人工智能可利用的數(shù)據(jù)有哪些?社交數(shù)據(jù)、棋譜、詩(shī)歌、病歷……和它們比起來(lái),有一種數(shù)據(jù)會(huì)將人工智能的高度拉升至寰宇,那就是衛(wèi)星采集獲得的數(shù)據(jù)。
4月9日,央視發(fā)布消息,中國(guó)第一顆軟件定義衛(wèi)星“天智一號(hào)”預(yù)計(jì)于下半年在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭載發(fā)射升空。
“天智”即天基智能,“天智一號(hào)”的與眾不同之處在于其搭載了一個(gè)小型的云計(jì)算平臺(tái)。衛(wèi)星項(xiàng)目牽頭單位之一的中國(guó)科學(xué)院軟件研究所研究員、軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)趙軍鎖在日前召開(kāi)的軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上介紹,云計(jì)算平臺(tái)可將獲取數(shù)據(jù)在“天端”進(jìn)行計(jì)算,“它還可以調(diào)用其他計(jì)算節(jié)點(diǎn),根據(jù)任務(wù)需求合理配置計(jì)算節(jié)點(diǎn),進(jìn)行智能計(jì)算”。
“人工智能時(shí)代,對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星要長(zhǎng)一個(gè)‘大腦’?!敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、武漢大學(xué)教授李德仁說(shuō)得更形象。他表示,如果建成了“天腦”,衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用將可能在手機(jī)上接收和操作,到時(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)將成為大眾唾手可得的數(shù)據(jù)。
高性能計(jì)算,讓數(shù)據(jù)處理從地到天
“舉個(gè)例子,當(dāng)我們的海軍在非洲巡邏遇到海盜時(shí),衛(wèi)星拍到圖像,但它過(guò)境到中國(guó)上空要花幾個(gè)小時(shí),再下載數(shù)據(jù)到地面站,等地面站處理數(shù)據(jù)發(fā)到海軍時(shí),海盜的船已經(jīng)走了?!崩畹氯收J(rèn)為,現(xiàn)在的衛(wèi)星系統(tǒng)存在系統(tǒng)孤立、信息分離、服務(wù)滯后的問(wèn)題。
反應(yīng)遲滯之外,效能不高也是當(dāng)下衛(wèi)星系統(tǒng)的普遍情況。中國(guó)工程院院士、西安電子科技大學(xué)教授楊小牛說(shuō):“衛(wèi)星在天上飛來(lái)飛去,效能其實(shí)并不高,每天大約10分鐘時(shí)段內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)是地面需要的。此外,我國(guó)現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星各成體系,每個(gè)衛(wèi)星只擔(dān)負(fù)一類功能?!?/p>
據(jù)介紹,衛(wèi)星目前的平均造價(jià)約為每公斤20萬(wàn)元,隨著中國(guó)航天商業(yè)化市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放,航天領(lǐng)域開(kāi)始走上市場(chǎng)化探索之路?!俺杀尽迸c“產(chǎn)出”這對(duì)市場(chǎng)的關(guān)鍵要素,開(kāi)始調(diào)動(dòng)起航天產(chǎn)業(yè)內(nèi)各方力量,讓高居于寰宇的“人類之眼”發(fā)揮最大效能。
目前,衛(wèi)星的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的下載再分析都是耗費(fèi)大量時(shí)間的環(huán)節(jié)。為解決這一問(wèn)題,李德仁提出了從對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星到對(duì)地觀測(cè)腦的應(yīng)對(duì)思路。
李德仁認(rèn)為,目前的人工智能技術(shù)水平越來(lái)越高,與地球空間信息科學(xué)融合進(jìn)而完成3件事,即“地球空間信息海量數(shù)據(jù)的獲取、智慧空間數(shù)據(jù)處理與挖掘、地球空間數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用”。這與人工智能獲取信息、深度挖掘和作出反應(yīng)的3大階段步調(diào)一致。
數(shù)據(jù)的處理將從“地”轉(zhuǎn)移到“天”?!靶l(wèi)星上的相機(jī)和智能處理系統(tǒng)就能將所有的影像快速處理、提取有用的信息并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)用?!崩畹氯收f(shuō)。
在這一系統(tǒng)的概念圖中,一個(gè)虛擬的“天腦”高懸于地球上方,被稱為“高性能計(jì)算單元”,它在接受地球的上傳指令的同時(shí),通過(guò)綜合計(jì)算“眼”(遙感、導(dǎo)航衛(wèi)星等)、“耳”(通信衛(wèi)星等)捕獲的信息進(jìn)行智能分析,將分析結(jié)果下傳到地球用戶。
“空中飛艇或飛機(jī)捕捉到的地球表面空間信息也可以加入進(jìn)來(lái)?!痹诶畹氯实臉?gòu)想中,該系統(tǒng)能夠處理星地協(xié)同數(shù)據(jù),進(jìn)行跨越天際的大數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算和判斷,而且能夠?qū)崿F(xiàn)不超過(guò)分鐘級(jí)別延時(shí)的實(shí)時(shí)“智能”。
星上識(shí)別,比地面數(shù)據(jù)辨識(shí)更難
“我們此前負(fù)責(zé)過(guò)一個(gè)關(guān)于災(zāi)害應(yīng)急的科研項(xiàng)目,要求我們對(duì)無(wú)人機(jī)接收的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)變化檢測(cè),在災(zāi)害發(fā)生后確定災(zāi)害中心、災(zāi)害強(qiáng)度、損毀情況等為救災(zāi)和災(zāi)后重建提供重要依據(jù)?!崩畹氯收f(shuō),該項(xiàng)目的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間從小時(shí)級(jí)縮短到了分鐘級(jí),為災(zāi)后“黃金救援”爭(zhēng)取到寶貴時(shí)間,這種自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)完全可以用在衛(wèi)星上。
人眼捕捉圖像,人腦辨識(shí)變化,這個(gè)任務(wù)完成迅速,但讓人工智能了解人類的知識(shí)和判斷非常困難,尤其在弱人工智能階段。地球上的AI,經(jīng)常被專家學(xué)者比喻成一個(gè)孩子,人類手把手教它成千上萬(wàn)次,直到它們能得出與人類認(rèn)知相似的結(jié)論。在圖像、聲音辨識(shí)方面,當(dāng)下的AI技術(shù)發(fā)展迅速,尤其在圖像辨識(shí)方面,特定的識(shí)別領(lǐng)域已經(jīng)做到了低于1%的誤識(shí)率。
但星上識(shí)別要遠(yuǎn)難于地面的數(shù)據(jù)辨識(shí)和分析。
為此,我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量的有益嘗試,例如通過(guò)高分衛(wèi)星獲得圖像,直接輸入“立交橋”等字樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位與成像?!霸诩夹g(shù)上,這涉及星上高精度實(shí)時(shí)幾何定位方法、星上數(shù)據(jù)的智能壓縮方法、變化檢測(cè)及建模等關(guān)鍵問(wèn)題?!崩畹氯收f(shuō)。
與地球上的AI一樣,星上AI同樣面臨數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的獲取問(wèn)題,目前的星上數(shù)據(jù)無(wú)法共享共用,通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星各成體系。“部門(mén)協(xié)同可能是最難解決的問(wèn)題。”總參通訊部原副部長(zhǎng)楊千里說(shuō)得直接,衛(wèi)星的單一功能,更多地是因?yàn)椴块T(mén)條塊之間分割很明顯。此外還由于不同任務(wù)的衛(wèi)星應(yīng)用著不同的硬件。楊小牛介紹,不同頻段的天線用于不同功能的衛(wèi)星上,例如導(dǎo)航和電子偵察對(duì)抗的衛(wèi)星使用的天線并不相同。此外,空天環(huán)境的高輻射、離子風(fēng)暴、溫度劇烈變化等外在環(huán)境也對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了高難度的挑戰(zhàn)。
“天腦”雛形,邁出智能衛(wèi)星演化第一步
“以前的相機(jī),為了防止邊緣曲面變形,鏡頭越大越好?,F(xiàn)在手機(jī)上的相機(jī)鏡頭很小,但也能拍攝寬幅的畫(huà)面。因?yàn)檐浖倪M(jìn)步彌補(bǔ)了硬件的不足?!敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院軟件研究所研究員林惠民說(shuō),軟件定義衛(wèi)星就是通過(guò)軟件“最大化”,實(shí)現(xiàn)硬件“最小化”,既能夠降低衛(wèi)星的研發(fā)成本、也能縮短研發(fā)周期。
將于今年下半年發(fā)射的“天智一號(hào)”就是一顆這樣的衛(wèi)星。“我們建立了一個(gè)開(kāi)放平臺(tái),鼓勵(lì)各個(gè)企業(yè)、單位為它研制適配的應(yīng)用。”趙軍鎖介紹,這是一顆可以不斷更新軟件的衛(wèi)星,與其他衛(wèi)星不同,這顆衛(wèi)星真的設(shè)有“航天應(yīng)用商店”,人們還可以通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)它,給它下任務(wù),并在手機(jī)上查看執(zhí)行結(jié)果。
“天智一號(hào)”由中科院軟件所牽頭、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院承擔(dān)研制和測(cè)試工作,主要載荷包括能耗低、計(jì)算能力強(qiáng)的小型云計(jì)算平臺(tái),一臺(tái)超分相機(jī)和4部國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)。太空中的嚴(yán)酷環(huán)境中,云平臺(tái)需要智能調(diào)配計(jì)算節(jié)點(diǎn),響應(yīng)地面的需求,對(duì)相機(jī)和手機(jī)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析,并傳輸?shù)降孛娴臏y(cè)控站點(diǎn)或應(yīng)用端。
為了豐富充實(shí)這顆衛(wèi)星,中科院軟件所2017年主辦了“軟件定義衛(wèi)星軟件創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”,嘗試通過(guò)比賽引來(lái)創(chuàng)新應(yīng)用,勝出的軟件將登上“天智一號(hào)”,在真正的太空獲得檢驗(yàn)。一款簡(jiǎn)化衛(wèi)星運(yùn)維系統(tǒng),降低衛(wèi)星應(yīng)用成本的應(yīng)用勝出?!霸谔罩校哂嗪头爆嵉某潭确浅S邢?,這款軟件能夠提升衛(wèi)星自動(dòng)化運(yùn)控能力?!鲍@獎(jiǎng)代表廖翔表示。
此外,漂浮物等目標(biāo)識(shí)別軟件、3維重構(gòu)軟件等也將上星。軟件的應(yīng)用有效降低了衛(wèi)星的物理載荷,并使得“天智一號(hào)”有望成為一顆智能衛(wèi)星?!巴ㄟ^(guò)軟件或是在地面訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,在軌實(shí)時(shí)執(zhí)行一些智能任務(wù),例如智能目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別、智能云判讀、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能姿態(tài)控制等?!壁w軍鎖說(shuō),這是全新的嘗試,雖然距離成熟的“天腦”還差得遠(yuǎn),但它是通過(guò)商業(yè)化的模式,推動(dòng)傳統(tǒng)衛(wèi)星向智能衛(wèi)星演化邁出第一步。
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