時空智能助推新質生產力發展

原文發表于《科技導報》2025 年第24 期 《 時空智能助推新質生產力發展 》

《科技導報》邀請武漢大學測繪遙感信息工程全國重點實驗室李德仁院士團隊撰文，文章給出了時空智能（STI）的定義，揭示了時空智能在測繪遙感地理信息學中的數字化、信息化、網絡化、智能化與實時化特征，及其在人工智能領域的重要地位。回顧并展望了時空智能的創新演進，探討了時空智能在低空經濟、公共安全與大健康等領域的應用案例，展示了其在推動新質生產力發展中的重要作用。

新質生產力是創新起主導作用，擺脫傳統經濟增長方式、生產力發展路徑，具有高科技、高效能、高質量特征，符合新發展理念的先進生產力質態。新質生產力的顯著特點是創新，關鍵在質優，本質是先進生產力。

時空智能（STI）是萬物互聯與數字孿生時代測繪遙感地理信息學的數字化、信息化、網絡化、智能化與實時化。隨著時空信息、定位導航服務、人工智能技術等重要新型基礎設施的深度融合，時空智能將成為新質生產力發展的重要助推，提升中國科技，特別是定位導航服務與時空信息領域發展的獨立性、自主性與安全性。

1 時空智能：無所不在的PNT與PNTRC

以北斗為中心PNT（定位、導航與授時）系統是新質生產力的重要組成部分。為充分發揮其潛力，應積極推進“北斗+”與“+北斗”融合應用，加速構建無處不在的PNT服務體系，推進從PNT到PNTRC（定位、導航、授時、遙感與通信）服務的創新升級。

1.1 PNT服務

當今的PNT服務主要以中國北斗衛星導航系統等全球衛星定位系統（GNSS）及其增強系統為核心，通過與多種輔助定位導航技術的協同工作，提升系統的抗干擾能力和可用性。當前導航定位正從“單一傳感器”向“多源泛在的智能感知+認知”導航定位發展，實現導航定位技術體制創新。

陳銳志團隊研發了聲、光、電、場融合的高精度室內定位技術，實現室內外一體化高精度位置服務。具體地，音頻定位系統涵蓋了從信號發射基站到用戶終端的全鏈條硬件方案，以及跨系統、跨平臺的軟件解決方案（圖1）。該團隊開發了音視頻一體化攝像頭，實現了視頻監控與高精度室內定位的集成，已成功應用于智慧公安、智慧物流、網約車服務等多個領域，為國家平安工程2.0建設提供了有力支持。此外，還開發了商用5G（第5代移動通信）多波束智能定位新方法，為5G室內定位提供了有效的解決方案。

圖1 手機多源融合室內定位

北斗三號系統標志著中國衛星導航技術的重大突破，實現了從無到有的飛躍。為了進一步提升導航定位的精度，可以通過構建低軌衛星導航增強系統，打造全球領先的高精度定位服務。

為了在不讓做和不能做地基增強的地區實現北斗高精度PNT服務，武漢大學設計并實施了國內首套低軌導航增強載荷方案，研制了低成本、低功耗、緊湊型、高性能載荷，其技術指標領先。珞珈一號衛星搭載的導航增強載荷具備多項核心功能。珞珈二號01星測試結果與珞珈一號的導航增強試驗結果相比，載噪比的一致性問題得到有效解決，證明了技術的顯著進步（表1）。

表1 北斗導航定位增強效果對比

將北斗與慣性測量技術集成的定位定向系統（POS），可實現移動目標實時高精度PNT服務，連續提供位置、姿態和速度9參數服務。利用光學傳感器和激光雷達的主被動即時定位與地圖構建方法（SLAM），可在無北斗、無全球定位系統（GPS）的區域，包括月球、火星上實現PNT服務，有效支持玉兔號、祝融號的自動航行。

1.2 從PNT到PNTRC

當前通信、導航、遙感衛星系統各成體系，導致系統孤立、信息分離、服務滯后等問題。因此，在抓緊實現無處不在的PNT服務的同時，武漢大學在全球首先提出，推進從PNT到PNTRC服務的創新，建立通導遙一體化的空天信息實時智能服務系統，并構建中國的空天信息全球實時監測網絡。這將支持各類用戶在任何地點、任何時間的信息獲取、高精度定位授時及通信服務，實現全球范圍內的遙感數據從獲取到應用終端的分鐘級遙感信息快速、準確、靈活的服務（圖2）。

圖2 通導遙一體化天基信息實時服務系統

為了驗證PNTRC服務的可行性，武漢大學牽頭發射了珞珈三號01星、珞珈三號02星（武漢一號）衛星。其中，珞珈三號01星搭載了多種成像模式，實現了衛星在軌智能處理，成功驗證了實現全球范圍內遙感數據從獲取到應用終端的分鐘級高效服務能力（圖3）。繼此之后，珞珈三號02星也成功發射。

圖3 珞珈三號01星衛星在軌智能處理模塊

珞珈二號01星是國際首顆Ka頻段高分辨率合成孔徑需達（SAR）衛星與國際首顆試驗多角度成像模式的毫米波雷達衛星，成功獲取了全球首幅0.5 m分辨率的星載Ka波段SAR影像，并建立了業務化的“云+端”遙感應用系統，實現了通過移動設備操控高分辨率SAR衛星的“天+端”服務。珞珈二號01星在技術上實現了多個首次，包括首次開展低軌衛星信號增強和信息增強聯合實驗，首次實現Ka頻段相控陣SAR成像與數傳天線一體化，首次利用毫米波SAR衛星開展視頻成像試驗驗證等。珞珈二號01星還是國際首顆集遙感成像、氣象降水探測和水利應用于一體化的衛星，實現了氣象水文一體化，能夠進行高精度的降雨量及流速測量，已成功應用于京津冀地區的堤防決口預警和洞庭湖的遙感防汛工作。

2022年起，武漢大學與山東省煙臺市共同建設東方慧眼遙感衛星星座，旨在建立一個全球實時智能監測的空天信息網絡，計劃在2030年前發射252顆遙感衛星，目標是讓全球用戶在任何地點都能在5 min內享受到目標看得快、看得清、看得準、看得全、看得懂、送到位服務。

2024年2月3日，東方慧眼星座首顆OSE?HR01高分衛星成功發射，具有3大特點。

• 一是通過北斗三代全球導航系統實現應急測控和數據下傳的北斗短報文功能；

• 二是配備衛星通信終端，實現前向5 Mbps、返向10 Mbps的雙向中繼通信能力；

• 三是搭載全國產化的智能處理單元，用于在軌數據處理（圖4）。

圖4 東方慧眼高分01星衛星平臺及有效載荷介紹

此外，東方慧眼高幾何高光譜小衛星OSE?01/02星對標了Sentinel?2、LandSat?9、LandSat Next等國際一流光譜型遙感衛星，具有4大特點。

（1）軌道相似性；

（2）光譜兼容性；

（3）指標先進性；

（4）應用廣泛性。

實現PNTRC和人工智能上衛星的東方慧眼星座計劃在2030年建成，將為全球提供快、準、靈的空天智能服務，創造1∶10的新質生產力。

2 時空智能助推新質生產力

在萬物互聯與數字孿生時代，時空智能將能夠自動和實時地感知和理解自然及人類活動，為大眾提供實時、智能化的空天信息服務，助推新質生產力的發展。時空智能將有望創造空天信息、低空經濟、公共安全與大健康、自動駕駛、智慧電網、智慧工廠、自然資源、應急管理等多個萬億級產業（圖5）。

圖5 時空智能助推新質生產力

2.1 低空經濟

“低空經濟”正迎來快速發展的新階段。2024年3月5日，《政府工作報告》中提出了“大力推進現代化產業體系建設，加快發展新質生產力，積極培育新興產業和未來產業，積極打造生物制造、商業航天、低空經濟等新增長引擎”。2024年4月，工業和信息化部、科學技術部、財政部、中國民用航空局聯合發布了《通用航空裝備創新應用實施方案（2024—2030年）》，明確了到2030年推動低空經濟形成萬億級市場規模的目標。

盡管“低空經濟”與無人機、通航產業發展密切相關，但與美國等國家相比，中國的通用航空產業仍存在一定差距。目前，中國通用航空活動使用低空空域的比例不足30%，且尚未形成網絡化和規模化。因此，中國低空經濟發展應抓好3件事：

• 首先，研制高性能的有人和無人低空飛行器；

• 其次，建立智能而安全的低空管控系統；

• 最后，開拓多樣化的應用場景，有可能催生多個萬億級新興產業。

2.2 公共安全與大健康

實踐證明，時空智能技術在提升公共安全和大健康領域的效率和效果方面具有重要作用。“北斗+高精度室內定位”技術能夠實現亞米級定位精度，“北斗+5G”的結合顯著提升了公共安全資源調配的精準度，而時空位置大數據為構建平安中國和健康中國提供了堅實的技術支撐。以武漢交警數據大腦“北斗+交通”智慧應急應用系統為例，該系統依托全息感知、時空分析和數據挖掘技術，集成了應急資源接入、動態展示、視頻核查、實時調度導航、重大活動安保和綜合研判分析等多項功能（圖6）。

圖6 數據大腦“北斗+交通”智慧應急應用示意

此外，借鑒人腦思維鏈技術開發的智能手機上下文思維引擎，能夠自動理解老年人的日常獨立活動，并進行心理學、生理學和行為學的分析，成為老年人的專屬生活助理。可以預期，“北斗+公共安全與大健康”產業可創造萬億產值。

2.3 自動駕駛與機器人

智能汽車在面對城市中的復雜使用場景，迫切需要依賴時空智能技術來實現高精度、高可靠性的導航，以解決“最后一公里”的導航難題。

為此，應將智能傳感器盡可能部署在道路上，以便所有車輛共享。同時，車輛上搭載的智能感知、定位定姿傳感器和智能駕駛系統也應追求高性價比。因此，需要積極推動人、車、路、網、云的基礎設施升級，實現路端感知、云端決策、車端控制的一體化。通過集成感知、高精定位、決策等技術，智能汽車的高性能定位測姿光器件可以重點解決高精度定位問題，并提升多源數據融合的性能，從而實現智能汽車在復雜城市環境中的安全可靠運行。

2.4 智慧電網與智慧工廠

武漢大學楊必勝團隊開發了用于電力走廊多要素的精準定位、識別與建模，以及3D空間關系計算模型一體化的軟硬件系統，有效解決了電力走廊安全風險的定位和預警問題。此外，設計的電力巡檢機器人能夠實現對變電、輸電、配電設備進行全天時、全方位、全自主的智能巡檢和安全防護，降低了人員安全風險，保障了電網安全運行，并提升了電網智能化巡檢技術水平。

基于這些技術，楊必勝團隊還開發了電力走廊無人機巡檢與智能監測系統，這是國內外首次大規模應用的大型無人機電力巡檢技術。在未來，無人機系統將從智慧電網推廣到石油化工、智慧采礦、智慧物流多個行業，形成萬億級產業。

2.5 林草監測與國家公園智能管理

時空智能的應用推動了“天空地”一體化林草感知監測體系的建立。武漢大學眭海剛團隊和立得公司通過構建實景三維高精地圖底座、天空地傳感網/物聯網實時感知立體檢測網、智慧林草運營與管理平臺，實現了國家公園智慧林草一體化感知監測，達到了世界先進的林草治理水平，打造國家公園智慧林草的“中國名片”（圖7）。

圖7 “天空地”一體化林草感知監測

在地基監測方面，眭海剛團隊和立得公司設計了多功能移動方艙和集裝箱式監測站，有效適應國家公園等惡劣環境。便攜式監測設備能夠在不干擾和不傷害旗艦動物的情況下進行近距離監測，獲得監控視頻、位置信息等數據。

在天基方面，通過集成衛星通信實現了遠距離傳輸。高通量衛星通信系統具有通信容量大、速率高、抗干擾的特點，能夠支撐更廣闊地理區域下快速的通信。

結合“天空地”立體監測網，構建了智慧林草數字孿生平臺，通過數字空間編碼對各類林草監測設備進行精細網格管理，并建立唯一性標識。將監測設備與“3DGIS”模型疊加，構建數字孿生國家公園的“身體和神經網絡”，實現國家公園全時空、全方位的感知監測和管理，顯著提升了智能化管理水平。

此外，武漢大學梁欣廉團隊開發了全球首套全自動林冠下激光雷達森林調查系統，開辟了森林調查和精準碳匯計算的全自動新路徑。

2.6 應急管理

武漢大學牽頭的“區域協同遙感監測與應急服務技術體系”國家重點研發計劃項目與長光衛星技術股份有限公司合作，共同開發了星載在軌處理應急響應技術體系，并在吉林一號光譜01/02星上進行了在軌測試，成功展示了自動檢測森林火點、海面船舶等目標的能力。通過北斗短報文通信技術，實現了秒級的“從傳感器到用戶”的信息傳遞，顯著提高了應急響應的速度。

3 結論

時空智能作為數字時代萬物互聯與數字孿生技術的核心，不僅集成了測繪遙感地理信息學的數字化、信息化、網絡化、智能化與實時化，也是人工智能領域的重要分支。它通過自動和實時地感知與認知自然和人類活動，為人工智能開拓了廣闊的應用前景。在萬物互聯的時代背景下，時空智能已經成為推動新質生產力發展的關鍵力量，特別是在低空經濟、精準農業、公共安全、自動駕駛、智慧電網、智慧工廠、自然資源監測、應急管理等領域發揮重要作用。時空智能將增強中國在全球科技競爭中的獨立性、自主性與安全性，為中國在全球科技舞臺上贏得更多的話語權和影響力。

本文作者：李德仁、郭昊南

作者簡介：李德仁，武漢大學測繪遙感信息工程全國重點實驗室，教授，中國科學院院士、中國工程院院士，研究方向為攝影測量與遙感；郭昊南（通信作者），武漢大學測繪遙感信息工程全國重點實驗室，博士后，研究方向為遙感智能解譯。

文章來 源 ： 李德仁, 郭昊南. 時空智能助推新質生產力發展[J]. 科技導報, 2025, 43(24): 27?34 .

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