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北斗+5G将改变世界和时代”

2021-03-12 10:45:00
admin
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本文内容摘自《中国测绘》2021年第2期

当5G遇上北斗 ,会怎么样?有观点说,“取决于人们的想象力”。

2020年,两个“国之重器”相遇了。这一年,北斗三号 卫星导航系统完成全球组网,并向全球提供服务;这一年,5G(第五代移动通信)在我国开启大规模商用。可谓是“在对的时间里遇到对的你”,北斗和5G“一见面”便成为一对“好朋友”。

人们期盼着北斗和5G能更快地成长。无论是北斗与5G深度融合,还是5G与北斗相互赋能,北斗与5G均已成为智能应用的基础设施,成为提升社会治理能力不可替代的智能化技术,助力经济社会高质量发展。正如业界专家所言,北斗和5G的融合将会带来新业态、新模式,将会在智慧城市、智慧制造、智慧家庭、智慧农业等未来新技术、新应用方面发挥更大作用。

“如果说4G改变生活,5G改变社会,那么‘北斗+5G’将改变世界和时代。”中国工程院院士、国家卫星定位系统工程技术中心主任刘经南如是说。


融合下的产业新世界


2020年,5G与北斗“在一起”了,一起见证珠峰新高度。在网友们“云关注”下,这年5月,中国测量登山队成功登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰,举世瞩目。


当时,5G信号覆盖了珠峰峰顶,“5G上珠峰”“云游世界屋脊”等直播视频和话题都是通过5G信号传送到万千观众面前。据了解,这次珠峰测量首次将5G技术和北斗导航相结合,进一步提升了高程测量精度。


不可否认,北斗+5G应用才刚开始。业界专家坦言,北斗三号终端刚刚推出,所以许多人还来不及感受到北斗“真容”。而事实上,“北斗+5G”已经悄然在各地落地应用。比如在传统领域里,铁路定位、码头装卸、建筑监测、机场调度等场景的智能化改造提升;新兴领域的自动驾驶、自动泊车、车路协同、物流货运、无人机农业等。北斗和5G跨界融合带来无人化和智能化的新变化。


在北京,“未来五年,让城市变得越来越‘聪明’”的城市发展规划背后,看到了更多北斗、5G和人工智能的身影,比如北京将推进“V R全景智慧文旅地图”“数字孪生景区”“5G+8K直播”等,在政策扶持下,加快了产业升级的步伐。


在重庆,有一家大型商城,他们利用5G技术和卫星定位技术,在商场里打造了一条AR(增强现实)空间平台,顾客扫描二维码后,就能在手机上看到与现实场景相融合的三维景观,还可以参加互动,使智能化应用悄然走进大众,走进消费者。


燃气行业是北斗系统行业应用的先锋和典范。其中,北斗高精准燃气泄漏检测系统可以精准地及时发现险情,保障一方城市安全。特别值得一提的是,以城市燃气行业为切入点,北斗应用已拓展至全国超过600座城镇,在供水排水、城镇供热、轨道交通等领域均有广泛应用。如今,有了5G的加持助力,类似这样的智慧应用将更广泛地助力智慧城市发展。


在全国各地,许多大型仓库正在进行智能化改造提升。现场的工作场景是这样的:无人小车不知疲倦地满场“奔跑”,自主将货物运送到指定位置,而实现“机器代人”的仓库工作人员,则一改以往“扛大包”搬运货物的形象,只需坐在电脑前输入指令,指挥无人车搬运货物。这种“高大上”的应用,让仓储智能化管理更加有序和高效。


可以相信,随着这些智能化应用的不断深化和拓展,“北斗+5G”的潜能将不断被挖掘。


“‘北斗和5G’具有天然的渊源关系。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在接受媒体采访时曾表示,北斗系统本身是国家重要的时空基础设施,提供高精度的位置和时间信息,二者具有融网络、融科技、融技术、融终端、融应用的天然优势。同时,北斗可以构建高精度、高可靠、高安全的新一代信息时空技术体系,而物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等技术都离不开北斗,也离不开5G。


“北斗与5G的融合,可以相互赋能,彼此增强,具有高精准时间、高精度位置、高速度通信、高清晰图像的‘四高能力’。”在刘经南看来,北斗全球导航卫星系统与5G结合,可以使人工智能技术(AI)准确感知、认知、预测、预警基础设施和社会安全运行的变化态势,及时把握群体的认知及心理变化,主动决策反应,将显著提高社会治理能力和水平,对有效维护社会稳定和发展具有不可替代的作用。


持续关注北斗发展的知道,在国家政策的推动下,“天上好用,地上用好”的北斗产业正在催生“北斗+”融合应用新模式,在“新基建”助力下,“北斗+产业”将得到更加快速发展。


因此,北斗卫星导航系统 工程总设计师杨长风认为,“北斗+5G”可以带动中国新兴产业加速兴起,给经济社会带来革命性的变革;“北斗+5G”将充分发挥北斗系统的天然特性,实现北斗系统在信息领域深度应用。在可预见的未来,“北斗+5G”将成为业界的大趋势,除了通信以外,两者的结合还将为智能交通、无人驾驶应用插上“翅膀”。


数据显示,2019年我国卫星导航产业产值超过3450亿元,其中北斗的贡献率超过80%。我国5G产业发展也前景广阔,开始大规模商用的2020年,预计5G带动直接经济产出0.5万亿元,间接经济产出达1.2万亿元,将提供百万就业机会。另外,随着5G网络逐步普及,“北斗+5G”技术的智能化应用将有望开辟数百亿新应用场景。


“我认为,未来中国通过北斗系统与5G的融合应用,会是最早实现智能化的国家。特别是在时空高精度应用上,包括自动驾驶、人工智能、物流、机器人等各行各业的精准位置移动应用,测绘地理信息行业将大幅度快速发展。”企业界和商界人士的这一判断来自于国家正在推进的“新基建”战略,“该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,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。”刘经南表示。


技术赋能促智能互联


“为什么说北斗+5G能改变世界和时代?因为北斗+5G就是解决智能问题。”业界专家认为,人类进入智能时代,离不开通信、导航、授时和决策。现代通信业快速发展,即是使各类信息互联互通,而互联网、移动互联网发展的核心,同样是为解决信息互联问题,不同的是信息传输速率越来越快。


人类交流或者通信靠“吼”,交通靠“走”,指挥靠“手”的时代已然成为过往。刘经南说,定位、导航、察时、知时节是人类为生存而进化的智能,简称PNT(Positioning,Navigation,and Timing)智能。生物智能与智慧就是在时间和空间位置上,通过对外界感知、认知,进而决策,并付诸行动,以适应生存。语言、文字、图像、音频、视频……这些都是信息的一种。


随着科技发展和社会进步,人类对时空位置信息的需求从事后走向实时和瞬间,从静态走向动态和高速,从粗略走向精准和完备,从陆地走向海洋和天空,从区域走向广域和全球,从地球走向深空和宇宙。目前,正在从实体空间走向虚拟网络空间,从自然走向人类自身和社会。


正如业界专家所言,时空位置信息应用只受人类想象力的限制。北斗作为全球性、高精度的时空基准,它的高精度导航增强技术与5G通信,无论是需求上、还是在技术上都有天然通导一体结合倾向,能够互相赋能、彼此增强。


刘经南对此深有感触地说,北斗赋能5G,有感知、认知时空位置的功能,使所有信息从生成开始就具有“出生证”,即时空位置信息,且是有生命轨迹的信息,能够进行时空位置定位,使得它在网络上的活动或者在网络上什么地方驻留、待多久的时空轨迹都能知道。而5G反过来也给北斗赋能,因为5G可以高速度、大容量,且稳定地传输北斗地基增强时空位置修正信号,使得北斗时空精度更高。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。


刘经南告诉记者,世界上的问题可以用一句话来回答就是:感知“何处何时外界发生了什么变化”,这是解决问题的根本出发点,其中涉及的时间、空间、周边环境问题,需要用北斗全球卫星导航系统来解决,其他与外界变化关联的相关信息则需要5G通信来解决。


5G和北斗就像是一对“神助攻”队友。5G传输相当于一条由原来仅有两车道公路扩展到八车道的高速公路,解决了以往道路不通畅问题,公路上的信息流被打开,一泻千里。尤为重要的是,5G传输速度在每秒30万千米,下载电影大片分分钟搞定,简直就是秒级。


同时,北斗系统又是唯一全球性、高精度、高稳定度的时空基准,它远在高空进行持续不间断地精准信息传输,能实现全球时间的精确同步,可以在广域甚至全球范围将感知时间和空间位置的能力赋给5G或其它系统,如道路、环境甚至其他卫星网络等。


此外,高精度导航增强技术对移动通信网、互联网赋能,给信息在网上移动的瞬时位置定位,定其去向和瞬时流速,还能使移动互联网具有室内外无缝化、一体化定位功能。


因此,智能时代的“5G+北斗”,即将PNT智能赋能给机器和环境,发挥机器和网络环境下的智能优势。比如无人驾驶汽车要精准地感知外界,要求空间位置(距离)精度达到厘米或者毫米级。在时间精度上,5G时延标准是毫秒级,这种水平仍然无法满足汽车避障远程控制需求。


以汽车时速120千米计算,一个毫秒相当于汽车跑了3.3厘米,经科学研究得出,每毫秒时速保持在2.5~3厘米左右,无人驾驶才能自动识别障碍物,实现避障,超出这个界线范围,就容易发生事故。显然,5G时延1毫秒级标准无法让无人驾驶安全上路,而且5G网络的位置是虚拟空间,不能实现信息在网络时空位置的感知和调控。因此,需要北斗赋能。


“全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)也有这个能力,它可以保持时间同步,并且精度达到1纳秒。”刘经南解释道,“厘毫微纳”是4个精度量级,对于时间来讲,就是秒、毫秒、微秒、纳秒。秒与毫秒之间相差三个量级,毫秒与微秒相差三个量级,微秒与纳秒相差三个量级。所以,三三得九,纳秒就是10的负9次方,即十亿分之一秒。这是北斗所具备的能力,北斗能实现全球时间的精确同步,可以在广域甚至全球范围将感知时间和空间位置的能力赋能给5G,让5G时间更精准,相当于将5G精度提高了至少1000倍,从而成为无人驾驶、智慧城市,以及智能化治理能力非常重要的技术基础。


如果说4G改变生活,5G改变社会的话,通过“北斗+5G”给交通行业应用赋以时空智能,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,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。


因此,“北斗+5G”还将改变世界,使世界从信息互联到时空位置互联,“北斗+5G”还将改变时代,引领信息时代向智能时代迈进。


给生活带来更多可能


国家正在推进的“新基建”战略,注重基础设施的数字化、智能化建设,基于“北斗+5G”的精准时空技术与通信技术的融合及应用,将是高科技产业基础设施信息化、智能化升级改造不可或缺的重要手段。


然而,“要实现‘北斗+5G’,目前还需要一个标准化过程。”业界专家表示,目前“北斗+5G”相关的基本技术和理论已经具备,正在进入标准化阶段。假以时日,相关应用将全面铺开,未来更多的应用取决于人们的想象力。


同时专家强调,定位、导航、授时(即PNT)是人类生活中的必备要素,也是国家信息的基石,是指挥现代战争的核心要素,是国家建设制衡“深空、深海、深地、深蓝”网络必不可少的关键支撑,与国民经济建设、国防建设息息相关。


但不可否认,无论是中国的北斗,还是其他卫星导航系统,薄弱环节是信号弱。信号从几万千米的太空传到地球来,极容易被干扰,极容易被遮蔽,而信号弱,很容易被欺骗。另外,室内、涵洞这些遮挡信号的地方都不能提供定位导航授时服务。空间内的载荷出现任何异常,地面控制端出现任何故障,都可能导致全球卫星导航系统(GNSS)的服务中断。



据悉,2035年前,我国将建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系,为未来智能化、无人化发展提供核心支撑,持续推进系统升级换代,融合新一代通信、低轨增强等新兴技术,大力发展量子导航、全员导航、微PNT等新能力,构建覆盖天空地海、基准统一、高精度、高智能、高安全、高效益的时空信息服务基础设施。



中国工程院院士杨元喜在一次学术论坛上曾表示,综合的PNT(定位导航授时)系统不仅包括全球导航定位系统,更是综合了多源信息,即无线电、惯导组件、量子导航、芯片、原子钟、匹配导航等多机制综合PNT,并将充分利用已有信息源,不再受单一系统影响,具有强大的兼容性、互操作性和稳健性。


未来以北斗为核心的我国综合定位导航授时系统有着怎样的功力?杨元喜说,“即使在丛林、隧道、水下、敌人故意干扰的环境中,也能提供准确的定位导航授时信息服务,其为中国建成真正的信息高速公路奠定扎实基础、创造良好条件。”业界企盼这一天早日到来,让万物互联、联通共享的时空基础,让“北斗+5G”能力为人类社会发展,给百姓生活带来更多可能,共建美好家园。


“以‘北斗+5G’为代表的泛在网络和自主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。”刘经南认为,除技术赋能外,需求应用端也要跟上。眼下,“北斗+5G”赋能自动驾驶应用已经初露端倪。特别是近年来,车联网、网联车快速发展,实现车与车、车与路、车与云端智能信息的交换和共享,这要具备对道路、车辆、人等复杂环境的感知、智能决策、协同控制等能力,以最终实现人工智能替代人来操作汽车的目标。


“实现统一基准服务,给智能网联汽车提供精准时空位置服务信息,还是要通过‘5G+北斗’构建的车联网来实现。”刘经南举例说,比如高精地图,这是自动驾驶的基础设施。在静态地图上有道路信息、位置信息、实时动态路况信息等,还可以远程控制弯道车速;而当汽车进入高架桥下或者隧道里时,智能系统会自动启用惯性导航系统来弥补北斗信号被遮挡的不足。也就是说,具有感知功能的网联汽车,融合了具有全路感知的车联网以及具有控制功能的高精度地图,才能够保证车辆安全运行和自动驾驶。


畅想未来,在5G信号覆盖不到的地方,可以通过北斗进行信息沟通,而在北斗领域,5G“神助攻”也在赋能智能化应用。在“5G+北斗”新时空下,打开了一个新世界,打开了一个产业新生态,打开了一个可期的新蓝海大市场。

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