智能汽车、出行大数据、智能交通、地理信息、出行服务商、智慧物流等为主要特色的新兴出行科技正在重塑我们的城市生活。2020年爆发的新冠疫情,进一步增强了人们对更加智能、安全、清洁、高效的城市出行体验的期待。
10月29-30日,由中国电动汽车百人会与智能汽车与智慧城市协同发展联盟主办的第四届全球未来出行大会(GFM2020)以“出行科技链接未来城市”为主题在浙江省德清县召开,探讨出行科技如何与未来城市协同发展,未来的城市、未来的出行、未来的汽车如何为居民提供更加经济、便捷、安全、科技友好的新出行方式。
在29日下午的“出行科技链接未来城市”主题论坛上,中国工程院院士、国家卫星定位系统工程中心主任刘经南发表了关于北斗+5G引领新基建的主题演讲。
刘经南表示,车联网本身是具有控制功能的工业互联网,它也需要“北斗+5G”作为基础设施来支撑,说明“北斗+5G”具有引领新基建的作用。
据刘经南介绍,北斗作为全球性、高精度的时空基准,其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,能够进行时空位置定位,使得其在网络上的活动时空轨迹都可悉知。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,这体现出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。
目前,我国正在推进“新基建”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。
对于与自动驾驶的结合,刘经南表示,自动驾驶目前需要三大基础设施:
一是智能网联汽车,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。对自动驾驶地图来说,高精地图含静态信息与现在的地图相同,如道路的形状和类型,可以控制弯道的车速,而进入高架桥下或者隧道中就会自动启用惯性导航系统来弥补北斗导航系统的不足。另一方面,控制功能要配合车辆位置才能确定,需要跟地图匹配起来才具有这种功能,因此需要含有实时的动态信息,如交通及道路的实时状态、交通突发事件等,实时地告诉运行车辆,以此确保车辆的安全可控。因此,具有感知功能的汽车加上具有全路感知的车联网,再加上地图的整合,才能够保证车辆的安全运行和自动驾驶。
刘经南介绍,“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,国际上对车联网实现V2X(车路协同)的技术有两种,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。中国支持基于网络的车路协同技术,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,两种方式支持车与车之间的互联,因此国际V2X通信的两种功能都具备。
对于北斗的时间和空间基准为什么能够给车联网赋能,刘经南介绍,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。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,这是其关键所在。
通过研究和相关实验表明这一方式是可行的。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,目前的互联网测不出两个不同点之间的信息流速,而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就可以测定了。通过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,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。
据刘经南介绍,2019年9月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。
刘经南表示,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”的能力是智能时代不可或缺的一种新型的基础设施,北斗与5G融合是引领新基建最佳的解决之道。
刘经南认为,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)。