甘肃测绘地理信息、地理信息系统服务,欢迎访问经始大业网站!
咨询服务热线:15693116223
导 读:

作为变革性生态系统,5G的飞跃发展将连接大数据、云计算、人工智能等技术,为测绘地理信息领域注入新的活力,催生更丰富的应用。我们通过了解5G新无线电(New Radio, NR)的特点与关键技术,并基于增强移动宽带、超可靠低时延通信、海量机器类通信三大5G场景,探索了智慧城市、无人机测绘、无人驾驶汽车、三维导航、云AR/VR等背景下5G与测绘地理信息领域的融合发展,总结了当前的应用现状、未来的发展趋势及挑战,希望对推动测绘地理信息行业技术应用创新抛砖引玉。

5G特点与关键技术

随着近年来无线通信技术不断发展,移动网络的功能也从最初2G的以话音通信为主到现在5G的万物互联,在满足人们生活与娱乐需求的同时,促进了社会各行业向数字化智能化进行转型,推动诸如智能驾驶、智慧医疗、智慧城市等行业应用的出现与发展。

5G对比4G的优势

与传统的4G网络相比,5G不仅在网络传输速度上获得了大幅提升,更在传输时延、连接密度、可用频段、覆盖范围等方面有了巨大飞跃。在峰值数据速率上,5G通信可以实现较4G通信数十倍的提升,由4G的1Gbps到20Gbps;在传输时延上,可以从4G的10ms缩短到1ms以下;在连接密度上,5G的海量终端接入技术,支持单位平方公里内接入终端的数量达到百万级,增加10到100倍;在可用频段上,通过5G对mmWave波段的使用,从3GHz扩展到几十GHz,为海量设备的通信提供了便利。

5G的性能提升

 

5G的性能提升

更加重要的是,5G已经不再局限于人与人之间的通信,而是发展到人-人、人-机、机-机之间多元化的通信,能够满足更加多样化的业务需求,推动互联网与物联网通信技术的蓬勃发展,促进各种新兴产业的出现。

5G关键技术

相较于前几代通信网络,5G各方面性能得以突破性提升,这不是依赖于单一的技术革新,而是通过多种技术相辅相成实现的。这里我们对其中的几种进行简要介绍:

(1)新型空口技术:包括多址接入与信道编码方案、全双工技术与大规模多天线技术等,通过布置大规模的天线阵列,显著提高系统容量和速率,提高系统能够同时承载的用户连接数。

(2)mmWave通信技术:通过利用频率为30~300GHz的毫米波波段,拓宽可用的频谱资源,促进高速率通信业务的发展。

(3)超密集组网:通过增加小基站的密度,改善网络覆盖情况,提高系统容量,为人群高度密集的大型体育场、购物中心、车站等场景提供新的部署方案。

(4)网络切片:在统一的物理基础设施上建立多个逻辑独立的虚拟网络,以满足不同垂直行业在带宽、延时、可靠性、连接数等方面的多样化通信需求,按需定制网络,实现用户的差异化体验。

5G+测绘地理信息

测绘地理信息和5G结合的必要性

测绘作为一个基础性行业,应用在国防安保、能源矿产、农林土地、水利电力、城市建设、交通布局等各个重要领域。从大部分的地形图,到公路网、铁路网的分布再到互联网地图,测绘的身影无处不在。在物联网、大数据、云计算等技术快速涌现的5G宏观背景下,传统的测绘地理行业将继续以信息通信技术为主要技术支撑,集通信、导航、遥感、人工智能、虚拟现实和脑认知科学之大成,发展为地球空间信息智能服务科学。为此,要提出测绘行业自身的需求,以需求为导向,才能进一步推动行业的技术创新和广泛应用。

在5G成熟发展的今天,随着移动设备的普及,“区位”的理念比以往任何时候的利用率都要高,通信行业在发展建设过程中离不开测绘地理信息行业的支持。通信行业和测绘地理信息行业的发展是相辅相成的,应在各自的发展战略规划中添加彼此的需求,不仅仅是宏观层面的,更应该包含行业的具体需求。5G与测绘地信的虚实结合,可将地信技术更好地服务社会民众,助力中国5G智能移动通信的国际竞争,成为推动万物互联、发展智慧社会的一个关键。

应用现状

5G的三大应用场景中,eMBB随时随地为用户提供无缝的高速移动互联网业务。uRLLC和mMTC满足物联网及垂直行业的多样化应用需求,uRLLC主要面向对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业,例如车联网、工业控制等。mMTC主要面向以传感和数据采集为目标的应用场景,例如智慧城市、森林防火。测绘地信技术与5G三大应用场景的融合,将会促进5G时代的蓬勃发展。

5G+测绘应用体系架构

>>>>

智慧城市

智慧城市是物联网和互联网进行有机整合的产物,可以为城市建设与发展提供一个新方向,促进城市现代化和智能化发展。测绘技术在智慧城市的建设过程中发挥着重要的作用,智慧城市建设的根基是地理空间信息。基于5G、云计算、物联网等技术与平台的发展背景,将地理信息充分运用到城市的各行各业之中,感知城市数据的脉搏,进一步促进“现实城市”与“智能地信”的有机融合。

测绘技术在智慧城市建设中的作用主要体现在以下几个方面:第一,提供基础信息,满足智慧城市建设的基本地理信息需要;第二,获得精确可视化强的动态地信,提高感知信息的丰富性;第三,测绘与5G关键技术的融合,才有了智慧城市的应用支撑系统。杭州已投入使用的“ET城市大脑”是利用测绘地信技术的成功案例,它的智能中枢可以随时感知道路指标,这些指标包括道路交通量、延误指数、堵塞指数、快速路车速等,并且“ET城市大脑”还能对即将发生的或可能发生的交通堵塞进行预告,极大提高了城市的交通体验和交管部门的管理效率,向智慧城市的建设迈进了一步。

>>>>

5G无人机测绘融合实践

在即将到来的5G万物互联时代,无人机行业正以高速向前发展着,诸多领域已经显现出“无人机+行业应用”的蓬勃发展势头。无人机快速发展的原因在于它能够形成空中平台,联结其它结构组织进行扩展应用,完成空中作业。远程低时延控制、永远在线、实时超高清图传等这些5G蜂窝移动通信所赋予给无人机的能力,使得其在测绘领域有着广阔的应用前景。

>>>>

三维导航

测绘是空间的载体,所有跟空间、位置相关的信息都可以归纳为地理信息,如果把这个概念扩大,高分遥感、倾斜摄影、BIM等都是跟空间位置相关的技术,都属于地理信息的领域范畴。随着5G与测绘技术的发展,三维则会变成天空和地面一体化、室内室外一体化和地下地上一体化的空间概念。测量三维信息的手段也越来越丰富,涌现出了多个展示三维信息的产品,如谷歌地球、NASA的WorldWind及百度地图等。导航地图也逐步向精度更高、要素精细、提供自动驾驶和增强现实导航系统服务的方向发展,完善现有的实体导航软件,与导航公司合作,将导航公司云平台中的兴趣点等语义信息连接起来,实现受控于日期、天气,白昼的5G时代真三维实体导航。利用手机拍出的照片,和云平台的本地白模数据进行对比,找出对应的模属性,实现虚拟查询;通过现场实景影像与白模生成的虚拟特征影像进行云端匹配,现实景定位。

发展趋势、机遇与挑战

发展趋势与机遇

作为一个变革性生态系统,5G将以超越光纤的千兆级传输速度、超越工业总线的毫秒级实时能力以及无处不在的全空间连接,将大数据、云计算、区块链、软件定义设备、网络安全、时延敏感网络、虚拟现实和增强现实等前沿技术相连接,开启崭新的充满机遇的时代。5G将为移动运营商及其客户提供更多样化、更具吸引力的商业模式,推动车联网、云AR/VR、智能机器人控制、联网无人机、智慧城市、无线医疗等多种应用落地,同时,也为测绘领域注入新的活力。

>>>>

车联网及其在测绘地理信息领域的应用

5G技术的飞跃正在推动传统交通行业彻底变革,5G通信和高精度地图服务是城市无人驾驶技术的重要基石。在高速公路和密集城市环境下,实现智慧交通和城市道路安全,不仅需要高可靠、低延迟和高带宽的网络连接,更依赖于以高精度地图为基础的高阶道路感知和精确导航服务。5G超密集蜂窝网络、URLLC及网络切片技术可以满足以上严格要求。随着测绘技术的发展,定位预计将提高到亚米级精度,甚至支持3D位置估计。5G与高精度地图、三维地图的结合,对于自动驾驶、车辆编队行驶、传感器数据众包等前沿车联网技术的落地不可或缺。此外,实时街景、实时视频监控、AI云端处理技术的发展,将为城市交通监测与管理带来新的可能。在“万物互联”的背景下,地理信息服务将呈现出更多样化、多维化、实时化、精细化、智能化等特点,其服务对象也将从人普及至无人驾驶汽车,从而进一步避免交通事故,缓解城市交通拥堵,节省燃油能耗,降低废气排放,提高城市交通效率。

另一方面,无人驾驶的移动测量车也可以应用于无人测绘。通过在无人驾驶汽车上装载GPS、激光惯性导航系统(I N S)、超远距离激光扫描仪(LiDAR)实时立体摄像系统等传感设备,不仅可以获取定位信息,还可以自动采集道路及周边环境影像和信息,实时、协作地获取城市实景影像与三维地图,以及测量、更新地理基础数据。

>>>>

网联无人机及其在测绘地理信息领域的应用

无人机5G应用领域将持续革新,逐步实现网联化、实时化、智能化,构成安全可靠的“网联天空”。

(1)网联化:无人机网络连入蜂窝网络,可确保无人机安全飞行,在降低成本的同时提升效率,可进一步促进遥感环境监测应用长足发展。

(2)实时化:结合5G无线网络接入的增强移动宽带、低时延高可靠及网络切片,可实现区域无人机全联接。超视距范围无人机互联互通、高可靠低时延数据回传、高清视频传输、海量三维点云数据实时传输等等,可以为恶劣环境、极端事件下的应急测绘提供有效支撑。

(3)智能化:5G蜂窝网络与空间智能观测、AI云处理技术相结合,可实现无人机自主作业、实时智能感知与计算,进一步提高效率,催生更丰富的低空无人机三维移动测量、智慧农业等测绘应用产品。

>>>>

云AR/VR及其在测绘地理信息领域的应用

虚拟现实(VR)与增强现实(AR)技术完全颠覆了传统的人机交互模式,云AR/VR将数据和计算密集型任务转移到云端,不仅能有效利用云端服务器的数据存储与高速计算能力,还可以极大地降低设备成本。借助全频段、全双工、大规模多输入多输出等技术,5G蜂窝网络带宽可得到有效改善,将云服务访问速度显著提升至千兆级。在eMBB网络切片中,移动测量技术与云端AI、AR/VR结合,可将多维移动测量成果转化为多维动态地理信息云服务,推动建筑物展示和恢复、考古、虚拟城市等应用广泛普及。

存在的问题与挑战

当下,5G与测绘地理信息领域的融合创新尚处于初级阶段,未来5G测绘应用的发展与增长仍面临许多共性问题:

(1)目前,5G与测绘地理信息应用的推广与深度融合仍然不足,通信行业缺乏对测绘行业需求的深入探索,测绘地理信息相关部门、行业客户的参与有限,对5G技术的了解有限;

(2)5G与测绘地理信息应用缺乏清晰的商业模式,还需要深入挖掘测绘地理信息行业痛点与5G的结合,探索达成5G产业与测绘地理信息行业共赢局面的全新商业模式;

(3)5G测绘应用体系尚未完善,仍需要进一步加强5G测绘应用、网络、终端及计算处理和数据分析的协同,推进5G测绘应用与5G网络商用、计算处理能力提升协同发展,形成端到端的解决方案。

5G技术是跨时代的技术,随着技术的成熟发展,将渗透进至各个行业。5G商用脚步越来越近,地理信息的重要性逐渐显现,5G行业的发展离不开测绘地信的支持,5G和测绘地信技术的结合,将促进5G的蓬勃发展。

文/图:徐小夏(武汉大学通感信息工程学院)、王佳佳(武汉大学电子信息学院)、杨可心(武汉大学电子信息学院)

上一篇下一篇
WordPress Theme