刘经南：北斗系统在智能交通中的应用与发展
2016-12-05 09:56:54 来源：中国智能交通协会作者: 评论：0

^{刘经南；武汉大学原校长；中国工程院院士}

　　非常感谢有这样一个机会跟大家进行交流。我的主题是北斗系统（也是现在比较时髦的主题）在智能交通和车联网融合中的一些应用与发展的情况介绍一下。我将分几个方面介绍北斗系统以及它在智能交通中的应用一些前景和展望。

　　首先介绍一下北斗导航系统的发展状况，我们知道的北斗，现在叫做北斗二代，是区域导航系统。它能够满足亚太地区的需求，它的星座是14个，有5个地球精准卫星，5个全球同步卫星相当于24小时绕地球一圈，有4个全球飞的卫星，以区域为主、兼顾全球的需要，但是不能满足全球的需要。有两种定位方式，一种叫做被动式的，就是又收又发，又收信息又发信息，在战场环境下是主张只收不发，因为一发容易暴露位置，所以我们现在又有只收不发的形式，就是叫做RNSS，被动式叫做RDSS，一种靠具体定位，一种靠导航定位，这两种定位，这就是它的覆盖范围。北斗导航系统在亚太区域内有基本精度的导航，标准精度的服务，也有高精度的服务，这两个系统是融在一起的，不像其他的是分开的，我们是一套系统能够满足两种服务，高精度服务可以满足米级、厘米级，有120个汉字的短消息功能，可以和互联互通。这个短报文互通可以在军事上实现集团指挥功能，这是非常有利的功能。北斗系统目前也是全球唯一全星座所有的星座，当然现在是14个所有卫星都具有三频向位，这个频率调成距离观测值一共加起来6种原始观测，这也是其他星座所不具备的。其他一般是4种，我们多了2种。现在已经提供了正式向亚太地区提供服务，它支持一带一路的建设，这个系统可用性是时间上和空间范围上在亚太地区可以达到99.996%，连续性可以达到99.986%，远远超过原来的95%左右的实际指标，这是现在的状况。

　　与此同时，北斗还做了一个B级增强系统，对北斗导航系统的精度提高增强，并且对GNSS系统进行增强，向用户提供米级、分米级、厘米级精度的定位和导航增强的服务，特别是我们车载服务、车联网就需要这种厘米级、分米级和亚米级的服务，全国高精度的地级城墙网今年年底开始试运行，下面这两张图是它要通过很多基站来发展增强信号，跟移动网是联合在一起的。

　　北斗对当前的最重要的贡献是在国家和各个省市、地区行业的支持下，在2015年我国市场的引导下，2015年卫星导航与位置服务产业的总体产值已经接近1900亿元了，远远超过原来的预计的1500亿元的水平，北斗在经济和市场的占用比上也占导航产品、销售产品80%都使用北斗的兼容技术。由于北斗具有定位导航等功能，所以可以作为物联网的时空基准，其终端本身也可以成为时空位置的传感器。物联网最重要的是感知，被动地级增强系统作为高精度时空的传感器将成为物联网最重要的一个基础设施和基础的部件。

　　国家现在已经建立了一个北斗相应的产业链条，从芯片、模块、板卡、软件、终端和运营服务为一体系化的北斗产业链条，包括基础的构建、终端的集成、系统的集成、系统包括导航性应用终端加应用型软件，还有高精度的终端加高精度的应解决方案加软件等等。当然还包括现有的运营服务的平台，这就是整个产业链的情况。

　　北斗技术支撑了汽车移动互联网，也就是车联网，包括汽车制造业、汽车电子制造业、车载综合信息服务业，面向智能交通的设备制造及服务提供商等。举个例子来说，在交通领域，两客一危的车辆目前大约有380万辆，其中货运类有300万辆，已经进入了两客一危的重点监管的规定加载北斗的芯片，因为北斗是安全的可控的，交通部和公安部联合发布的规定就是都要安装。初步建立了一个标准体系，在G20期间发布了很好的分流和调控作用，随着北斗地级增强网的全面的升级，两客一危的车辆将来在道路上的定位要实现车道级的管理，那就是要满足精度要优于亚米级的水平。

　　我简单介绍一下全球系统，刚才讲的北斗二代是区域系统只服务亚太地区，目前我国家正在建设全球系统，它是由35颗星组成的，其中全球飞的卫星27个，只在区域上面飞的是8颗，5颗GEO加3个IGSO。现在已经发射23国，发射5颗第三代的试验卫星，到2018年要求初步实现全球服务的功能，主要是满足一带一路的需求，这是我们习总书记亲自批示的。目前我们有一些新的信号体制，包括高精度的信号体制，星间还可以互相通信，有高精度微信中关键技术都得到了验证。

　　最大的好处是它的短消息服务，目前的用户已经超过30万台可以实现在中国和周边地区进行覆盖，目前在中国周边地区覆盖。但是下一代是全球系统，要扩大用户要增加用量，老的技术体制完全保留要增加新体制，新体制是最大是用户容量从现在的几十万要提升到一千万级，就是可以并发的同时使用的。终端功耗要由现在的10瓦降低到3瓦，这个在将来的短消息里面很重要。目前，它的通信短报文是120个汉字，将来要提升到1000个汉字，这1000个汉字还有可以传图象，只要稍做改变覆盖区域：在维持现在亚太地区周边的基础上，现在还需要扩大，甚至要扩大到全球。我主张扩大到全球并且详细的论证为什么、怎么样扩大到全球，实际上不需要很多钱，但是有些部门觉得怕耗费太多。

　　这就是我们做的全球覆盖的设计，只要在飞的卫星增加现成的RDSS功能（即短消息和测距的功能），就可以实现全球大部分地域两层覆盖，或者至少可以满足一层覆盖。这是国际上没有的，就可以实现全球的紧急情况的搜救。

　　下面是刚才讲的地级增强，要搬到天上，天上发厘米级、分米级、米级的信号，放在天上发，这样大家收到的就更安全更可保障了，我们叫做双层增强，这是未来的。这样一来，我们系统在2020年左右，最早可能到2018年就要满足这些要求，它可以说是全世界最先进的一个卫星导航系统了（比GPS更为先进），在精度上现在已经完全跟GPS一致，世界都公认这一点，但是系统功能上比现存系统都强，这就是未来的，所谓的“双重增强”带来的好处。

　　现在重回到会议的主题，就是北斗在智能交通与车联网的融合一些应用。我们说“交通”始终是三大问题，一个是安全，一个是畅通，一个是环保。北斗在这三个领域卫星定位都具有保障和促进作用。中国公路交通事故的伤亡及其经济损失，至少相当于每年发生一次汶川地震死亡的人数和经济损失，因为汶川地震是8万人左右死伤，交通事故的伤亡每年也是七八万人。实际上按照世界卫生组织统计（来自世界卫生组织网站官方统计），中国实际统计数额比我们官方统计要高得多（接近30万左右）。具体来说2010年是27.5万多人，当时国家的统计大概是7万多人，而且国家统计数字随年限下降，但是他们提出来是现在死伤数额反而是有点上升。当然他们的统计标准跟我们的标准不太一样，我们是以现场为标准的，他们可能是在一个月内因交通事故死亡的都算。这是他也根据中国各省统计的数据汇总的，总的来说安全第一位的。

　　那么，安全发生在哪些地方？主要是快速路的入口，由于车辆和行车轨迹变化引起交通冲突的频繁，这是最集中的地方。第二是多集中交通环境复杂或者环境突变的事故隐患地区，管理部门及道路使用者对交通的突发事件应对不足也是一个问题，请大家看一下这个视频。（视频）。这个是刚才讲的，用高精度的位置服务来推进主动安全，现在我们大部分车有被动安全装置，但是被动安全还不是非常安全，只有主动安全在没有发生交通事故之前就告诉里发生交通事故的危险程度以及怎么回避这才比较安全，所以未来主动安全是通过高精度的位置服务和时间服务保证你的安全，这个就需要车联网和汽车也连到网络到，就是网联车协同配合，同时需要高精度的位置和高精度的时间。

　　那么车联网和智能交通的深度融合除了政府引导、市场主导，还需要金融杠杆，其中保险是一个非常重要的金融杠杆，所以我们现在利用被动高精度警保联动的保险服务，就是利用高精度位置服务来公安定责，一旦发生事故公安定责，保险定损定赔，这样一个事故我们通过多次验证：有几万用户，只要几分钟就可以处理而且是远程处理，不需要理赔员，不需要公安人员到现场就把数据传到这里，这个现在已经初步跟车管所的验证，认为可以达到验证标准，作为企业标准开始试验。因为根据精密的定位和时间控制，可以知道人的开车行为，比如喜欢急刹车喜欢急拐弯，以此作为提高你的保险费用的依据。而且我们全部是软件或者智能监控的，没有保险人员或者司机以及4S店联合起来骗保的事件，所有的东西是记录在案，所以这款产品也已经在博览会上展览了。目前保险行业有三大乱，一个是售前乱，销售体系混乱，销售渠道多、管理难度大、人员素质低等等，还有销售乱、价格乱、保险价格乱、高收费、以及骗保等等，售后乱、理赔、增值服务乱等等，所以造成我们国家整个车险行业巨亏（这是保险业告诉我们的）。所以，要通过车联网的高精度服务规范人们开车的行为，提升保险降低规范者的保险价格，提升非规范者的保险费用，这样来促进规范，这就是一个事，目前我们的事项，这也是这款产品叫做智能后视镜，这个现在在无锡也有这样的企业在推广。（视频）。这就是我们说的警保联动的保险服务。

　　我们国家现在每年的车辆保险市场是5000亿元，年复合增长率是15%，但是如果车险费率市场化放开以后，利用这种保险方法叫做UBI渗透率可以达到6%至25%，以这样一个估计，可以到25%左右，那么每年将面临800亿到3000亿的市场规模，所以它可以促进车联网的推进，这是金融杠杆，当然自动驾驶讲的比较多，分四级最后实现无人车驾驶，当然最好理想状况是想让它跑可以，不让它跑可以，自己驾驶也可以，这个是第三级，整个过程都需要精密的时间和位置服务。在道路上它要求四步。目前车载导航只能达到6到5米，将来要达到0.5到1.5米的精度，辅助驾驶和自主驾驶位置精度要达到5厘米，速度精度要每小时5厘米，如果车速超过一百公里是3厘米左右，这个是国际提出的标准，所以这样高精度服务就非常重要。

　　自动驾驶是基于将来的4级、5级进行车辆间的通信，国家解决方案是车辆与车辆中的短距离设施，我们打算用5级打算这个问题，5级加上北斗和时间空间和距离控制，当时我举例的是车的位置。另外在其他方面也有应用，我们国家现在建立了北斗的海上交通一套管理系统叫做利用调定波和电台，可以实现离基站的海战300多公里的海边上可以实现精度1.5米左右的定位，这对船舶来说完全够了，对进港的要求也已经够了，因为进港离基站比较近了，达到厘米级精度即可，可以指挥船舶的智慧进港，不需要人，这套系统现在正在建，基本上已经快建完了，是由交通部具体实施的，这个精度测试GPS和北斗精度差不多，但是GPS加北斗以后精度会优于1米。

　　整体来说我们是中国智能交通还包括铁路，当然目前国家建设铁路过程中的瓶颈是铁路平顺性的检测，现在平顺性是高。所谓的极光也是很先进的设备，但是每一公里检测看平不平，或者弯不弯要800小时测一公里非常慢，这还算在国际上算快的，但是要8小时，现在铁道部要求我们最好火车跑的过程中就把铁路的平顺性反馈过来，或者通过一天的高速运行在夜晚要把这些数据拿出来现在我们正在往这个方面努力，现在已经努力到利用北斗加一个惯性导航器件，可以达到亚毫米级的水平，符合规范要求，完全符合，要优于一毫米，加上GPS加上惯性导航器件，可以看一下，这是骑自行车这或者电动车检测不平顺性，这是过去完全靠人，一站一站的搞，现在可以一小时搞15公里，过去是8小时搞一公里，效率提高二三十倍，这对高铁上应用很好，将来还准备提升到检测车，就是30到50公里的速度了，那也快得多了。

　　时间关系，航空应用我就不多说了。最近上海红桥发生一件事情差点撞了，这就是没有使用我们这个，他飞行驾驶的间隔时间造成一串延误，所以现在上海延误的特别厉害。

　　当然下面简单的介绍一下它的前景，我们公路的五纵五横。交通发展非常快的，所以现在提倡互联网+，我们搞北斗的也叫做北斗+，所以两个+在一起，互联网+北斗，功能和效益就成倍的增长。它的发展主要是安全缓解拥堵、智能联运，解决便捷的问题。将来交通资源利用北斗高精度高时间分辨率的特点，我们要实现交通资源所有资源，道路车辆、周边环境和城市之间要全时空感知或交通工具的全过程管控，发动机一点着上路到最后发动机熄灭进入车库，全过程的感控要实现这个功能，要放在个性化的行驶智能车最大的问题是信息安全的设计考虑，那是非常危险的，所以一定要在将来智能车其他部分的安全不需要重点担心，因为都有传感器控制，最重要是信息安全。这些车联网、网联车的方案不详细讲了。

　　最后是我们刚才讲的一个是形成车况传感网，或者车况信息处理中心，就是车内部有一个车况感知网和处理中心，这就是车联网，第二是路况传感网和汽车移动物联网信息处理中心，这两个一联上网要解决人、车、路，人车与周边的环境道路前时空管控，运行全过程管控，这样的我们车联网和网联车才实现我们整个智能交通的一个目的，就是安全通畅和环保，谢谢大家。

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