北斗系統(tǒng)在智能交通中的應(yīng)用與發(fā)展

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

劉經(jīng)南，1943年7月出生于重慶。大地測(cè)量與衛(wèi)星導(dǎo)航專(zhuān)家，北斗/GNSS（Global Navigation Satellite System）技術(shù)應(yīng)用和工程領(lǐng)域?qū)＜?，中?guó)工程院院士。曾任武漢大學(xué)校長(zhǎng)，現(xiàn)任昆山杜克大學(xué)校長(zhǎng)、國(guó)家全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任、中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)常務(wù)理事、國(guó)際“GPS WORLD”雜志編委等職務(wù)。長(zhǎng)期從事大地測(cè)量理論及應(yīng)用研究與教學(xué)工作，在大地測(cè)量坐標(biāo)系理論、軟件開(kāi)發(fā)和重大工程應(yīng)用方面成就顯著，特別是在G P S技術(shù)應(yīng)用和工程領(lǐng)域卓有建樹(shù)。先后獲得5次國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，多次省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)和1次原國(guó)家教委教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。還曾獲得中國(guó)科協(xié)“全國(guó)先進(jìn)科技工作者”等多項(xiàng)榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

“北斗”最近的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

中國(guó)人正在建設(shè)“北斗3號(hào)”全球定位系統(tǒng)。2018年年底含19顆新的“北斗3號(hào)”系統(tǒng)基本建成，意味著可以服務(wù)全球了，但主要是滿(mǎn)足“一帶一路”的需求，目前已經(jīng)發(fā)射了21顆，還將發(fā)射9顆，2020年將提供包括全球搜救功能的定位導(dǎo)航服務(wù)。第一代是驗(yàn)證系統(tǒng)，第二代是區(qū)域系統(tǒng)，第三代是全球系統(tǒng)，全球系統(tǒng)有30顆衛(wèi)星，有3顆GEO衛(wèi)星，有3顆IGSO衛(wèi)星，還有24顆全球跑的衛(wèi)星。

“北斗3號(hào)”有它的優(yōu)勢(shì)：它是全球首個(gè)融導(dǎo)航與通信于一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有雙向短報(bào)文通信功能，可向中國(guó)及周邊提供1000個(gè)漢字短消息服務(wù)，用戶(hù)數(shù)擴(kuò)大到千萬(wàn)戶(hù)級(jí)，可以在很多方面應(yīng)用，包括戰(zhàn)場(chǎng)指揮、交通系統(tǒng)指揮、緊急搜救等。全球首個(gè)全系統(tǒng)星座，所有衛(wèi)星都具有三頻偽距和三頻相位觀(guān)測(cè)值，這個(gè)數(shù)據(jù)能力是目前最強(qiáng)的，同時(shí)也是全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間可以互相測(cè)距、互相通信的星座，比GPS提前5～10年實(shí)現(xiàn)，不需要地面支持就可以存活90天以上的一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，它是全球唯一的能夠把全球星座和區(qū)域星座融合為一體的導(dǎo)航系統(tǒng)，提供亞太地區(qū)、甚至全球的單點(diǎn)高精度定位。任意一臺(tái)接收機(jī)在任意一個(gè)地方可以達(dá)到米級(jí)乃至分米級(jí)水平的定位精度，這個(gè)目前是我們國(guó)家最早實(shí)現(xiàn)的。能夠確保全球用戶(hù)的標(biāo)準(zhǔn)精度服務(wù)，“北斗”承諾是5米，已經(jīng)公布了。

目前“北斗”產(chǎn)業(yè)發(fā)展得很快，2018年總產(chǎn)值達(dá)到了3000多億元，2018年“北斗”對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)核心貢獻(xiàn)率達(dá)到了80%。預(yù)計(jì)今年總產(chǎn)值要超過(guò)4千億元。

到2019年4月，國(guó)內(nèi)有620萬(wàn)輛運(yùn)營(yíng)車(chē)、3萬(wàn)輛郵政和快遞車(chē)輛，36個(gè)城市的約8萬(wàn)輛公交車(chē)、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施，都應(yīng)用了“北斗”系統(tǒng)，目前已經(jīng)成為全球最大的運(yùn)營(yíng)車(chē)輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

未來(lái)的發(fā)展，時(shí)間位置和空間位置的精準(zhǔn)可信度，是當(dāng)代強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)?！氨倍贰毕到y(tǒng)正是可以提供這種準(zhǔn)確的時(shí)間、準(zhǔn)確的空間位置，服務(wù)于各行各業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。這個(gè)設(shè)施叫做關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，不能依賴(lài)西方相對(duì)成熟的導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)，像金融、航空、電力、高鐵、國(guó)防等，要把時(shí)間和空間的基準(zhǔn)控制權(quán)和信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化發(fā)展主導(dǎo)權(quán)牢牢掌握在自己手中。

“北斗”提出一個(gè)口號(hào)——“天上的系統(tǒng)要好用，地上為大家服務(wù)的系統(tǒng)要用好”，這個(gè)就是我們的宗旨。但是單靠“北斗”GPS提出的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，不能滿(mǎn)足很多高精度導(dǎo)航的需求，特別是L3以上的L4和L5，將來(lái)的智能汽車(chē)和無(wú)人汽車(chē)的需求。國(guó)際上G N S S標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，“北斗”、GPS、歐洲的“伽利略”統(tǒng)稱(chēng)為G N S S，國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)是10米，不能滿(mǎn)足高精度的需要，也不能滿(mǎn)足無(wú)人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的一些需求，有的需求要達(dá)到米級(jí)、分米級(jí)和厘米級(jí)。要想達(dá)到可靠的、可信的定位，就要有一種新的地面支持系統(tǒng)，“北斗”增強(qiáng)系統(tǒng)或者其他的GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)等，來(lái)提高定位精度和授時(shí)精度?，F(xiàn)在定位精度可以達(dá)到1厘米，事后可以達(dá)到1毫米，授時(shí)精度實(shí)時(shí)可以達(dá)到1納秒?，F(xiàn)在5G大概10微秒左右，所以我認(rèn)為“北斗”和5G結(jié)合，可以將5G提高到更高的水平，不是延時(shí)一個(gè)微秒，而是可以到納秒級(jí)水平。

地基增強(qiáng)系統(tǒng)已經(jīng)鋪設(shè)完畢了，兵器工業(yè)公司和阿里巴巴組成千尋公司，目前可以滿(mǎn)足分米級(jí)的服務(wù)，部分地區(qū)可以滿(mǎn)足厘米級(jí)的服務(wù)。還有通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的增強(qiáng)系統(tǒng)，像美國(guó)的WAAS、俄羅斯的SDCM、歐洲的EGNOS以及日本的MSAS系統(tǒng)，都是可以達(dá)到分米級(jí)的。

現(xiàn)在發(fā)展更快的，是為了滿(mǎn)足通信和汽車(chē)導(dǎo)航、無(wú)人駕駛的需求，發(fā)展的一種低軌衛(wèi)星。衛(wèi)星的高度大概是幾百到一千公里，八九十分鐘繞地球一圈，非?？臁Ｒ?yàn)檐壍栏?，所以能夠更好地獲得發(fā)射功率，有更快的視角速度，就可以保證衛(wèi)星的幾何結(jié)構(gòu)更好，定位精度更高。而且因?yàn)樾盘?hào)強(qiáng)、衛(wèi)星多，所以可以保證不受遮擋、不受生命隱蔽區(qū)信號(hào)減弱的影響，并且建設(shè)成本低、啟動(dòng)速度快。中國(guó)“鴻雁”、中國(guó)空間技術(shù)研究院，要發(fā)射324顆軌道高度1100千米小衛(wèi)星的星座，還有“微厘空間”、北京未來(lái)導(dǎo)航科技有限公司，計(jì)劃發(fā)射120顆主要以增強(qiáng)GNSS信號(hào)的低軌衛(wèi)星星座，當(dāng)然也具有通信功能。

將來(lái)進(jìn)一步的發(fā)展，要把天、地和通信，就是通、導(dǎo)、遙感結(jié)合起來(lái)，因?yàn)榈蛙壭l(wèi)星對(duì)地面的遙感也可以實(shí)時(shí)輔助將來(lái)的自動(dòng)駕駛、無(wú)人駕駛的高精度地圖的實(shí)時(shí)更新，這就是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

“北斗”已建立起其相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈，北斗產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，已構(gòu)建起集芯片、模塊、板卡、軟件、終端和運(yùn)營(yíng)服務(wù)為一體的北斗產(chǎn)業(yè)鏈?；A(chǔ)構(gòu)件，射頻芯片、基帶芯片、芯片算法及模塊集成。

北斗在智能交通中的應(yīng)用

交通最重要的就是安全，中國(guó)的安全形勢(shì)是比較差的，20世紀(jì)最初10年，每年交通事故的死亡率很高，根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，2010年就有27萬(wàn)人的死亡人數(shù)。

目前“北斗”可以提供車(chē)輛主動(dòng)安全位置服務(wù)，在平面交叉口和快速路出入口，由于車(chē)速和行車(chē)軌跡變化引起交通沖突頻繁，是城市道路交通事故的集中區(qū)域。惡性事故多集中于交通信息環(huán)境復(fù)雜或環(huán)境突變的事故隱患位置。管理部門(mén)級(jí)道路使用者面對(duì)道路交通突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力不足。定位的問(wèn)題不足，現(xiàn)在通過(guò)“北斗”可以改善，信息發(fā)布的問(wèn)題，通過(guò)5G可以改善，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題，也可以通過(guò)5G這些問(wèn)題改善，還有安全模型，我們也在迭代進(jìn)行改善，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全。

另外一個(gè)應(yīng)用U B I保險(xiǎn)，基于用戶(hù)行為的保險(xiǎn)。我認(rèn)為將來(lái)無(wú)人車(chē)、智能駕駛車(chē)最重要的一點(diǎn)是保險(xiǎn)，所以一定要用保險(xiǎn)來(lái)推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展。現(xiàn)在的車(chē)險(xiǎn)我們總結(jié)有三大亂，一個(gè)是售前亂即銷(xiāo)售體系亂，一個(gè)是售中亂即價(jià)格亂，一個(gè)是售后亂即理賠、增值服務(wù)亂，騙保特別多，造成我們國(guó)家的車(chē)險(xiǎn)規(guī)模雖然很大，但是虧損，基于U B I“北斗”服務(wù)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。我這里提出一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，我們?cè)谝恍┰菏坑懻摃?huì)上說(shuō)，首先是不管發(fā)生什么事情先理賠，理賠以后再各算各的賬，這是保證用戶(hù)的利益至上，U B I也是以用戶(hù)利益至上的車(chē)險(xiǎn)行為，現(xiàn)在美國(guó)等很多國(guó)家都在開(kāi)展，就是說(shuō)保險(xiǎn)從車(chē)因子，向從人因子和人車(chē)結(jié)合的因子建立一種新的保險(xiǎn)的體系，對(duì)現(xiàn)有的保險(xiǎn)格局是個(gè)沖擊，還有一定的阻力待推進(jìn)。

我們?cè)谏弦粋€(gè)保險(xiǎn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上做了一個(gè)智能后視鏡，完全可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)的，可以監(jiān)測(cè)車(chē)險(xiǎn)的事故，在碰撞發(fā)生的10秒鐘之內(nèi)，10秒之前的所有行車(chē)記錄，包括碰撞的程度，都自動(dòng)發(fā)送到兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是公安系統(tǒng)、另一個(gè)是保險(xiǎn)系統(tǒng)，公安系統(tǒng)定責(zé)、保險(xiǎn)系統(tǒng)網(wǎng)上定損，把這些信息再返回給雙方的用戶(hù)，只要沒(méi)有傷人和死人的事件，公安人員和保險(xiǎn)人員就不到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)在寧波作為保險(xiǎn)示范區(qū)，有二三十萬(wàn)輛汽車(chē)裝了，而且產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，不僅對(duì)保險(xiǎn)有好處，而且對(duì)管理交通控制提升了一個(gè)水平。

另外，關(guān)于自動(dòng)駕駛。目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)自動(dòng)駕駛將來(lái)的一些要求，比如道路引導(dǎo)，現(xiàn)在大家用的6～10米就夠了，交通管理和控制應(yīng)該在1米左右，輔助駕駛或者自主駕駛定位的精度應(yīng)該在5厘米左右，每秒鐘速度的精度也應(yīng)該是5厘米左右，才能夠保證避障和各種緊急情況的需求。無(wú)人駕駛在我們國(guó)內(nèi)試了很多年，2007年的時(shí)候武漢大學(xué)以40公里的速度在馬路上跑了幾十公里，獲得了大學(xué)比賽的第一名、全國(guó)第二名，全國(guó)第一名是中科院自動(dòng)控制所。

自動(dòng)駕駛對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求是非常苛刻的，需要高精度的實(shí)時(shí)定位，高速與高精度的道路地圖必須高度匹配，自動(dòng)駕駛高精度地圖作為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)自動(dòng)駕駛關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，我們認(rèn)為滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛高精度地圖是基礎(chǔ)設(shè)施，也是交通資源全時(shí)空實(shí)時(shí)感知的載體和交通工具全過(guò)程運(yùn)行管控的基礎(chǔ)。

高精度地圖的絕對(duì)坐標(biāo)，由于在地球坐標(biāo)下應(yīng)該是優(yōu)于一個(gè)分米，包含道路和車(chē)道的形狀類(lèi)型，道路的屬性和周邊交通環(huán)境要素的動(dòng)靜態(tài)信息，實(shí)時(shí)交通及其障礙物的半動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)信息在內(nèi)，能夠以云端、汽車(chē)端、交通的云協(xié)同和物聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)信息處理，輔助實(shí)現(xiàn)車(chē)道級(jí)定位導(dǎo)航的規(guī)劃，具有輔助規(guī)劃車(chē)道級(jí)導(dǎo)航規(guī)劃，具備自主智能控制功能，就是地圖有控制功能。

我們說(shuō)過(guò)去的地圖理論里面地圖只有三大功能，第一個(gè)是認(rèn)知，要認(rèn)識(shí)地物地貌，別人看得懂，根據(jù)圖還可以討論問(wèn)題；第二個(gè)是交流；第三個(gè)是輔助設(shè)計(jì)、輔助規(guī)劃、輔助打仗、輔助的工程設(shè)計(jì)，都是基于輔助定位的?，F(xiàn)在用于智能交通、無(wú)人駕駛的地圖，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)功能，就是控制功能，比如坡度的速度，你到了這個(gè)位置，車(chē)子以怎么樣的速度延緩，彎道的數(shù)據(jù)，這些都要讓機(jī)器能夠讀懂，使得你的速度能夠自動(dòng)降下來(lái)、無(wú)人控制。還有車(chē)道線(xiàn)的信息，就相當(dāng)于鐵路的鐵軌，車(chē)子在車(chē)道規(guī)定中不能逾越兩個(gè)車(chē)道線(xiàn)，就是控制線(xiàn)，所以現(xiàn)在的高精度地圖一定要達(dá)到對(duì)交通的控制功能。

高精度地圖也有分類(lèi)的，有的剛開(kāi)始搞無(wú)人駕駛的時(shí)候，有些專(zhuān)家有不同的觀(guān)點(diǎn)，但是我們的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，地圖是非要不可的，而且有不同的類(lèi)型，高精度地圖有車(chē)載型的，適用于無(wú)人駕駛、自動(dòng)駕駛的，還有管理中心的高精度地圖、機(jī)器人的高精度地圖、云端的高精度地圖，這幾個(gè)地圖有不同的功能，還要互相協(xié)同。

特別是高精度地圖的實(shí)時(shí)性——怎么獲取這種信息，靠地圖商是不能完全解決的，只有用眾包的方式，恰恰能夠幫助地圖商和我們的汽車(chē)制造商來(lái)解決高精度地圖數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新問(wèn)題，這樣能帶來(lái)地圖準(zhǔn)確度的提升和滿(mǎn)足需要。

因?yàn)榈缆返那ё內(nèi)f化，一定要主動(dòng)地告訴用戶(hù)，所以地圖的實(shí)時(shí)需求就出來(lái)了，對(duì)你來(lái)說(shuō)是還沒(méi)發(fā)生的事情，但是對(duì)當(dāng)事者來(lái)說(shuō)已經(jīng)發(fā)生了，他把信息就發(fā)布出去了，因?yàn)楝F(xiàn)在的智能汽車(chē)就等于我們現(xiàn)在正在用的一個(gè)高精度無(wú)人測(cè)繪車(chē)，無(wú)人測(cè)繪車(chē)的目的就是地圖，所以只要把這種地圖公布出來(lái)，通過(guò)云端的綜合協(xié)同，再發(fā)布給每一個(gè)車(chē)輛，更新每一個(gè)車(chē)輛的地圖就變成實(shí)時(shí)地圖了，所以實(shí)時(shí)地圖未來(lái)是很重要的。算法等一些技術(shù)要求，分了基礎(chǔ)版、低配版、中配版、高配版。

還有共享單車(chē)，現(xiàn)在用的很多，我們?cè)谖錆h市已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種分米級(jí)，甚至于一般的地區(qū)可以實(shí)現(xiàn)分米級(jí)，甚至隱蔽地區(qū)，樹(shù)底下這些地方可以達(dá)到兩三分米的高精度裝置，讓共享單車(chē)在規(guī)定的地點(diǎn)，停在電子圍欄里，否則繼續(xù)計(jì)費(fèi)，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始試點(diǎn)，在武漢市政府的支持下在推廣。

綜合交通的智能化

最后講一點(diǎn)綜合交通，我們的公路交通是綜合交通很重要的部分，要實(shí)現(xiàn)綜合交通最后的對(duì)接和整個(gè)綜合交通的智能化。

國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)最重要的還是三大問(wèn)題，安全、緩解擁堵、智能聯(lián)運(yùn)，美國(guó)提出了2015—2019明確將智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)和自動(dòng)化作為兩大主題發(fā)展目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，我們中國(guó)也在以“北斗”服務(wù)作為智能交通提供服務(wù)的關(guān)鍵核心的數(shù)據(jù)和服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。

我們的目的是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+空天信息+智能交通，實(shí)現(xiàn)交通資源的全時(shí)空動(dòng)態(tài)感知和交通工具的全過(guò)程運(yùn)行管控，這就是所謂智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)混合在一起最后要達(dá)到的目標(biāo)。

要實(shí)現(xiàn)泛在，泛在就是無(wú)時(shí)不在、無(wú)處不在，就是時(shí)間和空間隨動(dòng)，就是按照用戶(hù)的需求，按需個(gè)性化的公共信息服務(wù)，而且是自主可信的安全體系，要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)警、被動(dòng)保護(hù)、快速應(yīng)急的安全保障體系。資源協(xié)同和信息共享的交通體系，達(dá)到這樣一個(gè)目標(biāo)。同時(shí)也是資源節(jié)約、環(huán)境友好的規(guī)劃、運(yùn)行、管理的綜合運(yùn)輸體系。運(yùn)載工具就要實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、舒適化、信息化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。

現(xiàn)在的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)有一種觀(guān)點(diǎn)，自主式的汽車(chē)方案，不需要網(wǎng)聯(lián)，他們認(rèn)為車(chē)輛有這么多傳感器了，自己就可以無(wú)人駕駛、自動(dòng)駕駛了。提出網(wǎng)聯(lián)式汽車(chē)方案，通過(guò)車(chē)和車(chē)以及車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施通信實(shí)現(xiàn)感知、決策和控制。我們認(rèn)為這兩種方案，A V的方案和C V的方案結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)真正的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)方案，這樣才能構(gòu)建高性能、高可靠、高安全、低成本的融合方案。

我們希望通過(guò)5G和“北斗”的融合來(lái)提供實(shí)現(xiàn)中國(guó)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展，我們把它總結(jié)為兩句話(huà)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)有兩個(gè)網(wǎng)、有兩個(gè)中心、有兩個(gè)全面的感知和控制，所以?xún)删W(wǎng)、兩中心、兩全感控，這是我們提了十幾年的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的口號(hào)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的名字，我們說(shuō)車(chē)聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)聯(lián)車(chē)，一個(gè)是車(chē)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，車(chē)內(nèi)要建立高速的物聯(lián)網(wǎng)，把各種車(chē)況搞得非常清楚，還有道路與環(huán)境的環(huán)境網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)中心，車(chē)內(nèi)的計(jì)算中心、道路與環(huán)境的云控制中心，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。