刘经南:"北斗+5G"为泛在网络赋予时空智能

科技自立自强是国家强盛之基、安全之要.党的二十大报告,将实施科教兴国战略作为15个部分中的独立章节进行谋划部署,将科技创新的战略意义提升到新的高度."教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑.""坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位.""坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强."……党的二十大报告中的一句句论述,无不昭示着党和国家对科技创新的高度重视,对科技自立自强的殷切期盼.

图像语义信息在视觉SLAM中的应用研究进展

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augmented reality)、VR(virtual reality)、MR(mix reality)、智能机器人、无人机飞控中的关键技术。近年来,随着各个产业对智能导航定位的需求日渐增多,原本以几何测量为主的视觉SLAM逐渐融入对环境的语义理解。语义信息是指能够被人类直观感受和理解的概念,而图像语义信息是指图像中物体的轮廓、类别、显著性等信息。相比于图像中的几何特征,语义信息更具时空一致性,且更贴近人类感知的结果。将图像语义信息引入视觉SLAM,既能促进系统各个模块的性能,还能够提升视觉SLAM的智能感知能力,形成集几何测量、定位定姿、环境理解等多种功能的视觉语义SLAM。本文根据图像语义信息的应用方式,对视觉语义SLAM经典方案和最新研究进展进行归纳梳理。在此基础上,本文总结了视觉语义SLAM的现存问题与挑战,指出该领域未来的研究方向,以推动其面向智能导航定位进一步发展。

嫦娥4/5号月球探测器VLBI观测数据质量分析

在中国探月工程(China’s Lunar Exploration Program,CLEP)中,甚长基线干涉测量技术(very long baseline interferometry,VLBI)具有重要作用。为获得月球探测器的准确定位、实现精确的测定轨功能并以此在探测器飞行过程中完成轨道修正,需要利用VLBI测站对月球探测器进行实时观测。首先以均值(arithmetic mean,AM)以及标准差(standard deviation,STD)作为主要的精度指标,对来源于上海天文台的嫦娥4号探测器、中继星以及嫦娥5号探测器的VLBI实测数据进行总观测时段的数据稳定性分析,并基于嫦娥4号探测器同时段S、X双频段观测,着重进行该探测器不同频率各项数据的质量分析;然后对探测器各工作时段分别进行时延、时延率测量形式误差以及残差分析,了解各时段探测器运动情况与数据变化的相关性。结果表明,3类探测器中,嫦娥4号的实测精度最高,达到1 ns量级;嫦娥5号的观测稳定性优于其他两类探测器;不同地面站对探测器的观测精度有所差异,并且在探测器不同的工作时段,实测数据表现出不同特征。

一种结合等变滤波和视觉观测网络的混合视觉惯性里程计

传统的面向惯导的滤波器在设计时通常没有考虑零偏状态的几何性质,针对这一问题,提出了新的群以及群作用,并以此为基础推导了一种新的等变滤波方法。为了验证该滤波算法的性能,构建了一个基于学习的结合等变滤波和视觉观测网络的视觉惯性里程计系统,名为Deep-EqF-VIO。首先,构建了流形上的导航状态动力学系统,其次根据等变滤波原理推导了等变滤波方法,最后结合视觉观测网络构建了视觉惯性里程计系统。为了进一步提高系统性能,提出了一种融合稠密光流伪标签的预训练方法,通过光流估计任务引导视觉观测网络从输入图像中提取更加通用的几何运动特征。实验结果表明,在大多数场景中,Deep-EqF-VIO相较于同类方法有更好的表现,并且在使用预训练方法进行重新训练后,性能得到了进一步的改善,误差下降率最大达到了49.80%,具有一定的应用前景。

智能时代泛在测绘的再思考

本文首先给出泛在测绘的定义和内涵,然后将传统测绘与泛在测绘进行了比较分析,指出由于互联网实现了人与人的信息便捷交互,互联网时代的泛在测绘最显著的推动力就是为满足人与社会及人与环境的多种需求,人本身也成为了测绘的对象。同时,对环境变化的动态感知,对人与环境关系的感知、认知和相应服务成了泛在测绘的重点特色要素。本文还指出互联网因其位置的虚拟性和网络时间标准过低,无法满足对物理世界协同感知和远程广域协同管控的需求,因此互联网、物联网必须向具有精准时空位置感知能力的泛在网演进。文章论述了“泛在网”随着互联网和物联网的演进,是具有“无时不有,无所不在”时空特性的感知网络,并且随着需求的扩展,正演进出“无所不包,无所不能”的智能化需求态势。目前,只有包括北斗在内的全球卫星导航系统,即GNSS技术,能够赋予泛在网在广域和全球范围内具有时空位置感知和管控的能力。在泛在网的支持下,泛在测绘正在发展以实时精准时空感控为特征,以实现陆海天空网一体化、室内外一体化,并实现人与物理世界及虚拟网络世界交互的感知、探测、认知和调控。由此,泛在网也成为智能时代的关键信息基础设施。为了理解智能时代泛在测绘的需求,文章从自然智能及时空位置观出发,对于智能、智慧和人工智能的定义做了新的梳理。针对智能时代人工智能中跨界融合、人机协同、群智开放和自主操控4个热点研究方向及其在军事、工程、实时高精地图及地震预警等的应用,论述了泛在测绘在其中所发挥的基础性、关键性和协同性作用。本文最后还展望了网络虚拟世界的泛在测绘、数字孪生虚拟人的构建及国家安全“制时空权”等智能时代泛在测绘的新领域发展趋势。

多面函数拟合法及其在建立中国地壳平面运动速度场模型中的应用研究

基于现有的GPS观测值 ,将多面函数拟合法用于速度场模型的建立 ,得到了目前中国覆盖范围最广、分布最均匀。

青藏高原中东部地壳运动的GPS测量分析

根据1993年和1995年对青藏高原地壳运动进行的两期 GPS 监测的实测结果,分析了青藏高原现今地壳水平运动情况,并将其与不同地质运动模型结果进行了比较。结果表明,青藏高原现今地壳水平运动速率和方向与地质结果符合很好。目前,青藏高原大约以38.6mm/a 的速度向北东方向运动。

利用局域复测GPS网研究中国大陆块体现今地壳运动速度场

利用 1992年以来我国进行的 6项不同规模高精度GPS地壳监测网的资料 ,采用统一的数据处理策略 ,重新进行了数据处理 ,并统一进行了平差 ,归算到相同的ITRF97坐标框架基准之下 ,获得了中国目前覆盖最广、测站最多的一个较为完整的、框架统一的GPS地壳运动图像和速度场 ,并对结果作了初步的地学解释。

中国地壳运动整体速度场模型的建立方法研究

利用所能得到的 4 6 8点的高精度GPS速度场 ,采用计算欧拉矢量法和多面函数拟合法分别在细分块体和不细分块体的情况下建立了中国地壳运动整体速度场模型 ,并对其结果进行了分析。结果表明 ,在对块体介质刚弹性的认定不明确时 ,多面函数拟合法比计算欧拉矢量法更适合中国平面地壳运动速度场模型的建立。

月球测绘在月球探测中的应用

根据探月历史概述了月球测绘与月球探测的关系、月球探测的焦点和我国探月计划;分析研究了月球 测绘的关键技术;论述了月球测绘在月球探测中的应用。

影响机载激光扫描测高精度的系统误差分析

简要介绍了机载激光扫描测高技术的系统组成和发展现状。通过坐标转换技术建立起机载激光扫描对地定位的基本几何关系 ,并从这些几何关系出发 ,着重分析了动态偏心改正及动态时效误差对机载激光测高精度的影响 ,对不同的误差源如何影响定位结果的精度进行了讨论 ,最后给出模拟计算结果 ,得出了一些有益的结论。

GNSS-R研究进展及其关键技术

全面评述了GNSS-R技术的研究进展,主要包括海面测高、海面风场遥感、土壤湿度探测以及星载实验等几个主要方面,从软件接收机和反演模型两个方面分析了GNSS-R的关键技术,并指出了存在的问题和发展方向。

中国大陆现今垂直形变特征的初步探讨

利用GPS观测资料进行大范围的垂直形变特征研究是本文研究的重点。通过网络工程基准站和基本站的GPS观测资料 ,绘制了中国大陆的垂直速率等值线图像 ,并对中国大陆垂直运动特征进行了定性的分析 ,结果表明 :中国大陆垂直运动在 70 %以上的区域表现为沉降运动 ,在青藏高原和除北京外的整个华北块体及燕山块体的垂直运动表现为隆升的趋势。中国大陆西北和东南、西南和东北的整体垂直运动呈一种斜对称状态。对基于GPS观测所得的等值线图与基于水准观测所得的等值线图进行了比较 ,比较结果显示 ,除了华南块体外 。

导航卫星自主定轨的算法研究及模拟结果

讨论了利用卫星 卫星间的距离观测值建立导航卫星系统自主定轨的数学方法 ,并用GPS星座模拟星间观测值 ,采用滤波算法计算卫星的状态参数。模拟结果表明 ,在空间测距精度一定的情况下 ,自主定轨精度能高于GPS广播星历 。

高精度道路导航地图的进展与思考

随着互联网时代的高速发展,更多基于位置的新型行业逐步发展起来,例如"互联网+"智能交通、无人系统等,但这些行业的发展都需要高精度的位置数据作为支撑,而传统导航地图5 m的精度无法满足需求,因此高精度道路导航地图概念被提出。高精度道路导航地图具有更加丰富细致的道路信息,可以更加精准地反映道路的真实情况。与传统地图相比,它的图层数量更多,图层内容更加精细,具有新的地图结构划分。正是因为高精度道路导航地图丰富的信息含量,使得它具有庞大的数据量,而传统的集中式大数据处理模式无法满足它的计算需求。因此,本文提出"众包+边缘计算"的大数据处理模式来解决高精度道路导航地图的计算问题。目前,高精度道路导航地图已进入高速发展状态,但发展过程中仍面临着一些需要解决的问题。

PNT智能与智能PNT

定位(positioning)、导航(navigation)、授时(timing),简称PNT,是人类在长期感知、认知宇宙与人类生存的关系后,产生的与经济、社会活动密切相关的时空位置概念。PNT也是地球上的物质、能量和信息经过亿万年进化出的感知、认知与时空位置相关的智能,称为PNT智能或时空智能。而智能是生命体为适应环境生存,通过一代代继承、演进而进化出来的趋利避害行为能力的总和,可称为自然智能。本文分析了依托于生命体物质基础的自然智能特性,在此基础上探讨了生命体PNT智能的特点;概述了人类研究生命体PNT智能的最新成果、趋势和启示。其中,交互智能和PNT智能等在生命体由低级向高级的进化过程中,特别是在智人进化并形成人类文明的过程中,起到了关键性的推动作用。随着自然智能、PNT智能、人工智能研究的深入推进和交叉融合,PNT技术发展也进入智能PNT阶段。本文着重阐述了智能PNT的概念、内涵和发展趋势,从PNT应用和时空信息基础设施建设两方面,探讨了其智能化热点方向的最新进展和影响。在此基础上,也提出了一些智能PNT发展的思考和展望。

基于格论的GNSS模糊度解算

快速、准确地解算整周模糊度是实现GNSS载波相位实时高精度定位的关键,由于模糊度之间的强相关,基于整数最小二乘估计准则时,需要较长的时间才能搜索出最优的整周模糊度向量。为了提高模糊度的搜索效率,本文在扼要介绍格论的理论框架基础上,引入基于格论的模糊度解算方法,通过格基规约来降低模糊度之间的相关性,从而快速搜索出最优的整数模糊度向量。与此同时,将GNSS领域的主要降相关方法统一到格论框架下,探讨了并建议采用Boot-strapping成功率作为格基规约的性能指标之一。最后试验分析三频多系统长基线相对定位情况下,不同格基规约可获得的性能。

CHAMP卫星的纯几何定轨及动力平滑中的动力模型补偿研究

探讨了利用CHAMP卫星星载GPS数据实现纯几何PPP定轨的方法 ,对该几何轨道的动力平滑过程进行了分析 ,提出了增加非参数项吸收动力模型误差的半参数动力平滑方法。

连续运行卫星定位服务系统——城市空间数据的基础设施

城市连续运行卫星定位服务系统是城市空间数据基础设施之一 ,它需要向用户提供包括实时和事后在内的精密定位服务 ,满足各领域对位置、时间及实时性的要求。着重论述了城市连续运行卫星定位服务系统的构成模式 ,并以我国第一个实用CORS系统———深圳连续运行卫星定位服务系统为例 。