亞運中國星：賦能亞運智慧出行

文 | 張景熙

浙江時空道宇科技有限公司

一、前言

2023 年10 月8 日、10 月28 日，第19 屆亞運會與第4 屆亞殘運會在杭州市先后圓滿閉幕。中國商業(yè)航天企業(yè)時空道宇以航天科技護“杭”亞運，提供高精定位、衛(wèi)星通信、遙感AI 技術(shù)支持，助力杭州亞運出行更智能。

時空道宇為服務(wù)亞運自主研發(fā)的“亞運中國星高精度車輛監(jiān)管系統(tǒng)”，自2023 年9 月3 日正式啟動至杭州亞殘運會閉幕，全天候保障近2000 輛亞運會官方指定用車出行安全。依托高精定位產(chǎn)品及服務(wù)，每一輛亞運會官方指定用車的位置信息實時、準(zhǔn)確地顯示在亞組委交通指揮中心的地圖上，實現(xiàn)車輛精準(zhǔn)管理與調(diào)度。行車路線覆蓋主辦城市杭州，以及寧波、溫州、湖州、紹興、金華5 個協(xié)辦城市，亞運期間，累計保障里程超202 萬千米。時空道宇持續(xù)保障賽時出行安全，提供穩(wěn)定、安全、不間斷的衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)，助力杭州舉辦智慧亞運、科技亞運。

二、亞運史上首顆專屬衛(wèi)星—亞運中國星

2021 年初，時空道宇啟動“吉利未來出行”星座項目，一期規(guī)劃部署72 顆衛(wèi)星，并于2022 年6 月通過“一箭九星”方式完成星座第一個軌道面部署，經(jīng)杭州亞組委及亞奧理事會授權(quán)，其中一顆衛(wèi)星被命名為“亞運中國星”（圖1），以航天科技賦能“智慧亞運”，開啟亞運會歷史上首次采用專屬衛(wèi)星賦能賽事的新篇章。

圖1 亞運中國星

亞運中國星是由時空道宇自主研制，從旗下臺州衛(wèi)星超級工廠出廠的高可靠、高性能、量產(chǎn)低軌衛(wèi)星，設(shè)計壽命5 年，軌道高度約600km，衛(wèi)星質(zhì)量約100kg。截至2023 年10 月28 日亞殘運會閉幕，“亞運中國星”穩(wěn)定在軌運行513 天，在軌運行里程約4429 萬千米，繞地球圈數(shù)1399 圈次。

三、高精定位技術(shù)解決方案服務(wù)亞運

1.亞組委車輛管理需求

杭州第19 屆亞運會組委會對亞運會官方指定用車的車輛智能管理提出如下需求：要求所有車輛位置信息實時記錄并上傳、車輛畫面實時調(diào)取、定位設(shè)備具備碰撞報警功能、定位準(zhǔn)確度達(dá)到0.5～1m。傳統(tǒng)GNSS 定位技術(shù)只能實現(xiàn)數(shù)米的定位精度，難以滿足該性能指標(biāo)要求。

浙江時空道宇科技有限公司采用衛(wèi)星導(dǎo)航實時精密單點定位技術(shù)（PPP-RTK），構(gòu)建了PPPRTK 高精定位服務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)一張覆蓋全國陸地范圍的星座地基數(shù)據(jù)站網(wǎng)，生成高精定位數(shù)據(jù)產(chǎn)品，用戶借助終端接收到改正數(shù)據(jù)，自主實現(xiàn)高精定位，定位精度可達(dá)車道級，優(yōu)于亞組委的需求。

2.GNSS 定位主要誤差源

GNSS 定位的本質(zhì)是距離測量，若要實現(xiàn)高精度定位，必須具備3 個條件：一是要知道各顆GNSS 衛(wèi)星高精度位置信息；二是要測量接收機至GNSS 衛(wèi)星的精確空間幾何距離；三是要有足夠的可見GNSS 衛(wèi)星數(shù)，滿足空間三維解算需求。

但在GNSS 真實測量中，GNSS 信號傳輸會受到各類誤差干擾，若忽略這些測距誤差將導(dǎo)致用戶端定位結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

（1）衛(wèi)星軌道誤差

由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星軌道與實際衛(wèi)星軌道之間的差異稱為衛(wèi)星軌道誤差。該誤差具有很強的空間相關(guān)性，地理區(qū)域相近的測站該誤差相近，站間差分可大幅削弱乃至消除；對于PPP-RTK 技術(shù)，該項誤差需精確改正。

（2）衛(wèi)星鐘差

雖然GNSS 衛(wèi)星搭載有高精度原子鐘，但其不可避免仍存在時間誤差，GNSS 測距實際測量的是信號傳播時延，因此時間誤差將引起測距誤差；對于PPP-RTK 技術(shù)，該項誤差需精確改正。

（3）電離層、對流層延遲誤差

GNSS 信號在傳播時受到電離層、對流層等大氣延遲作用，其真實傳播路徑發(fā)生折射并非幾何直線，而GNSS 定位需要測定站-星幾何距離，因此該誤差會嚴(yán)重影響定位精度。但大氣誤差具有很強的空間、時間相關(guān)性，地理區(qū)域相近的測站，傳輸路徑差異很小，站間差分也可以大幅削弱該類誤差影響。

（4）硬件延遲

硬件延遲主要是硬件部分對信號傳輸造成的時延，這部分誤差會影響相位模糊度整周特性，在PPP-RTK定位時需精確改正，才能實現(xiàn)模糊度固定。

通俗地講，GNSS 測量可以理解為用一把“測距尺”來丈量衛(wèi)星與測站間的直線距離，但是受限于上述各類誤差存在，這把“測距尺”并不準(zhǔn)確，直接利用無法獲得精確位置信息，必須對其進(jìn)行修正。

3.時空道宇高精定位服務(wù)解決方案

為了保證用戶定位時能實時獲取高精度“測距尺”，時空道宇針對上述制約高精度定位的各類誤差源，進(jìn)行嚴(yán)密建模，經(jīng)過數(shù)據(jù)解算后，給出了各類誤差源高精度改正數(shù)產(chǎn)品（如圖2 所示）并播發(fā)給車載用戶，用戶終端基于該產(chǎn)品對自身測量誤差進(jìn)行實時改正（如圖3 所示），進(jìn)而實時獲取高精度位置信息。

圖2 服務(wù)產(chǎn)品生成流程圖

圖3 時空道宇車載終端高精度定位示意圖

高精度定位技術(shù)方案包含以下幾個方面。

1）框架站網(wǎng)。生成精密衛(wèi)星軌道/鐘差，碼偏差產(chǎn)品，相位硬件延遲產(chǎn)品。

2）區(qū)域大氣建模站網(wǎng)。主要用于生成區(qū)域?qū)α鲗?、區(qū)域電離層產(chǎn)品；時空道宇在亞運城市周邊布設(shè)20 個大氣建模站點。經(jīng)過監(jiān)測評估，該站網(wǎng)分布可保證該區(qū)域PPP-RTK 服務(wù)大氣產(chǎn)品精度優(yōu)于10cm。

3）終端設(shè)備。時空道宇高精定位終端，1 個：實時采集GNSS 觀測值；支持BDS（B1I/B2a）/GPS（L1/L5）/GALILEO（E1/E5a）；行車記錄儀，1 個：搭載時空道宇PPP-RTK 服務(wù)SDK、端算法進(jìn)行實時定位解算，并將定位結(jié)果反饋至亞運會官方用車車輛監(jiān)控系統(tǒng)；終端設(shè)備選用時空道宇高精定位終端作為GNSS 數(shù)據(jù)采集端，利用行車記錄儀搭載時空道宇自研終端PPP-RTK 算法進(jìn)行高精度定位解算，并將結(jié)果反饋至亞運交通指揮中心。

四、保障亞運車輛出行安全

1.系統(tǒng)開發(fā)測試

2023 年3 月，時空道宇完成了亞運中國星高精度車輛監(jiān)管系統(tǒng)的研發(fā)工作。35 天內(nèi)，完成該系統(tǒng)車輛監(jiān)管功能的穩(wěn)定性、可靠性測試，測試結(jié)果顯示系統(tǒng)運行正常，充分滿足亞運會官方指定用車監(jiān)管需求。

系統(tǒng)基于高精定位技術(shù)，依托高精定位服務(wù)產(chǎn)品、智能終端，以及高精度車輛監(jiān)管平臺，為亞組委提供完整的亞運會官方指定用車一站式車輛管理與調(diào)度系統(tǒng)解決方案（圖4）。

圖4 時空道宇亞運中國星高精度車輛監(jiān)管系統(tǒng)

2.上車安裝與賽前演練

7 月中旬，時空道宇開啟高精定位產(chǎn)品大批量上車安裝計劃。近2000 輛亞運會官方指定用車分散在杭州、臺州、寧波、貴陽4 個城市，涉及吉利旗下9 個不同汽車品牌的13 個汽車型號，針對不同車型采取不同的安裝方式，充分保障了設(shè)備的性能運行穩(wěn)定性（圖5）。

圖5 時空道宇車規(guī)級高精度融合定位終端——漣漪智行

賽前，時空道宇配合亞組委指揮中心和杭州交警，進(jìn)行了多次亞運會全要素演練，全部335輛測試車定位信息實時在線。在模擬定位設(shè)備出現(xiàn)問題的情形時，時空道宇亞運會保障工作小組可在1 小時內(nèi)快速響應(yīng)，前往故障點，完成設(shè)備檢修或更換。

3.提供穩(wěn)定、實時、精確車輛位置服務(wù)

9 月3 日，所有亞運會官方指定用車正式交付。比賽期間，亞運會官方指定用車運行于杭州及5 個協(xié)辦城市，穿梭于56 個場館之間，涉及到城市道路、隧道、高速、森林道路等不同路況。

每日7 點至22 點為重點保障時間段，時空道宇亞運會保障工作小組日常工作包括確保車輛定位設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、云服務(wù)器、軟件平臺、數(shù)據(jù)鏈路正常工作，7×24 小時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)異常。與亞運車輛調(diào)度小組協(xié)作，每日對相關(guān)車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)信息巡檢，確保車載設(shè)備工作正常；與亞運車輛管理小組、保險小組協(xié)作，記錄每日車輛行駛里程數(shù)、軌跡圖等信息，確保每一輛車的出行安全有保障。

4.克服網(wǎng)絡(luò)擁塞，穩(wěn)定保障重點行程、核心場景

9 月23 日亞運會開幕式現(xiàn)場，由于主場館人流量大，可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞影響數(shù)據(jù)上傳的時效性。時空道宇高精定位服務(wù)采用互聯(lián)網(wǎng)分布式服務(wù)器方案，設(shè)置主服務(wù)器+備份服務(wù)器，確保服務(wù)穩(wěn)定性和可靠性。此外，通過對高精定位設(shè)備所用流量卡設(shè)置QoS 保障方案，車輛位置信息數(shù)據(jù)均及時上傳平臺。23 日當(dāng)晚，所有服務(wù)中的亞運會官方指定用車位置信息均實時在線，順利完成開幕式出行保障任務(wù)。

9 月24 日，在保障重要來賓的行程任務(wù)中，車輛行駛路線涉及多個隧道，而長隧道出口容易丟失定位數(shù)據(jù)，依托時空道宇高精定位服務(wù)，通過提高設(shè)備定位數(shù)據(jù)上傳頻率，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)，保證車輛定位數(shù)據(jù)實時上報，精準(zhǔn)同步。當(dāng)日，該車輛位置信息實時在線，定位信息未發(fā)生漂移，車輛行駛周圍情況實時可查看，行程變化調(diào)整實時同步，保障來賓在既定時間內(nèi)抵達(dá)目的地，實現(xiàn)智能、安全出行。

五、結(jié)語

時空道宇是國內(nèi)首家同時擁有自研低軌衛(wèi)星系統(tǒng)與地基網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)航天企業(yè)。依托自有“吉利未來出行”星座及星座地基數(shù)據(jù)站網(wǎng)構(gòu)建的智能時空底座，結(jié)合自研高精度定位產(chǎn)品，研發(fā)的一整套車輛監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，融合時空道宇高精定位服務(wù)，定位精度可達(dá)車道級，在杭州第19屆亞運會為亞運會官方指定用車提供了實時、可靠、精準(zhǔn)的位置服務(wù)，滿足亞組委對車輛定位準(zhǔn)確度的需求，保障了杭州亞運會官方指定用車的智慧出行。