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影響地理空間產業的八項新興技術

時間:2019/9/19 16:58:10

    英國地理空間委員會已經確定了八項可能影響地理空間產業和英國經濟增長的新興技術。這是2019年8月28日星期二發布的新報告的一部分。所確定的八種技術是:
    1.  攝影、成像和傳感;
    2.  無人駕駛汽車系統和無人機;
    3.  勘測、測量和掃描;
    4.  人工智能;
    5.  智能傳感器和物聯網;
    6.  沉浸式技術;
    7.  模擬技術;
    8.  互聯互通技術
    這份報告由地理空間委員會出資,由PUBLIC出版,這是一個幫助新興科技企業更好地與公共部門合作的組織。它分析了使用地理空間數據的商業機遇,考慮了英國各項技術的成熟度,并提供了大量的成功案例及案例分析。
    英國政府確定位置數據為公共部門和私營部門的重要工具,幫助他們做出更好的決策,這個范圍包括處理犯罪多發地區或為緊急情況應對服務找到最快路線,以及確定貨倉的最佳安置位置。因此,在2017年地理空間委員會成立,并獲得8000萬英鎊的資金支持,以在成立初期推動實施一些能更有效利用數據的舉措。

   攝影、成像和傳感
   定義:“用于收集對地觀測(EO)數據的平臺以及用于收集、存儲和處理對地觀測數據的設備和儀器。”
   正在進行的數字革命正開啟一個近距離持續觀察的時代。影像傳感器的范圍正變得越來越多樣化,因為其與空間、機載、無人機、車輛、地面成像和傳感以及新的精密攝像網絡不同。
    這為地理空間產業帶來了巨大的發展機遇,且這一領域的技術進步是巨大的。首先,我們已經看到了這個收集地球觀測數據的新平臺的發展和廣泛應用,包括高空偽衛星(HAPS)、小型衛星和無人機,   這使衛星星座的覆蓋范圍更廣、定位更準確、為地球觀測數據的用戶提供了更多捕獲選擇(時間和空間),且提升了實現持續觀測和監控的能力。
    其次,攝影機和傳感器的分辨率和精度有了顯著的提高,這開創了許多新型地理空間使用案例。除了獲益最明顯的國防和安全領域外,提高對地觀測能力所帶來的更高精確性對基礎設施、資產管理和農業等領域也至關重要。
   多光譜和傾斜成像、熱紅外和激光雷達的傳感能力范圍的增加將造福于需要高粒度地面數據的行業,如農業和畜牧業。此外,將航空圖像與其他地圖數據和土地利用數據相結合,將為新領域提供機遇,例如更深入、更細致地了解城市環境,從而建立高精度三維模型,
    在地面層面上,車輛傳感器越來越普及,許多公共和私營部門組織正在進行車輛駕駛成像和測繪調查。這些項目通過廣泛的應用而日漸完善,包括資產管理,三維城市建模,街道峽谷成像和公共設施調查。此外,駕車式調查還被用作全球在線地圖、成像和導航平臺的數據源。
    靜態和背包成像(Static and Backpack Imaging)是地面成像的另一個新趨勢。背包式成像系統和靜態相機選項的出現是為了滿足圖像和紋理三維城市模型的需求,其可為室內空間提供影像環境,且為繪制平面圖提供支持。

    無人駕駛車輛系統和無人機
    定義:無人駕駛車輛系統是指通過感知環境和導航(包括無人為干預導航)來遠程控制或自主操作的車輛。
    目前,與無人機相關的主要地理空間領域有三個。其一,無人機被用作地球觀測和測繪工程的空中平臺。其二,它們被用作遞送系統來傳遞輕量級包裹、郵政服務和藥品。近年來,無人飛機正被開發用于在城區運送乘客。
    無人機也越來越多地被用于為監測和檢查能源分配資產和網絡狀況提供支持。在這種情況下,無人機利用計算機視覺來識別基礎設施資產的圖像,使用深層網絡和卷積神經網絡來識別不同類型的故障和異常。
    隨著無人機成為城市環境不可分割的一部分,它們可能會更頻繁地以城市交通管理舉措的一部分的身份出現,此外,為開發指揮和控制系統未來群能力的研究也正在進行中。除了治安和安全,無人機群將越來越多地應用于監視城市基礎設施的運轉。
    在未來十年里,我們將看到無人機的使用將從地球觀測、地圖繪制和監控擴展到包裹和乘客運送領域。對于地理空間產業來說,主要目標是提供第一英里和最后一英里的地理空間參考和導航數據,以支持這些系統。這至少包括地理感知、地理圍欄和基于GNSS的定位需求等系統。

    勘測、測量和掃描
    定義:勘測、測量和三維掃描系統為建立地理空間生態系統奠定了基礎。該報告主要關注下游GNSS網絡芯片組、GIS數據采集、3D掃描硬件、軟件和增值服務。
    這些技術是地面、地下和室內定位系統的基礎,此外,它們對于物聯網、自動駕駛、建筑信息模型、虛擬現實、人工現實和混合現實等眾多新興技術也至關重要。
    更精準、更精確的定位系統是大規模復雜傳感器系統(如物聯網系統)操作的核心,在物聯網系統中,所連接的設備通過實時傳輸信號來收集和傳輸位置信息。
   許多傳感器在地表勘測測量中的應用越來越廣泛。遙測技術是地面遙感器向固定數據采集系統傳輸數據的傳統過程。地面傳感器的進步可以實現無處不在的定位,其可以延伸到室內和更偏遠的位置。這使得測量可以借助多個遙感器進行,成為物聯網系統的重要推動者,并且這也是一種“始終在線”的操作概念,使得不同的傳感器可以保持聯通。
    激光雷達是一種成熟的地理空間技術,它涉及到利用光脈沖來捕獲和模擬三維特征或區域環境。它可以應用于多個領域、滿足多種需求,包括繪制精細的工業場地圖,為洪水建模提供地面模型數據,以及為開發嵌入式環境提供空間信息。
    室內定位對地理空間產業來說是一個特別重要的機會,因為這一領域的發展一直難以與室外定位的創新水平和廣泛的接受度相比擬。然而,借助藍牙、WiFi和磁場定位實現的應用程序可以連接到智能手機,而不需要任何額外的基礎設施。
    大眾資源或自發的地理信息(VGI)是另一個重要的新興地理空間技術領域。其他新技術,如分析已知數據(ARD),即將EO數據實時處理為可用形式,并利用機器自動化過程(RPA)來支持項目和國家地圖要求的自動特征提取。

    人工智能
    定義:人工智能是指能夠完成通常需要人類智慧才能完成的任務的系統或程序,如數據分析、視覺感知、語音識別或決策。
    人工智能將從根本上改變分析是如何支持日常業務運作的,為多個領域的實體提供增強智能性的機會。機器學習(ML)涉及到建立基于樣本數據的統計模型來預測或決策,而不需要通過顯式編程執行任務。地理空間公司有效地利用了這一點,使系統能夠以最少的人為干預,從結構化和非結構化數據集中獲得結論并做出決策。近些年來,地球觀測行業已經能夠應用變化檢測算法自動識別變化區域,包括識別   森林砍伐、城市發展的新區域,或用于支持災害后的損害評估繪圖。
    隨著機器學習為特定客戶行為分配風險概要變得更加有效,地理空間行業的許多服務提供者也朝著支持保險情報需求的方向發展。例如,在汽車保險市場中,駕駛員的行為模式正在由帶有車載設備的機器學習系統進行處理和分析,并與位置信息連接,以提供針對性的分析。
    在位置智能方面,受到人工智能的積極影響的GNSS和定位技術正影響著物流和導航系統等行業。例如,通過實時處理上百萬個GPS點,系統將能夠為卡車司機和運輸車司機預測道路和交通狀況的變化。
    如果未來的應用成為現實,比如連接和自動駕駛車輛(CAV),那么激光雷達和雷達也需要加強自動化分析能力。由英國地形測量局(OS)領導的E-Cave(可聯網且提供自動駕駛環境)項目旨在探索CAV如何實時共享定位和安全信息。此外,通過該項目,OS還支持并與2018年宣布的四個CAV試驗臺項目中的CAV測驗合作。
    人工智能與物聯網等其他新興技術的結合,也將為該行業帶來許多新的發展機遇。智能手機和其他跟蹤設備中越來越多的傳感器需要更高級的分析,以從其傳輸的信息中獲取深層含義。例如,嵌入式健康跟蹤器和可穿戴設備借助先進的診斷算法,更好地幫助專業健康人員識別疾病跡象。展望未來,借助分析系統將有可能繪制整個社區的人口健康指標圖,采用先進的分析方法只會提高這種能力。

    智能傳感器與物聯網
    定義:智能傳感器和物聯網是包含嵌入式技術的物理對象網絡,用于感知其內部狀態或外部環境的變化,并將這些信息與其他連接的設備進行交流。
    要實現物聯網的真正價值,就必須在多個傳感器和智能設備之間實現更進一步的集成化,特別是在“智能城市”或其他大型互聯生態系統的背景下。也許對地理空間技術和傳感器來說,最令人期待的是智能城市領域。智能城市應用程序依賴于一套不同服務和企業之間的集成物聯網設備。
    從多個地理定位和時間記錄傳感器以及公共部門數據集中整理和整合數據對于監測城市地區資產的安全性和恢復能力變得愈發重要。數據采集移動傳感器為連續和實時的步數分析提供了機會。同樣的,目前用手機傳感器數據來分析運輸活動也越來越普遍。有許多新興公司使用大眾資源移動數據向城市和地方區域提供交通信息。
    在農業和畜牧業領域,使用地理空間技術的物聯網解決方案目前成果顯著。農業物聯網的主要目的是監測重要的環境因素,如水質、土壤狀況、溫度、水分、灌溉和肥料,從而提高作物產量。
    地理空間分析有機會被利用于檢測及支持未來智能能源電網管理的傳感器。這些電網由連接的設備和傳感器(包括智能儀表和智能家電)組成,能夠實時檢測當地能源使用的變化。智能電網的推出依賴于高度精確的地理空間信息,以確保需求分析準確可靠。

    沉浸式技術
    定義:沉浸式技術通過創建數字化空間來模擬物理環境,使其實現可視化與環境交互。
    在地理空間產業中,這些技術通常用于生成高級地理可視化環境,并允許呈現地理空間數據。任何級別的地理空間細節都可以在沉浸式現實中呈現,從3D的骨架幾何圖形,到作為建筑物的實時數字表示而不斷更新的智能點云。地理空間采集技術,如激光雷達,為沉浸式模型提供了更深層次的細節和背景。一些地理信息系統技術也正在與嵌入式系統集成,我們即將看到這些解決方案在某些待開發領域的早期應用。
    軍事領域正在進行大量的虛擬現實和增強現實創新。特別地,這些技術正用于提高士兵們在為沖突做準備時的訓練條件。借助可穿戴移動設備,增強現實技術可以將用戶傳送到新的地理位置,從而實現遠程環境感知。這項工作目前正擴大為軍隊內部一整套新服務,飛行員正在評估維修工程師是否能提供來自世界各地的專業知識。然而,這些都還只是早期的試驗,這項技術需要若干年才能完全成熟。
     雖然目前還處于相對早期階段,但在未來五年中,更多的研發和創新工作將圍繞地理空間中的沉浸式技術展開,其將成為未來地理空間開發一個非常重要的領域。

    模擬技術
    定義:模擬技術允許用戶在數字環境中模擬任何場景。這涉及到為特定地理區域建立數字表示或“孿生”,以及操控相關變量來模擬可能的效果。
    如今,地圖越來越多地成為特定時間和地點的數字表示,用戶能夠和基礎數據交互并對其進行操作。地理空間模擬已經廣泛應用于特定的專題領域,如洪水模擬和動態道路交通。未來最重要的機會是在城市甚至整個國家級別上整合這些主題模式。
    三維建模現在是地理空間公司提供的一項常見服務,隨著該領域新興技術的成熟, 3D建模有望得到進一步的發展。隨著人工智能和機器學習領域的發展,多維建模和模擬技術將改善相關組織的維護和決策過程。GIS技術還為設施管理方案的建模提供了許多優勢,包括空間管理、可視化和規劃。管理機場、工業園及發電廠等大型運營場所的設施操作系統,將是此類發展的最大受益者。智能城市將越來越多地使這些系統與智能傳感器的能力相協調,以此來建模和模擬城市規劃。建筑和開發等領域也越來越多地采用連續傳感器監測和資產報告。
    該行業最大的機遇,同時也是最大的挑戰,在于擴大這些主題建模工作,以進行全市范圍的場景模擬。然而,一般來說,為了使這些模擬有效,需要對城市中公共和私有數據集有更大的訪問權限。數字孿生和模擬技術在地理空間領域發展迅速。這些技術有潛力應對復雜的未來。

    互聯互通技術
    定義:互聯互通技術是指地理空間數據傳輸和交換的基礎通信設施。包括衛星通信以及固定和移動的通信網絡。
    由5G帶來的更高速度和更低延遲將使數據傳輸更高效、更經濟且更安全。此外,地理空間產業及地理空間數據也在支持基礎通信設施的規劃、推出和運營方面發揮著關鍵作用。除了正在進行的實現全光纖網絡投資外,未來,在地理空間連接性方面最大的游戲規則改變者很可能是5G。5G技術使用現有的高頻頻譜,實現高速數據傳輸,從而更容易在移動設備上進行下載和上傳。
    此外,在過去的十年中,衛星網絡容量也有了顯著的增加。展望未來,小型和微型化的衛星星座——如由OneWeb運營的衛星星座——將帶來新的全球網絡和通信機遇。英國另外兩個重要的連接技術產業是跨政府公共服務網絡(PSN)和應急服務網絡(ESN),它們將支持前線人員和藍光服務部門之間的通信。這些新興的高容量、高速度和低延遲通信通道將確保地理空間數據以大容量、高速度、高安全度的方式傳輸。
   改良后的網絡容量和數據速度將允許實時圖像和視頻數據流使用度的拓展,包括高清和超清視頻。提高公共空間網絡容量的一個典型的使用案例是,使用視頻和圖像對專門的警務和安全服務進行持續監控與監視。更好的連通性還將允許更多地理空間參與者享受到云計算提供的可擴展性和計算能力。改進后的云連接將允許數據在云端實時存儲及處理,允許在異地、辦公室和云之間持續連接。
    改進的局部連接還允許地理空間參與者開發新的邊緣計算策略。邊緣計算依賴于傳感器或掃描儀附近的微型數據中心的局部網絡,其對于為物聯網系統提供低成本的數據處理和存儲尤其重要。
    降低5G技術的延遲對于未來無人駕駛汽車和無人機的應用至關重要。由于自動駕駛需要非常快的網絡,即無延遲或滯后運行,這樣削減后的延遲也將更好地支持移動中實時成像數據的有效性,以及支持   實時規模空間分析的連續傳感器的可用性。在執行覆蓋大片陸地區域的任務時,持續且安全的連接對于無人機和其他無人駕駛車輛也至關重要,這些任務包括測量、繪圖和監控能源網。
    衛星通信的改進使得大容量的地理空間數據能夠通過這些網絡進行傳輸,而這些網絡以前只能處理語音等小容量的音頻數據。為了支持通信基礎設施的大型投資和運營,電信和公用事業公司需要廣泛的測繪、測量和地理空間分析服務。這些不僅為地理空間產業提供了寶貴的未來機遇,還展現了地理空間產業如何既能從關鍵新興技術的發展中受益,又能使之得以發展。 

作者:不詳 來源:網絡
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