建立空天地海一体化网络系统——与中国科学院院士姚建铨的对话

+ 贺鹏梓

建立空天地海一体化网络系统
——与中国科学院院士姚建铨的对话

+ 贺鹏梓

智慧城市的概念是在2010年提出的，虽然它的理念已经深入人心，但是要想真正实现，还需要有识之士从各个层面全方位去大力推动。

在中国智慧城市建设的浪潮中，有这样一位白发苍苍的老者，他身为学术领袖，身体力行，一直活跃在智慧城市科研和推广的第一线，关注着从底层技术到顶层设计的智慧城市圈体系。

时间紧迫的采访，老人家为我们深刻阐述了互联网、物联网和智慧城市的关系，为人们统一认识、推动融合发挥了重要作用。

他就是中国科学院姚建铨院士。

姚建铨院士在中国科学院五十周年纪念会上与温家宝同志在一起

姚建铨院士参加武汉POEM会议，并主持太赫兹分会

姚建铨院士带学生进行学术交流

一、物联网是信息领域第三个里程碑

采访的话题是从物联网开始的。作为中国科学院信息学部的院士，姚院士对物联网和智慧城市有着高度的重视。回顾近几年来姚院士的公开讲话，会发现这是他最关心的学科之一，也成为我们向他讨教的第一个问题。

1.物联网是现代信息领域的第三个里程碑

姚院士说，现代信息领域有三个里程碑。第一是计算机的出现和使用；第二是互联网的出现和使用；第三就是1999年物联网概念的出现和使用。

目前，物联网与互联网有不同的研究的领域，互联网用来在人与人之间传递信息，比如传短消息、发照片、视频等；而物联网是将物体和物体、物体和人联系在一起。

为什么会出现物联网呢？人类社会已经发展到了一个新的阶段，不仅人与人之间需要传递信息，还要把地球上所有的重要物体联系在一起，例如飞机、桥梁、大坝、高层建筑。姚院士举例说，一座楼会不会塌、大型吊车的吊臂是不是会折断，就需要在这些物体的内部设置光纤传感器，来测量楼的硬度和吊臂的形变程度，及时发现危险并且加以处置。在那些对人类社会有影响的、重要的物体上建立的网络，就是物联网。

2.多做物联网的实事，不要争论概念

作为新生事物，在物联网的描述上，不同的专家们有不同意见，有的人认为物联网无非就是互联网加上传感器。但姚院士认为，这样的描述简单化了。因为物联网的产生、物联网的研究范围、物联网和互联网，都决定了物联网有自己的特殊性。

姚院士说，自己在很多场合谈及互联网与物联网时，总是把互联网摆在前面，这是因为互联网的发展已经非常成熟。到目前为止，互联网已经发展到非常高的程度，特别是最近提出的互联网+，更是把各种事物都与互联网相加。那么物联网与互联网的关系是什么呢？

姚院士说，大概是三四年前，人们确实在激烈地争论物联网与互联网之间的关系，特别是一些互联网界的显要人物对物联网这种新生事物没有充分研究、没有追根究

底，就轻易地下结论，这种做法并不妥当。

姚建铨院士与原北大校长陈佳洱院士合影

姚建铨院士著作

香港科技大学讲课期间留影

2010年4月，姚建铨院士在中国电子技术年会做报告

上文谈到的重要物体内部加装传感器，属于物联网的范畴，与互联网实际上没有关系。但在某些必要的场合下，互联网和物联网之间是存在着联系的。例如县级地震部门的负责人需要把地震的相关传感器安装到本县境内的各个有关位置，构成网络。负责人每天都要读取这个网络监测的数据，查看地震的征兆。这样的网络可以作为局域网存在。但是如果要把监测数据上报到地市级、省级乃至更高级别的地震部门，就需要用到互联网。

所以移动网、互联网、物联网是三个集合，彼此之间有不同，也有交集。目前来说，互联网是一个身强力壮的老大哥，物联网还是一个孩子。但深入研究过物联网的专家都认为，互联网与物联网是互相补充、互相交叉融合的。在将来的某一天物联网将会成为社会经济生活中一个重要的方面。

姚院士特别指出，世界上只有一个互联网。这是因为互联网发展到今天已经达成一个共识，用统一的TCP/IP协议构成全球统一的网络体制，这也使得全世界的人们可以通过同一个网络交流。而全世界的物联网有千千万万，其中许多是局域网。但是总有一天，也会有类似于IP协议的统一体制出现，把全世界的物联网也会连成同一个网络。

二、努力推动智慧城市建设

姚院士对物联网的关心并没有停留在理论层面。他强调，当前不应该过多地争论物联网的概念应当如何界定，重要的是做实事，把物联网和相关的惠民工程做好，例如智能家居、智能楼宇、智能交通、智能教育、智能养老、智能车辆。在互联网蓬勃发展的同时，使物联网也得到良好的发展。

姚院士说，物联网和互联网都是构成智慧城市的手段。智慧城市是城市发展到新阶段后必须要采取的措施，是一个重要的发展方向。要想实现智慧城市，需要集成使用物联网、互联网、云计算、大数据甚至量子信息等新一

代的信息技术。

姚院士本人也在身体力行着“多做实事”的理念。他作为学科领袖，非常注重在不同场合反复陈述智慧城市的理念。按照姚院士的认识，智慧城市就是要建立高效透明的政府、平安有序的城市、绿色和谐的产业和幸福安康的民生，把政府、企业和公众有机融合起来。他说，“智慧城市建设是借助物联网、传感器网等信息化技术，使城市居民的幸福指数更高，更大的内涵是一个民生工程。”

姚院士也是国内最早阐述物联网与智慧城市关系的学界领袖之一。姚院士指出，“物联网建设只是手段，建设智慧城市才是目标”。他把物联网与智慧城市的关系归纳为四点。首先，物联网是建设智慧城市的重要手段，也是智慧城市建设的关键基础设施之一，而物联网发展的主要目标正是建设智慧城市。正因为如此，智慧城市需要发展物联网产业，是物联网未来发展的热点应用领域与依托。

不但如此，姚院士还非常关心地方智慧城市与物联网产业的建设工作，他曾经在省级物联网专题会议上，详细分析了当地社会经济发展情况，针对性地提出了该省发展物联网所应当采取的战略方针及具体措施，真正是一位“迷恋科研不停歇”的老人。

三、空天地海一体化网络系统

姚院士不仅仅把物联网和智慧城市的概念应用在我们熟悉的城市里，还把目光投向了更广阔的大海。采访中，姚院士向记者介绍了他正在从事的一项研究工作，那就是把网络的概念扩展到海上。

据姚院士介绍说，前段时间国家网络办公室召集科技界和互联网界有关人士共同讨论未来的国家空间网络系统发展。姚院士是青岛海洋科学与技术国家实验室学术委员会委员，对海洋网络的重要性和现状有着深刻认识。因此，他在会议上提出了“空天地海一体化网络系统”的概念。他用了四句话来阐述这个概念：

①地球上70%的面积是海洋；

②中国是世界级的海洋大国，领海从鸭绿江口一直延伸到南海的曾母暗沙；

③在东海和南海，周边国家正在侵犯中国的领海权益；

④习近平主席提出一带一路战略，要通过海洋走向世界、走向全球，所以海洋网络十分重要。但当前中国的海洋网络严重落后于需求。

姚院士的意见得到了与会人士的高度赞赏，也得到了国家网络办公室的高度重视。于是在众望所归之下，姚院士开始牵头起草国家海基空间网络基础设施规划。

这项工作有四个任务：

①了解国内外情况，指出中国在相关领域的薄弱环节；

②提出中国在未来海洋空间网络系统的发展战略和重大项目；

③相关的信息安全和应急措施；

④规划和实施相关示范工程。

这项工作原本计划6个月完成，后来要求缩短到两个月，可见国家的高度重视。然而就在起草过程中，国家又下达了一份关于相关的海洋专项研究，由国家和民间共同分担，投资巨大。这成为姚院士当前的重点工作之一。

采访中，姚院士特别强调：卫星、网络和海洋是密不可分的，一定要高度重视海洋，把海洋作为信息科学和航天应用的主要方向之一。

四、信息学部院士的责任所在

在与姚院士交谈的过程中，有一个问题一直萦绕在心头。当采访接近尾声的时候，记者终于忍不住问姚院士，“您是激光专业的院士，在激光和非线性光学领域拥有国际声誉。但这些年来您却对物联网和智慧城市倾注了很大精力，这其中的内在的联系是什么？”

姚院士笑着说，他作为中国科学院科学信息学部的院士，不但专注于研究激光和非线性光学，同时也对信息领域发展的大方向高度重视。他说：“我在大学本科时读的是自动控制仪表专业，这本身就属于工业物联网的范畴。所以，物联网概念出现后，我当然就非常关心，深入研究。”

物联网作为新生事物，确实需要各个领域的人士共同推动和建设，打破专业藩篱、实现融合发展。在这方面，姚院士用自己的专业精神和智慧，为我们做出了表率。

个人简介：

姚建铨 (Yao Jian-quan ) 激光与光电子科学家。1939年1月29日生于上海市。1965年天津大学研究生毕业。现任天津大学精密仪器与光电子工程学院教授、博士生导师、院学位委员会主任、名誉院长、激光与光电子研究所所长。1997年当选为中国科学院院士。

姚建铨1980－1982年在美国斯坦福大学及加州大学作访问学者。曾应邀在美国普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学及英、法、德、香港、台湾等地讲学及合作研究。多年从事激光与非线性光学频率变换技术的研究，完成"七·五"、"八·五"国家重点科技攻关、863项目、国家自然科学基金及973项目等数十项科研任务。他提出并发展了 双轴晶体最佳相位匹配计算的理论及方法，被国际学学术界称为“姚技术”、“姚方法”。在国际上率先建立了双轴晶体最佳相位匹配计算--类高斯分布理论--准连续高功率倍频激光器--准连续激光调谐系统的技术体系。他在激光非线性光学频率变换领域取得系统的、创造性的成就，在国际上享有一定的声誉。近10年来在高功率全固态激光器和周期极化晶体--准相位匹配技术方面的研究达到国际先进水平。代表专著“非线性光学频率变换及激光调谐技术”（科学出版社，1995）和“ 全固态激光及非线性光学频率变换技术”（科学出版社，2007），“Nonlinear Optics and Solid-State Laser , Advanced Concepts, Tuning-Fundamentals and Applications”（Springer， 2012）。近年来正在开展太赫兹波辐射的研究，承担973、863及国家自然科学基金等项目。已培养出16名博士后、112名博士生及130名硕士生。曾获国家发明二等奖，国家教委及天津科技进步二等奖（4次）、军队科技进步一等奖、中科院特等奖等。在国内外发表论文730余篇，论文曾被多国学者引用百余次。

兼任国家教育部科技委副主任；兼任武汉光电国家实验室（筹）副主任；哈尔滨工业大学“可调谐激光技术”国家重点实验室学术委员会副主任等。现任天津市科协副主席、天津市专家协会会长、天津市留学人员联谊会会长等。姚建铨是“国家级有突出贡献中青年专家”、“全国高校先进科技工作者”、“全国优秀科技工作者”及“天津市特等劳模”，享有国务院特殊津贴。

姚建铨院士与夫人 合影