专访金双根院士:数据驱动未来 各行各业亟需时空位置大数据

2021-10-18 09:59:00     来源:中国科技新闻网

中国科技新闻网10月18日讯(赵芙瑶)谈及定位、导航和授时,大多数人第一时间都会想到GPS,然而我国自行研发的北斗卫星导航系统(BDS)目前已经乘风而上,在政府鼓励与自身优势的双重加持下不断迈上新的台阶,深度融入各行各业。

同时,伴随着互联网、大数据、云计算、物联网等新兴信息技术的蓬勃发展,让北斗卫星导航系统有了更广阔的用武之地。智慧城市、无人驾驶、智能交通、精准农业、环境感知等方面都离不开时空位置大数据,而北斗卫星导航系统可以利用其直射信号进行导航定位和表面反射信号进行环境感知以及大数据挖掘应用。

在2021大数据科技传播与应用高峰论坛暨“科创中国”试点城市推进会上,欧洲科学院院士、美国电磁科学院院士、欧洲人文与自然科学院院士、俄罗斯自然科学院外籍院士、土耳其科学院院士、中科院“百人计划”、上海市“领军人才”、IUGG会士、IAG会士、卫星导航与遥感专家、中科院上海天文台研究员、南京信息工程大学遥感与测绘工程学院院长金双根发表了主题为《智能时代大数据机遇与挑战》的演讲,畅谈北斗卫星导航系统在大数据时代发挥重要作用和产生巨大价值。会后,金双根接受了中国科技新闻网专访,进一步解读了大数据对其研究领域的赋能。

图:金双根院士演讲现场 中国科技新闻网/摄

大数据产业发展亟需时空位置 需求呈井喷式增长

金双根长期从事卫星导航、卫星遥感和空间行星探测及应用,做出了多项系统性原创成果,其主要研究方向为全球导航卫星系统(GNSS)理论方法与应用。“大众也许会觉得这个缩写有些陌生,其实它包括了美国全球定位系统(GPS)、中国北斗导航卫星系统(BDS)、俄罗斯格洛纳斯系统(GLONASS)和欧洲伽利略导航卫星系统(Galileo)以及区域增强系统等,具有全天候、近实时、高精度等特点,可持续发射L波段信号,广泛应用于定位、导航和授时(PNT)。”金双根解释说道。

大数据的浪潮波涛汹涌,GNSS系统也因此有了新的用武之地,提供大数据时间和空间位置信息。智慧城市、智能交通、环境监测等方面都离不开时空位置大数据。金双根在演讲中也提到,在时空位置数据获取市场方面,目前主要是以支撑导航电子地图的卫星导航定位、卫星遥感影像等数据市场;在时空位置数据分析市场方面,卫星导航与位置服务涉及到相关软件及计算平台市场巨大。随着云计算、雾计算和边缘计算等新型计算模式的发展和推广,位置服务云成为当前市场争夺的焦点。在时空位置数据应用服务市场方面,如公共市场,涉及城市建设、国家公共安全、地下空间、防灾减灾等;行业市场,主要包括农业、渔业、交通、测绘、国土、灾害、水利等;大众市场,以共享单车和个人消费为主。

谈及大数据对GNSS的赋能,金双根在接受中国科技新闻网专访时举例称:“大数据可以提高导航定位的精度,因为通过长时间轨道和观测站位置大数据分析,可以快速提高轨道预报精度和测站位置先验信息,进而提高导航定位精度。”金双根说道。另外,当GNSS信号状况不佳和遮挡等,接收机接收数据中断和丢失,地下和桥梁下接收不了信号时,如果知道前面接收机长时间位置信息,通过时空位置大数据分析和行踪轨迹规律挖掘,可以快速预测该接收机位置。另外,赋能增加一些基准站建设,这些基准站或以后与5G并置,5G不仅仅具有通讯功能,同时也是一个相对定位的基站,进而实现高精度导航定位增强和万物互联。

他还表示数据的储存也是同样道理,例如之前一个基站高频GNSS一天观测数据约500兆,现在一个接收机接收多系统多频GNSS数据,可存储的数据量会越来越庞大,储存材料也需要不断升级。

近年来,随着GNSS系统的逐渐完善、星座的增多、观测站的增加,其应用领域越来越广泛。在市场需求不断嵌入的情况下,未来卫星导航与位置服务产业的增长潜力也将呈现出爆发性、跨越式、规模化、可持续增长态势。

图:金双根院士 中国科技新闻网/摄

GNSS+R最新应用进展:探测海冰、植被、积雪和土壤湿度等大有可为

在此次的演讲中,金双根还提到了一个概念——GNSS+R。他解释称,GNSS+R反射测量技术属于双基雷达,可获得地表粗糙特征和地球物理参数,即利用GNSS测量直射信号与地表镜面反射信号之间延迟(多普勒延迟或相位延迟),再根据GNSS卫星、接收机和镜面反射点之间的几何位置关系,可反演地表特征。

金双根向中国科技新闻网举了几个生动的例子:“它具有全天候、穿透性强的特征,GNSS信号因大气的密度不均匀发生折射,反过来通过信号大气延迟可以提取大气一些有用的参数,如温度、气压和可降水汽量,因为这些参数会影响大气折射指数变化。当信号到达雪地、冻土和土壤后,信号反射回来,我们可以得到一些有关地表特征的信息,如反演积雪厚度、冻融和土壤湿度变化。”

金双根还指出,GNSS信号到达海洋表面反射回来后,可以反演海洋状况、海面高度以及海面风速等参数。近年来,全球气候发生显著变化,冰川和冻土加剧融化,从而导致海平面上升。随着光学遥感和雷达遥感技术快速发展,但前者会受云和天气等因素的影响,而微波遥感则具有良好的穿透性,且有全天候全天时工作等优势。近些年,全球导航卫星系统的发展与完善,使得GNSS+R反射测量技术在海面高、海冰和海洋环境监测方面也取得了显著的成果,如获得海洋表面风速、海平面变化和海洋环境变化等。

“其他的目标探测也是一样,GNSS信号到达目标反射回来,可以确定目标的位置等信息,因此,GNSS+R应用范围和应用前景非常广阔。”金双根向中国科技新闻网表示。

“大数据带来了新的机遇和价值,数据驱动未来。抓住这样的机遇,可以更好的服务我们生活的方方面面,更好的促进产业升级以及赋能新基建,特别是大数据采集、处理和应用,研发和掌握大数据相关核心技术,加快和提升数字经济发展,让我们走向世界科技和经济强国之列。”金双根总结称。

图:金双根院士获奖证书

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