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中國工程院院士劉經南:“北斗+5G”引領新基建

“北斗+5G”融合基礎設施、智能駕駛、自動駕駛和車聯網等,能夠起到引領新基建的作用。

未來城市如何支持出行變革。城市新型智能基礎設施如何與出行變革相協同?10月29-30日,第四屆全球未來出行大會(GFM2020)在德清舉行,中國工程院院士、國家衛星定位系統工程中心主任劉經南視頻連線稱,“北斗+5G”融合基礎設施、智能駕駛、自動駕駛和車聯網等,能夠起到引領新基建的作用。

中國工程院院士劉經南:“北斗+5G”引領新基建

北斗作為全球性、高精度的時空基準,它的高精度導航增強技術與5G無論是需求上、還是技術上都有天然通導一體的結合傾向,能夠互相賦能、彼此增強,而北斗賦能5G,有感知、認知時空位置的功能,使所有信息能從生成開始就具有出生證,即產生的信息,能夠給它進行時空位置定位,使得它在網絡上的活動或者在網絡上什么地方駐留、待多久的時空軌跡都能知道。而5G反過來也能賦能北斗,因為5G高速度、大容量的穩定傳輸北斗地基增強時空位置修正信號,使得北斗的時空精度更高,這就體現出所謂的新型基礎設施的融合特征,這一融合使得“5G+北斗”,不僅是信息時代、數字時代的信息基礎設施,也是未來智能時代重要的時空信息基礎設施。

劉經南表示,我國正在推進“新基建”的戰略,注重七大領域的高科技產業基礎設施的數字化、智能化建設,而基于“北斗+5G”的精準時空技術與通信技術的融合及應用,將是這些領域基礎設施信息化、智能化升級改造不可或缺的重要手段。

第二方面,結合自動駕駛來講,新型基礎設施為什么是智能基礎設施。

自動駕駛目前需要有三大基礎設施:

一是智能網聯汽車,是指搭載了先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置,并融合現代通信與網絡技術,實現車與車、車與路、車與人、車與云端(就是服務器)、智能信息的交換、共享,具備復雜環境的感知、智能決策、協同控制等功能,可實現安全、高效、舒適、節能行駛,并最終實現替代人來操作汽車的新一代汽車。

二是要給智能網聯汽車提供各種各樣的信息,通過“5G+北斗”構建的車聯網,來實現V2X車路、車與周邊環境協同,對智能網聯汽車提供精準時空位置服務的一種泛在的信息網絡,車聯網是這樣一種信息網絡。

三是自動駕駛高精地圖。地圖也是基礎設施嗎?是的,我們國家將來變成智慧的地球、智慧的區域管理等等都是要依賴地圖的。對自動駕駛地圖來說,高精地圖含靜態信息就跟現在的地圖一樣,如道路的形狀和它的類型,可以控制彎道的車速,而進入高架橋下面或者隧道里面就會自動啟用慣性導航系統來彌補北斗這個導航系統的不足。另一方面,這就是要有控制的功能,當然要配合車輛的位置才能確定,跟地圖匹配起來才具有這種功能,還要含有實時的動態信息,如交通及道路的實時狀態、交通突發的一些事件、某些信號牌是不是倒下等等,實時地告訴運行的車輛,來確保車輛的安全可控,也就是說具有感知功能的汽車加上具有全路感知的車聯網,再加上地圖,這樣合成起來,才能夠保證車輛的安全運行和自動駕駛。

“北斗+5G”賦予了交通運輸時空域內的厘米級和納秒級時空位置的管控功能,國際上對于這種車聯網能夠實現V2X(車路協同)這種技術有兩種,一種叫做短距通信技術,一種叫做基于通信網絡的車路協同技術。中國是支持基于網絡的車路協同技術的,基于通信網絡的車路協同技術和通過直連通信,實現車與車之間直連通信,5G有這個功能,配合蜂窩網通信,兩種方式來支持車與車之間的互聯,就是說國際V2X通信的兩種功能都有。

劉經南表示,北斗的時間和空間基準為什么能夠給車聯網這樣的工業互聯網賦能,有些人認為這好像是不可能的事,但是我們做了很多試驗說明這不是不可能的事情。構建車聯網實時控制和信息安全的人、機器,包括環境和物理世界,物理世界也包括環境,互相融合,我們把它叫做信息與物理世界融合系統,這種系統科學界叫信息物理系統(CPS)、工業界就叫工業互聯網。因為車聯網有遠程管控功能,使人、機、物融合,成為能調控物理世界的CPS系統。因為它可以調控車輛的速度,通過遠程的控制、命令管理通信,或者由車主本人進行遠程控制,調控車輛的速度是不是要降速、要變道、要剎車等等。所以構建5G網絡的節點,包括它的基站、路由、網關、服務器等等的高精度時空體系,就可實現車聯網的時空位置信息可量測、可計算、可溯源、可調控,這就是它的關鍵。

劉經南表示,我們做了相關實驗說明它的可行性。一是對信號從A點通過網絡導線到B點的流速進行精確的測定,目前的互聯網是測不出兩個不同點之間的信息流速的,現在可以測定了,就是通過一個高精度的北斗授時守時終端,我們利用現在的互聯網或者未來的互聯網加精密單點定位技術(Precise Point Positioning,PPP),通過特殊的設計,把北斗整個系統的原子時鐘引入到了授時終端里面來。我們開發了北斗精密授時守時秒脈接收沖終端和相關時戳機,將網絡信息包到達哪個節點都打一個時間標記,標記什么時間到達的、位置是什么,其天穩可優于0.3納秒,同步精度優于0.3納秒,實現了很高的精度。同昂貴的飛秒激光示波器測試結果一致,表明我們用普通的接收器也能夠測出同樣的流速。     

2019.9.19日,國務院發布《交通強國建設綱要》,明確提出智能網聯汽車研發,要形成自主可控完整的產業鏈。而以北斗+5G為代表的泛在網絡和可控的交通信息基礎設施,將融合創新出中國特色的智能交通。

定位/導航/察時(Positioning,Navigation,Timing)是生命體通過留守行走尋找生存資源的自然智能,同時生命體進行信息交流,通信(Communication)也是提升群體認知智能的自然智能,因為群體動物的聰明程度高,也就是通過經常信息交流互相加強了認知智能。這兩種智能結合就能形成決策、指揮、調控的生物智能,這一融合構建出現代新型時空信息基礎設施,可將PNT時空位置間協同與調控的類生物智能賦能給機器和環境,例如,讓車聯網不僅能提供快速大容量ICV用戶信息交互,而且能協同性管控與時空事件的車輛自動駕駛和智能駕駛,成為驅動新基建最具活力的行業應用。所以,“5G+北斗”這種能力是智能時代不可或缺的一種新型的基礎設施,這就是我們講到為什么北斗與5G融合是引領新基建最佳的解決之道。

如果說4G改變生活,5G改變社會,通過“北斗+5G”給交通行業及應用賦以時空智能,成為實現區域、廣域乃至全球范圍的智能、規劃、決策、協同控制的基礎,不僅可以解決車聯網、工業互聯網中的廣域和全球性控制的難題,“北斗+5G”還將能改變世界(使世界從信息互聯到時空位置互聯)和改變時代(引領信息時代向智能時代邁進)。

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