繪九州之域 定毫針之位
——記武漢大學衛(wèi)星導航定位技術研究中心位置服務研究所副所長郭遲

宋 潔

從“北斗”技術到位置服務，多年來，武漢大學衛(wèi)星導航定位技術研究中心的位置服務研究一直備受業(yè)界關注，尤其是郭遲帶領的“知域”團隊，在互聯(lián)網(wǎng)及人工智能快速發(fā)展的浪潮中，他們對傳統(tǒng)測繪的變革進行大量思考和探索，成為領域內(nèi)學科發(fā)展的領軍團隊。而如今，面對科研成果轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)，他們新的征程才剛剛開始。

科技的浪潮

如今郭遲在測繪領域的科研能力已經(jīng)達到了游刃有余的地步，但如果將時間往前推20年，那時候的他還只是武漢大學計算機系的普通本科生。

對于具備理科頭腦的學生來說，計算機專業(yè)縝密的邏輯推理、復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)足夠讓他們著迷。然而，站在實用性的角度，郭遲清楚地看到了計算機學科的工具性?！拔蚁Ｍ軌蛞杂嬎銠C專業(yè)為工具，將其和具有行業(yè)性的學科結(jié)合，切實地推動社會行業(yè)的發(fā)展。”當這個想法在腦中形成之后，博士畢業(yè)的他毅然決然地轉(zhuǎn)變方向，投到武漢大學劉經(jīng)南院士門下，進行導航位置服務方向的博士后研究工作，并在這期間加入武漢大學國家衛(wèi)星系統(tǒng)工程技術研究中心從事教學科研工作。

近些年來，測繪領域并不是一片平靜的湖面，隨著人工智能等新興領域迅速崛起，測繪行業(yè)也迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)。在這種情況下，將測繪與大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術交叉，推動測繪、遙感、導航等行業(yè)的跳躍性發(fā)展，成為人工智能時代測繪領域新的研究方向。

“這種轉(zhuǎn)型加強了測繪交叉性與服務性的特質(zhì)?！惫t說道。如今，作為武漢大學國家衛(wèi)星系統(tǒng)工程技術研究中心的教授及博導，郭遲的團隊匯集了計算機、測繪、電子信息、人工智能等多元學科背景的人才，充分體現(xiàn)了研究方向上的交叉性?！拔覀兊膱F隊名為‘知域’，語出《周禮》的‘以天下土地之圖，周知九州之地域’，意在將位置服務技術應用到各行業(yè)，用地理信息技術推動社會經(jīng)濟發(fā)展。”而事實上，多年來，郭遲及其團隊確實一直在圍繞測繪與其他學科交叉，著重于智能位置服務技術的研究。

周知九州之地域

在北京機場周邊的車道上，一輛私家車正在勻速行駛著。車的主人是第一次駕車來這塊區(qū)域，旁邊的顯示屏上精確地顯示著車輛當前行駛的車道。當前普通的衛(wèi)星導航定位因精度只有10米左右，所以只能判斷車輛行駛在哪條道路上。而這輛車的感知技術精度可以達到亞米級，不但能知道車輛行駛在哪條車道上，還能精準感知車輛的駕駛行為。這種高精度的車載導航服務技術來自郭遲團隊和同濟大學等共同承擔的“面向主動交通安全的城市車輛在線位置服務關鍵理論技術”項目。

郭遲在中國經(jīng)濟信息社“未來城市安全風險應對理論與實踐”專題研討會現(xiàn)場發(fā)言

郭遲介紹說:“在這個項目中我們實現(xiàn)了衛(wèi)星導航、視覺導航和慣性導航的有機結(jié)合，是國內(nèi)最早一批實現(xiàn)了車道級導航電子地圖，且搭建服務于主動交通安全的無縫導航定位系統(tǒng)?！痹陔S后的產(chǎn)業(yè)化過程中，他們研發(fā)了“北斗即時判”高精度警保聯(lián)動的車聯(lián)網(wǎng)終端，“當車輛發(fā)生事故時，智能終端第一時間采集事故發(fā)生過程的高精度（亞米級）北斗/GNSS定位軌跡數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動上傳事故前后10秒視頻，智能分析車主駕駛行為，包括記錄行駛車道，精準的急加速、急減速、急轉(zhuǎn)彎、急變道等車輛行駛信息。這些關鍵數(shù)據(jù)形成完整的證據(jù)鏈，真正做到‘精準還原現(xiàn)場’，大大降低了交通擁堵的風險和保險公司現(xiàn)場勘查的成本?！边@一成果先后獲得了全國高校技術產(chǎn)品交易會最佳產(chǎn)品獎、中國高新技術產(chǎn)品交易會優(yōu)秀產(chǎn)品獎、湖北省專利銀獎、高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎科技進步獎二等獎和上海市科技進步獎一等獎，還由此推動了測繪領域《道路高精度電子導航地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》《道路高精度電子導航地圖生產(chǎn)技術規(guī)范》這兩個重量級行業(yè)標準的產(chǎn)生。

事實上，導航與位置服務不單在車聯(lián)網(wǎng)領域有著極其廣泛的載體群。郭遲及其團隊還將精準定位應用于社區(qū)的監(jiān)控和防御。他們承擔的公共安全領域國家重點研發(fā)計劃“社區(qū)風險監(jiān)測與防范關鍵技術研究”課題，在天津、宜昌等地開展應用。面對社區(qū)的治安風險尤其是重點/特殊人員監(jiān)控及服務需求，他們研制了面向大眾行人的低成本、高精度的無縫定位設備，并結(jié)合時空大數(shù)據(jù)分析，為社區(qū)矯正人員管控、老弱病殘幫助提供服務。這些工作降低了社區(qū)重點人員再犯罪風險，為我國精細智能社區(qū)的建設做出了有益的嘗試。

利箭在弦

2020年學生團隊合影

不得不說，將測繪學科與人工智能等學科交叉，進行導航定位等方向的研究這一決策的確十分有前瞻性。2017年，國務院出臺了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將精準實時定位、自適應導航等列入人工智能的關鍵技術研究中。2018年，“知域”團隊就投入到國家重點研發(fā)項目“基于視覺的機器人環(huán)境建模與定位導航”的攻關中。該項目重點突破了自主智能系統(tǒng)計算架構(gòu)、復雜動態(tài)場景感知與理解、實時精準定位、面向復雜環(huán)境的適應性智能導航等共性技術，支撐無人系統(tǒng)應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。什么是智能導航？郭遲認為，智能導航首先要用到人工智能的算法和方法，要將深度強化學習等AI領域的計算方法結(jié)合到衛(wèi)星定位、慣性組合等測繪傳統(tǒng)模型上，帶來導航定位方法論的創(chuàng)新。另外，螞蟻腦容量小，卻具備導航能力，這種時空認知的機理也需要探究。他們未來要做的一個方向就是這種具有生物性的智能導航。

帶領本科生團隊參加第十六屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽獲全國二等獎

現(xiàn)如今，不僅是技術研發(fā)，在國家的倡導下，大力發(fā)展成果轉(zhuǎn)化成為科技領域另一重要浪潮。面對成果轉(zhuǎn)化的任務，“知域”團隊在武漢大學技術轉(zhuǎn)移中心支持下，在中山市成立的科技公司已經(jīng)獲得了國家高新技術企業(yè)認定。他們將北斗高精度導航定位技術、人工智能深度學習技術、機器人控制技術等最新科研成果集成，從硬件、軟件、教學3個方面入手，研制了“融合北斗和AI的智能導航軟硬件實驗教學系統(tǒng)”，獲得了中國高交會優(yōu)秀產(chǎn)品獎、高等教育學會高校教學創(chuàng)新獎、衛(wèi)星導航協(xié)會教學成果獎特等獎等一系列榮譽，在中山大學、南京大學、華中科技大學、合肥工業(yè)大學、北京工業(yè)大學等十余所高校推廣應用，被《科技日報》和國際著名期刊Nature報道。依托他們的產(chǎn)業(yè)化成果，“學生可獨立完成各種集成度高、創(chuàng)新性強的研發(fā)工作，形成自己的機器人作品。”郭遲說道，“同時圍繞這些高水平科研項目和產(chǎn)業(yè)化成果，我們積極組織學生參加了學科競賽，以此調(diào)動學生創(chuàng)新科研的積極性，為團隊培養(yǎng)后備人才?！苯鼛啄陙?，“知域”團隊的學生在全國“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”“世界機器人大賽”“中國研究生人工智能大賽”等頂級高水平學科競賽中獲獎20余次，其中“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽金獎1項、“挑戰(zhàn)杯”大賽銀獎1項，全國研究生創(chuàng)新實踐系列賽一等獎5項，成為武漢大學“三創(chuàng)”教育最具代表性的團隊，形成了“以學科交叉作為平臺來支撐學科競賽，以學科競賽來促進創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)”的產(chǎn)學研教協(xié)同創(chuàng)新的穩(wěn)定發(fā)展模式。

“不管我們在學術或者生活上有何種矛盾，只要碰到重要項目，所有團隊成員都會拋開一切成見，緊密聯(lián)系在一起做關于協(xié)同的研究。”在郭遲看來，這樣的團隊就如同一支利箭，不管什么時候，都能發(fā)揮最大的力量。關于未來，“知域”有明確的規(guī)劃。如今，利箭已在弦上，郭遲及其團隊已經(jīng)蓄勢待發(fā)，準備迎接下一步的挑戰(zhàn)。