依托北斗卫星定位系统系统建设交通行业的高精度服务网     DATE: 2021-11-11 10:59


北斗系统作为国家的战略性新兴产业,交通部致力于推动北斗系统在行业中的广泛应用。在第六届华南智能交通论坛上,中国交通通信信息中心(下文简称“信息中心”)高级工程师吴海乐发表了“北斗技术在智慧公路的应用”主题演讲,向现场观众介绍了北斗系统的发展现状,并分析了北斗技术在交通行业的应用情况。 

依托北斗卫星定位系统系统建设交通行业的高精度服务网
北斗卫星导航系统智能交通行业中的应用

以下为演讲全文,有删减:

01
背景概述

2001年北斗一号卫星导航系统开通运行,2012年北斗二号系统开通,2020年7月31号,北斗三号正式运行。这20年是北斗系统发展异常艰辛的20年,也是硕果丰收的20年。实际上从2001年北斗一号系统开通伊始,交通信息中心就代表交通部参与到了北斗系统的建设推广工作中。

目前,我国对外宣布的北斗系统共有7大特色服务。服务包括定位导航授时、全球短报文通信、国际搜救三类全球范围服务,星基增强、地基增强、精密单点定位、区域短报文通信四类区域服务。其中,国际搜救服务由交通部负责专项运营维护。

其实,有些功能在公共领域运用较少,大家可能较为陌生。但是用过GPS的朋友应该对定位导航授时服务较为熟悉。此外,区域短报文服务之前也多次使用过,2008年汶川地震发生后,在因光缆光纤断裂导致通信公网无法提供服务的情况下,我们就是通过区域短报文服务来指挥和调度救援力量,实现应急救援的。 

02
卫星导航发展现状

根据卫星导航协会今年新发布的数据,截止到2020年,我国卫星导航产业的规模是4033亿,顺利实现国务院发布的卫星导航系统中长期发展4000亿的目标。目前国际上,全球卫星导航产业约有1500亿欧元的规模,以现在的产值来判断,卫星导航产业的前景还是比较大的。

交通部作为整个北斗系统中最大的一个民用用户代表,一直致力于推动北斗系统的应用工作。从2016年开始,交通部就陆续出台了多项政策标准。例如,2016年交通部发布了《关于在行业推广应用北斗卫星导航系统的指导意见》,这是民用行业的第一个指导意见。

2017年时,交通部联合军委装备发展部首发了行业专项规划。2019年《数字交通发展规划纲要》里明确提出,交通运输行业要建设成为北斗导航的民用主行业,同时也要加快推动北斗导航在自由流收费、自动驾驶、车路协同、海上搜救、港口自动化作业和集疏运调度等领域的应用。2020年交通部在推动新机制的意见时提出,我们要建设交通行业的高精度服务网,把北斗系统作为行业新基建的重要方向和推力,然后提升我们整个行业的高精度导航服务能力。

在今年上半年发布的《国家综合立体交通规划纲要》里也明确提出,要打造全覆盖、可替代、保安全的行业高精度基础服务网,推动行业北斗终端规模化应用。这里写的是高精度基础服务网,但是实际上关于北斗在交通行业的发展,以及部里领导的指示,都是全覆盖、可替代、保安全的应用方向。

03
导航系统的行业应用

从国际上的导航应用趋势来看,卫星导航的应用可分为生命安全型、责任义务型、导航监管型三个种类。目前而言,导航监管型在交通行业应用的最多,因为对于营运车辆的监管以及水上船舶的监管,都属于导航监管型服务。

交通运输的核心目标是实现安全、效率、效益三模块的结合,它最大的特点是点多、线长、面广、移动性强。移动性强是交通行业的特色,同样也是北斗系统能和交通行业很好结合在一起的重要原因。基于此,我们中心在交通部的指导下,做了大量的研究工作,推动北斗系统在道路运输领域的应用。

截至目前,在交通部的政策规范标准影响下,全国有700多万的营运车辆安装了与北斗相关的兼容终端,并且实现了位置的实时回传,因此我们建立了全球最大的车联网平台。在水上,目前全国大约十几万的船舶,安装了北斗导航,以及一些短报文的服务终端。我国已经逐渐形成了北斗系统在运输领域应用的大环境。

在智慧公路方面,我们中心提出来建设“北斗+5G”的服务体系。这种服务体系以智慧设施,包括基础设施的数字化和高精度服务,构建底层框架,来支持车辆监管、路网运行监测、收费养护执法等运营管理服务,最后,由运营管理服务推动智能驾驶、车路协同、道路应急救援等相关的业务应用。

04
北斗系统在交通的应用场景

自由流收费

2018年,信息中心开展了北斗系统在高速公路收费以及相关领域的一些应用。我们采取了将北斗系统和车辆收费相结合的收费模式,它最大的优点是将点的管理变成了全过程的管理,而车辆的位置又是实时回传的,这样就将车辆路线精准地表达到了收费的计算模式中。通过使用这种“车端定位+云端收费”的模式,就可以做到实时结算计费。

经过实地检验后,我们发现这种模式还具有以下优点:第一,车辆经过收费站时,车速是不降的;第二,它的收费路径是非常精准的;第三,这种收费模式使收费可以达到准实时的程度。

为了便于技术上的验证,2019年开始,信息中心与海南省厅合作,开展了北斗技术和收费相结合的新模式。将全岛的汽车装上北斗ETC融合终端,再通过与北斗定位技术配合,实现未来全岛无油化的发展需求。

由于海南公路不设收费站,从燃油费中征收车辆通行附加费,而随着新能源汽车发展迅速,未来公路上跑的全是电车,那又如何收养路费呢?为解决这一问题,信息中心将北斗技术和目前主流的ETC收费模式做了深度结合。研制了一个北斗ETC融合终端。

经过实地的验证,这款终端反馈良好,优势明显。

第一,这款终端记录的路径细致,收费精确,这同时保证了车主和公路业主的利益。

第二,这款设备采用的是车电。传统的ETC只有经过监测点才会产生数据,耗电相对比较少,而我们想实现的目标是全路程中车辆位置的实时监控,或者说是位置的实时上报。所以它的耗电比较大,因此我们采用车电的模式,这也避免了频繁更换的风险。

第三,这款ETC终端实现了行业监管和高速公路收费的一体化,减少了企业的负担。此外我们还想将它和相关的金融服务结合起来,为车主提供一些便捷服务。

特长隧道北斗信号全覆盖

除了收费这方面的应用之外,信息中心还在开展隧道内信号全覆盖的工作。当车辆进入隧道以后,我们在很长的一段时间内不知道它在哪个位置,这对于监管服务的威胁性还是比较大的,所以我们中心希望能够实现隧道中北斗信号的全覆盖。

对于车辆来说,它不需要做任何更改,就可以在全路段中被精确的实时定位。同时我们也想打造公路北斗一键救援服务平台,这个平台将北斗的定位服务和相关通信服务结合,提供通道一体化的服务。救援平台能够将救援力量和预选对象的实时状态做结合,推动一键救援服务的业务拓展。对于行业安全来说,这个应用是迫在眉睫的。

05
在交通行业,北斗的基础服务能力

刚刚提到了北斗技术在智慧高速上的一些应用,这与行业的基础服务能力密切相关。交通部在过去几年发布的相关文件中,也明确指出我们要建设具有高精度定位能力的基础行业北斗服务。所以交通部通过了《交通运输部关于北斗高精度导航与位置服务信息资源中心工程项目建设的批复》。

它主要包含两部分,第一个是建设一个我们行业最保底的高精度服务网络,这并不是说要建设很多的基准站,更多的是做一个数据的接入。

这块的成果实际上已经在港珠澳等地得到了应用,并且这种高精度服务,不是要向市场提供专项的高精度服务,而是与移动、联通、电信一样,建设覆盖全国的政府服务。

但是针对交通行业,它的这种需求可能略有不同,一方面是交通行业的动态性比较强,另一方面是建设环境特殊,例如港珠澳大桥周边没有很好的位置用来建设基准站,最近的一个基准站距离大桥约几十公里。这种情况下,如何克服长距离的技术障碍,来提供稳定可靠的或者是精度比较高的数据,这是近几年信息中心一直在做的工作。

现在我们在沿海和长江大概建了200多个基准站,把行业内的相关数据,以及相关很多省份的测绘数据做了接入,同时我们也在和农业电力等部门展开合作,实现数据上的共享。目前已经实现了部分重点区域的信号覆盖。

第二部分是,立足行业特性需求,建设高精度地图。目前中心正在和图商积极开展合作,结合北斗高精度应用,建设具备行业特色的高精度专题地图综合服务平台,实现公路图、江图、海图、航空图有效融合与衔接。

06
未来展望

最后关于“北斗+5G”的应用,北斗作为本土化的产品,不仅有一些相关的政策支持,国家也在这方面投入了很多资源。目前国家投资的基准站共有几万个,足以覆盖全国,为大家提供高精度的服务,这是GPS无法比拟的。此外,北斗还有很多特色服务,例如上文所述的短报文应急服务,都可以和交通去做深入结合。这些服务如果可以实现,不管是对新型公路收费模式的落实,还是自动驾驶发展的推动,都是非常重要的基础。

也许在不远的未来,北斗将和5G一样,成为构建整个数字交通和智慧公路发展的基石。也欢迎大家能和我们多多沟通,把北斗技术更加深入地应用到智慧交通的建设中。