“智能成為社會(huì)發(fā)展的重要生產(chǎn)要素，跟工業(yè)社會(huì)、農(nóng)業(yè)社會(huì)相比，生產(chǎn)力、生產(chǎn)關(guān)系都發(fā)生了一系列變化。”國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、北京郵電大學(xué)教授、鄭州大學(xué)學(xué)術(shù)副校長(zhǎng)、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院校長(zhǎng)鄧中亮在9月17日，由中國(guó)工業(yè)報(bào)社、中工智庫(kù)舉辦的“錨定向‘新’·‘智’造未來——問道‘十五五’中國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展研討會(huì)”上表示，最早的整個(gè)社會(huì)建立在物理時(shí)空上，后來發(fā)展至信息社會(huì)，如今稱之為智慧時(shí)空，時(shí)間、空間均發(fā)生變化，生產(chǎn)力、生產(chǎn)關(guān)系也隨之發(fā)生演進(jìn)。所以，從工業(yè)社會(huì)到現(xiàn)代社會(huì)再到智慧社會(huì)，原來是人跟人之間的信息相互傳遞，后來發(fā)展到人與機(jī)、物與機(jī)、機(jī)與機(jī)、物與物信息交互。

國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、北京郵電大學(xué)教授、鄭州大學(xué)學(xué)術(shù)副校長(zhǎng)、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院校長(zhǎng)鄧中亮

時(shí)空感知是萬物互聯(lián)的關(guān)鍵

“就工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域而言，其真實(shí)的時(shí)空架構(gòu)，特別是工業(yè)大模型的應(yīng)用，成為驅(qū)動(dòng)新一輪智慧制造變革的核心支撐力量。”鄧中亮表示，當(dāng)前，每天會(huì)產(chǎn)生極為龐大的數(shù)據(jù)規(guī)模，由此也引發(fā)兩大核心關(guān)切點(diǎn)：

其一是數(shù)據(jù)本身的含金量到底有多高？過往，曾有相關(guān)案例分析顯示，針對(duì)西部某大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式存在多種設(shè)想：有人提議將我國(guó)東部的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至西部大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理；也有人考慮采用刻錄光盤的方式將數(shù)據(jù)乘車至西部。令人頗感意外的是，有人分析，以光盤為載體傳輸數(shù)據(jù)至西部大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理的成本最為低廉。在此背景下，如何在數(shù)據(jù)處理與挖掘過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空信息的高效管控、降低成本等愈發(fā)凸顯其重要性。一方面需考量數(shù)據(jù)的固有價(jià)值，另一方面則要重視挖掘數(shù)據(jù)所需付出的成本代價(jià)。

其二是關(guān)于提高大數(shù)據(jù)使用效率，以及如何有效降低數(shù)據(jù)挖掘成本。我國(guó)擁有海量的數(shù)據(jù)資源，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用既蘊(yùn)含著全新的發(fā)展機(jī)遇，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。而時(shí)空技術(shù)的融入有望為這一領(lǐng)域提供新的解決方案，助力突破空間大數(shù)據(jù)挖掘過程中的成本瓶頸。

今年以來，深圳、廣東等多地積極布局低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，計(jì)劃實(shí)施百萬架無人機(jī)規(guī)模的低空運(yùn)行管理體系。鄧中亮認(rèn)為，相較于地面車輛（一個(gè)城市日均超五六百萬輛將會(huì)事故頻發(fā)），無人機(jī)具備獨(dú)特的載貨優(yōu)勢(shì)，可承載50公斤貨物在不同高度（如300米、600米乃至更遠(yuǎn)）執(zhí)行任務(wù)。然而，隨之而來的安全問題不容忽視，例如，50公斤重物從高空墜落可能造成嚴(yán)重后果。因此，在物流配送、文化旅游消費(fèi)、公共事務(wù)管理及生產(chǎn)作業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用無人機(jī)時(shí)，必須建立健全相應(yīng)的管理技術(shù)和政策法規(guī)體系。目前面臨的主要難題包括無人機(jī)無法主動(dòng)呼救、視覺盲區(qū)以及管控難度大等問題，這些問題的有效解決是低空經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的前提。

現(xiàn)階段，自動(dòng)駕駛技術(shù)要求達(dá)到分米級(jí)精度以滿足無人駕駛需求，那對(duì)于無人機(jī)而言，其飛行過程中的空間控制精度應(yīng)設(shè)定為多少才合適呢？民用航空飛機(jī)航線間的距離通常達(dá)公里級(jí)。“就時(shí)間維度而言，當(dāng)下手機(jī)的同步精度已達(dá)106量級(jí)。借助信號(hào)來實(shí)現(xiàn)時(shí)間與空間的同步定位時(shí)，經(jīng)觀測(cè)其精度僅能維持在幾十米范圍內(nèi)。”鄧中亮表示，值得注意的是，當(dāng)前，人們約80%的時(shí)間處于封閉環(huán)境之中，這些區(qū)域，衛(wèi)星信號(hào)難穿透，而地面基礎(chǔ)設(shè)施則以各類通信網(wǎng)絡(luò)為主，包括2G、3G、4G、5G等系統(tǒng)，以及無線網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)形態(tài)。利用原子鐘可將同步能力提升至1014量級(jí)以上，但具備納秒級(jí)同步功能的設(shè)備造價(jià)約為3萬至5萬元；回顧過往，美國(guó)早年研發(fā)的芯片原子鐘成本僅為100美元，其同步精度可達(dá)10-11量級(jí)，而我國(guó)在此領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)同等價(jià)位的突破。因此，技術(shù)演進(jìn)過程中涌現(xiàn)出的一系列創(chuàng)新成果，無疑將為相關(guān)領(lǐng)域提供堅(jiān)實(shí)支撐。

構(gòu)建天地海一體化的時(shí)空服務(wù)體系

“雖然GPS當(dāng)前仍居全球市場(chǎng)主導(dǎo)地位，但隨著‘十四五’‘十五五’‘十六五’三個(gè)五年規(guī)劃的推進(jìn)，全球市場(chǎng)格局重構(gòu)與產(chǎn)業(yè)洗牌已成為戰(zhàn)略重點(diǎn)。”鄧中亮表示，以導(dǎo)航為核心的時(shí)空服務(wù)體系正孕育著新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年，我國(guó)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)5300億元，其中三大通信運(yùn)營(yíng)商營(yíng)業(yè)收入突破2萬億元大關(guān)。“迄今為止，導(dǎo)航領(lǐng)域尚未形成成熟的商業(yè)化服務(wù)模式——無論是歷經(jīng)51年發(fā)展的GPS，還是運(yùn)營(yíng)31年的北斗系統(tǒng)，均未實(shí)現(xiàn)以最低成本完成全球室內(nèi)外無縫覆蓋，諸多區(qū)域仍存在信號(hào)盲區(qū)。”鄧中亮直言，“相較之下，通信網(wǎng)絡(luò)自2G時(shí)代起便具備隨時(shí)隨地接入的能力，而導(dǎo)航系統(tǒng)尚無法達(dá)成此目標(biāo)，室內(nèi)、地下、水下等封閉和半封閉空間沒有信號(hào)。”地面基站網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星系統(tǒng)的互補(bǔ)性凸顯：在城市建筑密集區(qū)及室內(nèi)環(huán)境等衛(wèi)星信號(hào)薄弱區(qū)域，地面基站網(wǎng)絡(luò)可有效補(bǔ)充覆蓋。目前，我國(guó)5G地面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總投資約1.2萬億元，但全球地面通信網(wǎng)絡(luò)僅覆蓋地球表面不到20%，剩余80%區(qū)域亟待拓展；反觀衛(wèi)星系統(tǒng)，僅需600億元投入即可實(shí)現(xiàn)全域覆蓋。二者協(xié)同發(fā)展將充分釋放各自優(yōu)勢(shì)，成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)議題。

“最終目標(biāo)是構(gòu)建天地海一體化的全時(shí)空服務(wù)體系，涵蓋三維空間維度，為各領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的時(shí)空信息支撐，盡管這一進(jìn)程仍面臨諸多技術(shù)難題。我們的服務(wù)場(chǎng)景正從基礎(chǔ)應(yīng)用向復(fù)雜場(chǎng)景延伸，服務(wù)對(duì)象也從個(gè)人用戶擴(kuò)展至機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。在供給側(cè)衛(wèi)星端可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)高精度定位，但在用戶側(cè)的應(yīng)用需求遠(yuǎn)超預(yù)期，因此，可靠性、安全性與智能化水平在工業(yè)及民生領(lǐng)域的重要性日益凸顯。”鄧中亮指出。

加速時(shí)空服務(wù)商業(yè)化

對(duì)于人類用戶而言，米級(jí)精度已基本滿足定位服務(wù)需求，但對(duì)機(jī)器設(shè)備尤其是高速鐵路等高端應(yīng)用場(chǎng)景，則要求更高的可靠性指標(biāo)。若無法達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。鄧中亮表示，自“十四五”規(guī)劃起，產(chǎn)業(yè)重心正加速向時(shí)空位置服務(wù)的商業(yè)化轉(zhuǎn)型，這有望通過技術(shù)創(chuàng)新突破現(xiàn)有瓶頸，打破GPS長(zhǎng)期主導(dǎo)的市場(chǎng)格局。基于四顆衛(wèi)星和基站的定位方案可實(shí)現(xiàn)米級(jí)、亞米級(jí)乃至厘米級(jí)、毫米級(jí)精度，為工業(yè)領(lǐng)域的高精度應(yīng)用提供有力支撐。

在鄧中亮看來，地面環(huán)境復(fù)雜多變，測(cè)量目標(biāo)聚焦于基站信號(hào)至終端設(shè)備的傳輸路徑，該距離可通過時(shí)間計(jì)量并轉(zhuǎn)換為物理空間距離參數(shù)。若時(shí)間精度可達(dá)1納秒其測(cè)距誤差將控制在0.3米以內(nèi)，即便信號(hào)經(jīng)歷多次反射、繞射，通過誤差識(shí)別與補(bǔ)償，仍能實(shí)現(xiàn)米級(jí)、分米級(jí)、亞米級(jí)乃至毫米級(jí)的高精度定位。值得注意的是，頻譜資源稀缺性與基站建設(shè)成本高昂形成雙重挑戰(zhàn)：一方面需通過加密覆蓋確保信號(hào)接收質(zhì)量；另一方面通信網(wǎng)絡(luò)基站僅需一重信號(hào)覆蓋率即可滿足通信需求，而定位需要三重以上信號(hào)覆蓋，要求三大運(yùn)營(yíng)商協(xié)同組網(wǎng)。

鄧中亮指出，所有無線通信系統(tǒng)均面臨噪聲干擾問題，頻譜短缺常導(dǎo)致無線定位信號(hào)生成受阻。經(jīng)過其團(tuán)隊(duì)的研究驗(yàn)證，采用精確定位賦能方案，可在不增加成本的前提下，避免對(duì)正常通信產(chǎn)生干擾，使各頻段各司其職。更關(guān)鍵的是，該方案能在保持原有通信服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，賦予網(wǎng)絡(luò)新的定位導(dǎo)航功能特性。

而在衛(wèi)星導(dǎo)航方面，通過天地一體化融合設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)從太空到地面乃至海洋的全域通信互聯(lián)，達(dá)成全時(shí)空覆蓋與定位、導(dǎo)航、授時(shí)等目標(biāo)。