解决以下六大问题：
①天空地海实景三维采集装备
②数据处理相关软件与技术
③实景三维计算超大规模算力消耗问题
④单体化分析与自动单体化技术
⑤海量数据可视化云渲染技术
⑥中国森林区的实景三维建设（用于碳中和）
测绘在融合基础设施中的任务
“交叉融合是新基建的重要特征之一，目前整个新基建大约是40万亿的市场体量，我认为测绘在新基建中至少应该创造5万亿。”李德仁院士介绍，具体来说，测绘行业有五大方向可以发力：第一是基于多时相三维实景影像的自然资源调查、生态环境监测与应急管理；第二是基于高精度时空大数据的公共安全与大健康产业；第三是基于数字孪生的新型智慧城市、智慧交通、智慧能源等；第四是基于5G和人工智能的智能驾驶与机器人产业；第五是通导遥一体化的空天信息实时智能服务。
“在服务自然资源、生态环境监测与应急管理方面，武汉大学相关技术团队已经做了一些尝试，比如结合深度神经网络的遥感解译，我们搭建了湖北省农作物一张图，可实现遥感影像全自动识别解译，其识别精度可以达到85%以上；我们还做了中亚20万平方米的地表覆盖制图；用SAR数据研究城市形变等。今年7月，郑州暴雨，我们通过遥感影像实时监测受灾区域水体变化，为应急管理提供决策参考。”李德仁院士介绍道。
在公共安全上，李德仁院士带领的武汉大学技术团队设计完成的武汉交警数据大脑——“北斗+交通”智慧交通应急大脑，将武汉所有的道路大数据、驾驶员和汽车时空大数据以及道路周边环境等数据和因素叠加在一个系统上，通过全息感知、时空分析和数据挖掘技术进行科学调度，把武汉市交通拥堵排名从全国23位降到53位，交通拥堵延时指数从2.34下降至1.676，降幅高达30%。2017年12月11日，李克强总理在武汉考察智慧城市建设时，对智慧应急系统给予充分肯定。
在大健康方向上，李德仁院士领衔的基于时空大数据的公共安全和大健康服务体系已向国家建议设立1000亿专项资金。该项目将综合应用智能手机测距技术、“北斗+5G”室内定位技术和CSI行为感知等技术手段，可以感知人的行为姿态、人和人之间的间隔，基于移动智能终端精准跟踪病毒传播途径，从而能有效避免大范围隔离和封城，为抗击新冠疫情服务。
该专项为公安部平安工程的第二期，首先在全国机场、车站、医院和学校等公共场合，实现手机米级精度的位置定位，并上传到公共安全云，与视频数据一起分析，做到自动识别密切接触者，做到疫情防控常态化。
在数字孪生新型智慧城市的建设和运营方面，李德仁院士认为，这将是一项需要长期探索和实践的数字化道路，它需要把物理空间通过全面感知，在网络空间中全面呈现，并基于智能化技术手段让虚拟世界服务于物理空间。
以智慧电网为例，其充分利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线测量数据、无人机巡线和机器人巡查，加上电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程，通过在虚拟空间中完成对智能电网的映射，反映智能电网的全生命周期过程。
关于自动驾驶，李德仁院士说：“车路协同的智能化，是实现智能驾驶和自动驾驶的关键，要将智能传感器尽可能放在路上，为所有车辆共享。”他认为放在路上的智能传感器至少应当做到：
保证车辆高精度、高完好率连续导航的增强系统；
将路上给驾驶员看的交通标志改为车用智能终端可接收的信号；
记录路上人、车、物状态的传感器，如视频、测速雷达等。
此外，放在车辆上的智能感知、定位定姿传感器和智能驾驶脑要做到价廉物美。车路协同感知认知，要以200%的可靠性来实现无人驾驶和智能驾驶，这是未来我们国家基础设施建设中一个重要的发展方向。
李德仁院士表示，除了智能驾驶，智能机器人也是“十四五”期间一个重要的科研和产业方向，智能机器人能够在多种人迹难至的场景进行全天时、全自动、全方位的作业。
以电力巡检机器人为例，其能够实现对变电、输电、配电设备进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护，包括自动巡逻、智能读表、图像识别、红外测温、实时视频回传等功能，以人工智能先进化手段代替传统人工完成电站巡检及设备查明工作，降低人员安全风险，保障电网本质安全，提升电网智能化巡检技术水平。“测绘人要勇于研发能认路识路、导航定位的智能传感器，做智能机器人研发的主力军。”李德仁院士特别强调道。
李德仁院士说：“现在我国的通信卫星、导航卫星、遥感卫星是各成体系，彼此分离的。2019年，我和其他九位院士联合建议，未来我们要建立一个通导遥一体化空天信息实时服务系统，在天上搭建一张‘互联网’，让系统联通、时空融合、服务畅通。”他表示，北斗三号系统的建成并开通服务实现了我国卫星导航从0到1的跨越，这不是结束，而是一个新的开始。
通过融合多种技术手段，我们可以进一步提升导航定位精度，打造全球领先的高精度定位服务；目前北斗地基增强定位主要服务于我国陆地区域，但通过低轨信号增强可以扩展其服务范围；星基增强服务能够使北斗三号覆盖亚太区域，低轨信号增强能够减少收敛时间，从而提供全球无缝高精度定位服务能力，提升北斗国际竞争力。
测绘在创新基础设施中的任务
“我认为测绘在创新基础设施中，要抓住‘三深一系统’，即深地、深空、深海和地球系统。我们要努力实现对天对地观测智能化，要从空天大数据中提取信息，挖掘知识；深空探测、国防作战与灾害应急必须做到快、准、灵；通过融合发展、创新发展，突破人无法或难以到达区局的对天对地观测。我们希望在太空开展导航定位、重力场研究以及矿产资源勘测和开采，并积极主动参与太空竞争和对抗，保证国家安全。”李德仁院士说。
“测绘还要抓住‘三极’即南极、北极、青藏高原地区，主动在‘三极协同’研究上发力。”李德仁院士补充道，我国凭借优越的地理位置，在青藏高原的研究中一直发挥着引领作用。率先开展“三极”协同研究，将有望发现和解决地球系统和日地关系等重大科学问题。
“我们已建议发射中国‘三极’科学研究冰卫星（激光测高）；建立自动联网的‘三极’日地观测系统；建立‘三极’地区地面无人值守观测网。”李德仁院士说。
到创新就离不开人才问题，对此，李德仁院士也有自己的思考，他说：“在创新基础设施建设中，要发挥现有测绘科技人员的作用，我们要大胆启用青年才俊，还要努力培养造就新一代领军帅才。面向国家40万亿新基建任务，测绘人要勇于向前冲，创造我们的空间，完成我们的使命。”
今年7月，在全国测绘地理信息管理工作会议上，测绘地理信息“两支撑，一提升”的定位已经确立。当我们谈论测绘地理信息科技和产业的高水平和高质量发展时，国家需要和经济发展需求是测绘必须回应的主题，因此，在国家“新基建”浪潮中，测绘人也必须积极入局，让测绘科技创新、产业发展和“新基建”“新需求”声气相通，彼此呼应。
编辑：张永超授权转载：中国测绘学会
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