譚維熾

(中國空間技術(shù)研究院 北京 100086)

大數(shù)據(jù)時代給遙測遙控帶來什么
——賀第十八屆中國遙測遙控科技大會

譚維熾

(中國空間技術(shù)研究院 北京 100086)

闡述大數(shù)據(jù)與遙測遙控的差異與聯(lián)系，指出大數(shù)據(jù)時代遙測遙控只會改變不會消失；討論在大數(shù)據(jù)時代，遙測遙控會有哪些改變，并以衛(wèi)星遙測為例，討論了在大數(shù)據(jù)時代可以做哪些創(chuàng)新性的工作。

大數(shù)據(jù)； 遙測遙控； 新概念

前 言

第十八屆中國遙測遙控科技大會的主題(大數(shù)據(jù)時代的遙測遙控新概念新技術(shù))定得好，激起了腦海中的波濤。

信息時代的步伐越走越快了，幾年前我剛寫完100篇博客，就隨波追到了微博，又很快從微博的好友圈游弋到微信的朋友圈了。記憶猶新，在前兩屆的遙測遙控大會上暢想過云遙測，事情還在進一步想明白，眼下卻又開始思考大數(shù)據(jù)，變化之快難以預(yù)料。

1 大數(shù)據(jù)時代不會使遙測遙控消失

先講一個例子。醫(yī)生對一個心臟病人進行遠程監(jiān)護，如果只是通過采樣有限生理參數(shù)，借助無線信道傳輸數(shù)據(jù)，然后通過直接分析這些數(shù)據(jù)做診斷，那是我們非常熟悉的遙測(如果有醫(yī)生指令反饋就是遙控)。遙測數(shù)據(jù)是典型的“小數(shù)據(jù)”：采樣、標(biāo)準(zhǔn)格式、追求精準(zhǔn)、對數(shù)據(jù)的嚴(yán)格解釋，這是傳統(tǒng)的思維和做法。

在大數(shù)據(jù)時代，借助計算機的高速以及因特網(wǎng)的廣博，能夠瞬間查詢海量數(shù)據(jù)庫，就從根本上顛覆了傳統(tǒng)的思維方法。先以心電圖一項來說，現(xiàn)在常規(guī)的認(rèn)識是什么樣的波形對應(yīng)于什么病癥，醫(yī)生從做學(xué)生時就接受了這種知識?？墒窃诖髷?shù)據(jù)時代，一方面是要采用全世界億萬病例的心電圖庫“全部”信息，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理判斷眼前這個病人發(fā)病的趨勢與幾率。由于數(shù)據(jù)訪問和處理的高速度，可以做到實時判斷，及時做出醫(yī)學(xué)干預(yù)，但是要講清楚其中的機理那可以是以后慢慢研究的事，也許在波形中隱含著人們現(xiàn)在還沒有認(rèn)識到的規(guī)律。更重要的是，判斷心臟病不僅依據(jù)心電圖等生理性數(shù)據(jù)，還可以依據(jù)各種行為和情緒特征，這同樣可以采用大數(shù)據(jù)匹配，只是需要的大數(shù)據(jù)可能跨越貌似毫不相關(guān)的領(lǐng)域(例如人們的外出和上網(wǎng)習(xí)慣，它與人的健康狀況也有某種隱蔽的相關(guān)性)，從而使監(jiān)護診斷的準(zhǔn)確性大大提高。

大數(shù)據(jù)方法要用到盡可能接近“全體”的海量數(shù)據(jù)，它們是來自不同領(lǐng)域的多樣信息，沒有固定格式，沒有明確的時序，表面看是一大堆“混亂”的數(shù)據(jù)，可能一時還無法解釋與關(guān)注事件有明顯的因果關(guān)聯(lián)，但通過數(shù)據(jù)分析最終揭示出事件及其變化趨勢的相關(guān)性，這就是大數(shù)據(jù)的做法。

從上述例子可以看到大數(shù)據(jù)與“小數(shù)據(jù)”遙測遙控的差異和關(guān)系。從一個角度說，遙測與大數(shù)據(jù)都是獲取信息利用信息，但是兩者不是同一方法論，不是在一個層次上的。

對大數(shù)據(jù)，不能顧名思義只看到“大”(big)，同一對象的遙測遙控再加上遙感(廣義遙測)也可以積累到海量數(shù)據(jù)，但只是增加分析和使用同一樣本群的大小，還不是大數(shù)據(jù)。專家們歸納大數(shù)據(jù)有四大特點：Volume、Velocity、Variety、Value。我理解這4V用一句話說就是：能快速地從浩瀚的多樣數(shù)據(jù)中挖掘到珍藏的有價值信息。顯然，傳統(tǒng)的遙測遙控是沒有這種能力的。

但是我又認(rèn)為完全不必?fù)?dān)心在大數(shù)據(jù)時代遙測遙控的路會越走越窄，最終會消失。大數(shù)據(jù)是一種嶄新的方法論，它改變的只是原來小數(shù)據(jù)方法的主宰地位。在大數(shù)據(jù)時代遙測遙控本身就是一種提供數(shù)據(jù)的手段，在支撐大數(shù)據(jù)；更何況大數(shù)據(jù)的方法也不是萬能的，不必對大數(shù)據(jù)盲目崇拜，至少現(xiàn)在看來它只適合于解決某些類型的問題，另一些類型的問題還需要用“小數(shù)據(jù)”的方法去解決。我把它們比擬為物理學(xué)上用來解釋微觀世界的量子理論和用來解釋大宇宙的相對論，其實兩者是相通的、統(tǒng)一的，不知妥否。只有大小數(shù)據(jù)各顯威力才是完整的信息時代。

大數(shù)據(jù)給遙測遙控帶來改變的挑戰(zhàn)，更帶來創(chuàng)新的機遇。我們要以開放和創(chuàng)新的心態(tài)去迎接大數(shù)據(jù)時代。

2 在大數(shù)據(jù)時代遙測遙控可能有什么改變

大數(shù)據(jù)突破了遙測遙控的一系列傳統(tǒng)觀念，開啟了許多新領(lǐng)域新技術(shù)。

首先，大數(shù)據(jù)時代將突破一切對數(shù)據(jù)量的束縛，不必去擔(dān)心存儲、傳輸與處理速度等約束，充分發(fā)揮想象力，最大限度去產(chǎn)生數(shù)據(jù)，可以說是多多益善。有人說，大數(shù)據(jù)時代要在一切物品里都植入傳感和通信的芯片，要使世界上一切事物包括行為、態(tài)度、情緒和思維都轉(zhuǎn)變成可表達的數(shù)據(jù)。不相信嗎?你只要想想，現(xiàn)在人們手機不離身，僅此一點就能從通信的對象、內(nèi)容和頻度中了解情緒，從定位信息中掌握行動。有一個實例可以生動說明數(shù)據(jù)將會多到什么程度，而且多了后有什么作用。以前為了測量駕駛員座椅壓力只會裝1個壓力傳感器，可是在大數(shù)據(jù)方法中裝了360個，從大量駕駛員屁股壓力分布數(shù)據(jù)中不但可以分析出駕駛員是誰(據(jù)說準(zhǔn)確度達98%，用于防盜是太有效了)，而且可以知道駕駛員今天開車的姿勢有何改變，用于預(yù)防事故。在產(chǎn)生數(shù)據(jù)方面，應(yīng)當(dāng)說用上了遙測專家的長處，將來更有廣闊的創(chuàng)新空間。

如此海量的數(shù)據(jù)怎么才能傳出去收集起來呢?這就要打破傳統(tǒng)遙測專用信道的思路。在大數(shù)據(jù)時代，因特網(wǎng)與云技術(shù)是必須的支柱。目前許多家庭都設(shè)置了wifi就是一個起步，可以設(shè)想，未來一切數(shù)據(jù)完全可以通過類似的渠道走上有線或移動的高速公路。前面講到要把傳感器和無線通信一體化集成，就是這用途，在眼下大家對此已不再陌生了，隨著電子、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，還要為海量數(shù)據(jù)的傳輸和存儲發(fā)愁嗎?到了大數(shù)據(jù)時代，遙測的主要方式一定是云遙測，過去是測什么收什么，今后是要什么找什么，而且因為在云中有許多副本，數(shù)據(jù)的差錯糾正也沒有那么復(fù)雜了。

傳統(tǒng)遙測遙控的重點是測量、傳輸和確保無誤，在大數(shù)據(jù)中要把重點轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)分析和挖掘數(shù)據(jù)價值上。一些大數(shù)據(jù)專家提出“數(shù)據(jù)化”的概念，他們認(rèn)為數(shù)字化并不是數(shù)據(jù)化，必須把測量的數(shù)字結(jié)果轉(zhuǎn)換成不但能直接閱讀，而且可記錄、可查詢、可分析、可重組、可應(yīng)用的真正數(shù)據(jù)。例如前面駕駛員座椅壓力測量的例子，僅把全部采集數(shù)據(jù)集中起來是不夠的，要與人員座位壓力分布特征數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來，研究特殊的數(shù)據(jù)庫與檢索工具，通過自動檢索分析，才能迅速找到真實駕駛員，才能判斷他的即時狀態(tài)，這樣數(shù)據(jù)化的信息才是真正有價值的。所以，今后接受一個遙測遙控任務(wù)，首先要做和最后要做的都是數(shù)據(jù)分析的事。當(dāng)今世界上正在出現(xiàn)一個大數(shù)據(jù)利用行業(yè)，涌現(xiàn)一大批大數(shù)據(jù)專家，他們以挖掘大數(shù)據(jù)的潛在價值為創(chuàng)新途徑、為專業(yè)職業(yè)。這對遙測數(shù)據(jù)工程師們有很大的啟發(fā)，讓他們轉(zhuǎn)換到大數(shù)據(jù)工程師的距離恐怕是不遠的。

在大數(shù)據(jù)時代，理論上一切數(shù)據(jù)都應(yīng)當(dāng)開放，這與傳統(tǒng)遙測遙控封閉系統(tǒng)的做法是根本不同的。數(shù)據(jù)安全是人們很熟悉的課題了，但遇到了大數(shù)據(jù)環(huán)境的新情況，許多傳統(tǒng)的保護方法已經(jīng)顯得軟弱無力，所以在這方面的創(chuàng)新也是大有可為的。

3 路就在腳下

遙測遙控今后不僅要繼續(xù)發(fā)展自身的專業(yè)技術(shù)，做好“小數(shù)據(jù)”的工作；還要融入大數(shù)據(jù)，建立大數(shù)據(jù)的思維觀念，做好自身的轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新。

但是，路要從腳下走起，要結(jié)合自己熟悉的工作腳踏實地走向大數(shù)據(jù)。我退休前一直是從事衛(wèi)星遙測遙控、數(shù)據(jù)系統(tǒng)專業(yè)和衛(wèi)星系統(tǒng)工程的，在學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)中我首先想到把大數(shù)據(jù)技術(shù)用到衛(wèi)星故障診斷這個難題上，大膽想象可能做的幾件事，以此為例拋磚引玉。

首先，故障診斷需要大量數(shù)據(jù)支持，可以說數(shù)據(jù)越多越有利于快速準(zhǔn)確診斷。為此，星上遙測的設(shè)計應(yīng)當(dāng)注入大數(shù)據(jù)的思維，擺脫歷來受傳輸和存貯數(shù)據(jù)量的約束，在硬件與能源允許的情況下應(yīng)當(dāng)充分放開產(chǎn)生盡量多的遙測數(shù)據(jù)。除了小部分?jǐn)?shù)據(jù)還通過無線信道傳回地面外，一方面借助先進電子技術(shù)可以在星上用大容量存儲器存儲，可以用高速處理器分析處理，另一方面更可以隨時傳到空間因特網(wǎng)的“路由中繼星”形成云遙測，在用戶需要時任意提取，尤其可以獲取衛(wèi)星故障發(fā)生瞬時的數(shù)據(jù)。至于星上采集遙測數(shù)據(jù)的方式，可以大量使用無線傳感器與無線局域網(wǎng)結(jié)合的方案，使遙測電纜網(wǎng)大大精簡。遠期的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是用“全息遙測”的概念取代“采樣遙測”，這是受一種“全息相機”的啟發(fā)。歷來相機照相都先取景再照相，而這種未來的相機是先照相，把周圍空間的信息都攝取，然后回去再根據(jù)需要取景成像。那么，遙測為什么不可以先大量產(chǎn)生數(shù)據(jù)，再按需選用呢?

給衛(wèi)星研制一個“黑匣子”一直是航天人的夢想，但是黑匣子不難做卻難收回。今年發(fā)生的馬航飛機失聯(lián)事件更有新的啟示。飛機的黑匣子尚難收回，何況衛(wèi)星黑匣子?最徹底的出路是云遙測加大數(shù)據(jù)的結(jié)合，在馬航事件后已經(jīng)有人提出飛機的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)隨時上衛(wèi)星(事實上飛機發(fā)動機的數(shù)據(jù)已經(jīng)獨立上星了)。全世界那么多衛(wèi)星，把數(shù)據(jù)累積起來是典型的大數(shù)據(jù)，對星上故障診斷是非常有價值的。有一個案例，國外某星太陽翼發(fā)生在軌短路故障，分析其原因時發(fā)生爭議，后來從其它衛(wèi)星同期測到太陽粒子流暴發(fā)的事實，借他山之石才認(rèn)識到是星體帶電導(dǎo)致尖端放電形成短路的本質(zhì)原因。如果采用衛(wèi)星大數(shù)據(jù)，可能會使故障定位診斷更快更準(zhǔn)。

每顆衛(wèi)星都有大量遙測數(shù)據(jù)，過去都是用過了就丟棄，甚至只要衛(wèi)星沒有問題，就從不去看這些數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)時代，能不能把我國的和全世界衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)都翻出來，加以二次利用，用大數(shù)據(jù)技術(shù)去挖掘其中潛在的價值，從而形成一個遙測數(shù)據(jù)再利用的新行業(yè)，一定會從這些“垃圾”中獲得非常寶貴的啟示，例如把遙測數(shù)據(jù)與衛(wèi)星在軌背景結(jié)合可能發(fā)現(xiàn)設(shè)計中隱藏的缺陷，甚至可能總結(jié)出預(yù)報故障發(fā)生的先兆等等。

結(jié)束語

一句話，大數(shù)據(jù)時代不但不會使遙測遙控消亡，相反會使遙測遙控新生!

我沒有機會去做大數(shù)據(jù)技術(shù)了，上面所說僅僅是在入門自學(xué)大數(shù)據(jù)中的思考，也許其中有不少無知和謬論，斗膽寫出來算是為大會吶喊，期望會議在大數(shù)據(jù)技術(shù)的學(xué)術(shù)討論中百花齊放。

[1] (英)維克托·邁爾-舍恩伯格，肯尼恩·庫克耶.大數(shù)據(jù)時代[M].盛楊燕，周 濤，澤.杭州：浙江人民出版社，2013.

Big Data Era Will Transform Telemetry

Tan Weichi

The difference and relation between big data and telemetry are described.What will transform for telemetry and command in big data era is discussed，and what we can do for satellite telemetry in the face of big data era is pointed out.

Big data； Telemetry＆command； New concept

V557+.3

A

CN11-1780(2014)05-0001-03

譚維熾 1942年生，博士生導(dǎo)師，研究員，曾任中國空間技術(shù)研究院總體設(shè)計部副主任、衛(wèi)星型號副總師、院教育委員會主任，現(xiàn)在是中國宇航學(xué)會遙測專業(yè)委員會高級顧問，研究方向為空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)與航天器總體設(shè)計。

2014-06-16