中國測繪地理信息學會2017年學術年會暨第十二次全國會員代表大會于11月8-10日在南京舉辦。本次大會以“創(chuàng)新驅動，跨越發(fā)展”為主題，邀請測繪地理信息科技界專家、院士、學者齊聚一堂，呈現(xiàn)精彩特邀報告，并舉辦多個垂直領域分論壇。

　　會上，中國科學院、中國工程院院士李德仁作了題為《腦認知與空間認知——論空間大數(shù)據與人工智能的集成》的特邀報告。

　　以下為演講內容(內容未經本人核實)：

　　李德仁：謝謝陳院長。

　　今天跟我們的中國測繪地理信息學會會員、朋友們討論一個問題，空間大數(shù)據與人工智能怎么結合?我的題目是《腦認知與空間認知》，談談我個人的一些想法，希望能對我們測繪地理未來的發(fā)展產生一定的作用。

　　我從四個方面做一個介紹，第一部分先講一講空間大數(shù)據有多大?第二個講講腦認知人工智能的發(fā)展到了什么樣的狀態(tài)?第三部分就講我們怎么把腦認知的這樣一個人工智能的方法運用到我們測繪地理信息中來，我要介紹三個空間認知的大腦，第一個就是對地觀測衛(wèi)星要變成一個對地觀測腦;第二個，我們智慧城市的管理在云上變成一個管理應用的大腦;第三個我們的手機用于1米導航定位的時候，我們的手機要成為這個主人的一個智慧的腦，了解你的生理學、心理學、行為學，讓你過得更好。這就是我要講的三個腦，供大家參考。第四部分講做這件事情有沒有基礎?我們測繪人做了哪些工作，有基礎，當然我這個基礎不全。講到我們武漢大學團隊的技術，相信全國的人加在一起，我們共同來研發(fā)未來的智能化、實時化的地理信息服務的三個大腦。

　　習主席指出來“空間科學、空間技術和空間應用要全面發(fā)展”，是2016年在兩院院士大會上講的。我的理解，抓應用科學技術的發(fā)展是它最好的一個，所以我們要把天上的衛(wèi)星要“一星多用、多星組網、多網融合、智能服務”。大家知道全世界目前航天事業(yè)，這個導航、通信、遙感是分離的。所以我們要集成在一起，我們的測繪地理信息產業(yè)是一個大事業(yè)、小產業(yè)，沒有叫72億老百姓都買單，這是政府買單的一個小產業(yè)。但是大事業(yè)，涉及到政府各個部門、城市各個部門?？渴裁茨?靠人工智能的技術。而人工智能的技術，把未來認知科學的技術移植過來，我們就可以實現(xiàn)目標的發(fā)現(xiàn)、設備跟蹤、變化的檢測，做到智能化、實時化，在衛(wèi)星軌道上完成。這樣的話，就是真正地把我們的測繪地理信息技術來支持強軍、富國、利民，就有可能把我們的用戶從政府機關發(fā)展到為全社會老百姓服務，就可以把產業(yè)從幾千億發(fā)展到上萬億。這是習主席的要求，這是我們習主席提出來的，解放軍在全球能打仗，打勝仗，軍民要深度融合。我們希望2030—2049年中國的空間科學、地理信息空間科學要在世界上能達到走到前面去的這樣一個目標。

　　習主席最近多次指示當2030年中國哪些行業(yè)在世界上是第一?所以我們在座所有的測繪地理同仁要想這個問題，我們怎么樣拉動我們的發(fā)展來滿足國家領導人對我們的要求。2049是中華人民共和國成立一百周年，我們要拿出我們的行動來讓我們的國家把地理測繪產業(yè)做大做強，做到世界的前面去。

　　我們看到空間數(shù)據有多大，天上的衛(wèi)星已超過1000個，美國500多個，俄羅斯120多個，中國145個，還在加?？罩械挠腥藱C和無人機超過10000架，我們中國的無人機在世界上是No.1。地面移動測量系統(tǒng)，我們有很多地面測量系統(tǒng)，但是我們正在做的智能駕駛汽車，無人駕駛汽車都有傳感器，是70乘70、90乘90的，有照相機，有視頻。我們還要搞海上的移動測量系統(tǒng)，我們城市里的傳感器就不能不想到識別，中國的“平安工程”，公安部花了3000多個億裝了2000多萬個視頻攝像頭。我們還有手機，每個人的智能手機可以打電話，可以記錄坐標，可以傳視頻拍照片，都是傳感器，所以現(xiàn)在傳感器是專業(yè)的、非專業(yè)的大融合。

　　我們看看中國衛(wèi)星的發(fā)展，中國的衛(wèi)星走了一個從無到有的過程，從實驗到運行，堅持技術創(chuàng)新，堅持從有到好。我們高興地告訴大家，資源三號是中國遙感衛(wèi)星從有到好的一個轉折點，我們有7種衛(wèi)星序列，氣象、環(huán)境災害的、國防的等等。我們氣象衛(wèi)星做得最好，風云1號2號是第一代，3號4號是第二代。這就是一個路線圖，要不停地發(fā)氣象衛(wèi)星來支持全世界對地球的觀測、氣象預報和全球變化演進。這樣一個系統(tǒng)，我們三顆衛(wèi)星可以15分鐘重復觀測，我們的風云4號是自旋式的改成定位式的，又提高了時間精度。

　　我們的環(huán)境災害衛(wèi)星，天上有兩個光學一個雷達，下面還要發(fā)展兩個新的光學和兩個新的雷達，每天把地球掃一遍。它的圖像質量跟法國的、美國的是可比的。

　　再下一張，我們的第一顆SAR衛(wèi)星是這個，這是武漢市的照片，把它放大看，中國的在左上角，其他國家的都可比，這是長江新城就在這兒。

　　我們的資源三號大家都比較熟悉了，它的指數(shù)就不講了。

　　這是2米1大連的圖像，把多光譜和可見光融在一起的，可以看到它的質量。又發(fā)了一個風云2號，前后視相機從3米5提高到2米7。

　　再看高分，是2002年我們院士向中央建議，國家投46個億，有兩個衛(wèi)星0.6到0.7米的，軍一個民一個。我們的高分辨率有1米4米的、0.3米、2米2的，0.7米和2米8的，這就是我們的高分辨率。

　　下面看這個衛(wèi)星，往下翻，翻快一點。高分二號0.8米，8米的圖像，45米的幅寬。這是0.5米的衛(wèi)星，商業(yè)遙感衛(wèi)星，2004年我們院士建議國家領導把衛(wèi)星允許民間開發(fā)，允許民間資本進入航天，中央批準。這就是16個光學、4個雷達、4個高光譜加X個0.5米級計劃，看香港全景的圖像就是這么大。這是商業(yè)衛(wèi)星監(jiān)視的一個地面的變化，我們看我們的衛(wèi)星數(shù)據不斷地發(fā)現(xiàn)這個地區(qū)在增加太陽能離子，可以實時地監(jiān)控。

　　我們的高分四號是中國人發(fā)的一個在36000公里的軌道上50分米看地球，看一個渤海灣，再看一個瓊海海灣。再看一個臺風的過程，可以用5到20秒的時間分辨率獲取50米空間分辨率的臺風，把這個圖像跟風云3號4號一起來做，研究災害。

　　這是我們中國的敏捷衛(wèi)星，在一個軌道上可以對一個地區(qū)連續(xù)拍8張照片，這8張照片把它并起來，看看發(fā)現(xiàn)一架飛機，發(fā)現(xiàn)船，這個是境外的照片。

　　視頻衛(wèi)星出來了，視頻拿到天上去可以對資源做動態(tài)監(jiān)測，可以對災害全過程監(jiān)測，可以反應社會經濟參數(shù)，可以做軍事行動連續(xù)堅持的保障。

　　看看飛機場的飛機在起飛，那架飛機在降落。這樣的衛(wèi)星美國已經發(fā)射144個，我們國家還會繼續(xù)發(fā)。

　　再看下一張，剛才是光學，現(xiàn)在看看中國的雷達，中國高分三號的雷達是1米分辨率到500米分辨率，有12個模式，參照了雷達衛(wèi)星設計，性能優(yōu)好。這個分辨率是1米的，這是一個全計劃的8米分辨率的，全天可以看到不同的變化，中間的叫做彩色雷達，這個雷達可以用來做洪水監(jiān)測，可以用于地球表面所有的監(jiān)測。高分10號是中國0.5米，是S波段的。我們的導師自己花錢做了自動角反射器，看看定位的結果，平面精度可以優(yōu)于3米到5米，可以做一般的定位。

　　左邊是它的雷達圖像，右邊是它的波，這是天津的一個超市，在飛機上的。這個數(shù)據在河南登封做的，這個是數(shù)字表面模型，高分10號的精度就要高于，它是2米乘以3米，高分3號低一點，它的平均是4米，高度是8米到9米，可以很快地覆蓋全天候全天時，這是獲取的數(shù)據模型。

　　這就是我們的數(shù)據這么大，光是天上的，還沒講視頻，還沒講手機的大數(shù)據。

　　再看看這個數(shù)據怎么用，我們做了一個遙感云，讓它在云計算環(huán)境下幫助我們完成遙感任務，不要買數(shù)據，不要買軟件，提出要求。我們下面看一個例子，我們如果發(fā)水了，了解發(fā)水到哪兒去了。你找數(shù)據，做各種處理，生成結果。這就是淹水的，可以把面積算掉，這就是一個云服務的例子。我們也好做位置服務，大家知道我們的北斗跟GPS一樣，現(xiàn)在快速定位精度是10米左右，能不能夠把它提高到優(yōu)于1米，這叫位置云，要提供室內室外導航定位精度優(yōu)于1米，在室外要靠GPS，在室內要靠傳感器，要靠衛(wèi)星信號。我們明天有一個專場專門介紹這個方法，怎么實現(xiàn)室內室外優(yōu)于1米的導航定位精度。

　　這就是室內定位的方案，從室外到室內可以通過這樣一個方法，能夠達到30、20、15厘米的導航精度。用高可用的無處不在、無時不有的全源覆蓋的聲光電場的體現(xiàn)，這個計劃中國花的錢，科技部牽頭的。

　　假設這么多大數(shù)據，有沒有問題呢?有問題，大家可以看到遙感、導航、通信分離，我們的海航執(zhí)行任務，必須把照片上傳衛(wèi)星之后再下達任務，再處理兩個小時，船都跑了。所以我們的服務不及時，我們不能做到聯(lián)合起來，我們的系統(tǒng)是固定的，我們的信息是分離的，我們的服務是滯后的。我們在座的測繪地理信息人一樣，我們要改變，怎么改變呢?人工智能與腦認知。如果我們把這個系統(tǒng)連通起來，我們做一星多用、多星組網、天地互聯(lián)、多網融合。第二個，把統(tǒng)一基準、關聯(lián)表征做好，數(shù)據挖掘好，知識發(fā)現(xiàn)好，就把時空融合。然后我們通過星地協(xié)同、云計算、智能處理、組網傳輸、按需服務，就可以把需要的數(shù)據送到需要的人手上，包括解放軍，包括老百姓，這就是我們要想做的事，這也是未來我們武漢大學要給國家做的這件事情。這件事情是一個軍民融合的事情，是一個大眾應用的事情，是一個把國家扶持的航天測繪變成市場化、國際化、萬億產值的新階段，需要我們的努力。

　　第二部分，看看人工智能與腦認知科學的發(fā)展。人工智能、腦認知在全世界都認為是現(xiàn)在和未來十年最重要的科學研究內容，美國有腦計劃、歐洲有腦計劃、俄羅斯也有腦計劃。我們看下一張，中國，這就是一個大腦的一個觀測，戴上一個核磁共振的在頭上，你在看書，你在上網，你的大腦在右邊活動，這是兩個人研究出來的一個大腦掃描的儀器，我們清華大學也做了一個活體的大腦顯微觀測的系統(tǒng)，這就是研究大腦過程的一些技術。

　　再看看中國提出腦科學計劃，加緊實行。我們中國的人工智能更是希望進入國際前沿，中國在2017年做了一個人工智能的規(guī)劃，這個規(guī)劃到2020年、2030年，我看到到2030年人工智能的應用領域技術與應用要總體達到世界的領先水平，這個規(guī)劃中央習主席都看過了，所以發(fā)布了。我們不能停下來思考，這就是我們的思考，我們要把腦認知與空間認知關聯(lián)起來。什么叫腦認知呢?一個腦認知，我看到你，我眼睛看你，認出來你是張三，是我的朋友，我就伸手跟你握手，這就是腦認知。就是說感知，認知行動，在數(shù)據驅動之下能夠實現(xiàn)這個。我們對這個過程都可以做，我們數(shù)據遙感都可以做。

　　我這兒寫了三個腦，都可以把感知認知行動一體化。利用人這個有感官，有耳道，有大腦，有記憶，有存儲，我們用這個模式來開發(fā)我們的系統(tǒng)。

　　這就是我們提出，第一個是對地觀測腦，我們在最近兩年提出這個概念，就是把對地觀測衛(wèi)星發(fā)展成一個對地觀測腦，讓它像人腦一樣有視覺有聽覺，靠的是什么呢?靠的是遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導航衛(wèi)星和高性能計算。大家看到把導航遙感聯(lián)網，加上一個高性能的計算單元，裝上各種軟件，軟件系統(tǒng)是從地上通過天地云計算傳上去的，這樣就可以實現(xiàn)對地上的認知。涉及到什么問題呢?涉及到數(shù)據獲取，涉及到在軌的影像處理，涉及到信息系統(tǒng)集成處理這樣一些技術，才能把有用的信息和知識快速地智能化地自動化地獲取。

　　再看看下一張，這樣的服務可以做到五個字，PNTRC，P就是定位，T是授權、遙感是P，通信是C，這就叫做快速的遙感，包括視頻。再加上網絡衛(wèi)星，要解決哪些問題呢?要解決以下七個問題，第一個是解決在境外，在中國已經裝了5000到1萬個北斗，在海外做不了，有低軌的通信衛(wèi)星增加高維的北斗。

　　第二個是天地一體化網絡通信技術，我請的清華大學的通信學的院士，他做了一個私人的通信小衛(wèi)星，能夠面對寬的實現(xiàn)視頻通信。在軌的數(shù)據處理，在衛(wèi)星上做數(shù)據處理，發(fā)現(xiàn)目標、檢測目標、檢測變化，我來牽頭，我有一幫年輕人，他們都在做這個。智能化的終端服務，天基資源調度與網絡安全，我們請中國飛機調度的張軍院士，北航的黨委書記，他也是我們課題組的，他來牽這個頭。一體化的非線性地球參考框架，那個思路跟靜止的不一樣，請李建成院士牽頭。把衛(wèi)星做好，做成一個智能衛(wèi)星，基于載荷的衛(wèi)星平臺設計與研制，請北航的一位正在申報院士的科學家，我們組成了2011協(xié)同創(chuàng)新中心，已經攻關三到四年。要解決這樣一些問題，要解決影像在軌處理及信息提取、自動變化檢測等等。

　　這就是我們設想的天地任務驅動下的云計算，哪些在地上做，哪些在天上做，能夠通過天地網把它解決。天地網的問題，國家立了一個700億項目，正在作為“十三五”重大項目，正在開工。這樣我們就在任務驅動之下，把遙感數(shù)據星地協(xié)同處理機制，我們研究這個機制。

　　我們要做到數(shù)據的實時快速處理、幾何定位、數(shù)據壓縮、數(shù)據提取、信息傳輸，做了這些研究。這五個我們已經有成果，高質量實時成像、高精度實時定位、智能數(shù)據壓縮，可以把七張的視頻數(shù)據壓縮在100K傳下來。有場景的智能檢測、變化檢測，都有很多的研究，這個研究國家經信委立了一個項目，2個億在支持我們。

　　下一張是分布協(xié)同計算，這個不細說了。

　　智慧處理剛才已經講了，因為時間關系不展開了。

　　下面看一個我們在2016年做成的系統(tǒng)，海洋目標的實時檢測的一個系統(tǒng)。大家看下一張圖，這張圖有三顆衛(wèi)星，是我們正在運行的衛(wèi)星，我們讓它能在運行上找目標找差距，誤碼率、漏檢率一個不漏，誤檢率10%之內。我們實時了星前傳輸、目標實時識別與高精度定位等等，這個送到用戶手上，在2016年。

　　最近剛申請了一個項目1500萬，東方紅公司投1個億，幫我們一起做一個衛(wèi)星，0.5米的視頻衛(wèi)星，要把這個視頻傳到我們的手機上，這是我們正在開展的一個項目。

　　我還做了一個項目，把一個視頻的雷達，大家知道光學和視頻的雷達，這個市面上光學很多，但是晚上看不見，有云看不見，做成一個雷達，就可以全天候地監(jiān)測地表的目標，這個正在研究。我們的02號視頻雷達、03號視頻圖像到手機，這個是研究目標。

　　第二個腦，智慧城市運營腦。智慧城市大家都知道通過傳感器網連到云計算來管城市，把城市中間人、車、物智能化管理起來，實行城市的智能化，是一個感知、認知、決策、反饋的過程，得滿足大腦的基本要求，這就是我們要做的。這個人腦有四個層，管下面的這些服務。

　　這個城市的云腦要把整個城市的設計、目標、框架、任務、發(fā)揮標準、資源整合、城市的集中監(jiān)控、多部門協(xié)同指揮做起來，這是它的體系結構，從頂層到底層。再看下面就可以做各種各樣的城市治理，我們看到一個核心的是云平臺，把云平臺上面管集成中心，上面管各種應用。就可以把城市中間形成一個智慧城市中的大數(shù)據生態(tài)，就可以完成各種應用。

　　下面看一看武漢的一個例子，武漢有很多執(zhí)行部門，汽車流、人流，城市的職能部門，水務、公安、交通、環(huán)保，所有的政府職能部門都在這個機構之下來協(xié)同調度。比如說火災，收到這個信號，人臉識別就知道來了幾個人，如果這個人有問題馬上通知公安系統(tǒng)。有的是水務局的水務局處理，有的是城管局的城管局處理，這個系統(tǒng)就是一個管控城市運行的大腦，因為它在感知認知。

　　它的內核是這樣一個GIS，就是今天得了特等獎的一個實時GIS平臺，它不是靜態(tài)的，它不是多時態(tài)的，是一個動態(tài)的，數(shù)據進來實時分析，動態(tài)管理，動態(tài)信息的服務，提供決策支持，通知有關部門，就像大腦一樣。有感知，有分析，有地理定位的能力，能調度城市的各個部門，積極地把城市管理好。他們現(xiàn)在正在做嘉興的，做很多城市的，可能明年就會有一個嘉興市開展，它能保證城市運營的合理化。

　　第三個腦是智能手機腦，手機不光是打電話，有各種各樣的功能。手機的感知，數(shù)據通過挖掘收集，可以分析人的行為，那個人是一個宅男，那個人是不坐汽車，他坐公共汽車，人的行為學通過手機記錄。一個老人倒在地上，這個地是一個公園，公園通過氣象分析學是在下雪，打個電話給110，打個電話給他的家人，這就是手機可以幫助你做這樣的事情。陳教授就在做這樣的事情，可以幫助老人生活，可以促進市場對購物人的行為學分析，可以通過天上的衛(wèi)星和我們的手機充分融合，來解決城市交通智能化。

　　這是我講的三個腦，大家可以看看，有需求，有難度，能不能做呢?我們的老師60年代帶我們做，把全國的資源三號的數(shù)據放在一起做，不要人，全是計算機自動化做，做完以后生成兩個模型，生成“一帶一路”全球的數(shù)據。這個計劃是習主席批準的，由國家科技部牽頭，要求全球不要一個控制點的，精度可以達到3米到4米。

　　第二個，比如說有無人機來建模，看看這個模型的建設，這就是武漢大學的行政樓精細模型，全自動，全自動才能實現(xiàn)自動感知。這是室內的三維系統(tǒng)建模，這個儀器上面有激光雷達，有照相機，有視頻，可以自動生成房間里的三維。

　　第三個技術，影像自動搜索，從影像數(shù)據中找目標。有云計算，深入學習、語音理解、圖像識別，可以進行300萬個深度學習以后能夠找到五六十種目標。北京的飛機，通過云計算1秒鐘可以找到。再找一個武漢的碼頭，因為武漢的碼頭多了，根據人工去找目標，這是我們的技術，沒有這個技術不可能實現(xiàn)自動化。

　　再下一個，變化檢測，當無人機上天以后，找到那個地區(qū)的星圖片，把災害以前的圖片放在大腦里面作為參考基準，新發(fā)生災害無人機飛下來自動匹配，1秒鐘自動配景，15秒鐘自動上傳，這樣20秒就可以標識好。

　　看下面的幾個主要的例子，人臉超分辨率的提高，人臉模糊的要把它搞清楚?？梢园训头直媛实娜四樛ㄟ^這個軟件技術變成一個高分辨率的人臉。我們的手機拍照片不清楚，傳到網上云計算一處理就有好的圖像。

　　這是行人重識別，我們用了一個方法，是不是一個人，要把它解決。我們有一個方法，就是把它投影到特征空間去來找他，把他找出來，這個方法也給公安部門自動檢測目標。

　　用于視頻偵查解決從大量的人群中找到懷疑的人選，把不同時間的數(shù)據進行分析，就可以把一個信息場所，所有活動的人全部盯住分析，究竟是好還是不好。正常人的活動把它篩掉，可疑人的活動留下來進行分析。

　　這是一個編碼，一個衛(wèi)星視頻很大，傳下來要7兆才能得到42個低頻分辨率的，用100K也可以。因為大量的目標是圖片的，只有少量的動態(tài)的在變，壓縮照片可以壓縮到500左右?，F(xiàn)在衛(wèi)星是不少于150顆高中低軌衛(wèi)星組網通信與計算，遙感信息智能服務指標，光學和雷達視頻衛(wèi)星，120+30顆的。

　　放到軍民融合領導小組之下，給我們一個任務，我們正在爭取這個任務，我們申請了80個億來做這個工作。

　　我的結論是什么呢?我們一輩子干測繪的人，現(xiàn)在到了一個新的轉折點，要把大數(shù)據與人工智能結合起來去想，我們面對的問題是數(shù)據海量、信息缺失、知識難覓。需要抓緊開展人工智能、腦認知和空間認知的研究。

　　對地觀測腦、智慧城市腦和智能手機腦是人工智能、腦認知和對地觀測技術在大數(shù)據時代集成與融合的必然發(fā)展，將推動地理空間信息的智能化發(fā)展和應用。

　　我想我今天就做這樣一個報告，謝謝!