北斗系统在智能交通中的应用与发展

专家简介：

刘经南，1943年7月出生于重庆。大地测量与卫星导航专家，北斗/GNSS（Global Navigation Satellite System）技术应用和工程领域专家，中国工程院院士。曾任武汉大学校长，现任昆山杜克大学校长、国家全球卫星定位系统工程技术研究中心主任、中国测绘学会常务理事、国际“GPS WORLD”杂志编委等职务。长期从事大地测量理论及应用研究与教学工作，在大地测量坐标系理论、软件开发和重大工程应用方面成就显著，特别是在G P S技术应用和工程领域卓有建树。先后获得5次国家科技进步奖，多次省部级科技进步奖和1次原国家教委教学成果奖一等奖。还曾获得中国科协“全国先进科技工作者”等多项荣誉称号。

“北斗”最近的发展状态

中国人正在建设“北斗3号”全球定位系统。2018年年底含19颗新的“北斗3号”系统基本建成，意味着可以服务全球了，但主要是满足“一带一路”的需求，目前已经发射了21颗，还将发射9颗，2020年将提供包括全球搜救功能的定位导航服务。第一代是验证系统，第二代是区域系统，第三代是全球系统，全球系统有30颗卫星，有3颗GEO卫星，有3颗IGSO卫星，还有24颗全球跑的卫星。

“北斗3号”有它的优势：它是全球首个融导航与通信于一体的卫星导航系统，具有双向短报文通信功能，可向中国及周边提供1000个汉字短消息服务，用户数扩大到千万户级，可以在很多方面应用，包括战场指挥、交通系统指挥、紧急搜救等。全球首个全系统星座，所有卫星都具有三频伪距和三频相位观测值，这个数据能力是目前最强的，同时也是全球首个实现卫星之间可以互相测距、互相通信的星座，比GPS提前5～10年实现，不需要地面支持就可以存活90天以上的一个卫星系统。

另一个优势，它是全球唯一的能够把全球星座和区域星座融合为一体的导航系统，提供亚太地区、甚至全球的单点高精度定位。任意一台接收机在任意一个地方可以达到米级乃至分米级水平的定位精度，这个目前是我们国家最早实现的。能够确保全球用户的标准精度服务，“北斗”承诺是5米，已经公布了。

目前“北斗”产业发展得很快，2018年总产值达到了3000多亿元，2018年“北斗”对导航产业核心贡献率达到了80%。预计今年总产值要超过4千亿元。

到2019年4月，国内有620万辆运营车、3万辆邮政和快递车辆，36个城市的约8万辆公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施，都应用了“北斗”系统，目前已经成为全球最大的运营车辆动态监控系统。

未来的发展，时间位置和空间位置的精准可信度，是当代强国战略一个竞争的焦点。“北斗”系统正是可以提供这种准确的时间、准确的空间位置，服务于各行各业的基础设施。这个设施叫做关键基础设施，不能依赖西方相对成熟的导航定位授时服务，像金融、航空、电力、高铁、国防等，要把时间和空间的基准控制权和信息化、标准化、智能化发展主导权牢牢掌握在自己手中。

“北斗”提出一个口号——“天上的系统要好用，地上为大家服务的系统要用好”，这个就是我们的宗旨。但是单靠“北斗”GPS提出的标准服务，不能满足很多高精度导航的需求，特别是L3以上的L4和L5，将来的智能汽车和无人汽车的需求。国际上G N S S标准服务，“北斗”、GPS、欧洲的“伽利略”统称为G N S S，国际的标准是10米，不能满足高精度的需要，也不能满足无人驾驶、物联网、互联网的一些需求，有的需求要达到米级、分米级和厘米级。要想达到可靠的、可信的定位，就要有一种新的地面支持系统，“北斗”增强系统或者其他的GPS的增强系统等，来提高定位精度和授时精度。现在定位精度可以达到1厘米，事后可以达到1毫米，授时精度实时可以达到1纳秒。现在5G大概10微秒左右，所以我认为“北斗”和5G结合，可以将5G提高到更高的水平，不是延时一个微秒，而是可以到纳秒级水平。

地基增强系统已经铺设完毕了，兵器工业公司和阿里巴巴组成千寻公司，目前可以满足分米级的服务，部分地区可以满足厘米级的服务。还有通过卫星发射信号的增强系统，像美国的WAAS、俄罗斯的SDCM、欧洲的EGNOS以及日本的MSAS系统，都是可以达到分米级的。

现在发展更快的，是为了满足通信和汽车导航、无人驾驶的需求，发展的一种低轨卫星。卫星的高度大概是几百到一千公里，八九十分钟绕地球一圈，非常快。因为轨道更低，所以能够更好地获得发射功率，有更快的视角速度，就可以保证卫星的几何结构更好，定位精度更高。而且因为信号强、卫星多，所以可以保证不受遮挡、不受生命隐蔽区信号减弱的影响，并且建设成本低、启动速度快。中国“鸿雁”、中国空间技术研究院，要发射324颗轨道高度1100千米小卫星的星座，还有“微厘空间”、北京未来导航科技有限公司，计划发射120颗主要以增强GNSS信号的低轨卫星星座，当然也具有通信功能。

将来进一步的发展，要把天、地和通信，就是通、导、遥感结合起来，因为低轨卫星对地面的遥感也可以实时辅助将来的自动驾驶、无人驾驶的高精度地图的实时更新，这就是未来的发展趋势。

“北斗”已建立起其相应的产业链，北斗产业初具规模，已构建起集芯片、模块、板卡、软件、终端和运营服务为一体的北斗产业链。基础构件，射频芯片、基带芯片、芯片算法及模块集成。

北斗在智能交通中的应用

交通最重要的就是安全，中国的安全形势是比较差的，20世纪最初10年，每年交通事故的死亡率很高，根据世界卫生组织的统计，2010年就有27万人的死亡人数。

目前“北斗”可以提供车辆主动安全位置服务，在平面交叉口和快速路出入口，由于车速和行车轨迹变化引起交通冲突频繁，是城市道路交通事故的集中区域。恶性事故多集中于交通信息环境复杂或环境突变的事故隐患位置。管理部门级道路使用者面对道路交通突发事件的应对能力不足。定位的问题不足，现在通过“北斗”可以改善，信息发布的问题，通过5G可以改善，数据传输的问题，也可以通过5G这些问题改善，还有安全模型，我们也在迭代进行改善，可以实现主动安全。

另外一个应用U B I保险，基于用户行为的保险。我认为将来无人车、智能驾驶车最重要的一点是保险，所以一定要用保险来推动智能网联汽车的发展。现在的车险我们总结有三大乱，一个是售前乱即销售体系乱，一个是售中乱即价格乱，一个是售后乱即理赔、增值服务乱，骗保特别多，造成我们国家的车险规模虽然很大，但是亏损，基于U B I“北斗”服务就可以解决这个问题。我这里提出一个观点，我们在一些院士讨论会上说，首先是不管发生什么事情先理赔，理赔以后再各算各的账，这是保证用户的利益至上，U B I也是以用户利益至上的车险行为，现在美国等很多国家都在开展，就是说保险从车因子，向从人因子和人车结合的因子建立一种新的保险的体系，对现有的保险格局是个冲击，还有一定的阻力待推进。

我们在上一个保险问题的基础上做了一个智能后视镜，完全可以进行人机对话的，可以监测车险的事故，在碰撞发生的10秒钟之内，10秒之前的所有行车记录，包括碰撞的程度，都自动发送到两个系统，一个是公安系统、另一个是保险系统，公安系统定责、保险系统网上定损，把这些信息再返回给双方的用户，只要没有伤人和死人的事件，公安人员和保险人员就不到现场，现在已经在宁波作为保险示范区，有二三十万辆汽车装了，而且产生了大量的数据，不仅对保险有好处，而且对管理交通控制提升了一个水平。

另外，关于自动驾驶。目前国际标准中对自动驾驶将来的一些要求，比如道路引导，现在大家用的6～10米就够了，交通管理和控制应该在1米左右，辅助驾驶或者自主驾驶定位的精度应该在5厘米左右，每秒钟速度的精度也应该是5厘米左右，才能够保证避障和各种紧急情况的需求。无人驾驶在我们国内试了很多年，2007年的时候武汉大学以40公里的速度在马路上跑了几十公里，获得了大学比赛的第一名、全国第二名，全国第一名是中科院自动控制所。

自动驾驶对安全性和稳定性要求是非常苛刻的，需要高精度的实时定位，高速与高精度的道路地图必须高度匹配，自动驾驶高精度地图作为实现汽车自动驾驶关键基础设施，我们认为满足自动驾驶高精度地图是基础设施，也是交通资源全时空实时感知的载体和交通工具全过程运行管控的基础。

高精度地图的绝对坐标，由于在地球坐标下应该是优于一个分米，包含道路和车道的形状类型，道路的属性和周边交通环境要素的动静态信息，实时交通及其障碍物的半动态、动态信息在内，能够以云端、汽车端、交通的云协同和物联网的方式实现信息处理，辅助实现车道级定位导航的规划，具有辅助规划车道级导航规划，具备自主智能控制功能，就是地图有控制功能。

我们说过去的地图理论里面地图只有三大功能，第一个是认知，要认识地物地貌，别人看得懂，根据图还可以讨论问题；第二个是交流；第三个是辅助设计、辅助规划、辅助打仗、辅助的工程设计，都是基于辅助定位的。现在用于智能交通、无人驾驶的地图，我们增加了一个功能，就是控制功能，比如坡度的速度，你到了这个位置，车子以怎么样的速度延缓，弯道的数据，这些都要让机器能够读懂，使得你的速度能够自动降下来、无人控制。还有车道线的信息，就相当于铁路的铁轨，车子在车道规定中不能逾越两个车道线，就是控制线，所以现在的高精度地图一定要达到对交通的控制功能。

高精度地图也有分类的，有的刚开始搞无人驾驶的时候，有些专家有不同的观点，但是我们的观点来说，地图是非要不可的，而且有不同的类型，高精度地图有车载型的，适用于无人驾驶、自动驾驶的，还有管理中心的高精度地图、机器人的高精度地图、云端的高精度地图，这几个地图有不同的功能，还要互相协同。

特别是高精度地图的实时性——怎么获取这种信息，靠地图商是不能完全解决的，只有用众包的方式，恰恰能够帮助地图商和我们的汽车制造商来解决高精度地图数据的实时更新问题，这样能带来地图准确度的提升和满足需要。

因为道路的千变万化，一定要主动地告诉用户，所以地图的实时需求就出来了，对你来说是还没发生的事情，但是对当事者来说已经发生了，他把信息就发布出去了，因为现在的智能汽车就等于我们现在正在用的一个高精度无人测绘车，无人测绘车的目的就是地图，所以只要把这种地图公布出来，通过云端的综合协同，再发布给每一个车辆，更新每一个车辆的地图就变成实时地图了，所以实时地图未来是很重要的。算法等一些技术要求，分了基础版、低配版、中配版、高配版。

还有共享单车，现在用的很多，我们在武汉市已经开发了一种分米级，甚至于一般的地区可以实现分米级，甚至隐蔽地区，树底下这些地方可以达到两三分米的高精度装置，让共享单车在规定的地点，停在电子围栏里，否则继续计费，现在已经开始试点，在武汉市政府的支持下在推广。

综合交通的智能化

最后讲一点综合交通，我们的公路交通是综合交通很重要的部分，要实现综合交通最后的对接和整个综合交通的智能化。

国际发展趋势最重要的还是三大问题，安全、缓解拥堵、智能联运，美国提出了2015—2019明确将智能网联车和自动化作为两大主题发展目标，实现互联，我们中国也在以“北斗”服务作为智能交通提供服务的关键核心的数据和服务的基础设施。

我们的目的是通过互联网+空天信息+智能交通，实现交通资源的全时空动态感知和交通工具的全过程运行管控，这就是所谓智能网联汽车和车联网两个混合在一起最后要达到的目标。

要实现泛在，泛在就是无时不在、无处不在，就是时间和空间随动，就是按照用户的需求，按需个性化的公共信息服务，而且是自主可信的安全体系，要实现主动预警、被动保护、快速应急的安全保障体系。资源协同和信息共享的交通体系，达到这样一个目标。同时也是资源节约、环境友好的规划、运行、管理的综合运输体系。运载工具就要实现个性化、舒适化、信息化、智能化、网联化、共享化。

现在的智能网联汽车有一种观点，自主式的汽车方案，不需要网联，他们认为车辆有这么多传感器了，自己就可以无人驾驶、自动驾驶了。提出网联式汽车方案，通过车和车以及车和基础设施通信实现感知、决策和控制。我们认为这两种方案，A V的方案和C V的方案结合起来，实现真正的智能网联汽车方案，这样才能构建高性能、高可靠、高安全、低成本的融合方案。

我们希望通过5G和“北斗”的融合来提供实现中国的智能网联汽车的发展，我们把它总结为两句话，智能网联汽车有两个网、有两个中心、有两个全面的感知和控制，所以两网、两中心、两全感控，这是我们提了十几年的智能网联汽车的口号，当时没有智能网联汽车的名字，我们说车联网、网联车，一个是车内的网络，车内要建立高速的物联网，把各种车况搞得非常清楚，还有道路与环境的环境网络。两个中心，车内的计算中心、道路与环境的云控制中心，实现互联，这样来实现这个目标。