陈能成：城市多尺度综合感知与服务

一

报告导读

本文报告主要阐述了城市多尺度综合感知与服务技术的产生背景、当前技术的最新进展，以及在未来将会遇到的挑战。同时，展示了所在团队在多个领域做出的优秀成果，并分享了这些成果对智慧城市建设的贡献。

二

专家介绍

陈能成，武汉大学教授、博士生导师、国家"万人计划"科技创新领军人才、科技部重点领域创新团队负责人、中国GIS协会城市空间信息工委会副主任、ITU-T国际标准主编。主持国家重点研发计划、国家973计划课题、国家863计划等项目。出版专著5部，发表学术论文200余篇，申请发明专利42项，获美国科技研发创新奖、国家科技进步创新团队奖、国家科技进步二等奖、省部级一等奖5项。主要从事对地观测传感网、时空智能、网络GIS和智慧城市等领域的研究。

三

报告内容

今天我与大家一同分享城市多尺度的综合感知这个话题。我们实验室的主要工作是时空信息的采集、处理和服务。时空信息是我们每个人、每件事都具有的时间或空间的变化信息，在城市群里就是水资源、大气环境、水生态以及灾害监测管理等基础数据。现在的监测手段有很多种，天上的卫星会周期性地对地面进行覆盖，地面上也有很多监测的传感器，以及视频摄像头等。

国家在“十二五”和“十三五”期间，部署了智慧城市的一期和二期项目，一期主要是对智慧城市进行顶层设计，二期主要关注智慧城市中的系统互联以及动态仿真和决策。我认为感知是智慧城市信息获取的前提，要充分发挥卫星和地上传感器的优势，解决综合感知中的问题。而智慧城市的核心是要让这些信息更好地服务于大众民生和各行各业。

我们所处的研究环境是长江经济带这个国家战略性地带。近年来随着经济的发展，人与自然的关系开始出现一些问题，比如整个夏季或者暴雨季节，武汉大学都会有“来看海”的情况。我们国家在做海绵城市的建设，有一些专家也提出大中小海绵城市的概念。海绵城市到底建设的怎么样，其效果监测依赖于我们的时空信息采集技术。

习总书记也强调过长江的生态环境问题，污染在长江上，但是根源在城市的排污。武汉这个百湖之市，在近年来随着生态的变化，湖泊面积也在退化。对于城市群湖泊的生态环境多尺度监测也有很大的需求。

虽然现在的交通网络对于人、车、物都监控的比较好，但在节假日的时候，出城的入口或者两个道路口的中间等很多的地方是监测不到的，所以要有更加高清的视频进行补充。

我们在2010-2015年国家973计划支持下，在构建空、天、地一体化的卫星、航空、地面的传感网理论的体系，包括如何让卫星和地面协同，如何进行计算和服务等等。同时我们也用到了一些机器学习算法，把卫星覆盖的数据和传感网点覆盖的数据，与卫星是空间联系、时间不联系的特点结合起来，土壤的水分等要素进行融合与重建。

同时，我们把物联网的数据或者是传感器网的数据与我们传统的静态地理信息平台结合起来，使得我们现在的地理信息系统能够支持物联网的数据，进行实时的地理信息服务。比如说我们国家电网里所有的地理信息的平台已经完全全部国产化，并逐渐走向全球。同时，我们与美国宇航局合作用软件把卫星和无人机与地面的传感网结合起来，进行加州森林野火的监测。我们也用这套理论和系统，把我们国家的卫星和长江流域上部署的传感器网络进行连续动态的监测，这个监测的工作在帮助如金沙江的水电站在干旱或者是洪涝季节决定放水与蓄水的时间；在雨季的时候，对长江中游的水库群可以进行辅助角色的调度；同时对长江的重庆段、上海段的干线安全通航可以提供水位和水量的信息，提高安全通行的安全能力。我们通过卫星和地面传感器网络的融合信息来提供这样的一些服务。

我们也可以用卫星的数据与地面站点的数据来融合，做全武汉1+8城市群PM2.5小时级的浓度感知。还有我国最近在武汉做了海绵城市的建设，这需要对透水面和不透水面的比例进行评估。我们可以通过遥感卫星的数据加上无人机或者是航空遥感的数据来生成整个区域的透水面，结果分辨率现在已经超过美国的USGS的分辨率水平。

除了日常的水质的监测仪对水质进行监测以外，我们还可以用高光谱和低光谱的数据来对水质的识别进行监测，这是对东湖和莲子湖的每日水质监测。我们也用自己的技术在瑞典耶夫勒市通过无人机进行异常点和渗漏点的检测工作。

最近，我们在武汉做了两件事情，一个是对于武汉在社交媒体上的舆情信息进行抓取、分析和挖掘，并结合地图进行分析，形成武汉的舆情监测平台，提取大众喜爱的信息。

我们还将武汉市与交管相关的二十几个部门的数据集中起来进行时空的智能分析，可以分析出容易发生拥堵、容易出事故的地方，然后进行辅助的决策。

最近我们还服务于第七届世界军人运动会，把地理信息技术和感知技术用在军人运动会的运行管理中心的应用平台的建设上。从会管到场馆，还有涉及到的人、事和物，通过二维和三维的地图来进行展示，根据整个事件的发展进行分析和工作。

对于城市多尺度综合感知服务技术和体系，我们认为对地观测和信息物联有融合的趋势。从七十年代对地观测的卫星，逐步发展到传感器的卫星，传感器和互联网结合在一起，我们又把卫星和地面的Sensor Web结合在一起，形成地理空间的传感器的有位置的信息，这是我们地球观测里面一直在做的事情。

在信息领域，无线的传感器网络、物联网和互联网的发展，还有现在社会物联网的融合，在整个城市里面对于要素、目标、环境的监测，从一个行业的传感网的监测逐渐发展成为多网综合感知的手段。如果要做到感知即服务的概念，我们首先要解决体系架构融合的问题。在这个体系架构融合里面存在着多平台的耦合，我们有如卫星和无人机的大平台，也有如RFID等射频传感器网络的小平台，还有多种协议的互联，还要按照城市的应用多主题的服务，这就是在体系架构上面要考虑的问题。

另外，在技术趋势上，要对于城市进行覆盖，要有高时间、空间覆盖的感知，要做到空间无缝、时间联系的感知，还要有精度，要满足各种精度的要求，比如说无人驾驶的车到厘米级的感知，应急救援的时候厘米级的感知需求，还有一些智能感知，根据事件的变化进行动态感知的问题。要解决地表要素，比如大气、水面的要素感知要求，还有就是人车物的远距离的自主感知等等。

把这些问题解决以后，我们希望做到从感知以后，就能够通过把感知分析处理应用封装成服务，服务于各行各业的老百姓、企业和政府，实现感知即服务。我们通过三年的项目攻关，从基础的共性技术体系到一些新型的时空硬件的设备系统的研发和关键技术的突破，能够打通从感知到服务的链条，实现感知无处不在，服务及时的理念。