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WGDC2021 | 李德仁院士:新基建背景下的新型智慧城市顶层思考

基于天空地对地观测和北斗导航的时空大数据、无人机、机器人、智慧城市大脑和通导遥一体化时空智能服务等,可以为万物互联的数字中国和智慧社会的建设做出更大的贡献。

各位领导、各位嘉宾、各位同仁,今天我演讲的题目是论时空智能的万物互联。现在要讨论的问题,是如何创造一个数字孪生推进智慧城市、工业互联网的建设。

这次讨论的主题是如何更加智能、更加泛在、更加融合。实现万物互联的方法,在地球的物理空间有山水园林湖草沙各种状况下,把物理空间的实体数字化、真三维、室内室外地上地下真三维实体模型建起来装到网络空间当中去,这是第一步。第二步,在物理空间活动的人、商品、物件和流动的水、电、气等等,全部都要上网,这中间最关键的就是时空大数据的智能。所以是论时空智能的万物互联。

习主席在2020年4月1日考察浙江时强调,要抓住产业数字化、数字产业化赋予的机遇,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设,抓紧布局数字经济、生命健康、新材料等战略性新兴产业、未来产业,大力推进科技创新,着力壮大新增长点,形成发展新动能。这是习主席去年给我们的教导。

从新基建讲起。讲5G、6G,没有5G、6G的物理空间的东西就不能上网,没有北斗+,+北斗就不可能通过时空大数据把刚才所讲的静止、流动、运动的万物互联上网。上网不是目标,目标是实现数字化到智能化,推动数字中国、智慧城市的建设。

什么是新基建?新基建是十四五启动的新型基础设施建设。发展理念是新的,以技术创新为驱动,以信息网络为基础。高质量发展的需要,是提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系,完善信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施组成。包括了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;人工智能、云计算、区块链是新技术基础设施;以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施,加在一起就是我国要推行的信息基础设施。用它来纳入传统机械基础设施的建设,叫融合基础设施,纳入传统的基础设施升级转型,形成新的融合基础设施。比如说智慧交通基础设施、智慧能源基础设施、智慧城市等等。

未来的发展还要靠创新基础设施。大的科创中心,科学研究、技术开发,延伸下一代重大科技基础设施、产业创新基础设施,对于北上广深来说,使其成为中国未来科创中心,这就是国家的布局。

没有5G是不行的。5G无线通信能将物理空间联到网络空间当中去支持万物互联。5G的特点是速度快,范围广,每一个平方公里里面有大量的通信功能,可以支持物流、智慧城市、环境建设的智能化。而延时很短,可以实现远程医疗、远程教育、工业互联网、智能化驾驶等等。这就是5G带来新的业态。VR、AR推广,工业互联网、车联网、智慧交通都是在5G支持下兴起的。在5G方面,现在元器件与核心芯片板块依然薄弱,典型示范应用不够。如何突破应用,如何降低成本,这些都是5G面临的问题。

地球的70%是海洋,6%的地球面积上有5G的覆盖。还要解决全球全覆盖的空天地的服务,走向更泛在的6G。6G的问题,美国的动作很大。因为搞6G,覆盖全球,要把地面和卫星融合起来,解决通讯、卫星、导航、感知大融合。地轨的空间可以放6万到8万个元件,美国人已经下手了,动作比我们快。当然,我们也成立了运行互联网公司,落户在北京。美国SpaceX已经上了4425+7575卫星数量,每年的费用投入两百美金。所以在6G的问题上要作为,5G我们领先,不代表6G也领先。要抓紧攻关和推进卫星互联网。

在这个基础上,就可以实现万物互联了。还缺时空大数据,要把人、财、物送到网上去。地理空间、时空大数据非常重要,北斗是2006年启动的,国家掏了500个亿,现在可以和世界上的四个系统通信。完成之后,30个卫星覆盖全球,提供全球服务,有我们的优点,提供短报文服务,一次可传送多达240个字节的信息,采用三种频率调制信号和星基PPP技术,误差校正方面要超过GPS。有同步轨道和中轨道和倾斜轨道,要优于美国,美国轨道是60多。但是人们在地球上的活动,北极、南极比较少,所以,美国下一代会是第三次改轨道,这也是在学中国北斗。

做了增强系统,实时精密定位性能分析,初始化的速度和成功率都比GPS好,当然也可以多模融合,这就是对中国和世界的贡献。

把5G+北斗做成小小小芯片,放在电动自行车上,这个电单车可以提供0.5的连续导航记录,而且数据可以送到公安交警部门去上网管理,就可以管理规范停车。比如,他认为这个车停不到位置上,不给你单子,无法付钱,要求停到规范的地方去。过网格管理,会提示哪里可以停、有没有逆行、有没有违规。这个数据本身作为中保数据,通过区块链和政府的交通治理提供大数据服务,所以这就是典型的电单车产业通过北斗GPS和5G实现产业数据化。而北斗本身不赚钱,但终端是赚钱的,已经有三亿的单车和三亿的汽车开始应用了。从室外室内都可以做,室外是北斗,室内是传感器,声、光、电、场可以解决室内的定位。武汉的方案是多源融合,他们的技术可以达到纳米级的精度,可用于医生医院导航、养老院管理、疫情防控,也可以做物联网智能充电桩的管理。

提供这个方法,用音频、麦克风收4个音频信号,这个信号的优点是耳朵听得见、手机听得见,把系统做成芯片,在50米范围内可以到12个厘米。从华为在广东做的演示里,我们可以看到,即便是在大场所里面,这位学生手机也可以被标出来,亚米级是没有问题的。

联想到疫情常态化之后,如果我们想搞清楚两个人有没有跟病人近距离接触,还是保持着安全距离,如果用现在的方法就会产生太多嫌疑人。但如果用这个方法,就可以查出来小于2米的接触者和大于5米的安全公众,这个数据就能传到你的手机上。我们需要把这个系统在全国推行开来。这个技术花了很多亿,要用起来,就能代替物理空间的封城。把网络空间建设落实于时空大数据的国家级疫情防控服务体系,把公共安全大健康的新产业,把全国飞机场、火车站都对接起来。

这项技术还可以针对每个人。可以收集记录,帮助人们生活。如果有人摔倒了,一下起不来,就有人能来救我。也可以对老年人的心理学、行为学做分析,时空数据的智能可以让老人更健康。

现在推行自动驾驶产业,我需要把人的年龄和大脑的活动,改成用软件系统来代替。智能驾驶、自动驾驶,导航地图这些加在一起可以取代人的耳朵、眼睛和大脑实现自动驾驶。电动车上的花费是150块钱,但在汽车上需要两三千块才可以推广,才可以创造产能。高精度导航,感知传感器在实现智能。

全国推行人、车、路、网、云一体化的路端感知。要解决车路协同,老百姓的汽车上装最小的智能化感知定制,这就和自动驾驶一样,价廉物美双保险:路可以指挥汽车,汽车自己也可以指挥。有了双保险,自动驾驶就可以打造好。我们曾经和上海汽车厂做实验,可以用系统监测人去看路上的目标。后来就把这个系统应用到汽车上,无人驾驶的汽车能开到最后一公里的地下停车场。这是上汽做的实验,我们所提供的材料。

我们曾经也跟东风汽车合作,农用汽车可以去施肥、除草,这些都可以精准完成。我们和华为是一样的,提供核心时空智能的传感器,让汽车工业纳入我们的发展。这些条件构成了实现中央领导要求的未来数字经济的发展,数字中国的建设的可能性。下面讲一下数字化、智能化实现的重要的历史。

 

数字孪生城市,就是把真实城市地上地下装到电脑里面去。用BIM把内部结构装进来,用LOT把流动的人、财、物、水、电、气按照时间的推演,构成模型。通过云计算、人工智能,操控城市的运营,智慧城市是在数字孪生水平上的高精智慧城市。构建诚实的物理世界,网络虚拟世界一一对应地相互映射、协同交互的复杂系统,可以实现实时化、可视化的全流程的管理,提高城市里面生产、生活、消费、娱乐的水平。

生产这个软件,动态的数据,实时管理和分析,对各个用户自动推行,政府各部门做出及时的响应,这个系统就是智慧城市系统,这个就是GIS软件。采集城市出行的轨迹大数据,做交警智慧应急应用,在武汉市做的,就可以每天运营,24小时运营,运营的是智慧交通的管理和应急的大脑。

(视频)

 这个系统应用之后有效果,2017年上线,2018年就发现了武汉市用度排名从23位降到53位。武汉市大概有五百万多辆汽车,有十几万家有关的公司。而且这个系统,把武汉市可疑的、需要监管的、吸毒的驾驶员都监管起来了。

曾经我们在深圳做了无人值守的综合停车场。智能综合停车总体架构,只讲效果,管起来,安全运营管控,无人值守。实时显示所有停泊的车辆,通过全场管理,来导汽车停到空的位置上。能够层层诱导和反向寻车,精准到米。司机可以快速寻车、停车,事故发生时可以根据诱导提示快速到达安全位置,避免受损。

还可以对车辆的运营进行智能管理,对驾驶人员进行安全管控,比如通过对照是不是这个驾驶员,来保证汽车的安全。有人脸识别,有车辆全生命周期的管理,有BIM进行层层管理,市内精准导航,手机短找位置,从位置找驾驶员,入口找出口全部实现智能驾驶,而且对应急预案联动管控。此外,资产管理也是一大亮点。

以电网为例,电的用量是大家非常关心的,因为这代表中国经济发展的速度。用电量的变化和安全,要做物理空间的量子感知和物理空间的建模,这是大的智能系统。就解决而言,用电力走廊人工巡逻改成无人机巡逻,倾斜摄影获取三维数据,用红外热成像诊断子系统。用机器人和无人机代替人工的操作,已经有15个省市做了试点,这也是十四五要重点的推广。比如电力巡检机器人,智能读表、图象识别、红外测温、实时视频回传等等,都变成了电站巡检机器人。

这样一来,智慧电网就做起来了。这是一个例子,就可以保证在网络空间,在屏幕上将管辖区内每一个部件实现正常运转,哪有问题可以及时处理。把电送到每家每户,如果把每家每户传感器收上来,帮你管理电器,不会让你在高峰时期工作,低价的时候开通运行,做初步的电力平稳安全管理。

石油天然气要做数字孪生,把三维模型建起来了,机器人推过去就解决了机器建模,就可以来解决所有生产、能源、工艺、安全、环保等专业在指标粒度、空间属性等问题。这比人工建模更精细,还可以做场内建设,安防监控、火灾应急预案的建立。

(视频)

 这是一个事例,这也是国家要求必须推行的。系统稳定可靠,用大数据可以自动发现故障,诊断故障,并且融合一体的远程、移动运维平台,实现专家、运维人员掉平台、专网终端。

我讲的只是例子,今天讲的是智慧城市,包含智慧城市工业互联网多个方面。因为习主席在2017年提出,要建立数字中国、智慧社会,产业数字化、数字产业化和智能化,这就是今天我们要交流的。

国家新基建是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,按照产业数字化和智能化要求,基于5G、工业互联网、物联网、云计算、大数据和人工智能建设基于数字孪生的智慧城市、智慧交通等,实现数字化到智能化。基于天空地对地观测和北斗导航的时空大数据、无人机、机器人、智慧城市大脑和通导遥一体化时空智能服务等,可以为万物互联的数字中国和智慧社会的建设做出更大的贡献。

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