導 讀：
作為變革性生態系統，5G的飛躍發展將連接大數據、云計算、人工智能等技術，為測繪地理信息領域注入新的活力，催生更豐富的應用。我們通過了解5G新無線電（New Radio, NR）的特點與關鍵技術，并基于增強移動寬帶、超可靠低時延通信、海量機器類通信三大5G場景，探索了智慧城市、無人機測繪、無人駕駛汽車、三維導航、云AR/VR等背景下5G與測繪地理信息領域的融合發展，總結了當前的應用現狀、未來的發展趨勢及挑戰，希望對推動測繪地理信息行業技術應用創新拋磚引玉。
隨著近年來無線通信技術不斷發展，移動網絡的功能也從最初2G的以話音通信為主到現在5G的萬物互聯，在滿足人們生活與娛樂需求的同時，促進了社會各行業向數字化智能化進行轉型，推動諸如智能駕駛、智慧醫療、智慧城市等行業應用的出現與發展。
與傳統的4G網絡相比，5G不僅在網絡傳輸速度上獲得了大幅提升，更在傳輸時延、連接密度、可用頻段、覆蓋范圍等方面有了巨大飛躍。在峰值數據速率上，5G通信可以實現較4G通信數十倍的提升，由4G的1Gbps到20Gbps；在傳輸時延上，可以從4G的10ms縮短到1ms以下；在連接密度上，5G的海量終端接入技術，支持單位平方公里內接入終端的數量達到百萬級，增加10到100倍；在可用頻段上，通過5G對mmWave波段的使用，從3GHz擴展到幾十GHz，為海量設備的通信提供了便利。
5G的性能提升
5G的性能提升
更加重要的是，5G已經不再局限于人與人之間的通信，而是發展到人-人、人-機、機-機之間多元化的通信，能夠滿足更加多樣化的業務需求，推動互聯網與物聯網通信技術的蓬勃發展，促進各種新興產業的出現。
相較于前幾代通信網絡，5G各方面性能得以突破性提升，這不是依賴于單一的技術革新，而是通過多種技術相輔相成實現的。這里我們對其中的幾種進行簡要介紹：
（1）新型空口技術：包括多址接入與信道編碼方案、全雙工技術與大規模多天線技術等，通過布置大規模的天線陣列，顯著提高系統容量和速率，提高系統能夠同時承載的用戶連接數。
（2）mmWave通信技術：通過利用頻率為30～300GHz的毫米波波段，拓寬可用的頻譜資源，促進高速率通信業務的發展。
（3）超密集組網：通過增加小基站的密度，改善網絡覆蓋情況，提高系統容量，為人群高度密集的大型體育場、購物中心、車站等場景提供新的部署方案。
（4）網絡切片：在統一的物理基礎設施上建立多個邏輯獨立的虛擬網絡，以滿足不同垂直行業在帶寬、延時、可靠性、連接數等方面的多樣化通信需求，按需定制網絡，實現用戶的差異化體驗。
測繪作為一個基礎性行業，應用在國防安保、能源礦產、農林土地、水利電力、城市建設、交通布局等各個重要領域。從大部分的地形圖，到公路網、鐵路網的分布再到互聯網地圖，測繪的身影無處不在。在物聯網、大數據、云計算等技術快速涌現的5G宏觀背景下，傳統的測繪地理行業將繼續以信息通信技術為主要技術支撐，集通信、導航、遙感、人工智能、虛擬現實和腦認知科學之大成，發展為地球空間信息智能服務科學。為此，要提出測繪行業自身的需求，以需求為導向，才能進一步推動行業的技術創新和廣泛應用。
在5G成熟發展的今天，隨著移動設備的普及，“區位”的理念比以往任何時候的利用率都要高，通信行業在發展建設過程中離不開測繪地理信息行業的支持。通信行業和測繪地理信息行業的發展是相輔相成的，應在各自的發展戰略規劃中添加彼此的需求，不僅僅是宏觀層面的，更應該包含行業的具體需求。5G與測繪地信的虛實結合，可將地信技術更好地服務社會民眾，助力中國5G智能移動通信的國際競爭，成為推動萬物互聯、發展智慧社會的一個關鍵。
5G的三大應用場景中，eMBB隨時隨地為用戶提供無縫的高速移動互聯網業務。uRLLC和mMTC滿足物聯網及垂直行業的多樣化應用需求，uRLLC主要面向對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業，例如車聯網、工業控制等。mMTC主要面向以傳感和數據采集為目標的應用場景，例如智慧城市、森林防火。測繪地信技術與5G三大應用場景的融合，將會促進5G時代的蓬勃發展。
5G+測繪應用體系架構
智慧城市是物聯網和互聯網進行有機整合的產物，可以為城市建設與發展提供一個新方向，促進城市現代化和智能化發展。測繪技術在智慧城市的建設過程中發揮著重要的作用，智慧城市建設的根基是地理空間信息?；?G、云計算、物聯網等技術與平臺的發展背景，將地理信息充分運用到城市的各行各業之中，感知城市數據的脈搏，進一步促進“現實城市”與“智能地信”的有機融合。
測繪技術在智慧城市建設中的作用主要體現在以下幾個方面：第一，提供基礎信息，滿足智慧城市建設的基本地理信息需要；第二，獲得精確可視化強的動態地信，提高感知信息的豐富性；第三，測繪與5G關鍵技術的融合，才有了智慧城市的應用支撐系統。杭州已投入使用的“ET城市大腦”是利用測繪地信技術的成功案例，它的智能中樞可以隨時感知道路指標，這些指標包括道路交通量、延誤指數、堵塞指數、快速路車速等，并且“ET城市大腦”還能對即將發生的或可能發生的交通堵塞進行預告，極大提高了城市的交通體驗和交管部門的管理效率，向智慧城市的建設邁進了一步。
在即將到來的5G萬物互聯時代，無人機行業正以高速向前發展著，諸多領域已經顯現出“無人機+行業應用”的蓬勃發展勢頭。無人機快速發展的原因在于它能夠形成空中平臺，聯結其它結構組織進行擴展應用，完成空中作業。遠程低時延控制、永遠在線、實時超高清圖傳等這些5G蜂窩移動通信所賦予給無人機的能力，使得其在測繪領域有著廣闊的應用前景。
測繪是空間的載體，所有跟空間、位置相關的信息都可以歸納為地理信息，如果把這個概念擴大，高分遙感、傾斜攝影、BIM等都是跟空間位置相關的技術，都屬于地理信息的領域范疇。隨著5G與測繪技術的發展，三維則會變成天空和地面一體化、室內室外一體化和地下地上一體化的空間概念。測量三維信息的手段也越來越豐富，涌現出了多個展示三維信息的產品，如谷歌地球、NASA的WorldWind及百度地圖等。導航地圖也逐步向精度更高、要素精細、提供自動駕駛和增強現實導航系統服務的方向發展，完善現有的實體導航軟件，與導航公司合作，將導航公司云平臺中的興趣點等語義信息連接起來，實現受控于日期、天氣，白晝的5G時代真三維實體導航。利用手機拍出的照片，和云平臺的本地白模數據進行對比，找出對應的模屬性，實現虛擬查詢；通過現場實景影像與白模生成的虛擬特征影像進行云端匹配，現實景定位。
作為一個變革性生態系統，5G將以超越光纖的千兆級傳輸速度、超越工業總線的毫秒級實時能力以及無處不在的全空間連接，將大數據、云計算、區塊鏈、軟件定義設備、網絡安全、時延敏感網絡、虛擬現實和增強現實等前沿技術相連接，開啟嶄新的充滿機遇的時代。5G將為移動運營商及其客戶提供更多樣化、更具吸引力的商業模式，推動車聯網、云AR/VR、智能機器人控制、聯網無人機、智慧城市、無線醫療等多種應用落地，同時，也為測繪領域注入新的活力。
5G技術的飛躍正在推動傳統交通行業徹底變革，5G通信和高精度地圖服務是城市無人駕駛技術的重要基石。在高速公路和密集城市環境下，實現智慧交通和城市道路安全，不僅需要高可靠、低延遲和高帶寬的網絡連接，更依賴于以高精度地圖為基礎的高階道路感知和精確導航服務。5G超密集蜂窩網絡、URLLC及網絡切片技術可以滿足以上嚴格要求。隨著測繪技術的發展，定位預計將提高到亞米級精度，甚至支持3D位置估計。5G與高精度地圖、三維地圖的結合，對于自動駕駛、車輛編隊行駛、傳感器數據眾包等前沿車聯網技術的落地不可或缺。此外，實時街景、實時視頻監控、AI云端處理技術的發展，將為城市交通監測與管理帶來新的可能。在“萬物互聯”的背景下，地理信息服務將呈現出更多樣化、多維化、實時化、精細化、智能化等特點，其服務對象也將從人普及至無人駕駛汽車，從而進一步避免交通事故，緩解城市交通擁堵，節省燃油能耗，降低廢氣排放，提高城市交通效率。
另一方面，無人駕駛的移動測量車也可以應用于無人測繪。通過在無人駕駛汽車上裝載GPS、激光慣性導航系統(I N S)、超遠距離激光掃描儀（LiDAR）實時立體攝像系統等傳感設備，不僅可以獲取定位信息，還可以自動采集道路及周邊環境影像和信息，實時、協作地獲取城市實景影像與三維地圖，以及測量、更新地理基礎數據。
無人機5G應用領域將持續革新，逐步實現網聯化、實時化、智能化，構成安全可靠的“網聯天空”。
（1）網聯化：無人機網絡連入蜂窩網絡，可確保無人機安全飛行，在降低成本的同時提升效率，可進一步促進遙感環境監測應用長足發展。
（2）實時化：結合5G無線網絡接入的增強移動寬帶、低時延高可靠及網絡切片，可實現區域無人機全聯接。超視距范圍無人機互聯互通、高可靠低時延數據回傳、高清視頻傳輸、海量三維點云數據實時傳輸等等，可以為惡劣環境、極端事件下的應急測繪提供有效支撐。
（3）智能化：5G蜂窩網絡與空間智能觀測、AI云處理技術相結合，可實現無人機自主作業、實時智能感知與計算，進一步提高效率，催生更豐富的低空無人機三維移動測量、智慧農業等測繪應用產品。
虛擬現實（VR）與增強現實（AR）技術完全顛覆了傳統的人機交互模式，云AR/VR將數據和計算密集型任務轉移到云端，不僅能有效利用云端服務器的數據存儲與高速計算能力，還可以極大地降低設備成本。借助全頻段、全雙工、大規模多輸入多輸出等技術，5G蜂窩網絡帶寬可得到有效改善，將云服務訪問速度顯著提升至千兆級。在eMBB網絡切片中，移動測量技術與云端AI、AR/VR結合，可將多維移動測量成果轉化為多維動態地理信息云服務，推動建筑物展示和恢復、考古、虛擬城市等應用廣泛普及。
當下，5G與測繪地理信息領域的融合創新尚處于初級階段，未來5G測繪應用的發展與增長仍面臨許多共性問題：
（1）目前，5G與測繪地理信息應用的推廣與深度融合仍然不足，通信行業缺乏對測繪行業需求的深入探索，測繪地理信息相關部門、行業客戶的參與有限，對5G技術的了解有限；
（2）5G與測繪地理信息應用缺乏清晰的商業模式，還需要深入挖掘測繪地理信息行業痛點與5G的結合，探索達成5G產業與測繪地理信息行業共贏局面的全新商業模式；
（3）5G測繪應用體系尚未完善，仍需要進一步加強5G測繪應用、網絡、終端及計算處理和數據分析的協同，推進5G測繪應用與5G網絡商用、計算處理能力提升協同發展，形成端到端的解決方案。
5G技術是跨時代的技術，隨著技術的成熟發展，將滲透進至各個行業。5G商用腳步越來越近，地理信息的重要性逐漸顯現，5G行業的發展離不開測繪地信的支持，5G和測繪地信技術的結合，將促進5G的蓬勃發展。
文/圖：徐小夏（武漢大學通感信息工程學院）、王佳佳（武漢大學電子信息學院）、楊可心（武漢大學電子信息學院）
