施智梁　李金津

2022年12月12日，在香港“創(chuàng)科博覽2022”展覽上展出的北斗三號衛(wèi)星覆蓋全球模型。圖/中新

劉經(jīng)南行色匆匆，9月下旬剛獲得了行業(yè)協(xié)會授予的衛(wèi)星導航定位終身成就獎，就從鄭州趕回武漢，參加了電動汽車百人會舉辦的中國新能源汽車發(fā)展高層論壇。在智能化領域發(fā)展得如火如荼的汽車工業(yè)，離不開高精地圖和衛(wèi)星導航定位。

在《財經(jīng)》記者面前的這位七旬老者，是武漢大學教授，曾任武漢大學校長和昆山杜克大學校長、國家“973計劃”顧問組專家，現(xiàn)任國家衛(wèi)星定位系統(tǒng)工程技術研究中心主任。1999年，他當選為中國工程院院士，是中國在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）技術應用和工程領域的學科帶頭人，也是中國衛(wèi)星導航定位工程應用領域的開拓者。

在業(yè)內(nèi)看來，同類產(chǎn)品中，北斗更有優(yōu)勢，不僅擁有導航、定位、授時這三個所有定位系統(tǒng)都有的基礎性功能，還在所有天上衛(wèi)星之間，有通信和相互測距功能，以及覆蓋全球的星地雙向通信短報文。相對于GPS等其他三大衛(wèi)星導航系統(tǒng)可謂是獨領風騷。據(jù)劉經(jīng)南介紹稱，北斗已在中國逐步替代GPS發(fā)揮作用，在國際上也已在一百多個國家推廣應用。比如用在手機、電子導航地圖和“一帶一路”國家的貨運監(jiān)管等方面。

劉經(jīng)南認為時空智能是所有動物特別是人類智能和智慧的核心智能。人類認識方位、認識距離、認識時間，并將三者融為一體?！吨芤住防锩娴谝痪湓挕坝^乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下”正是體現(xiàn)了人類的時空認知活動對人類文明進化的作用。

這一概念與普通人的生活并不遙遠，伴隨空間時間的越發(fā)精準，將在科學、醫(yī)療、工業(yè)控制等領域上引起巨大變化甚至是顛覆性變化，如：遠程外科手術、跨國工業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)遠程控制都將逐漸走入現(xiàn)實。

商業(yè)航天正逐漸變得更有競爭力與創(chuàng)新力，可被視作國家戰(zhàn)略級的科技力量之一。對此，劉經(jīng)南認為，要推進商業(yè)航天發(fā)展，就要充分利用民間資源，才有希望做出有競爭力的創(chuàng)新產(chǎn)品，推動戰(zhàn)略科技力量的發(fā)展。

以下是《財經(jīng)》記者在論壇間隙對劉經(jīng)南院士做的專訪，略有刪節(jié)。

劉經(jīng)南。圖/受訪者提供

有這種現(xiàn)象。雖然我不太了解商業(yè)，但了解國家間科技實力競爭情況。我們搞科技的和搞高技術產(chǎn)業(yè)化的對商業(yè)長遠競爭力提升領域認知較為超前，在商業(yè)投資方向敏感性上有一定影響，因此投資部門經(jīng)常來聯(lián)系我們，包括國內(nèi)的私募、公募基金，有些重點企業(yè)領導還會專程帶著專題來學校尋求交流。

找我咨詢主要就是北斗產(chǎn)業(yè)及可應用北斗技術的產(chǎn)業(yè)方面的需求情況。他們最近興趣點集中在汽車行業(yè)。當然，在汽車領域，北斗未來不管是汽車本身，還是相關基建，如道路、5G+北斗、車聯(lián)網(wǎng)、交管等都需要精準的位置、時間信息。目前，世界上同時提供精準時間、精準位置技術的，只有北斗（中國）、GPS（美國）、伽利略（歐盟）這樣的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。而我在國內(nèi)比較早投身于此。

好問題。北斗的產(chǎn)業(yè)鏈比較長，從技術角度講芯片是基礎，芯片能做成接收機，接收機就可以用到各行各業(yè)，不光是工業(yè)領域，包括社會服務領域、政府管理領域，都需要時空信息的產(chǎn)品。與此相關的還有地圖，現(xiàn)在導航電子地圖，未來的自動駕駛、智能駕駛、高精地圖，地圖本身就是一個很大的產(chǎn)業(yè)，采集道路信息要按照一定的標準把它制作成普通人能看懂的，甚至還要機器看懂的產(chǎn)品。雖然各行各業(yè)需求不同，但基于北斗終端和應用還需要有各行業(yè)的應用軟件，軟硬件結合能夠滿足各業(yè)態(tài)的需求。

北斗未來發(fā)展空間其實很廣泛，因為北斗所能提供的時間、空間信息可以說是人類生存最基本的信息，人類的活動離不開空間和時間。人類最早認識外界的技術和知識就是空間、時間，行走去找資源、找吃的、找水喝，那就要知道水在哪里，能吃的東西在哪里，就要行。通過行來解決位置、定位，什么時間，到哪里，能夠到哪里，不僅是人，動物也是如此。在信息時代，我們需要高技術幫助獲取更加快速更加精確的時空位置信息，來滿足人們對物質(zhì)、能量及其信息的需求。例如：北斗與新型基礎設施融合構成融合型基礎設施，有北斗+5G、北斗+物聯(lián)網(wǎng)、北斗+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、北斗+電力網(wǎng)、北斗+油汽輸送網(wǎng)、北斗+算力網(wǎng)等等，即北斗系統(tǒng)賦能新型基礎設施精準時空位置服務能力。這些融合型基礎設施建立相應服務平臺，給相關行業(yè)和領域提供多種時空位置需求的服務，使其服務更加精準、更加便捷、更加智能和智慧。可以說，空間只受人類想象力的限制。

我們在全球的一些地方對北斗定位導航的精度進行了測試，得到如下認識：北斗功能多于其余三大衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，包括俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略、美國的GPS。北斗不僅擁有導航、定位、授時這三個所有定位系統(tǒng)都有的基礎性功能，還在星間通信和測距方面優(yōu)于GPS。北斗能實現(xiàn)從衛(wèi)星到終端和從終端到衛(wèi)星的雙向通信，這一功能四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)中只有北斗系統(tǒng)具備。華為Mate50就是從技術上研發(fā)出了可以跟北斗衛(wèi)星通信發(fā)短報文的手機。不過目前受限于中國的法規(guī)政策，為保障衛(wèi)星安全，直接跟北斗衛(wèi)星實現(xiàn)雙向短報文通信需有資質(zhì)或授權。目前此種服務權限握在特定組織手中，尚未普及整體商業(yè)市場。另外，北斗還具備人員搜救功能。一種是按國際搜救組織標準要求，受困人員借助北斗搜救設備發(fā)送求助信息，國際搜救組織組建搜救，并利用北斗雙向通信功能對受困人員進行回應。待救援的受困者收到回應后可知道搜救者大概的到達時間，可心安自救、暫時關機省電、等待救援，在約定時間再重新開機發(fā)送受困位置被及時捕捉，實現(xiàn)救援，這就是雙向通信功能的意義之一。

關于美國能否卡我們的脖子，其實這四大系統(tǒng)在聯(lián)合國簽約后被認為是人類共享的公共基礎設施，在民用方面不可侵犯，更不可故意或惡意干擾破壞，否則違反國際公法。四大全球衛(wèi)星導航供應商也就保障民用簽了協(xié)議，允許各自信號兼容互操作，極大保障了時空位置基礎性民用服務惠及除軍事等受限領域外的全球市場。在以能源、交通、網(wǎng)絡代表的特殊領域里，中國一定也是以北斗獨立收到的信號為主，實現(xiàn)自主可控的導航定位，這有助于防止他國對中國發(fā)展的掣肘，因此一般情況下他國卡不了我們的脖子。但若買國外的芯片制成的接收終端，就會存在一定的風險。

當前，GPS在全球市場份額的占比已達90%以上，地位不可小覷。但北斗在中國諸多市場上正慢慢滲透、替代GPS發(fā)揮作用。在與公眾利益和國家安全相關的領域，如交通、金融、電力、能源、通信、地圖測繪、政府管理等，國家政策規(guī)定：必須采用北斗時空基準，必須用自主可控的北斗芯片、接收機和軟件；在大眾市場，如手機、汽車市場等等，可以由用戶自主選擇，但手機和車輛的移動位置數(shù)據(jù)，涉及隱私和公共利益，只許落地存儲在中國網(wǎng)絡的本地服務器中，未經(jīng)許可，不得與國外機構共享。因此，我認為，隨著時間的推移，幾年之后，國內(nèi)市場份額，北斗系統(tǒng)占比會高于90%。國際市場份額，隨著北斗的技術和功能、產(chǎn)品質(zhì)量和價格優(yōu)勢及服務優(yōu)勢的提升，占比也會越來越高。

因為導航電子地圖作為公共商品，目前對大眾用戶還不會顯示導航基于北斗或是GPS系統(tǒng)的原始信息來源，只有專業(yè)用戶知道如何提取和分析手機中北斗和GPS的數(shù)據(jù)。對于行業(yè)用戶接收機和大眾手機來說，專業(yè)技術人員可以通過圖商等App實現(xiàn)數(shù)據(jù)溯源，或者依照接收機或手機的技術維護手冊的專業(yè)提示，獲取衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，知悉是由GPS還是北斗提供的，亦或是由它們同時提供的。

這是最近深受關注的國際熱點問題。在俄烏沖突中，美國的商業(yè)航天為美方支持的烏方提供了大量的信息，使得烏克蘭的軍隊超過了俄羅斯軍隊的信息化程度。具體支持主要體現(xiàn)在兩個方面：一是美國很多高科技的遙感商業(yè)航天公司，如谷歌（Google）、麥克薩（Maxar）等為烏方提供了高清晰遙感影像，使戰(zhàn)場態(tài)勢與變化情況呈現(xiàn)清晰；二是以SpaceX公司高安全性的星鏈衛(wèi)星為烏克蘭提供野戰(zhàn)通信能力。與此相反，俄羅斯仍采用大兵團作戰(zhàn)的老式方法，這種方式存在暴露性高等致命缺陷。而美方的遙感衛(wèi)星技術與星鏈衛(wèi)星技術，都是源自商業(yè)領域，即民間行為。因此，還不好對它采取反擊措施。

中國的商業(yè)航天于2014年起步，并獲國家政策支持，由此取得了快速的發(fā)展。我們的起步比美國晚，美國的起步在20世紀80年代初，而且，美國航天發(fā)展本身就全是商業(yè)化的，盡管在發(fā)展過程中有過國家計劃的輔助，但都是由私營商業(yè)公司運營。如波音和洛克希德·馬丁兩家商業(yè)公司，是美國國家航天的兩大主力，它們不僅從事飛機的研造，也探索火箭和多類衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展。誠然，美國航天事業(yè)的發(fā)展也離不開外部環(huán)境的促進，如蘇美冷戰(zhàn)時期美方的星球大戰(zhàn)計劃等的刺激，但不得不承認，美國的商業(yè)航天如今仍有全球引領性優(yōu)勢。譬如美國國家層面想做的多次往返可回收型火箭，SpaceX公司的一枚獵鷹9可以往返十幾次，最近成功發(fā)射的是第14次，還要進行第15次發(fā)射?；鸺蟮侥艹休d60顆衛(wèi)星，分很多格子，按照不同的軌道發(fā)送出去，還有火箭回收，推動了太空旅游，裝了七八個人，到美國空間站上去體會失重的感覺。

對此，我們也有一些反思，中國也要推進商業(yè)航天發(fā)展，只有充分利用民間的資源，如資金、技術、場所等，群策群力，我們才有希望做出便宜的有市場競爭力的創(chuàng)新產(chǎn)品，從而進一步推動中國國家航天的發(fā)展。習近平總書記在十九大上提出，“將來大國之間的競爭核心是戰(zhàn)略科技力量的競爭?！倍鴱娀瘒覒?zhàn)略科技力量的觀點在2021年院士大會上習總書記再次提到，體現(xiàn)出戰(zhàn)略科技發(fā)展對中國發(fā)展的極端重要性。

戰(zhàn)略科技力量不僅包括國家實驗室、國家科學院此類國家科學技術研究中心，還包括985研究型大學、富有國際競爭力的龍頭科技企業(yè)等，如華為、小米等。我深信中國商業(yè)航天領域再經(jīng)一定時間跨度的發(fā)展，也將極富競爭力與創(chuàng)新力，所以它也應該是國家的戰(zhàn)略科技力量中不應或缺的一支。

2022年9月21日，江蘇省連云港市，漁政管理人員協(xié)助技術人員給漁船安裝北斗衛(wèi)星示位儀。圖/中新

這個問題很專業(yè)。從物理學角度理解，空間智能就是指找地方的能力。時間和空間不可分割，如“速度是每小時多少公里”中的“公里”就是指空間距離，“每秒鐘轉(zhuǎn)多少角度”中的“角度”也是空間方位的概念。

時空智能是人類智慧的生動體現(xiàn)。人類認識方位、認識距離、認識時間，并將三者融為一體。《周易》里面第一句話“觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下”，正是體現(xiàn)出人類的時空認知活動對人類文明進化的作用。人工智能發(fā)端于模仿、學習自然智能：特別是社群性動物自然進化出來的智能。如：蜜蜂是分工很細的社群性動物，它們覓食時，專職尋找蜜源的工蜂找到蜜源回到蜂巢后，為指引專職采蜜的工蜂同伴前往某個方向幾十公里遠的已知蜜源，常常會跳一種八字形舞，這個八字形中間兩個橢圓相切的方向線也是橢圓長軸方向，即蜜源的方位線，這個方位線的方位角是以當時太陽的方位為標準的，飛多遠的具體信息，隱含在找蜜源工蜂在方位線上屁股擺動的次數(shù)和橢圓長軸的長度中。采蜜工蜂理解了這個帶有蜜源時空位置信息的交流舞蹈就帶領新生的采蜜蜂飛往蜜源采蜜去了，而當采蜜歸來時，太陽已經(jīng)轉(zhuǎn)過了一段方向，采蜜工蜂要能計算出太陽當前與出發(fā)時轉(zhuǎn)動了多少方位才能找回蜜源和蜂巢當前方向之間新的太陽方位關系，才能回到自己的蜂巢也就是把時空位置變化搞得很清楚。說明小蜜蜂為了生存，它們的幾何與物理還有天文都學得不錯哦！研究這個現(xiàn)象的幾位奧地利科學家，因為揭示了社群動物蜜蜂的交流智能與時空位置智能與它們的數(shù)理邏輯、認知和學習智能的關系還獲得了1973年諾貝爾生物獎。

我比較早探索時空智能。自然科學家認為時間、空間不可分割，且可以相互轉(zhuǎn)化。在此基礎上，愛因斯坦引入與物質(zhì)質(zhì)量的關系，并從理論上證實了三者的關系。在物質(zhì)萬有引力的基礎上，他提出：存在引力的時空不是牛頓和我們常識所認為的時空是平直的，物質(zhì)引力越大會將時空拉得越彎曲，從而改變了空間和時間的原有長度。如：在太陽周圍，由于它質(zhì)量比地球大得多得多，那里的時空間彎曲比地球要大得多，光線在彎曲空間里走的最短路線就不再是直線，這是時間、空間扭成一體的概念。而我們研究這個概念，是基于時間和空間是人類生存的基礎。所有的信息都是通過時間、空間來表現(xiàn)的，而光就是表示時空統(tǒng)一的量：光的波長是空間量、振動頻率是時間量。光本身既可以表述為每秒鐘多少米，也可以表述一個波長是多長或一秒鐘振動頻率是多少，波長乘上頻率就得到了光速。光速是個常數(shù)，不同物質(zhì)發(fā)出不同波長和頻率的光，光的顏色取決于它的波長、頻率。而物質(zhì)的性質(zhì)之一是顏色，就可通過物質(zhì)發(fā)出光的波長和頻率來認知。比如鐵是紅色的，而把鈉鹽放到火上燒發(fā)出的是黃光。因為納氧化燃燒時發(fā)的光的波長頻率對應黃色。這就是通過光的波長頻率這個時空量研究物質(zhì)性質(zhì)的原理。

研究生命體，研究化學，研究材料，研究物理，歸根結底是研究其物質(zhì)結構與性質(zhì)。時間、空間是研究物質(zhì)能量信息最基本的方式，它們的存在和變化方式都是由時空表示的，過去我們不太關注物質(zhì)的性質(zhì)，而受益于現(xiàn)代科學的發(fā)展，以光信息中所攜帶時間、空間信息的質(zhì)譜儀為研究物質(zhì)的工具，物質(zhì)對我們的利弊被逐漸挖掘，從而更好地服務于人類需求包括健康事業(yè)。

2021年5月26日，江西南昌，在第十二屆中國衛(wèi)星導航年會上展出的北斗星通公司北斗智能網(wǎng)聯(lián)汽車。圖/視覺中國

那不止，高精地圖只是其在交通汽車工具方面的應用，其將來在諸多領域都有很強的應用潛力。如在地面通信領域，當下5G技術只能保障毫秒級的用戶級延時標準，如果“5G+北斗”順利落地，全球范圍內(nèi)同一5G移動網(wǎng)絡任何節(jié)點之間信息傳輸?shù)臅r間同步基準精準度將會達到納秒級，這樣精準的網(wǎng)絡基準時間就可以保障微秒級的用戶延時，至少提高1000倍。將來5G移動網(wǎng)絡時空基準的精準度一經(jīng)提高，在科學、醫(yī)療、工業(yè)控制上將帶來新變革。遠程指揮外科手術能更加精準、工業(yè)控制中的自動控制生產(chǎn)線也能更加精密。

現(xiàn)代制造業(yè)和其運營管控服務呈現(xiàn)全球分布態(tài)勢，若要將散落在全球各地的產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)運管服一體化發(fā)展，需要精準的全球時間和位置同步或協(xié)同控制。由此，時間、空間是將來高新技術提高經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量的一個最重要的新的抓手。

這兩者各有各的功能，缺一不可。高精地圖作為一個行車環(huán)境信息基底，承載基礎性兜底的功能：所有的信息雖獨立承擔自己的任務，但最后都表達在高精地圖上，通過它來實現(xiàn)來自車輛自身傳感器的信息、來自車聯(lián)網(wǎng)車路人協(xié)同的場景變化信息和來自車聯(lián)網(wǎng)云服務器中的行車區(qū)段眾源信息等，都將通過高精地圖融合和協(xié)同，然后按車速車況和場景安全性的輕重緩急集中決策和調(diào)控，以實現(xiàn)安全、舒適、便捷的行車智能服務。車配傳感器觀察到的環(huán)境變化可能是實時的變化，而這個變化是通過與正在使用的高精地圖場景匹配后才能發(fā)現(xiàn)的，由高精地圖決策將捕捉到的變化及時上傳到云上交互，也要通過路邊車聯(lián)網(wǎng)通信節(jié)點送到云端，由云端驗證確認后以群發(fā)方式提供此新信息給其他用戶，從而真正實現(xiàn)車路人的協(xié)同、車車協(xié)同以及車與人的協(xié)同交互，來實現(xiàn)道路行車的整體安全。如若路邊的限速、轉(zhuǎn)彎指示牌倒了，智能網(wǎng)聯(lián)汽車將此信息經(jīng)由高精地圖匹配判斷，地圖將依據(jù)靜態(tài)信息坐標即時調(diào)出彎道半徑等相關信息控制車輛，汽車將在規(guī)定地點自動采取降速、轉(zhuǎn)向等一連串控制指令。同時，高精地圖作為最終的基底型保證機制，能在傳感器或其他設備失能的情況下實現(xiàn)控制能力。從這個意義上講，高精地圖是一個不可或缺的自動駕駛的基礎設施。

“5G+北斗”是我在武漢最先提出來的，這在技術上是一個融合創(chuàng)新。5G與北斗同屬高新技術，兩者相互融合、彼此賦能。北斗將時空信息賦能給通信基礎設施，而通信基礎設施利用其高速傳輸特質(zhì)，可以把北斗的信息傳得更快、傳得更好。時空關系是處理智能問題最重要的依據(jù)，什么時間，什么地點，解決什么問題，這就是智能。什么叫精準？空間、時間、位置的精準。兩者缺一不可，方能實現(xiàn)精準扶貧、精準醫(yī)療等對人類幸福產(chǎn)生裨益的舉措。

提到武漢，其實武漢很早就提出以搭建智能車輛測試場的方式促進智能汽車的發(fā)展和推廣應用，設計利用5G+北斗架構在武漢經(jīng)開區(qū)做測試場，幾經(jīng)疫情等多種波折，目前已正式開工。5G+北斗的概念推廣得很快，國內(nèi)最早是移動、聯(lián)通等5G牌照公司入場，中國移動與我們合作于2018年就已經(jīng)在全國做了4000多個5G+北斗的地基增強基準站，開展道路行車精準位置識別服務和道路災害的預測預警。此后，5G+北斗開始被應用于各個領域，鐵道要建自己的5G+北斗架構提升列車控制水平，公路也要做車聯(lián)網(wǎng)，以期實現(xiàn)車與路的協(xié)同、車與人的協(xié)同、車與車的協(xié)同。

在自動駕駛的幾種概念里，最先被提出的是單車智能，由特斯拉的馬斯克首創(chuàng)。他說：他的自動駕駛車有兩個攝像機即可以代替人的眼睛，他的人工智能技術也很強，可完全實現(xiàn)單車智能。但特斯拉的自動駕駛車在美國、歐洲、中國出的事故都很多，造成不少人員傷亡。單車智能對傳感器性能質(zhì)量要求非常高，不僅價格高昂，由于外界環(huán)境因素的變化干擾，即使加上毫米波雷達、激光雷達或超聲波雷達等場景感知設備也還難以滿足安全剛需，超聲波只滿足近距離需求，激光雷達易受雨霧、煙霧干擾失效，毫米波雷達精度和可觀察距離受到限制，全配上也難以在各種場景下保證車輛安全。因此，即使在美國，現(xiàn)在人們也都主張應該加上車聯(lián)網(wǎng)，解決所謂V2X問題，即車、路、人與環(huán)境協(xié)同問題。

中國方案提出：不要把高昂負擔全放在車上，而是交給公共基礎設施，讓道路感知+5G+北斗成為路側(cè)感知體系，感知車輛運行也感知周邊的環(huán)境，并將這些信息匯總于云上向用戶發(fā)播。這樣，車聯(lián)網(wǎng)就像有“上帝之眼”一樣，及時向用戶提供他們感知不到的信息，來支持其行車的主動安全。5G+北斗甚至能感知到路面上精準的氣象變化，依托此技術，我們對道路下雨邊界距離的預測誤差不超過兩三米，時間誤差不超過兩三分鐘，下雨量會精確到兩三毫米，那就不會發(fā)生去年鄭州暴雨那樣的災難了。這種全方位、高精度的環(huán)境氣象預測，源自于北斗較強的感知大氣中水汽含量的能力：衛(wèi)星數(shù)據(jù)含有每條電波射線彎直程度隨大氣中水汽含量多少和三維位置變化的關系，從而能精準預測預報氣象進而保障汽車行駛安全。這種路側(cè)基礎設施，減輕了車子的負擔，也就解決了用戶的負擔，當然，這種北斗+5G精準氣象預報仍有許多難點需要我們?nèi)スタ恕?/p>

（感謝高柯夫?qū)ＴL的大力支持與幫助）