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李建成院士:数字改变世界

时间:2019-11-11 来源:慧天地 点击:

数字化正在改变世界和颠覆传统对世界的认知,信息技术和网络技术飞速发展时代,大数据、物联网、云计算和智能制造如何解决数字化转型?如何构建更智能的设计、生产、经营、管理体系,提高产品质量并降低成本?数字经济如何衍生出更加共享和开放的经济生态,以推动高质量发展?如何通过数字智慧实现可持续化发展?过去十几年,测绘学和地理信息学在数字化领域取得了哪些重要进展?面临哪些亟待解决的问题?

在2019 GIS 软件技术大会主题大会上,中国工程院院士、武汉大学副校长李建成作《数字改变世界》主题报告。

演讲PPT

当今社会已进入信息化时代,信息化时代的发展载体就是通过数字实现,数字改变了世界。我所从事的专业是大地测量,而改变我们行业传统的一些东西又是通过数字技术,所以我从事数字高程系统研究。2007年提出这个技术的时候,人们还有很多异议。现在来看,利用数字高程基准代替传统标石基准是一种颠覆性的技术。

我主要分四个方面讲,第一是数字与数字化简史。

数字革命如果以1942年第一台计算机诞生为标志,至今已经有77年的历史,这77年所历经的变化超过了300年电气化革命的综合。从图中,大家可以看到技术革命的典型进程,第一次是机械化,就是以机械代替人类的体力;第二次是能源能量的使用,主要是电能的广泛使用,第三次是信息化,第四次是智能化。

智能化的基础是建立在数字的基础上。计算机的应用和实现就是通过计算,而计算的过程是通过数字来体现。

我们在很小的时候接受的教育,在文字上是从认识“妈妈”、“爸爸”等开始,然后就是认识数字123456…...数字对我们人生的启蒙是最早。

数字到了计算机就是最简单的0和1。很多的信息都可以数字化。大家想想,在传媒界我们把文字信息、语言信息、图文信息变成数字就可以获取。当今世界通过计算机处理信息、获取信息,是直接的数字信息。

计算机发展有70多年的历史,70多年历史中每一步都发生着变化,主要是计算能力的提升。第一台计算机只有5000次的计算能力,到今天的计算机已经有上亿次的计算能力。计算能力可反应一个国家的综合实力,为此美国去年做出了一套计算机,采用了2万8千块英伟达计算卡,达到200个P,20亿亿次。

从上个世纪80年代到2000年,摩尔定律速度提升50%,价格降低50%。人工智能时代主要是体现了计算机计算能力的贡献。今年6月份到8月份又出了一个重大突破——量子计算。

IBM在2000年以后就悄然搞量子计算了。在IEEE大会上,IBM推出了50比特的量子计算,达到千万亿次计算能力。今年谷歌推出的54位量子计算机。我们现在像素工厂上进行处理的一些任务,此前最快的计算机计算需要上万年,而量子计算机只需要200秒,这是一种颠覆。

量子计算机之所以速度快,是因为它改变了传统计算的构架。量子计算机是第三代计算机,它没有能量消耗,现在我们的大型计算机的瓶颈主要是功耗和制冷。正因为计算能力大幅度提升,才重新开启了1956年提出来的人工智能。人工智能就是“三盘棋”开始的,1997年和俄罗斯国际象棋手的比赛,以及近年来和李世石、柯洁的围棋比赛。

量子计算代表将来发展趋势。前些年以比特币为代表的区块链是一种新技术,量子计算机的出现可以分秒破解密码,所以它出现以后导致比特币爆跌,因为区块链主要是通过计算机设置密钥,而解密需要有强大的计算能力。

计算机发展从CPU到GPU,当前GPU现在已经成熟了。早在2005年,MIT的科学家就发现,GPU不仅可以显示图形,而且也可以用于计算。通过十多年的发展,GPU这个生态已经健全了。一块GPU卡达到了15个T的单精度浮点运算。

现在又出现了TPU,以谷歌为代表,我们的华为也有NPU。

二、数字化革命。

凡是与数字不结合的行业最终要被淘汰或者要滞后。

电商和数字结合以后,产生了新的支付方式。比如微信支付、余额宝、支付宝,都产生了新的支付链条,新的支付生态直接挑战传统银行业。这就是数字带来的颠覆。

还有大家知道的数字医疗,将数字技术融入医疗。德国有一篇文章认为,数字医疗将产生未来人类的一次革命。现在医疗有很多问题,医疗行业是和新技术结合最快的一种行业,各种诊断手段都是通过最新的技术来实现。还有电商和智慧城市,智慧城市是建立在数字城市基础上,只有把各行各业数字化以后才能实现智能化。

大家知道,媒体方面经过了几次变革,从模拟信号到数字信号经历了很大的变化。其中模拟信号中没有产生颠覆性的变化。进入互联网时代我们不仅有数字、有信息、有处理信息的能力,更重要的是有传播信息的能力。互联网的诞生已经有50多年的历史,50多年的历史成就了诸多新兴行业,甚至挑战实体经济。

2000年,互联网只有2亿用户,2012年达到90亿,2020年预计超过250亿。所以,互联网增速非常快,这也是与数字有关的。

音乐和音频, 从1938年脉冲编码调制到1969年日本广播协会发展到了立体声,到1978年成为数字,到了2001年苹果首次推出iPod,数字音乐到了用户终端,这产生了音乐载体的颠覆。

这个过程大家可以看到,我们从最早的唱片、到磁带、到光介质、最后到数字,颠覆了整个音乐制作传媒。

1995年最重要的一个变化就是影片的制作,摆脱了传统制作方式。通过苹果电脑合成的《动物总动员》,解决了过去传统电影制作的一些瓶颈和早期放映问题。

放映仅仅是20世纪发展的新生事物,到本世纪已经出现了3D、4D、5D等多维立体电影。

还有立体化设计。制造和设计相结合产生了制造业的颠覆。BIM技术,使得建筑不仅和工业结合,而且和计算机结合,使建筑设计理念发生深刻变化。

我们过去看时间和空间,通常说通过时间来换空间,而现在我们是通过数字的方式打破了时间和空间的界限,大大减少时间,把时间和空间几乎同步完成。

还有货币,已经发展到去中心电子货币,包括最新的区块链,区块链将是对传统货币的一种颠覆。大家知道,我们人类出现以后,最早的货币是物与物交换,后来到了纸质货币,到了信用卡,现在是去中心化电子货币。

比如我们中国通过银行发行货币,在以比特币为例的区块链技术出现以后,我们将去中心化,没有中心化,采用点对点的,将来我们的支付就是密钥、计算机。为什么说量子计算机出现以后对比特币是一个冲击,是因为它的密钥解得更快了,所以密钥要确保绝对安全。在这种技术体系下,大家不要担心货币会通胀。

还有就是数字化的支付方式,所谓数字化就是直接到本人,不经过中间任何环节的处理。

还有数字农业、数字育种、数字医疗、人工智能与生物学、基因计算等等。

三、数字化与测绘科学。

大家都不陌生,我们测绘行业已经发生了深刻的变化,主要是空间观测技术的应用,包括航空技术和航天技术。因为计算能力的发展,测绘表达方式也在发生变化。例如电子地图,大家知道电子地图进入终端用户,进入大众,已经引起了社会形态的变化,也就是我们出行很多时候都依赖导航电子地图和GIS。

还有我所做的数字高程基准,以前是通过地面标石维护,现在是通过数字模型。过去90年代GIS兴起的时候,测绘所做的主要工作是把过去的图纸数字化。过去测量成果首先是放在纸图上,没有变成数字化,我们又把图上的东西变成数字。现在我们的大学生,很多人连图都不会做了。我认为这是正常的,因为我们现在测的图直接变成数字,数字可以直接推送给终端用户使用,这是一种变革。

大家知道,从光学、光机电到卫星观测能直接转化成电子成果,转换成数字,而这种数字已经引起测绘翻天覆地的变化。

大家刚才看到的GPS,GPS目前高精度定位还没有直接变成数字,为了解决这个问题我们在地面增加了很多基站,经过处理获取数字位置,但是代价昂贵。

再一个就是汽车,将来的无人驾驶、自动导航,就是采用GNSS,直接数字化。

(温馨提示:建议在WiFi环境下观看)

过去我们维护大地测量基准是通过野外的标石,现在是通过计算机数字模型,过去等高线在图纸上描述,今天已经放到计算机里了。

四、数字化与测绘未来。

5G出现将会给人带来极大的便利,其速度比4G快得多,带宽提高30倍,没有延时。

 

未来无人机、云计算、无人驾驶、人工智能、5G等应用场景方面,社会地理信息会有很大的前景去发展。