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新基建与智慧社会--北斗+5G融合发展机遇

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本期导读

6月6日,第六届(2021)中国智能建筑节在山东聊城圆满落幕,峰会上,院士、专家、企业家代表围绕“数字驱动·智建未来”的主题发表了精彩演讲。河马哥今天为大家带来邓中亮院士演讲内容分享:《新基建与智慧社会--北斗+5G融合发展机遇》。

2021-06-17 13:56:55 讲师:邓中亮 编辑:王嘉妮
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空间信息与万物互联

 

习总书记在十九大上提出了要建设智慧社会。那么我们的智慧社会、我们的城市、我们的社区在什么条件下可以说是智慧的?我从定位导航和通信两方面来理解:智慧社会也好,智慧城市也好,智慧社区也好,第一必须透明,第二必须安全。在这两个基础之上,我们才有可能谈智慧,它需要我们的通信和计算,更离不开时空大数据。时空决定了智慧社会发展的依赖核心基础。高精度的时空基准和万物互联的透明化时代已经到来,感知无处不在,网络无处不在。高精度时空信息已成为国家安全、经济建设,包括我们智慧社会发展依赖的核心基础,发挥了很重要的作用:

 

(1)赋能安全生产:从目前被动响应为主的救援模式发展成为精准的全时空主动防御模式。

(2)赋能智能制造:未来工业互联网将涵盖80%的5g应用场景。

(3)赋能智慧农耕:通过高精度时空定位,我国已在一些大农业区实现无人化作业,无人化成本远低于人工成本。

(4)赋能智慧交通:让车辆、交通变得更便利、更智慧。

(5)赋能物流运输:构建基础设施体系,来满足未来无人车无人机的要求。

(6)赋能智慧医疗:如疫情期间健康码、行程码等各种防疫措施,以及劳动关爱等等。随着技术进步,预警管控将更高效。

 

除了上述的应用,时空大数据还有很多可发挥的地方。从计算机互联,到移动互联,到现在的天地可行互联,从天到地,任何时间、任何地点、任何终端都需要在保障安全的前提下进行有效和高效的通信。对移动互联网来讲,位置服务也成了移动互联网下半场业务的一个核心。不管是移动社交、移动支付、移动体验、智慧物联都需要知道你在什么时间在什么地方干了什么事,平安城市也一样,需要建立物联网、视觉、位置服务等一系列基础设施,明年的冬奥会上,北斗+5G的重要应用,对大型活动的安全保障也将发挥重要作用。

 

通信和导航的融合发展

 

(1)卫星定位增强系统与卫星定位导航服务

 

高精度的时空信息和万物互联,对当前的国民经济、国防建设、城市建设发展至关重要。卫星导航是大家很熟悉的。全球四大卫星导航系统:美国的GPS发展了40多年,俄罗斯的GLONASS比GPS晚一点,咱们北斗跟GPS相差20年,加上还没建成的欧洲的伽利略,这四大卫星导航系统,给我们的生活工作带来很大便利,在航空、航海、通信,包括电力等各领域发挥了重大作用。但是卫星导航有它的局限性,比如室内环境下,建筑的遮挡令卫星信号受阻,或变得很弱,定位导航就不能使用。在智慧交通场景中,在隧道、地下几乎不可能靠卫星来进行定位导航。无缝化的高精度位置感知无法得到保障,这对物联网的发展来讲是一个致命的问题。我们必须思考如何满足无缝化的高精度位置服务。

 

这就不得不提出第二阶段的用户端保障。大家知道,通信中有服务质量保障体系,可以保障90%以上地区空间的通信覆盖,所以我们在室内能打电话。为了提供更好的服务,我们必须构建一个既有位置服务保障能力,又有服务质量保障能力的体系,我们称之为用户端保障,只有这一保障体系建立起来,我们才能从定位导航的产业化走向位置服务的商业化。整个定位导航的产业应该从泛在、精确走向可信、安全、智慧的位置服务。

 

(2)卫星定位导航与无线网络定位导航

 

卫星定位导航信号覆盖大,直接定位精度可达10米,差分增强可达厘米级以上,在室外可用,但在室内、山区、地下、海洋底下等等就不好用了。但人们80%的时间都在建筑室内,这就意味着这80%的时间大多数人不可能享受到高精度位置服务。四大卫星导航系统用的是通信技术,而我们地面的通信网资源很多,地面基站在国内就有好几百万个,假设把这些资源用起来,在通信的同时解决高精度定位问题,那么这个问题不就解决了吗?

 

2G、3G、4G网覆盖了95%以上人口,蓝牙、WiFi等覆盖了约6%的面积,假设通信这张网能用好,跟天上的卫星网实现对接,是否可以解决无缝隙定位导航的难题呢?所以我们国家提出“融信号、融信息、融设施、融应用”,也就是“北斗+5G”这样一个战略。开展北斗与移动通信网在信号、信息、设施、应用等层面的深度融合,构建“北斗+移动通信网”的通导深度融合系统,支撑更加泛在,融合、智能的PNT体系建设。

 

导航是无缝隙的定位+实时的计算+不间断的通信+AI智能控制,所以定位到导航,它涉及的内容很多,面很宽,是一个大产业链条。如果能对移动通信网进行赋能,实现高精度定位,那么对位置服务来讲是非常有价值的。

 

但是利用移动通信网做高精度定位导航,遇到很多挑战:

 

挑战一:可测性,城市峡谷和桥梁下环境复杂,多经非视距效应严重,定位误差大。

挑战二:可靠性,单一网络存在覆盖盲区,异构多源网络融合导航基准、观测量、方式、能力差异大,异构多网融合定位难。

挑战三:精确性,传统无线网络定位存在瓶颈。

挑战四:鲁棒性——导航控制与决策。无人车,无人机需要智能的控制。

挑战五:实时性,巨量位置感知计算的实时性处理(>2000亿人次/天)

 

为应对这些挑战,科技部启动“曦和计划”,做了很多关键技术突破,在保持通信网通信能力的前提下,赋予它高精度定位能力。但是2G、3G、4G网本身的定位精度较低,决定了它们与北斗导航的叠加产生不了太大的定位能力增量效益,也改变不了无线通信网的定位性能。但是到了5G时代,网络定位精度大幅提升,从4G网的40米,跃升到0.2米,5G与北斗导航的结合,将能产生极大的增量效益。

 

(三)异构多网多源协同定位

 

从无线通信网建设上来讲实现90%以上覆盖就可用了,剩下的百分之几,可以用多网融合来解决。通过异构多网多源信号层融合定位与优化,实现“时空自洽”,从而提高和改善定位服务能力。利用多无线通信网融合支撑高精度位置服务的能力,对万物互联来说很重要。

 

(四)天地一体定位

 

卫星网覆盖全球,但在地面覆盖是有限,如室内、地下等,需要无线通信网的补充;而无线通信网在边远地区覆盖稀疏,卫星可以解决这个问题:卫星地面网和无线通信网结合,能够解决定位导航服务覆盖问题,做到天网恢恢疏而不漏。通过这些技术的融合,定位性能在海洋上可以达到厘米级。

 

(五)典型应用

 

(1)为大型化工企业安全生产提供保障。

(2)为改善城市交通提供保障,通过实时、精确、可靠的定位,车辆平均行驶时间减少17%以上。

(3)在国家安全、国内外重大工程和人们生产生活中发挥重大作用,服务于地级以上城市,用户达数亿,引领了室内外高精度位置服务新产业,效益重大。

 

北斗+5G融合发展机遇

 

(一)北斗+5G——支撑PNT新体系(天地一体)

 

基于5G建立新型泛在、无缝、通导一体化位置服务基础设施,构建全空域、全时域、全频域、高精度、高可靠、高可用的位置服务体系。

 

多网、多系统间的互联互通与深度融合可以实现:

 

(1) 大覆盖范围,无缝位置服务体系

(2) 空间信息时空连续支撑能力

(3) 导航、定位的精确、可信服务

 

5G可以“上天”,中国在轨卫星数量逐年递增,通信卫星占比19%,提交的卫星申请数已超过1000颗,卫星可以实现毫秒级的延迟,对通信位置服务带来非常大的便利。

 

(二)5G愿景:信息随心至,万物触手及

 

5G业务在哪里?5G的愿景是信息随心而至,万物触手可及,那就毫无疑问要知道万物在什么地方。由此而发,5G的资源很丰富,5G大带宽、低时延、高容量的特性,对导航定位性能提升具有重大意义。发展北斗+5G,可以给我们的智慧城市、智慧社会提供重大支撑。

 

展望

 

(一)空间信息感知——无缝化

(二)LBS服务计算——泛在化(云+边缘计算)

(三)仿生通信定位导航(无人化)

(四)人工能智能对我们的整个城市生活,包括工作改善会发挥重大作用,特别对位置服务导航会变得越来越重要。MICRO PNT+RF=物联网。

(五)智慧导航:AI(认知+控制)+全源定位+通信+计算

(六)低空开放:单机通信定位一体化,多机协同定位及自组网为无人机集群作业提供支撑。

(七)构建位置服务LBS安全保障服务体系

(八)智慧城市创新应用,提升社会治理水平、运行效率和服务能力

(九)通信、导航融合位置服务标准、政策、法规的制定

(十)新工科下的通信与导航复合人才培养

(十一)创新学科交叉融合与人才培养平台的建设,为科技与产业解决问题、培养人才

 

最后,我想用毛主席的一句诗词与大家共勉:可上九天揽月,可下五洋捉鳖。谢谢大家。

 

——本文版权归原作者所有,如有侵权,请及时后台留言或加微信yhhee1985以便我们删除——

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