專家簡介:
劉經(jīng)南,1943年7月出生于重慶。大地測量與衛(wèi)星導(dǎo)航專家,北斗/GNSS(Global Navigation Satellite System)技術(shù)應(yīng)用和工程領(lǐng)域?qū)<?,中國工程院院士。曾任武漢大學(xué)校長,現(xiàn)任昆山杜克大學(xué)校長、國家全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任、中國測繪學(xué)會常務(wù)理事、國際“GPS WORLD”雜志編委等職務(wù)。長期從事大地測量理論及應(yīng)用研究與教學(xué)工作,在大地測量坐標(biāo)系理論、軟件開發(fā)和重大工程應(yīng)用方面成就顯著,特別是在G P S技術(shù)應(yīng)用和工程領(lǐng)域卓有建樹。先后獲得5次國家科技進(jìn)步獎,多次省部級科技進(jìn)步獎和1次原國家教委教學(xué)成果獎一等獎。還曾獲得中國科協(xié)“全國先進(jìn)科技工作者”等多項(xiàng)榮譽(yù)稱號。
中國人正在建設(shè)“北斗3號”全球定位系統(tǒng)。2018年年底含19顆新的“北斗3號”系統(tǒng)基本建成,意味著可以服務(wù)全球了,但主要是滿足“一帶一路”的需求,目前已經(jīng)發(fā)射了21顆,還將發(fā)射9顆,2020年將提供包括全球搜救功能的定位導(dǎo)航服務(wù)。第一代是驗(yàn)證系統(tǒng),第二代是區(qū)域系統(tǒng),第三代是全球系統(tǒng),全球系統(tǒng)有30顆衛(wèi)星,有3顆GEO衛(wèi)星,有3顆IGSO衛(wèi)星,還有24顆全球跑的衛(wèi)星。
“北斗3號”有它的優(yōu)勢:它是全球首個融導(dǎo)航與通信于一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),具有雙向短報(bào)文通信功能,可向中國及周邊提供1000個漢字短消息服務(wù),用戶數(shù)擴(kuò)大到千萬戶級,可以在很多方面應(yīng)用,包括戰(zhàn)場指揮、交通系統(tǒng)指揮、緊急搜救等。全球首個全系統(tǒng)星座,所有衛(wèi)星都具有三頻偽距和三頻相位觀測值,這個數(shù)據(jù)能力是目前最強(qiáng)的,同時(shí)也是全球首個實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間可以互相測距、互相通信的星座,比GPS提前5~10年實(shí)現(xiàn),不需要地面支持就可以存活90天以上的一個衛(wèi)星系統(tǒng)。
另一個優(yōu)勢,它是全球唯一的能夠把全球星座和區(qū)域星座融合為一體的導(dǎo)航系統(tǒng),提供亞太地區(qū)、甚至全球的單點(diǎn)高精度定位。任意一臺接收機(jī)在任意一個地方可以達(dá)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(shí)現(xiàn)的。能夠確保全球用戶的標(biāo)準(zhǔn)精度服務(wù),“北斗”承諾是5米,已經(jīng)公布了。
目前“北斗”產(chǎn)業(yè)發(fā)展得很快,2018年總產(chǎn)值達(dá)到了3000多億元,2018年“北斗”對導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)核心貢獻(xiàn)率達(dá)到了80%。預(yù)計(jì)今年總產(chǎn)值要超過4千億元。
到2019年4月,國內(nèi)有620萬輛運(yùn)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(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施,都應(yīng)用了“北斗”系統(tǒng),目前已經(jīng)成為全球最大的運(yùn)營車輛動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。
未來的發(fā)展,時(shí)間位置和空間位置的精準(zhǔn)可信度,是當(dāng)代強(qiáng)國戰(zhàn)略一個競爭的焦點(diǎn)?!氨倍贰毕到y(tǒng)正是可以提供這種準(zhǔn)確的時(shí)間、準(zhǔn)確的空間位置,服務(wù)于各行各業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。這個設(shè)施叫做關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,不能依賴西方相對成熟的導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù),像金融、航空、電力、高鐵、國防等,要把時(shí)間和空間的基準(zhǔn)控制權(quán)和信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化發(fā)展主導(dǎo)權(quán)牢牢掌握在自己手中。
“北斗”提出一個口號——“天上的系統(tǒng)要好用,地上為大家服務(wù)的系統(tǒng)要用好”,這個就是我們的宗旨。但是單靠“北斗”GPS提出的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù),不能滿足很多高精度導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)服務(wù),“北斗”、GPS、歐洲的“伽利略”統(tǒng)稱為G N S S,國際的標(biāo)準(zhǔn)是10米,不能滿足高精度的需要,也不能滿足無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的一些需求,有的需求要達(dá)到米級、分米級和厘米級。要想達(dá)到可靠的、可信的定位,就要有一種新的地面支持系統(tǒng),“北斗”增強(qiáng)系統(tǒng)或者其他的GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)等,來提高定位精度和授時(shí)精度?,F(xiàn)在定位精度可以達(dá)到1厘米,事后可以達(dá)到1毫米,授時(shí)精度實(shí)時(shí)可以達(dá)到1納秒。現(xiàn)在5G大概10微秒左右,所以我認(rèn)為“北斗”和5G結(jié)合,可以將5G提高到更高的水平,不是延時(shí)一個微秒,而是可以到納秒級水平。
地基增強(qiáng)系統(tǒng)已經(jīng)鋪設(shè)完畢了,兵器工業(yè)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(wù),部分地區(qū)可以滿足厘米級的服務(wù)。還有通過衛(wèi)星發(fā)射信號的增強(qiáng)系統(tǒng),像美國的WAAS、俄羅斯的SDCM、歐洲的EGNOS以及日本的MSAS系統(tǒng),都是可以達(dá)到分米級的。
現(xiàn)在發(fā)展更快的,是為了滿足通信和汽車導(dǎo)航、無人駕駛的需求,發(fā)展的一種低軌衛(wèi)星。衛(wèi)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?yàn)檐壍栏停阅軌蚋玫孬@得發(fā)射功率,有更快的視角速度,就可以保證衛(wèi)星的幾何結(jié)構(gòu)更好,定位精度更高。而且因?yàn)樾盘枏?qiáng)、衛(wèi)星多,所以可以保證不受遮擋、不受生命隱蔽區(qū)信號減弱的影響,并且建設(shè)成本低、啟動速度快。中國“鴻雁”、中國空間技術(shù)研究院,要發(fā)射324顆軌道高度1100千米小衛(wèi)星的星座,還有“微厘空間”、北京未來導(dǎo)航科技有限公司,計(jì)劃發(fā)射120顆主要以增強(qiáng)GNSS信號的低軌衛(wèi)星星座,當(dāng)然也具有通信功能。
將來進(jìn)一步的發(fā)展,要把天、地和通信,就是通、導(dǎo)、遙感結(jié)合起來,因?yàn)榈蛙壭l(wèi)星對地面的遙感也可以實(shí)時(shí)輔助將來的自動駕駛、無人駕駛的高精度地圖的實(shí)時(shí)更新,這就是未來的發(fā)展趨勢。
“北斗”已建立起其相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈,北斗產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模,已構(gòu)建起集芯片、模塊、板卡、軟件、終端和運(yùn)營服務(wù)為一體的北斗產(chǎn)業(yè)鏈?;A(chǔ)構(gòu)件,射頻芯片、基帶芯片、芯片算法及模塊集成。
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(jì)最初10年,每年交通事故的死亡率很高,根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì),2010年就有27萬人的死亡人數(shù)。
目前“北斗”可以提供車輛主動安全位置服務(wù),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(qū)域。惡性事故多集中于交通信息環(huán)境復(fù)雜或環(huán)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(fā)事件的應(yīng)對能力不足。定位的問題不足,現(xiàn)在通過“北斗”可以改善,信息發(fā)布的問題,通過5G可以改善,數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴},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(jìn)行改善,可以實(shí)現(xiàn)主動安全。
另外一個應(yīng)用U B I保險(xiǎn),基于用戶行為的保險(xiǎn)。我認(rèn)為將來無人車、智能駕駛車最重要的一點(diǎn)是保險(xiǎn),所以一定要用保險(xiǎn)來推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展?,F(xiàn)在的車險(xiǎn)我們總結(jié)有三大亂,一個是售前亂即銷售體系亂,一個是售中亂即價(jià)格亂,一個是售后亂即理賠、增值服務(wù)亂,騙保特別多,造成我們國家的車險(xiǎn)規(guī)模雖然很大,但是虧損,基于U B I“北斗”服務(wù)就可以解決這個問題。我這里提出一個觀點(diǎn),我們在一些院士討論會上說,首先是不管發(fā)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(xiǎn)行為,現(xiàn)在美國等很多國家都在開展,就是說保險(xiǎn)從車因子,向從人因子和人車結(jié)合的因子建立一種新的保險(xiǎn)的體系,對現(xiàn)有的保險(xiǎn)格局是個沖擊,還有一定的阻力待推進(jìn)。
我們在上一個保險(xiǎn)問題的基礎(chǔ)上做了一個智能后視鏡,完全可以進(jìn)行人機(jī)對話的,可以監(jiān)測車險(xiǎn)的事故,在碰撞發(fā)生的10秒鐘之內(nèi),10秒之前的所有行車記錄,包括碰撞的程度,都自動發(fā)送到兩個系統(tǒng),一個是公安系統(tǒng)、另一個是保險(xiǎn)系統(tǒng),公安系統(tǒng)定責(zé)、保險(xiǎn)系統(tǒng)網(wǎng)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(xiǎn)人員就不到現(xiàn)場,現(xiàn)在已經(jīng)在寧波作為保險(xiǎn)示范區(qū),有二三十萬輛汽車裝了,而且產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù),不僅對保險(xiǎn)有好處,而且對管理交通控制提升了一個水平。
另外,關(guān)于自動駕駛。目前國際標(biāo)準(zhǔn)中對自動駕駛將來的一些要求,比如道路引導(dǎo),現(xiàn)在大家用的6~10米就夠了,交通管理和控制應(yīng)該在1米左右,輔助駕駛或者自主駕駛定位的精度應(yīng)該在5厘米左右,每秒鐘速度的精度也應(yīng)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(nèi)試了很多年,2007年的時(shí)候武漢大學(xué)以40公里的速度在馬路上跑了幾十公里,獲得了大學(xué)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(wěn)定性要求是非??量痰模枰呔鹊膶?shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)汽車自動駕駛關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,我們認(rèn)為滿足自動駕駛高精度地圖是基礎(chǔ)設(shè)施,也是交通資源全時(shí)空實(shí)時(shí)感知的載體和交通工具全過程運(yùn)行管控的基礎(chǔ)。
高精度地圖的絕對坐標(biāo),由于在地球坐標(biāo)下應(yīng)該是優(yōu)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(huán)境要素的動靜態(tài)信息,實(shí)時(shí)交通及其障礙物的半動態(tài)、動態(tài)信息在內(nèi),能夠以云端、汽車端、交通的云協(xié)同和物聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)信息處理,輔助實(shí)現(xiàn)車道級定位導(dǎo)航的規(guī)劃,具有輔助規(guī)劃車道級導(dǎo)航規(guī)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(rèn)知,要認(rèn)識地物地貌,別人看得懂,根據(jù)圖還可以討論問題;第二個是交流;第三個是輔助設(shè)計(jì)、輔助規(guī)劃、輔助打仗、輔助的工程設(shè)計(jì),都是基于輔助定位的?,F(xiàn)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(shù)據(jù),這些都要讓機(jī)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(dāng)于鐵路的鐵軌,車子在車道規(guī)定中不能逾越兩個車道線,就是控制線,所以現(xiàn)在的高精度地圖一定要達(dá)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(shí)候,有些專家有不同的觀點(diǎn),但是我們的觀點(diǎn)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(jī)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(xié)同。
特別是高精度地圖的實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新問題,這樣能帶來地圖準(zhǔn)確度的提升和滿足需要。
因?yàn)榈缆返那ё內(nèi)f化,一定要主動地告訴用戶,所以地圖的實(shí)時(shí)需求就出來了,對你來說是還沒發(fā)生的事情,但是對當(dāng)事者來說已經(jīng)發(fā)生了,他把信息就發(fā)布出去了,因?yàn)楝F(xiàn)在的智能汽車就等于我們現(xiàn)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(xié)同,再發(fā)布給每一個車輛,更新每一個車輛的地圖就變成實(shí)時(shí)地圖了,所以實(shí)時(shí)地圖未來是很重要的。算法等一些技術(shù)要求,分了基礎(chǔ)版、低配版、中配版、高配版。
還有共享單車,現(xiàn)在用的很多,我們在武漢市已經(jīng)開發(fā)了一種分米級,甚至于一般的地區(qū)可以實(shí)現(xiàn)分米級,甚至隱蔽地區(qū),樹底下這些地方可以達(dá)到兩三分米的高精度裝置,讓共享單車在規(guī)定的地點(diǎn),停在電子圍欄里,否則繼續(xù)計(jì)費(fèi),現(xiàn)在已經(jīng)開始試點(diǎn),在武漢市政府的支持下在推廣。
最后講一點(diǎn)綜合交通,我們的公路交通是綜合交通很重要的部分,要實(shí)現(xiàn)綜合交通最后的對接和整個綜合交通的智能化。
國際發(fā)展趨勢最重要的還是三大問題,安全、緩解擁堵、智能聯(lián)運(yùn),美國提出了2015—2019明確將智能網(wǎng)聯(lián)車和自動化作為兩大主題發(fā)展目標(biāo),實(shí)現(xiàn)互聯(lián),我們中國也在以“北斗”服務(wù)作為智能交通提供服務(wù)的關(guān)鍵核心的數(shù)據(jù)和服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。
我們的目的是通過互聯(lián)網(wǎng)+空天信息+智能交通,實(shí)現(xiàn)交通資源的全時(shí)空動態(tài)感知和交通工具的全過程運(yùn)行管控,這就是所謂智能網(wǎng)聯(lián)汽車和車聯(lián)網(wǎng)兩個混合在一起最后要達(dá)到的目標(biāo)。
要實(shí)現(xiàn)泛在,泛在就是無時(shí)不在、無處不在,就是時(shí)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(wù),而且是自主可信的安全體系,要實(shí)現(xiàn)主動預(yù)警、被動保護(hù)、快速應(yīng)急的安全保障體系。資源協(xié)同和信息共享的交通體系,達(dá)到這樣一個目標(biāo)。同時(shí)也是資源節(jié)約、環(huán)境友好的規(guī)劃、運(yùn)行、管理的綜合運(yùn)輸體系。運(yùn)載工具就要實(shí)現(xiàn)個性化、舒適化、信息化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。
現(xiàn)在的智能網(wǎng)聯(lián)汽車有一種觀點(diǎn),自主式的汽車方案,不需要網(wǎng)聯(lián),他們認(rèn)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(wǎng)聯(lián)式汽車方案,通過車和車以及車和基礎(chǔ)設(shè)施通信實(shí)現(xiàn)感知、決策和控制。我們認(rèn)為這兩種方案,A V的方案和C V的方案結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)真正的智能網(wǎng)聯(lián)汽車方案,這樣才能構(gòu)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(shí)現(xiàn)中國的智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展,我們把它總結(jié)為兩句話,智能網(wǎng)聯(lián)汽車有兩個網(wǎng)、有兩個中心、有兩個全面的感知和控制,所以兩網(wǎng)、兩中心、兩全感控,這是我們提了十幾年的智能網(wǎng)聯(lián)汽車的口號,當(dāng)時(shí)沒有智能網(wǎng)聯(lián)汽車的名字,我們說車聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)聯(lián)車,一個是車內(nèi)的網(wǎng)絡(luò),車內(nèi)要建立高速的物聯(lián)網(wǎng),把各種車況搞得非常清楚,還有道路與環(huán)境的環(huán)境網(wǎng)絡(luò)。兩個中心,車內(nèi)的計(jì)算中心、道路與環(huán)境的云控制中心,實(shí)現(xiàn)互聯(lián),這樣來實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。