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WGDC2021 | 邓中亮院士:北斗+5G的车联网与空间信息融合发展趋势

在当前,要构建智慧城市,包括智慧海洋等等,要构建透明、安全智慧的城市,这个量很大,超万亿,标准、政策、法规变得很重要。

尊敬的各位来宾,大家早上好。从昨天到今天,我们一直在会场感受着浓浓的行业氛围。昨天听了一天的精彩报告,我感觉受益匪浅。今天咱们会场的主题是智慧交通,我报告的题目是北斗+5G的车联网与空间信息融合发展趋势。

我是前天从北京坐飞机到的长沙,下午5点半起飞,落地长沙时12点半。这个过程中,我们感受到了交通的方便。今天从凌晨5点开始打雷,在座外地的来宾们可能想赶高铁。什么是方便,什么是不方便?咱们回想一下,总书记十九大提到要建智慧社会,什么样的社会,什么样的城市是智慧的?什么样的城市不智慧?当然,我们的交通也是如此。我的理解是,要智慧,就要讲一个前提条件,第一是我们的社会必须透明。咱们曾经学习孙子兵法,里面说到知彼知己才百战不殆。有了透明之后,就是安全,包括信息的安全、生活的安全、交通的安全。

这两年的疫情期间,每天都要打卡,是希望信息状态都是透明的。有了这两个前例,才可以谈什么是智慧。我觉得,前面两点缺了一个就不可能是智慧的。这是我的理解。

这样一来,高精的时空基准和万物互联的透明化时代到来了。感知无处不在、网络无处不在。从农业社会、工业社会、信息社会到智慧社会,生产力、生产关系都在发生一系列变化。智能已经成为智慧社会新兴的生产要素,时空体系从物理时空到社会时空,中间经历了信息时空。从昨天到今天我还在思考,这是时空孪生的时代。

咱们城市要数字孪生,时空也要数字孪生。时间不可逆,空间是唯一的。时空信息已经成为国家安全、经济建设、智慧社会的核心基准。

全球各个国家对时空精度体系的要求都在发生演进。这张图反映了相关国家做的计划,至于时间和空间提供所需要的服务,衡量智慧社会的重要基准。当年是希望达到1-3,不同的行业领域要求更高,但是普遍是1到3米,在室内空间,在房间,这些怎么办?

时空基础和通讯,大家不陌生,每天用的最多的是定位导航和手机。三年前,人均摸手机的时间是一天2.8小时,今天统计已经超过4小时,没有手机几乎无法生活。加上智慧政务、医疗、生产等等,带来重大的社会效应和经济效应。

大家最关心的是交通。在北京不堵车,你会觉得很不正常,只要一堵车觉得这个城市是正常的。当然,长沙的体验可能也是如此,拿武汉来说,城市里有五六百万辆车,天天也是堵的。交通能不能变得更便捷、更方便?企业的发展趋势,从早期的19世纪到21世纪,趋于新能源化、网络化、智能化。有人反对,认为汽车不是信息终端,而是信息是汽车服务的终端。车要联网,假设车联网,我们需要什么样的前提条件,智慧能带来哪些新的挑战?

大家会关心人、车、路,这是咱们学驾照的时候讲的概念。一心看车,一心看路,在这种情况下,人车路怎么协同,这是面临的最大挑战。自动驾驶的时候人不是主体,车是主体,车的安全性变得很重要了。人再怎么聪明,咱们现在也不容易提升了,但车能不能变得聪明一些?有人在思考,车做的越来越聪明是不是更好?有了聪明的车,有了人的智慧,是不是智慧交通,或者是治理交通就可以解决了?不是。智慧交通需要通过精准的位置服务来提升交通管理水平。开车我们感觉是很简单的,但车与车之间,在公分级距离要求的时候,我们又会觉得不安全,会觉得恐慌。什么是路?满足支撑智慧交通交通发展的因素变得更复杂。

车,刚才是在路上,停车和泊车是很重要的问题。目前的停车位非常有限,除了拥堵之外,停车很难。这个现象到了什么状态?北京的停车位,或者大城市的停车位比例到了1:0.8。停车、泊车花的时间很长。要把车做的非常聪明,就要装很多传感器,卫星定位导航、雷达,强中远距离雷达,都装在车上。这个车原本价值10万,这一装就变成100万了。请问谁来买单?100万以上是高端车,在这个条件下,假设装在车上,所有的成本、费用都是用户买单。这很显然,购车的能力限制了车辆发展,定位导航也成了制约自动驾驶发展的关键。

车和车之间要达到公分级定位导航,车和车之间同一段路上前后方向达到多少?当车正常行驶速度为60到80的时候,每秒钟跑出20到40米,稍微停顿一下反应车就追尾了。因此,我们希望车和车之间可以联网,车和车之间不要碰撞。这个要求多高?对车的控制,时间要求在10MS以内,人的响应时间也就是10MS左右,到毫秒已经很不错了。刹车距离,在90公里下要达到25厘米这是最好的,能踩刹车,好几米就很不错了,达到25厘米这是要提高。

从当前到2025年,自动驾驶汽车走向我们的进程。

谈到购物,马路上到处都是电动车在送物品。电动车是个人比较多,苏州电动车450万台,全国加起来就不是这个数了。当下每天损失好几千万,能不能用自动驾驶来送,或者是无人机来送?这样就可以减少损失代价。

谈到停车位,就要提到上面的停车位的设计标准,一套房子,原来是1.3个车位,但是很多城市限号,一个家庭一套房子,但一个家庭有2辆车,配备1.3个车位,有0.7空缺。但对城市来讲,车位差不多达到1:0.8。有0.2辆车不会有车位,这是一个问题。找车很难,平均时间超过15分钟。刚才提到自动驾驶,大家希望我的车是自动的,打一个电话它就来了,这样就很方便。

在地和空之间,空中,特别是低空,将对我们的交通运输发挥很大作用,但是低空能开吗?特别是1公里以下,1公里以上知道有卫星定位导航在监管,1公里以下,在城市里面无人机的飞行好像成了很重大的问题。低小目标,而无人机假设一立方公里有一架在飞行,打开窗户,就可以看到上百架的无人机在飞,卫星城市里面,无法定位,警察也不可能跑到空中飘浮出来,上面也没有交通灯,当一个长沙市有上千辆无人机低空飞行的时候,就会觉得不安全,飞机要是没油了掉下来砸下来很难受。因此,在管控技术、法规几个方面,都面临着新的挑战。

智慧赋能制造。精准时空+全面感知、低时延处理,这个并不陌生;智慧医疗在互联网行业领域位置服务成为下半场的核心业务和支撑;包括文化表征,AR、VR也发挥着很重要的作用,时空需求,毫秒级和亚米级甚至是分米级的定位信息。空间信息和万物互联密切相关,通时和生活工作也密切相关。

今天我想重点讲的是,通信和导航融合带来什么。定位导航是非常关键的问题,我们最熟悉的全球四大卫星导航系统,最早是美国的GPS,再是俄罗斯GLONASS,再是北斗,欧盟的伽利略。不难发现,无论是美国的GPS还是其他,都是用的通讯手段,高于卫星地理面3.6万公里,可以测到一毫米的误差。给我们的生产生活都提供了很大方便。

咱们的北斗去年7月31号宣布全球开放,它的水平很高,但是技术体系根其他导航是相近的,他们的能力最终也是相近的。北斗比别人晚20年,但是我们的市场竞争在全球市场竞争非常靠前,怎么占据四分之一市场是我们要面临的问题,天上好用没有问题,关键是地下能不能用好。

一般地卫星定位导航是10米左右的精度,对汽车来讲无用。一个车道3.5米宽,一个房间也就是9平米,所以10米就不符合要求。所以做增强查询定位,可以做的很高,为航空、航海、通信、电力都能发挥很大的作用。

说到定位导航,北斗还有一个授时应用。授时对整个网络安全很关键,电网、铁路以及通信行业等领域的钠秒级甚至亚纳秒级网络时间同步,可以提升电网、铁路以及通信网络。

咱们来看看卫星,四大卫星导航系统到现在面临哪些挑战。卫星定位导航,变得越来越强大,最强的优势全球信号覆盖,有信号的地方就可以定位导航,但是在城市区域里面,只要信号被遮挡,卫星定位导航就失效了。在一个城市里统计一下,密集区里有30%的地方是不可能有卫星来走进去确定导航的,这些地方车要自动驾驶怎么办?

所以,卫星发展到现在有40多年的历史,即便卫星很强大,终端很聪明,但是两个合在一起并没有解决智慧交通要面临的一系列挑战。原因是我们卫星定位导航是开发体系,只是卖产品,卖导航终端和设备。但是大家想,通讯手机,要有通讯保障,有了QOS,每月要收费,月费和年费是商业费用,定位导航前一阶段40多年是产业化的阶段,未来要走向位置服务的商业化,地理信息变得很关键了。第二个阶段从十四五开始,必须从产业化走上位置服务的商业化,形成闭环体系,要有QOS的保障能力,前期做的泛在、高精度,现在走上泛在、高精度、高可靠、高可信的服务,必须要有服务质量保障。单靠卫星是解决不了的,必须依赖强大的网络,服务也必须变得聪明。

所以,经过40多年的发展,应该要想从卫星走向强的网络,聪明的终端,走上聪明的网络。 

卫星定位导航发展的总趋势,很多地方信号覆盖不了,城区里面和室内,大家发现手机打电话很方便,不管在屋里面还是哪个角落里面,无限网络通讯信号也好。在地面上,我们的通讯基站就有好几百万个,全部加起来上千万个,能不能用通讯网反过来支持高精度定位导航。因为四大导火用的通讯手段,地面通讯网资源有很多,还有WIFI等等这些也覆盖了60%的路面,也覆盖了90%的人口,只要把资源用好了,这就是非常好的优势。卫星导航系统700个亿,5G网络是1.2万亿。服务的定位导航才可以解决好自动驾驶和智慧交通的难题。

有信号、信息、设施、应用,和移动通信网深度融合,能给我们提供极大的便利。美国911提出没有卫星信号的情况下移动通讯网必须提供位置服务。2014年,欧洲也出台了相应的法规,但咱们国家还在路上。当然,我国当年也启动了兴和计划来支撑卫星导航的落地应用和服务导航的高精度定位。最早是单点,后来到了多网络,地面网很多,包括卫星网等等,最终是端到端,这和通讯之间发展是一样的,两个之间看一眼就定位了,为什么车载定位要跑到云端、服务中心再回来呢?因为你的响应时间在互联网上是百毫秒起,汽车不知道到哪了。

一群鸟在飞,不管是几千只还是几万只,飞起来的没有见过追尾掉下来的。鸟比人聪明,但是鸟做不到让汽车方向盘转。但还是车不如鸟,车花了好几十万,一只鸟几块钱,说明车很多功能并不完善。

导航,大家做过研究,导航需要几大要素,现在的定位,不间断计算、实时通讯、智能控制,大家会发现定位是大数据,大数据、云计算、边缘计算宽带通讯、人工智能都在里面支撑导航,导航是个复杂体系。

无线通信网络,从左到右,复杂度越来越高,我们一个通讯网是挣钱的运营网,用他来嫁接来做定位带来的附加成本最低,刚才5G网是1.2万亿,像5G一样的覆盖密度要花1.2万亿,谁愿意来建这个网,这是个复杂问题。通讯网,4G网按国际标准定位精度在几十米,几十米的误差,开车是没有戏了,进楼道也没有戏了。

问题很多,能不能可测,无线网络行不行?有定不准的问题,网络覆盖,好多地方是有隧道等等。无限通讯网能不能到厘米级、毫米级。
鲁棒性,导航控制与决策,城市区域里面高度还不够,一堵墙,开车不从大门过就坏了,还有门口的五公分,需要大数据来支撑。    

实时性,现在的位置服务超过好几千亿次,到底是云计算还是边缘计算,两者缺一不可,一天就几十个亿,365天就万亿了。到前期做了很多研究,能不能做精确定位,这是新的问题,要看到资源挖掘潜力,做了很多探索和突破。可以做到毫米级,这套体系和这个技术已经成为了去年公布的26个国际标准之一,一个通讯网没有国际标准是没有办法用,先有标准后有产业。红线是我们做的,到了5G时代是可以达到亚米级的,蓝色和绿色是国际上做的同一水平。

异构多网多源协同定位,可以进行时空自洽的问题,进一步提升定位服务可靠性的问题。有一系列技术来支撑解决,从信号测量、预计、估计、校正,你可以到厘米级甚至更高。

打通天地一体化,疏而不漏,满足各种服务的需求,基站和卫星之间可以统一,基站让卫星滞留,通讯卫星也可以做地面导航卫星,就不用进行测量,把这些问题统一起来。用他可以做到厘米级的高精度定位能力,同时在车联网构建一系列的支撑定位体系,有了这些之后,把GNSS和无限网络定位和视频、智慧调度结合在一起,大家体会更多,大家体会更多的是手机打车,车在哪,人在哪。还有久远,室内一系列空间内部怎么定位导航。多源融合、物流运输、安全管控,交通部要解决隧道里面的问题,一旦着火怎么办。 机场,包括飞机运输,将来也是非常重要的应用。

全国到底多少人用手机上网服务,每个城市都有,每个区可以观看多少人在服务,每个手机用户在哪,时间精确到秒,位置可以精确到厘米。北京+5G融合发展机遇,很显然既然通讯网都可以做定位导航资源,所有的通讯资源都可以用起来,无论是通讯卫星还是地面网络连接起来可以形成全空域、全时域35:33。

大家关注了地面通讯卫星,PNT新体系,具有高抗毁能力,定位性最大的好处可以满足毫秒级的延迟,满足车联网的需求。北斗天上好用,地上用好面临的挑战。还有一个就是5G,4G手机用的很开心了,用5G手机的同时也有,但是你没发现5G比4G好在哪,所以很多人抱怨用5G干什么。4G跟3G比,4G的应用花了8年,5G又在哪里,所以开始剔除了宽带通讯,万物触手可及,要知道物在哪里,时间空间基础有没有,假设没有,万物触手可及还是想象中的问题。运营商白天开,晚上关了,电费耗费不起。

宽带、低时延、高容量,每平方超百万亿,对人和物有很强的支撑能力,前面做了大的工作,怎么用5G网做高精度定位导航,5G做好之后解决了以前没有解决的问题,4G做的最好,5G可以做到亚米级,满足人的活动需求,去年公布的26当中有重要一点,定位服务能力已经上来了。这是用5G做的小视频,在操场不用卫星,直接用5G基站来做的定位导航,在2019上海世界移动通信大会上的,红色是卫星定位轨迹,白色是5G,中间有一端卫星被遮挡了,5G信号可以关联起来,两个合起来可以为自动驾驶提供服务。曾经在广州隧道里面测试,每小时达20-40公里,这对车辆安全管控非常重要。

在室内,桌子也就一米多一点宽,人们可以来回走。但在室内让无人系统怎么运行?可以用5G做到精确,他们两个融合可以符合高精度的要求。

展望,原来叫地图,未来还是叫地图吗?

泛在化,每天计算超过上千亿次,甚至上万亿次,仿生定位导航变得很重要。智能,人工智能的AI控制,和无人系统和地面网站的结合,最终要保障隐私和绝对的安全。所以在当前,要构建智慧城市,包括智慧海洋等等,要构建透明、安全智慧的城市,这个量很大,超万亿,标准、政策、法规变得很重要。

可九天揽月,下可五洋捉鳖。

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