李德毅院士--大数据时代的移动位置服务

李德毅[e-mail]2013年12月10日大数据时代的移动位置服务MobileLBSinthePetabyteEra云计算与定位导航相结合，催生移动位置服务无所不在，无人不用，无时不需！为什么只听雷声响，不见雨下来？一、云计算使得地理信息系统走上飞天之路地理信息：不安分的地图地图不仅仅在墙上和纸上——地图的颠覆式创造：电子地图结构化和半结构化的地图数据——数字地图：地图数据库和地图数据仓库全球人人物物都可以定位——RTK—北斗/GPS的迅速普及地理空间信息的三维重构——虚拟现实：手机上的街景无穷无尽的位置服务和位置衍生服务——位置信息的碎片化！摇一摇？云计算促进地理信息产业的改组和兼并我国存在众多小而散的地理信息产业孤岛，只能满足简单的地理要素查询，满足行业解决方案，跨行业之间坐标和格式不能互换，数据不兼容，语义不统一，分享、共享难，互操作难。手机、汽车等移动设备装载各种各样地理信息系统并定期更新地理软件的时代已经“落幕”云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟化的，以服务的方式提供，可以方便地实现分享和交互，并形成群体智能。6人联网和物联网的发展，改变了互联网“核心简单，边缘丰富，千人一面”的形态。网络变得丰富，边缘变得简单，交互更加智能。由形形色色的网络中心组成的云计算，支持社会化、集约化和专业化的信息服务；一个个孤立的地理信息系统走上了飞天之路，实现从行业解决方案向云计算的转型。7云计算走过了理念清晰、操作模糊、八仙过海、云里雾里的一段路程，已经成为我国信息行业当前的主旋律，给我们生活带来太多意想不到的改变，正越来越深度地服务于各式各样小众，甚至改变整个大众的社会交互形态。位置云首当其冲。云计算在中国云计算带来价值链的变化购买地理信息系统付购置费和运营费固定规格使用9用户方：提供方：地理信息系统按峰值负载配置软硬件资源千人一面的搜索查询购买位置服务付服务费按需灵活使用弹性配置，动态重组，多租户管理细分市场，融合资源，深度服务被服务方：服务方：导航服务中心旅游服务中心电子地图数据中心电子地图数据中心电子地图数据中心在线地图显示云导航云旅游车联网飞行器联网位置校正云计算中心无需关心地理服务中心所在的物理位置无需关心地理信息系统软件的支撑操作系统以及软件环境等底层资源的物理配置与管理无需关心地理信息系统软件是否被他人同时租用，地理数据是否及时更新地理信息系统能否做到IaaSPaaSSaaS11不同数据格式不同时态不同坐标系12不同语义地理空间数据之间实现互操作？地理信息系统能否在满足移动中的人和物的需要，满足泛在、实时、连续、无缝的导航服务需求，不应该只是静态位置的后计算。静止的位置感知是落后的服务！地理信息系统能否做到13移动中的人和物对地理信息的需求是建立在人和物的移动速度之上的需求，尤其是轮子上的服务！我国地理信息服务中心的战略布局我国“天地图”等地理平台在服务社会和民生方面已经发挥着重要作用正逐步形成若干公共的、国家级、包含精细粒度在内的可变尺度的、可信的地理空间大数据中心大数据中心可以各有侧重，相互补充和备份中心的位置布局和行政区域并不强相关竞争激烈，先下手为强我国地理信息服务中心的战略布局在电力相对丰富、低温、低地价的地区，建设国家级地理信息空间大数据中心，利用宽带通信网络向华东、华南传输数据，以替代大量煤炭和电力向华东、华南的输送，变以电力网输送电能为以电信网输送数据，用带宽换土地，用带宽换电能，减少二氧化碳排放，改善生态环境。衡量移动位置服务中心的5个外在指标电力消耗随服务负载变化情况无线带宽支持及其动态使用情况移动位置服务覆盖的范围、粒度、采样频率服务注册的用户数量及在线微支付能力移动位置衍生服务能力位置服务中心，不在拼服务器集群的规模，不是说五万台服务器的集装箱就伟大，五千台服务器的就不伟大，也不是说把一百万台数字地图服务器集中起来就叫云计算。位置服务中心的架构是由其提供服务的种类、规模和能力表征的！云计算地理信息服务中心工作方式时间连续:365天24小时99.9%空间无缝:城乡跨接、数据常新精度多样：相对精度米级、亚米级、分米级结果可靠：错误示警或快速报知在线服务：采样周期可调移动互联网的实时性、交互性、低成本、个性化和位置感知能力，形成迅速增长的移动用户的服务。移动互联网的位置服务更为迫切智能手机WLAN无线覆盖蜂窝网络&无线数字电视信号蓝牙RFID/NFC加速度计陀螺仪手机摄像头电子罗盘卫星定位系统基于卫星定位基于地理信息系统基于无线信号定位基于传感器定位组合定位传感器地理信息系统21手机接收到的GPS位置信息，发到定位精度校正中心，中心利用云计算结合地理信息系统等数据，实时计算，将结果返回给用户，可以实现米级甚至分米级精度的定位信息。服务地理国情监测员、灾情报告员、森林调查员、地质勘测队员、土地调查员、城管员、公安交警人员和广大手机用户。一个典型案例：定位精度校正服务北斗GPS定位精度校正服务中心CORS基准站基准站基准站基准站基准站基准站基准站基准站移动通信基站移动通信基站移动通信基站移动通信基站典型案例：定位精度校正服务北斗GPS北斗GPS位置服务请求位置服务请求定位精度的纠正，需要多种定位系统互补、复杂计算、海量存储和丰富交互能力，如果不放在网上，而放在端设备（如手机）上实现，是不可能做到的！一个个曾经孤立的地理信息烟囱，踏上了飞天之路，在动荡演化中聚合为跨部门、跨领域、跨系统的位置服务中心，提供集中的面向交通、娱乐、教育、医疗等各个不同领域、不同粒度的移动位置服务，成为社会化、集约化和专业化的社会基础设施。23移动位置服务应该成为云计算的示范应用在过去的40年里，地理信息早就超出了传统的测绘行业，成为全社会的基础设施；地理信息的本土化、碎片化、实时性和个性化服务是别人替代不了的；未来十年，万亿元规模的地理信息产业的自主创新，将成就我们的飞天之路！二、智能驾驶呼唤移动位置精准服务没有智能驾驶，难谈车联网没有车联网，难谈智能交通没有智能交通，难谈智慧城市智能驾驶在云计算、物联网和智慧城市等战略性新兴产业中的位置：智能车成为云计算、物联网和智慧城市建设等战略性新兴产业众目睽睽下的交集！智能驾驶发展路线图第一步：结构化道路智能驾驶,如城际道路第二步：半结构化道路智能驾驶，如市区道路第三步：非结构化道路智能驾驶，如特殊道路和气候环境下的智能驾驶智能驾驶前景展望从自动巡航开始，从事故预警开始会记忆、会对话的轮式机器人节能的、买得起的轮式机器人个性化、自学习的轮式机器人公路火车等多车协同驾驶模式智能驾驶前景展望驾驶是快乐的享受，自动驾驶和人工驾驶两种状态会长期共存，相互补充，自然交换。交通规则是人类交通行为的长期积淀，体现社会文化，交通规则的修改是一个渐进的长期过程。加速道路环境的信息化，依靠车路协同实现智能驾驶，是一件长远的事情。中国智能车未来挑战赛（2009-2013）智能驾驶技术分解智能驾驶＝自主驾驶＋组合导航＋人工干预云计算中的位置服务低级繁琐、经常持久的驾驶活动优先级：人工干预优先于自主驾驶！自主驾驶优先于组合导航！意图表达意外处置已经完成的城际智能驾驶试验城际高速道路是全封闭的结构化道路，没有红绿灯，没有行人道，交通和道路标识比较清晰、完整、规范，主要依靠自主驾驶。京津高速公路智能驾驶的18次试验京津高速公路试验•全长101.8Km，双向6~8车道•设计车速120Km/h•特大桥8座，大桥13座，无隧道•如果车辆全程定位精度在亚米级，可导航到特定车道，对静目标环境能够正确感知和应对，自主驾驶则可以实现混杂在正常交通流中从北京到天津的目标。•目前已进行试验18次，累计智能驾驶1万多公里。天气情况：刚下过中雨，仍有零星小雨，转多云，地面有少量积水，环境温度32度，能见度大于200米路面情况：车流量相对较小2012年7月25日第14次试验10:18从天津津蓟高速与京津高速交叉处出发11:45到达北京台湖收费站跟车行驶场景3号智能车在天津至台湖段高速道路上，仅使用单个摄像头、前后向各一个雷达、以及速度传感器，无人驾驶，检测到周边移动障碍物17497次，自动控制转向18020次，自主超车7次，被超车140次。往返总里程172公里，行驶时间6505秒，平均车速90.2km/h，最高车速110km/h，其间因工人修补路面人工干预行驶200米。试验达到预期目的。第14次城际智能驾驶试验结论3号智能车在台湖至东丽段高速道路上，使用3个摄像头、5部雷达、以及速度传感器，全程自动，无人干预，累计转向11812次，成功换道36次，自主超车12次，邻道超车21次，油门操作1816次，刹车36次，油耗9.69升，总里程114公里，平均车速70.1km/h，最高车速105km/h，试验中有第三方检测，达到了预期目的。第18次城际智能驾驶试验结论2013年智能车大赛中：RTK-BD/GPS+IMU十分抢眼！正在进行的市区智能驾驶试验市区智能驾驶45市区道路可认为是半结构化道路，红绿灯、人行道、立交桥、路口等复杂多样，交通和道路标识有新有旧，机动车和非机动车、行人与车流混杂，遮挡多，干扰大，车辆拥挤，闹区和城乡结合部差别明显。智能驾驶是智能车在任意时刻对其前方可拥有的道路使用权的占有过程，包括检测、请求、响应等。多车交互是车群在任意时刻对道路使用权的竞争、放弃、占有等协同过程。组合导航•市区道路驾驶，依靠组合导航和自主驾驶，辅以人工干预，组合导航又需要云计算来支撑。•云计算环境下的组合导航是基于卫星定位技术，并集成通信、地理信息、惯性导航等手段而发展起来的一种组合导航服务。GIS+BD/GPS+IMU无缝导航？组合导航？协同导航？信息融合的神话：推诿导航？任何一个复杂路口的地理和文化，都是历史演变的结果，具有鲜明的个性，甚至和城市广场交织。路口通行区有的无标志，有的杂乱标志，人车混杂，地标遮挡，红绿灯管控多样；而路口过渡区更是各各不一。城市交通中的路口导航的纠结GPS在智能驾驶中究竟能够做到什么？云计算中的位置服务究竟能够做到什么？组合导航的主控权交给谁？把路口识别、路口过渡区行驶和路口通行3件事情，区分开来应对！我们在市区智能驾驶中的导航策略导航主控权的接替道内导航：通过左右摄像头组合激光雷达算法确定的虚拟中心线实现导航，保持横向误差在20厘米内路口名导航：在车道内跟驰的行驶过程中，使用GPS预告将要到达的路口名，GPS作为前方路口的识别器使用导航主控权的接替路口过渡区导航：由路口交通牌或地上交通标志导航，正确换道后，或跟驰行驶，或作为头车，自行停在路口停止线前，等待绿灯放行路口导航：精细地图导航，按照预定路径规划自主行驶，或拐弯，或前行，或掉头导航主控权的接替主控程序实现导航之间的交接，不存在累计误差；车载传感器可印证导航路线，微观意义上的组合导航，实际上是导航印证。大数据支持下的路口通行策略大数据成为链接物理世界和虚拟精细地图的桥！路口通行策略：案例：依靠数据支持的万寿路口由东向西6入5出;由西向东6入4出由南向北6入4出;由北向南6入5出东西方向为主道路，车道不对称。东西两侧有右转车道，有绿化带隔离。原非机动车道成为辅路，开辟出一条机动车道路口中心无车道线区域；81.4mx50.9m，面积4143平方米。要求1:200的精细数字地图！由南进入万寿路口时的通行路径规划数据由南进入万寿路口的通行模式及路径规划数据南向东右转里程差转向角度右转1右转2右转3右转4右转5右转1右转2右转3右转4右转5总里程21.111031.618034.456537.314640.205810.00000.00000.00000.00000.000090.000090.000090.000090.000090.000020.12310.26060.29170.32270.353789.519989.803089.8