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中国工程院院士刘经南:“北斗+5G”引领新基建

【EV视界报道】未来城市如何支持出行变革。城市新型智能基础设施如何与出行变革相协同?10月29-30日,第四届全球未来出行大会(GFM2020)在德清举行,中国工程院院士、国家卫星定位系统工程中心主任刘经南视频连线称,“北斗+5G”融合基础设施、智能驾驶、自动驾驶和车联网等,能够起到引领新基建的作用。

北斗作为全球性、高精度的时空基准,它的高精度导航增强技术与5G无论是需求上、还是技术上都有天然通导一体的结合倾向,能够互相赋能、彼此增强,而北斗赋能5G,有感知、认知时空位置的功能,使所有信息能从生成开始就具有出生证,即产生的信息,能够给它进行时空位置定位,使得它在网络上的活动或者在网络上什么地方驻留、待多久的时空轨迹都能知道。而5G反过来也能赋能北斗,因为5G高速度、大容量的稳定传输北斗地基增强时空位置修正信号,使得北斗的时空精度更高,这就体现出所谓的新型基础设施的融合特征,这一融合使得“5G+北斗”,不仅是信息时代、数字时代的信息基础设施,也是未来智能时代重要的时空信息基础设施。

刘经南表示,我国正在推进“新基建”的战略,注重七大领域的高科技产业基础设施的数字化、智能化建设,而基于“北斗+5G”的精准时空技术与通信技术的融合及应用,将是这些领域基础设施信息化、智能化升级改造不可或缺的重要手段。

第二方面,结合自动驾驶来讲,新型基础设施为什么是智能基础设施。

自动驾驶目前需要有三大基础设施:

一是智能网联汽车,是指搭载了先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与车、车与路、车与人、车与云端(就是服务器)、智能信息的交换、共享,具备复杂环境的感知、智能决策、协同控制等功能,可实现安全、高效、舒适、节能行驶,并最终实现替代人来操作汽车的新一代汽车。

二是要给智能网联汽车提供各种各样的信息,通过“5G+北斗”构建的车联网,来实现V2X车路、车与周边环境协同,对智能网联汽车提供精准时空位置服务的一种泛在的信息网络,车联网是这样一种信息网络。

三是自动驾驶高精地图。地图也是基础设施吗?是的,我们国家将来变成智慧的地球、智慧的区域管理等等都是要依赖地图的。对自动驾驶地图来说,高精地图含静态信息就跟现在的地图一样,如道路的形状和它的类型,可以控制弯道的车速,而进入高架桥下面或者隧道里面就会自动启用惯性导航系统来弥补北斗这个导航系统的不足。另一方面,这就是要有控制的功能,当然要配合车辆的位置才能确定,跟地图匹配起来才具有这种功能,还要含有实时的动态信息,如交通及道路的实时状态、交通突发的一些事件、某些信号牌是不是倒下等等,实时地告诉运行的车辆,来确保车辆的安全可控,也就是说具有感知功能的汽车加上具有全路感知的车联网,再加上地图,这样合成起来,才能够保证车辆的安全运行和自动驾驶。

“北斗+5G”赋予了交通运输时空域内的厘米级和纳秒级时空位置的管控功能,国际上对于这种车联网能够实现V2X(车路协同)这种技术有两种,一种叫做短距通信技术,一种叫做基于通信网络的车路协同技术。中国是支持基于网络的车路协同技术的,基于通信网络的车路协同技术和通过直连通信,实现车与车之间直连通信,5G有这个功能,配合蜂窝网通信,两种方式来支持车与车之间的互联,就是说国际V2X通信的两种功能都有。

刘经南表示,北斗的时间和空间基准为什么能够给车联网这样的工业互联网赋能,有些人认为这好像是不可能的事,但是我们做了很多试验说明这不是不可能的事情。构建车联网实时控制和信息安全的人、机器,包括环境和物理世界,物理世界也包括环境,互相融合,我们把它叫做信息与物理世界融合系统,这种系统科学界叫信息物理系统(CPS)、工业界就叫工业互联网。因为车联网有远程管控功能,使人、机、物融合,成为能调控物理世界的CPS系统。因为它可以调控车辆的速度,通过远程的控制、命令管理通信,或者由车主本人进行远程控制,调控车辆的速度是不是要降速、要变道、要刹车等等。所以构建5G网络的节点,包括它的基站、路由、网关、服务器等等的高精度时空体系,就可实现车联网的时空位置信息可量测、可计算、可溯源、可调控,这就是它的关键。

刘经南表示,我们做了相关实验说明它的可行性。一是对信号从A点通过网络导线到B点的流速进行精确的测定,目前的互联网是测不出两个不同点之间的信息流速的,现在可以测定了,就是通过一个高精度的北斗授时守时终端,我们利用现在的互联网或者未来的互联网加精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP),通过特殊的设计,把北斗整个系统的原子时钟引入到了授时终端里面来。我们开发了北斗精密授时守时秒脉接收冲终端和相关时戳机,将网络信息包到达哪个节点都打一个时间标记,标记什么时间到达的、位置是什么,其天稳可优于0.3纳秒,同步精度优于0.3纳秒,实现了很高的精度。同昂贵的飞秒激光示波器测试结果一致,表明我们用普通的接收器也能够测出同样的流速。      

2019.9.19日,国务院发布《交通强国建设纲要》,明确提出智能网联汽车研发,要形成自主可控完整的产业链。而以北斗+5G为代表的泛在网络和可控的交通信息基础设施,将融合创新出中国特色的智能交通。

定位/导航/察时(Positioning,Navigation,Timing)是生命体通过留守行走寻找生存资源的自然智能,同时生命体进行信息交流,通信(Communication)也是提升群体认知智能的自然智能,因为群体动物的聪明程度高,也就是通过经常信息交流互相加强了认知智能。这两种智能结合就能形成决策、指挥、调控的生物智能,这一融合构建出现代新型时空信息基础设施,可将PNT时空位置间协同与调控的类生物智能赋能给机器和环境,例如,让车联网不仅能提供快速大容量ICV用户信息交互,而且能协同性管控与时空事件的车辆自动驾驶和智能驾驶,成为驱动新基建最具活力的行业应用。所以,“5G+北斗”这种能力是智能时代不可或缺的一种新型的基础设施,这就是我们讲到为什么北斗与5G融合是引领新基建最佳的解决之道。

    如果说4G改变生活,5G改变社会,通过“北斗+5G”给交通行业及应用赋以时空智能,成为实现区域、广域乃至全球范围的智能、规划、决策、协同控制的基础,不仅可以解决车联网、工业互联网中的广域和全球性控制的难题,“北斗+5G”还将能改变世界(使世界从信息互联到时空位置互联)和改变时代(引领信息时代向智能时代迈进)。

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杨晓红
2020-10-30 17:19
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