原创中国测绘学会中国测绘学会收录于合集#中国测绘杂志83个
本文内容摘自《中国测绘》年第12期
——访武汉大学遥感信息工程学院副院长乐鹏教授
人类社会是人流、物流和信息流构成的“人—物—事”统一复杂巨系统。在互联网和物联网深度影响下，如何基于位置聚合泛在“人—物—事”信息，满足社会、经济和生活大小事件监测、管理和决策需求，是一个紧迫的难题。
在位置服务、通信网络、物联网、云计算和大数据等新一代信息技术和战略性新兴产业大发展的背景下，位置服务系统为移动互联网与物联网“人—物—事”建立了动态位置关系网络和时空信息汇集的桥梁。开展全球范围的位置服务网研究将为“人流、物流和信息流”嵌入全球统一的位置和时间信息，构建新一代的时空信息在线分析与服务技术体系，对解决基于位置聚合泛在信息具有重大意义。
在此背景下，“全球位置服务网”应运而生。全球位置服务网就是指以位置为核心，聚合互联网、物联网、传感网泛在位置传感器和海量时空数据，从位置服务走向基于位置的时空大数据智能服务。
武汉大学遥感信息工程学院副院长乐鹏教授
本文中，《中国测绘》记者邀请到了年中国测绘科学技术特等奖获奖项目“全球位置信息叠加协议和位置服务网关键技术与应用”的完成人、武汉大学遥感信息工程学院副院长乐鹏教授来为读者介绍该项目关键技术，梳理典型应用，分享未来展望。
记者：请您简单介绍下“全球位置信息叠加协议和位置服务网关键技术与应用”项目的情况。
乐鹏：正如开篇所提及的，如何以位置为核心对互联网、物联网和传感网中异构的“人、物、事”信息进行关联，满足经济社会活动中精细化监测、管理与决策需求，成为紧迫的难题。
破解该难题的关键就在于构建全球统一的位置服务网及其技术体系，基于位置聚合互联网、物联网、传感网的泛在时空信息，为“人、物、事”建立位置关联网络和时空信息汇集的桥梁。全球位置服务网通过统一时空编码和位置嵌入构建地理IP，打通三网关联，提升时空精度,建立泛在位置语义感知能力，基于位置叠加与融合提供智能服务，是传统LBS（基于位置服务）与GIS（地理信息系统）融合及跨越升级的基础。
“全球位置信息叠加协议和位置服务网关键技术与应用”项目组全体成员和专家们的合影
本项目牵头单位武汉大学联合清华大学、北斗导航、百度、中集等优势单位，围绕全球位置服务网技术展开研究，构建了将互联网、物联网、传感网“融为一体”的具有位置嵌入能力的全球位置服务网技术体系，突破全球米级高精度定位和纳秒级授时服务技术，嵌入高精度位置信息的IPv6网络映射技术、多云多网动态融合与位置实时关联计算技术等，实现了网络空间与地理空间的实时位置关联，制订多源异构语义位置转换规则和信息叠加协议，研制了位置关联的多源动态信息协同计算与智能服务平台，大幅提升了跨云跨网时空信息融合计算效率。
成果已发表在IJGIS和ENVSOFT等系列权威期刊上，授权专利20项、软件著作权20项，发布及立项国家标准3项，研发的自主产权软硬件成果得到推广应用。
记者：在该项目的科研攻关中，您和团队遇到了哪些印象深刻的困难和挑战？
乐鹏：位置服务网是以位置为核心，聚合来自跨网（互联网、物联网、传感网）的各种时空信息，进行融合、分析与计算，通过位置关联地理空间与网络空间，从位置定位服务走向基于位置的信息服务。其中面临若干挑战：
（1）如何实现跨网位置信息“聚”：跨网海量异构位置数据自动搜索、汇集难；语义异构、形式多样、位置多态，叠加与融合难；互联网地址与地理位置无直接关联，位置追溯难。
（2）如何实现跨网位置信息“准”：位置服务物理精度不高，未确立全球位置网框架结构及统一的时空基准以提供高精度位置服务；社会语义感知能力不强，位置服务未能从“提供位置”走向“理解位置”。
（3）如何实现跨网位置信息“快”：流式观测数据快速接入、即时处理难；混合云平台底层的异构性导致高效协同计算难；地理计算任务的弹性计算和均衡负载难。
以上的挑战其实可以具化为以下技术难点：
（1）全球位置服务网基础框架的问题。具体体现为如何确立全球位置网框架结构及其动态的时间、空间基准，实现位置网感知层骨干框架，提供统一时空基准下的高精度位置服务信息。传统位置服务基础设施难以提供统一时空基准下的全球、广域、区域实时定位和时间同步服务，北斗/GNSS地基增强网、全球IGS和各级区域地基增强系统的站点多、标准不一、数据处理需求大，且用户终端和定位需求模式多样化，导致全球位置服务网基础框架构建困难，致使高并发、高精度的全球实时差分定位服务能力不足。
（2）全球位置编码与地址嵌入的问题。现有的互联网编址中，IP地址与地理位置信息并无直接关联，无法实现位置追溯。位置服务网面临着为海量泛在位置传感器提供高精度位置编码和互联网地址嵌入的挑战，传统基于IP地址的定位精度受限于地址长度问题，只能达到街道级，且不支持相邻节点之间直接通讯，不利于时效性敏感的物联网节点协同感知，也难以实现隐私保护和授权追溯。
（3）泛在位置语义感知与关联的问题。互联网、物联网和传感网的泛在位置感知数据来源多样，在语义上呈现异构，在形式上呈现多样，在位置上呈现多态，无法直接叠加与融合。已有的位置服务侧重于物理精度，社会语义感知能力不强，难以量化定义泛在位置数据复杂性的本质特征，如何提升位置网对其内在复杂性和社会语义的理解，从“提供位置”走向“理解位置”，是位置服务网环境下实现自动搜索和聚合泛在时空信息的基础。
（4）跨云跨网位置协同计算与服务的问题。全球位置服务网的构建涉及互联网、物联网、传感网等多网泛在数据和复杂计算环境，现有计算模型、方法、架构面临海量泛在位置数据的协同处理与智能服务问题，具体表现为：无法高效应对泛在网络时空关联的流式观测数据快速接入与位置感知及时处理，不同公有云和私有云底层的异构性难以支持高效协同计算，任务复杂性以及空间异质性导致地理计算任务的弹性计算和均衡负载难以实现。
在龚健雅院士的领导下，项目组通过长期科研攻关，从全球位置服务网的框架、协议、模型、方法等方面展开研究，通过多学科、多团队、跨领域协同，克服以上挑战。
记者：该项目有哪些特点和创新点？
乐鹏：项目团队汇聚了国内“产、学、研、用”全链条上的优势单位，武汉大学、中国兵器等在高精度定位、地理信息服务方面具备良好的研究基础和设施保证，清华大学、北邮、新华三集团等在网络、通信和编码领域名列全国前茅，北斗导航、百度公司、中集公司等提供了丰富的全球位置服务网技术验证与应用场景。在跨学科团队的合作下，项目整个技术堆栈从底层到上层，可以用八句话概括：
将地球进行剖分，建立地球坐标与编码的联系；
将编码嵌入IPV6，使网址拥有地理位置信息；
将地理实体进行编码，建立地名与位置的桥梁；
形成位置信息叠加协议，汇集多源位置信息；
建立位置网时空框架，提高位置时空信息精度；
建立跨云协同计算构架，实现高性能融合计算；
研发协同计算服务平台，提供位置信息在线服务；
开展位置服务应用示范，推动前沿技术落地推广。
项目的技术特点表现为：
（1）全球位置服务网接入超过个基准站（含个全球站），具备大规模用户并行播发服务能力，实现全球米级实时差分定位服务和纳秒级授时服务。
（2）构建涵盖全球所有已分配IPv6地址资源和路由资源的知识库，IPv6细粒度活跃地址知识库达亿级，IPv6基础设施探测知识库规模超千万级。
（3）百万位置点动态叠加加载时间优于ms，千万实时路况数据30秒内完成编码，编码后数据量为原始大小的0.38%，跨云位置信息多端同步性能从分钟级提升至秒级。
（4）服务平台接入超过万个终端节点，具备PB级数据管理、计算与可视化能力，支持核以上并行计算，实现6种领域、10类服务、余种功能，千万级对象可视化响应时间达秒级。
项目的创新点：
（1）构建了覆盖全球的高精度定位授时服务的位置服务网框架，从区域定位拓展到全球定位，从物理位置拓展到网络位置和语义位置，实现了跨网泛在位置信息全球米级差分定位和纳秒级授时服务。
（2）国际上率先将全球米级网格位置编码嵌入IPv6网络体系，突破了位置信息编码、编址、寻址和组网等关键技术，实现了网络空间与地理空间的实时位置关联，在保护用户隐私基础上实现位置信息的安全追溯。
（3）制订位置转换规则和位置信息叠加协议，为多源语义位置关联奠定理论基础，填补了该领域技术空白；提出大规模无位置标签自媒体图片自动位置关联技术，实现千万级城市图像秒级检索。
（4）构建了位置关联的跨云跨网协同计算与地理信息智能服务新模式，发现了一种异质地理计算的AI学习机制，大幅提升了跨云跨网时空信息融合计算效率。
记者：目前，该项目相关技术、方法在实践中有哪些应用？
乐鹏：（1）全球位置服务网框架和高精度定位授时服务技术已成功应用到智慧港口口岸智能系统建设、全球集装箱物流监管、进出口冷链物流运输监管等系列项目中；研制面向铁路检修机车监控的位置服务网应用终端，以轨道级定位能力实现了对每车实时的高精度位置监控与安全预警，已在中国铁路上海局集团实现工程化应用。
（2）全球位置编码IPv6嵌入等相关技术为国家开展IPv6位置编码、编址、寻址等工作提供了科学方法和详实的数据，为我国向嵌入高精度位置信息的IPv6网络体系演进提供了参考依据，有力支撑了国家IPv6地址资源管理、中国互联网基础资源监管。
（3）基于混合云的在线动态位置信息叠加技术，实现了全球位置信息实时、动态和并发叠加展示，关键技术应用到百度地图的实际业务，为首汽、嘀嗒、曹操等用车APP提供司乘同显服务，日使用量超过万次，显著提升了百度智能交通实时路况叠加服务准确率；基于混合云技术的百度专网地图合作伙伴厂商超过50家。
（4）位置关联的跨云协同计算、地理实体、地理信息智能服务等相关技术融入到自主研发的国产系列软件产品中，支撑了我国10个省、40余个市的智慧城市、新冠疫情防控等领域的位置叠加与关联分析需要，为社会治理和防疫决策分析提供了基于位置服务网的精细化时空治理应用。
（5）项目整体和关键技术在北斗导航、中集公司、武大吉奥、百度、立得空间等得到推广应用，构建了超过万个物联网节点的大规模位置服务试验网系统，将产业应用从城市管理拓展到社会治理领域，在北京、武汉、深圳等特大城市推广应用。
记者：您的团队接下来将要聚焦于哪些研究方向。
乐鹏：接下来，项目团队一方面继续加强已有研究基础，包括全球位置服务网的基础能力的建设，巩固项目团队间的合作，深化基于位置的信息服务。
另一方面，在构建的全球位置服务网基础设施服务基础上，加强自主可控技术体系研究，提供更加开放的信息服务，研制自主可控的开放地球引擎，提高我国的时空信息基础设施服务能力和安全保障。
依托于5G、物联网、传感网、互联网等通信及全球位置服务网络基础设施，实时感知与引接全球范围的位置大数据、智慧城市大数据、地球观测数据、定量遥感产品、地理人工智能样本、卫星虚拟星座产品、物联网数据等海量多源异构数据，聚合时空分析领域的分析算法、人工智能模型和时空知识图谱，建立开放标准化的数据就绪型、分析就绪型和决策就绪型服务体系。
END
文/本刊记者关晓晴图/受访者提供
编辑：张永超
初审：齐阳
审核：彭震中
声明：本文为《中国测绘》原创文章，授权合作请在本