北斗系統在智能交通中的應用與發展

專家簡介：

劉經南，1943年7月出生于重慶。大地測量與衛星導航專家，北斗/GNSS（Global Navigation Satellite System）技術應用和工程領域專家，中國工程院院士。曾任武漢大學校長，現任昆山杜克大學校長、國家全球衛星定位系統工程技術研究中心主任、中國測繪學會常務理事、國際“GPS WORLD”雜志編委等職務。長期從事大地測量理論及應用研究與教學工作，在大地測量坐標系理論、軟件開發和重大工程應用方面成就顯著，特別是在G P S技術應用和工程領域卓有建樹。先后獲得5次國家科技進步獎，多次省部級科技進步獎和1次原國家教委教學成果獎一等獎。還曾獲得中國科協“全國先進科技工作者”等多項榮譽稱號。

“北斗”最近的發展狀態

中國人正在建設“北斗3號”全球定位系統。2018年年底含19顆新的“北斗3號”系統基本建成，意味著可以服務全球了，但主要是滿足“一帶一路”的需求，目前已經發射了21顆，還將發射9顆，2020年將提供包括全球搜救功能的定位導航服務。第一代是驗證系統，第二代是區域系統，第三代是全球系統，全球系統有30顆衛星，有3顆GEO衛星，有3顆IGSO衛星，還有24顆全球跑的衛星。

“北斗3號”有它的優勢：它是全球首個融導航與通信于一體的衛星導航系統，具有雙向短報文通信功能，可向中國及周邊提供1000個漢字短消息服務，用戶數擴大到千萬戶級，可以在很多方面應用，包括戰場指揮、交通系統指揮、緊急搜救等。全球首個全系統星座，所有衛星都具有三頻偽距和三頻相位觀測值，這個數據能力是目前最強的，同時也是全球首個實現衛星之間可以互相測距、互相通信的星座，比GPS提前5～10年實現，不需要地面支持就可以存活90天以上的一個衛星系統。

另一個優勢，它是全球唯一的能夠把全球星座和區域星座融合為一體的導航系統，提供亞太地區、甚至全球的單點高精度定位。任意一臺接收機在任意一個地方可以達到米級乃至分米級水平的定位精度，這個目前是我們國家最早實現的。能夠確保全球用戶的標準精度服務，“北斗”承諾是5米，已經公布了。

目前“北斗”產業發展得很快，2018年總產值達到了3000多億元，2018年“北斗”對導航產業核心貢獻率達到了80%。預計今年總產值要超過4千億元。

到2019年4月，國內有620萬輛運營車、3萬輛郵政和快遞車輛，36個城市的約8萬輛公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施，都應用了“北斗”系統，目前已經成為全球最大的運營車輛動態監控系統。

未來的發展，時間位置和空間位置的精準可信度，是當代強國戰略一個競爭的焦點。“北斗”系統正是可以提供這種準確的時間、準確的空間位置，服務于各行各業的基礎設施。這個設施叫做關鍵基礎設施，不能依賴西方相對成熟的導航定位授時服務，像金融、航空、電力、高鐵、國防等，要把時間和空間的基準控制權和信息化、標準化、智能化發展主導權牢牢掌握在自己手中。

“北斗”提出一個口號——“天上的系統要好用，地上為大家服務的系統要用好”，這個就是我們的宗旨。但是單靠“北斗”GPS提出的標準服務，不能滿足很多高精度導航的需求，特別是L3以上的L4和L5，將來的智能汽車和無人汽車的需求。國際上G N S S標準服務，“北斗”、GPS、歐洲的“伽利略”統稱為G N S S，國際的標準是10米，不能滿足高精度的需要，也不能滿足無人駕駛、物聯網、互聯網的一些需求，有的需求要達到米級、分米級和厘米級。要想達到可靠的、可信的定位，就要有一種新的地面支持系統，“北斗”增強系統或者其他的GPS的增強系統等，來提高定位精度和授時精度。現在定位精度可以達到1厘米，事后可以達到1毫米，授時精度實時可以達到1納秒。現在5G大概10微秒左右，所以我認為“北斗”和5G結合，可以將5G提高到更高的水平，不是延時一個微秒，而是可以到納秒級水平。

地基增強系統已經鋪設完畢了，兵器工業公司和阿里巴巴組成千尋公司，目前可以滿足分米級的服務，部分地區可以滿足厘米級的服務。還有通過衛星發射信號的增強系統，像美國的WAAS、俄羅斯的SDCM、歐洲的EGNOS以及日本的MSAS系統，都是可以達到分米級的。

現在發展更快的，是為了滿足通信和汽車導航、無人駕駛的需求，發展的一種低軌衛星。衛星的高度大概是幾百到一千公里，八九十分鐘繞地球一圈，非常快。因為軌道更低，所以能夠更好地獲得發射功率，有更快的視角速度，就可以保證衛星的幾何結構更好，定位精度更高。而且因為信號強、衛星多，所以可以保證不受遮擋、不受生命隱蔽區信號減弱的影響，并且建設成本低、啟動速度快。中國“鴻雁”、中國空間技術研究院，要發射324顆軌道高度1100千米小衛星的星座，還有“微厘空間”、北京未來導航科技有限公司，計劃發射120顆主要以增強GNSS信號的低軌衛星星座，當然也具有通信功能。

將來進一步的發展，要把天、地和通信，就是通、導、遙感結合起來，因為低軌衛星對地面的遙感也可以實時輔助將來的自動駕駛、無人駕駛的高精度地圖的實時更新，這就是未來的發展趨勢。

“北斗”已建立起其相應的產業鏈，北斗產業初具規模，已構建起集芯片、模塊、板卡、軟件、終端和運營服務為一體的北斗產業鏈。基礎構件，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用

交通最重要的就是安全，中國的安全形勢是比較差的，20世紀最初10年，每年交通事故的死亡率很高，根據世界衛生組織的統計，2010年就有27萬人的死亡人數。

目前“北斗”可以提供車輛主動安全位置服務，在平面交叉口和快速路出入口，由于車速和行車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域。惡性事故多集中于交通信息環境復雜或環境突變的事故隱患位置。管理部門級道路使用者面對道路交通突發事件的應對能力不足。定位的問題不足，現在通過“北斗”可以改善，信息發布的問題，通過5G可以改善，數據傳輸的問題，也可以通過5G這些問題改善，還有安全模型，我們也在迭代進行改善，可以實現主動安全。

另外一個應用U B I保險，基于用戶行為的保險。我認為將來無人車、智能駕駛車最重要的一點是保險，所以一定要用保險來推動智能網聯汽車的發展。現在的車險我們總結有三大亂，一個是售前亂即銷售體系亂，一個是售中亂即價格亂，一個是售后亂即理賠、增值服務亂，騙保特別多，造成我們國家的車險規模雖然很大，但是虧損，基于U B I“北斗”服務就可以解決這個問題。我這里提出一個觀點，我們在一些院士討論會上說，首先是不管發生什么事情先理賠，理賠以后再各算各的賬，這是保證用戶的利益至上，U B I也是以用戶利益至上的車險行為，現在美國等很多國家都在開展，就是說保險從車因子，向從人因子和人車結合的因子建立一種新的保險的體系，對現有的保險格局是個沖擊，還有一定的阻力待推進。

我們在上一個保險問題的基礎上做了一個智能后視鏡，完全可以進行人機對話的，可以監測車險的事故，在碰撞發生的10秒鐘之內，10秒之前的所有行車記錄，包括碰撞的程度，都自動發送到兩個系統，一個是公安系統、另一個是保險系統，公安系統定責、保險系統網上定損，把這些信息再返回給雙方的用戶，只要沒有傷人和死人的事件，公安人員和保險人員就不到現場，現在已經在寧波作為保險示范區，有二三十萬輛汽車裝了，而且產生了大量的數據，不僅對保險有好處，而且對管理交通控制提升了一個水平。

另外，關于自動駕駛。目前國際標準中對自動駕駛將來的一些要求，比如道路引導，現在大家用的6～10米就夠了，交通管理和控制應該在1米左右，輔助駕駛或者自主駕駛定位的精度應該在5厘米左右，每秒鐘速度的精度也應該是5厘米左右，才能夠保證避障和各種緊急情況的需求。無人駕駛在我們國內試了很多年，2007年的時候武漢大學以40公里的速度在馬路上跑了幾十公里，獲得了大學比賽的第一名、全國第二名，全國第一名是中科院自動控制所。

自動駕駛對安全性和穩定性要求是非常苛刻的，需要高精度的實時定位，高速與高精度的道路地圖必須高度匹配，自動駕駛高精度地圖作為實現汽車自動駕駛關鍵基礎設施，我們認為滿足自動駕駛高精度地圖是基礎設施，也是交通資源全時空實時感知的載體和交通工具全過程運行管控的基礎。

高精度地圖的絕對坐標，由于在地球坐標下應該是優于一個分米，包含道路和車道的形狀類型，道路的屬性和周邊交通環境要素的動靜態信息，實時交通及其障礙物的半動態、動態信息在內，能夠以云端、汽車端、交通的云協同和物聯網的方式實現信息處理，輔助實現車道級定位導航的規劃，具有輔助規劃車道級導航規劃，具備自主智能控制功能，就是地圖有控制功能。

我們說過去的地圖理論里面地圖只有三大功能，第一個是認知，要認識地物地貌，別人看得懂，根據圖還可以討論問題；第二個是交流；第三個是輔助設計、輔助規劃、輔助打仗、輔助的工程設計，都是基于輔助定位的。現在用于智能交通、無人駕駛的地圖，我們增加了一個功能，就是控制功能，比如坡度的速度，你到了這個位置，車子以怎么樣的速度延緩，彎道的數據，這些都要讓機器能夠讀懂，使得你的速度能夠自動降下來、無人控制。還有車道線的信息，就相當于鐵路的鐵軌，車子在車道規定中不能逾越兩個車道線，就是控制線，所以現在的高精度地圖一定要達到對交通的控制功能。

高精度地圖也有分類的，有的剛開始搞無人駕駛的時候，有些專家有不同的觀點，但是我們的觀點來說，地圖是非要不可的，而且有不同的類型，高精度地圖有車載型的，適用于無人駕駛、自動駕駛的，還有管理中心的高精度地圖、機器人的高精度地圖、云端的高精度地圖，這幾個地圖有不同的功能，還要互相協同。

特別是高精度地圖的實時性——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制造商來解決高精度地圖數據的實時更新問題，這樣能帶來地圖準確度的提升和滿足需要。

因為道路的千變萬化，一定要主動地告訴用戶，所以地圖的實時需求就出來了，對你來說是還沒發生的事情，但是對當事者來說已經發生了，他把信息就發布出去了，因為現在的智能汽車就等于我們現在正在用的一個高精度無人測繪車，無人測繪車的目的就是地圖，所以只要把這種地圖公布出來，通過云端的綜合協同，再發布給每一個車輛，更新每一個車輛的地圖就變成實時地圖了，所以實時地圖未來是很重要的。算法等一些技術要求，分了基礎版、低配版、中配版、高配版。

還有共享單車，現在用的很多，我們在武漢市已經開發了一種分米級，甚至于一般的地區可以實現分米級，甚至隱蔽地區，樹底下這些地方可以達到兩三分米的高精度裝置，讓共享單車在規定的地點，停在電子圍欄里，否則繼續計費，現在已經開始試點，在武漢市政府的支持下在推廣。

綜合交通的智能化

最后講一點綜合交通，我們的公路交通是綜合交通很重要的部分，要實現綜合交通最后的對接和整個綜合交通的智能化。

國際發展趨勢最重要的還是三大問題，安全、緩解擁堵、智能聯運，美國提出了2015—2019明確將智能網聯車和自動化作為兩大主題發展目標，實現互聯，我們中國也在以“北斗”服務作為智能交通提供服務的關鍵核心的數據和服務的基礎設施。

我們的目的是通過互聯網+空天信息+智能交通，實現交通資源的全時空動態感知和交通工具的全過程運行管控，這就是所謂智能網聯汽車和車聯網兩個混合在一起最后要達到的目標。

要實現泛在，泛在就是無時不在、無處不在，就是時間和空間隨動，就是按照用戶的需求，按需個性化的公共信息服務，而且是自主可信的安全體系，要實現主動預警、被動保護、快速應急的安全保障體系。資源協同和信息共享的交通體系，達到這樣一個目標。同時也是資源節約、環境友好的規劃、運行、管理的綜合運輸體系。運載工具就要實現個性化、舒適化、信息化、智能化、網聯化、共享化。

現在的智能網聯汽車有一種觀點，自主式的汽車方案，不需要網聯，他們認為車輛有這么多傳感器了，自己就可以無人駕駛、自動駕駛了。提出網聯式汽車方案，通過車和車以及車和基礎設施通信實現感知、決策和控制。我們認為這兩種方案，A V的方案和C V的方案結合起來，實現真正的智能網聯汽車方案，這樣才能構建高性能、高可靠、高安全、低成本的融合方案。

我們希望通過5G和“北斗”的融合來提供實現中國的智能網聯汽車的發展，我們把它總結為兩句話，智能網聯汽車有兩個網、有兩個中心、有兩個全面的感知和控制，所以兩網、兩中心、兩全感控，這是我們提了十幾年的智能網聯汽車的口號，當時沒有智能網聯汽車的名字，我們說車聯網、網聯車，一個是車內的網絡，車內要建立高速的物聯網，把各種車況搞得非常清楚，還有道路與環境的環境網絡。兩個中心，車內的計算中心、道路與環境的云控制中心，實現互聯，這樣來實現這個目標。