“天智一號”下半年將升空 帶著“大腦”上太空

星上識別，比地面數(shù)據(jù)辨識更難

“我們此前負(fù)責(zé)過一個(gè)關(guān)于災(zāi)害應(yīng)急的科研項(xiàng)目，要求我們對無人機(jī)接收的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)自動變化檢測，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)。”李德仁說，該項(xiàng)目的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間從小時(shí)級縮短到了分鐘級，為災(zāi)后“黃金救援”爭取到寶貴時(shí)間，這種自動檢測技術(shù)完全可以用在衛(wèi)星上。

人眼捕捉圖像，人腦辨識變化，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、聲音辨識方面，當(dāng)下的AI技術(shù)發(fā)展迅速，尤其在圖像辨識方面，特定的識別領(lǐng)域已經(jīng)做到了低于1%的誤識率。

但星上識別要遠(yuǎn)難于地面的數(shù)據(jù)辨識和分析。

為此，我國學(xué)者進(jìn)行了大量的有益嘗試，例如通過高分衛(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。“在技術(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、變化檢測及建模等關(guān)鍵問題。”李德仁說。

與地球上的AI一樣，星上AI同樣面臨數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的獲取問題，目前的星上數(shù)據(jù)無法共享共用，通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星各成體系。“部門協(xié)同可能是最難解決的問題。”總參通訊部原副部長楊千里說得直接，衛(wèi)星的單一功能，更多地是因?yàn)椴块T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。現(xiàn)在手機(jī)上的相機(jī)鏡頭很小，但也能拍攝寬幅的畫面。因?yàn)檐浖倪M(jìn)步彌補(bǔ)了硬件的不足。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院軟件研究所研究員林惠民說，軟件定義衛(wèi)星就是通過軟件“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”就是一顆這樣的衛(wèi)星。“我們建立了一個(gè)開放平臺，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”，人們還可以通過手機(jī)訪問它，給它下任務(wù)，并在手機(jī)上查看執(zhí)行結(jié)果。

“天智一號”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，一臺超分相機(jī)和4部國產(chǎn)智能手機(jī)。太空中的嚴(yán)酷環(huán)境中，云平臺需要智能調(diào)配計(jì)算節(jié)點(diǎn)，響應(yīng)地面的需求，對相機(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”，嘗試通過比賽引來創(chuàng)新應(yīng)用，勝出的軟件將登上“天智一號”，在真正的太空獲得檢驗(yàn)。一款簡化衛(wèi)星運(yùn)維系統(tǒng)，降低衛(wèi)星應(yīng)用成本的應(yīng)用勝出。“在太空中，冗余和繁瑣的程度非常有限，這款軟件能夠提升衛(wèi)星自動化運(yùn)控能力。”獲獎(jiǎng)代表廖翔表示。

此外，漂浮物等目標(biāo)識別軟件、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”有望成為一顆智能衛(wèi)星。“通過軟件或是在地面訓(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)檢測識別、智能云判讀、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能姿態(tài)控制等。”趙軍鎖說，這是全新的嘗試，雖然距離成熟的“天腦”還差得遠(yuǎn)，但它是通過商業(yè)化的模式，推動傳統(tǒng)衛(wèi)星向智能衛(wèi)星演化邁出第一步。