随着5G时代的到来，物联网（IoT）、云计算（Cloud Computing）、大数据等技术快速发展。全球的信息基础设施不断完善，时空大数据呈现爆炸式增长。在这一背景下，如何实现空间感知与智能认知，在正确的时间和地点准确地将数据、信息及知识推送至需要的人，进而实现空间信息的实时智能服务？本期特别邀请了中国科学院院士、中国工程院院士李德仁进行详细解读。

5G 技术的关键特性和常见应用场景

5G代表第五代移动通信技术，其理论上的最大下载速率能达到每秒20GB，远超4G时代的速度，约为后者的二十倍。如果说4G改变了人们的生活方式，那么5G将重塑整个社会面貌；如果说4G主要是为人类服务的话，那么5G则致力于实现万物互联的目标。

5G具有三个典型的技术特点：它能够提供增强的移动带宽；支持海量机器类通信；并具备超高可靠性的低时延特性。 有了这三种技术特点后，高清视频、VR（虚拟现实）、AR（增强现实）或交互现实等都能得以实现。此外，这些特性能助力智慧物流、环境智能监管、智慧城市或智能化城市的数据计算工作，应用场景包括自动驾驶、机器人无人操作、工业互联网、远程医疗和智能电网等领域。

5G典型的垂直行业应用，比如，视频识别与分析，其中包括人脸识别、移动检测以及全景实时监控等。借助5G技术，视频识别能够实现实时处理。

VR/AR 虚拟显示和增强现实技术能够实现沉浸式体验。只要戴上智能眼镜，就可以阅读报纸和打电话。这些应用包括智能制造和智慧医疗等领域，并涵盖了无人机通信等工业物联网的场景。 车联网技术在智能交通领域的应用可以建立汽车辅助安全驾驶系统，从而提高交通效率。

5G产业的发展需聚焦核心元器件研发和典型示范应用。垂直行业面临跨界融合挑战，运营商在建设5G网络时应研究成本降低方法。由于基站密集布设，建设成本极高。如何降低成本并解决应用创新问题，是5G产业发展中的关键难点。

5G无法全面覆盖陆地，因为陆地在全球中仅占比29%。因此，5G还需要依赖6G卫星通信作为补充。

6G技术将陆地无线通信与中高低轨道的卫星移动通信以及短距离直接通信技术相结合，旨在解决通信、计算、导航和感知等方面的问题，并构建一个包括空、天、地、海在内的泛在移动通信网络。这将实现全球范围内的高速宽带覆盖。

也就是说，6G是一个空天地海覆盖广泛范围的移动通信网络，将处理大量数据。无论是天上的卫星、飞艇或飞机、无人机，还是地面上的车辆和无人驾驶汽车都会生成数据。手机的定位记录、视频录制的数据、位置数据以及刷卡交易的数据……这些信息共同构成了城市的轨迹大数据库。

5G时代到来后，地球空间信息服务能够实现社会化和大众化的普及。与此同时，空间信息服务应从传统的二维模式向实景三维的立体方向发展。

相比于二维图像，三维信息更加完整，语音信息更丰富，并且空间关系是精确的。三维实景模型能详细记录室内与室外的情况、地上与地下以及水上和水下的精准几何信息。通过丰富的语音数据来准确表示空间关系，并按照细节层次来表达。这种空间数增值税发票开票软件税务ukey版g5【代办电话13434104765；QQ2188982664】据集市直观易懂，便于分层处理，适合用于各种空间分析和辅助决策过程。 三维数据集不仅包括数据本身，还包含了结构和功能的信息，在一个系统中实现统一表达。因此，这是一个全面的数据模型体系。

建立精准的位置数据、统一的基准框架、丰富且完备属性描述，并构建详尽的数据模型，关键在于获得精确的空间信息。这要求我们增强多元空间的大数据能力，结构化提取全体系位要素，以及按照需求重建机构化的语音模型。与原来的工作相比，这项任务量要大得多。 要实现空天地立体组合的全方位数据采集平台，我们需要利用卫星、汽艇、飞机、无人机及地面移动系统等多样化的数据收集手段。

5G信号仿真是基于三维模型实现的。高清驾驶地图同样依赖于三维模型构建。城市精细化管理和可视化分析也需要利用三维实景模型。为了建立空中与地面相结合的高效观测体系，并提高数据处理能力和智能化水平，可采用人工智能、5G网络和云计算及区块链技术。通过这些技术手段推广使用三维模型来改进智能驾驶信号仿真以及城市精细化管理相关领域的应用效果。

无人机拍摄的数据能够实现即时的目标识别与追踪，并通过5G快速传输至目的地，在接收的同时还能进行追踪与处理。

这种认路机器人能进行三维建模数据采集，并能够自主爬楼梯及避开障碍物，实现传感、测量、控制与感知的一体化功能。将此类器件制成微小设备，在其中加入北斗GPS芯片、通信芯片、光导和影像传感器等组件后，就能替代人力操作汽车，并将其安装在自动驾驶车上使用。

要用好大数据资源。例如，武汉市有三百万多辆车和四百五十万多个驾驶者，以及五万多条道路，在三维实景地图上有大量相关信息需要利用。我们要关注智能和大众化方面的应用场景。

未来5G和6G将实现全球覆盖，支持一星多用、多星组网与多网融合的智能化服务。希望通过这技术解决实质性增强，提高至厘米级自动驾驶，并缩短到分钟级别的遥感时间响应速度。此外，它还应达到全球宽带全面覆盖的通信效果。

在5G与人工智能时代，加强真三维实景建设，打造我国自主的通导遥一体化空天信息实时智能服务体系。实现空间信息的自动化、智能化、社会化与大众化服务，并提升测绘、遥感及地理信息技术中心的地球空间信息学创新之路，前途光明。

对地面观测脑、智慧城市大脑和智能手机大脑的想法

面对大数据时代的来临，将人工智能融入地球空间信息学中，可以增强地球空间信息处理的认知能力和感知水平。这使得地球空间信息学能够迅速处理获取到的大数据，并从中提取有价值的信息，同时还能推动相关应用场景的开发与实现。

在全球低空外太空领域中，在从数字地球向智慧地球的发展过程中，地观测卫星的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率不断上升，各国掀起了高分辨率遥感卫星研制热潮。我国随后陆续发射资源系列、遥感系列和高分系列等多颗高分辨卫星，并使在轨卫星数量达到235颗以上。这些卫星将满足常规需求及特定任务目标所需的快速响应能力与持续动态监测。

物联网通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感器设备，按照增值税发票开票软件税务ukey版g5【代办电话13434104765；QQ2188982664】预设的协议，将任何物品接入互联网进行信息交换与通信，以实现对这些物品进行智能化的身份识别、精准定位、追踪、监控和管理的一种网络体系。具体而言，就是在电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等基础设施及设备中嵌入传感器，并使其与互联网连接起来形成物联网。

物联网极大地推动了智慧城市的建设和提升，使得"万物互联"成为了现实。通过物联网技术的应用，许多城市已经拥有了数量庞大的智能化传感设备。例如，在我国已经有超过两千多万台视频摄像头，能够连续提供PB及EB级别的图像数据。

个人层面看，智能手机因其广泛普及而成为一款极具潜力的移动设备，在数据分析测试领域具有显著优势。随着越来越多的传感器集成其中（包括加速计、麦克风、摄像头、陀螺仪和定位装置等），智能手机能够便捷地获取各类数据与信息，如捕捉人类行为数据、记录位置信息以及检测环境变化。此外，它还可能成为科学研究中的重要数据采集和分析工具，是广泛存在、人人拥有的大众传感器，受到广大用户青睐，在日常生活中不可或缺的电子设备。

因此，在地球空间的宏观、中观和微观三个不同尺度上分别建立针对地面观测的智能大脑、智慧城市的智能大脑以及智能手机的智能大脑这三种高度智能化系统，是完全可以实现的。

宏观尺度上的地学脑通过将通信、导航与遥感卫星一体化组网，并结合人工智能及天地云计算技术而形成的一种模拟人类感知、认知过程的信息智能化系统。它利用在轨影像处理和星上数据计算分析等技术对收集的数据进行处理与分析，再借助星间通信链路与天地通信网络的融合将这些信息传输给全球任何需要服务的对象智能终端。

中观尺度的空间认知如同智慧城市的大脑，在数字城市建设的网络空间上，通过物联网中的各类传感器自动和实时采集现实中人和物的各种状态及变化的大数据。利用人工智能和数据挖掘等智能技术手段，并由云计算中心进行海量和复杂的计算处理后，实现了对城市的感知、认知与控制反馈，为城市应急、城市管理、智能制造、经济发展以及民众提供多种智能化服务的城市运行管理服务系统。

智能手机内部的微观空间认知系统就像是一只智能手机大脑，它借助手机和平板电脑中的加速度计、麦克风、摄像头、陀螺仪、定位装置以及人体健康参数测量设备等各种传感器来实现室内外优于1米的精确定位。这些传感器能够实时收集人类行为数据，记录位置信息，并感应环境变化，同时也能监控和测量手机主人的健康数据（如血压、血糖、血脂水平、心率和脉搏）。所有这些数据都会被内置的高度智能芯片进行上下文分析推理处理。 这种智能手机大脑能够深入了解用户的行为学、健康学、生理学及心理学等多个方面，从而成为用户智能化的生活助手。

对地观测脑、智慧城市脑以及智能手机脑是我们深入理解和实现空间认知的新领域，是地球空间信息科学发展的新任务。这需要众多科研人员在时空大数据与人工智能集成创新方面投入更多精力，并为这些不同类型的大脑的研制做出贡献。（李德仁）