亞運(yùn)中國(guó)星：賦能亞運(yùn)智慧出行

文 | 張景熙

浙江時(shí)空道宇科技有限公司

一、前言

2023 年10 月8 日、10 月28 日，第19 屆亞運(yùn)會(huì)與第4 屆亞殘運(yùn)會(huì)在杭州市先后圓滿閉幕。中國(guó)商業(yè)航天企業(yè)時(shí)空道宇以航天科技護(hù)“杭”亞運(yùn)，提供高精定位、衛(wèi)星通信、遙感AI 技術(shù)支持，助力杭州亞運(yùn)出行更智能。

時(shí)空道宇為服務(wù)亞運(yùn)自主研發(fā)的“亞運(yùn)中國(guó)星高精度車(chē)輛監(jiān)管系統(tǒng)”，自2023 年9 月3 日正式啟動(dòng)至杭州亞殘運(yùn)會(huì)閉幕，全天候保障近2000 輛亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)出行安全。依托高精定位產(chǎn)品及服務(wù)，每一輛亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)的位置信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示在亞組委交通指揮中心的地圖上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛精準(zhǔn)管理與調(diào)度。行車(chē)路線覆蓋主辦城市杭州，以及寧波、溫州、湖州、紹興、金華5 個(gè)協(xié)辦城市，亞運(yùn)期間，累計(jì)保障里程超202 萬(wàn)千米。時(shí)空道宇持續(xù)保障賽時(shí)出行安全，提供穩(wěn)定、安全、不間斷的衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)，助力杭州舉辦智慧亞運(yùn)、科技亞運(yùn)。

二、亞運(yùn)史上首顆專(zhuān)屬衛(wèi)星—亞運(yùn)中國(guó)星

2021 年初，時(shí)空道宇啟動(dòng)“吉利未來(lái)出行”星座項(xiàng)目，一期規(guī)劃部署72 顆衛(wèi)星，并于2022 年6 月通過(guò)“一箭九星”方式完成星座第一個(gè)軌道面部署，經(jīng)杭州亞組委及亞奧理事會(huì)授權(quán)，其中一顆衛(wèi)星被命名為“亞運(yùn)中國(guó)星”（圖1），以航天科技賦能“智慧亞運(yùn)”，開(kāi)啟亞運(yùn)會(huì)歷史上首次采用專(zhuān)屬衛(wèi)星賦能賽事的新篇章。

圖1 亞運(yùn)中國(guó)星

亞運(yùn)中國(guó)星是由時(shí)空道宇自主研制，從旗下臺(tái)州衛(wèi)星超級(jí)工廠出廠的高可靠、高性能、量產(chǎn)低軌衛(wèi)星，設(shè)計(jì)壽命5 年，軌道高度約600km，衛(wèi)星質(zhì)量約100kg。截至2023 年10 月28 日亞殘運(yùn)會(huì)閉幕，“亞運(yùn)中國(guó)星”穩(wěn)定在軌運(yùn)行513 天，在軌運(yùn)行里程約4429 萬(wàn)千米，繞地球圈數(shù)1399 圈次。

三、高精定位技術(shù)解決方案服務(wù)亞運(yùn)

1.亞組委車(chē)輛管理需求

杭州第19 屆亞運(yùn)會(huì)組委會(huì)對(duì)亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)的車(chē)輛智能管理提出如下需求：要求所有車(chē)輛位置信息實(shí)時(shí)記錄并上傳、車(chē)輛畫(huà)面實(shí)時(shí)調(diào)取、定位設(shè)備具備碰撞報(bào)警功能、定位準(zhǔn)確度達(dá)到0.5～1m。傳統(tǒng)GNSS 定位技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)數(shù)米的定位精度，難以滿足該性能指標(biāo)要求。

浙江時(shí)空道宇科技有限公司采用衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位技術(shù)（PPP-RTK），構(gòu)建了PPPRTK 高精定位服務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)一張覆蓋全國(guó)陸地范圍的星座地基數(shù)據(jù)站網(wǎng)，生成高精定位數(shù)據(jù)產(chǎn)品，用戶借助終端接收到改正數(shù)據(jù)，自主實(shí)現(xiàn)高精定位，定位精度可達(dá)車(chē)道級(jí)，優(yōu)于亞組委的需求。

2.GNSS 定位主要誤差源

GNSS 定位的本質(zhì)是距離測(cè)量，若要實(shí)現(xiàn)高精度定位，必須具備3 個(gè)條件：一是要知道各顆GNSS 衛(wèi)星高精度位置信息；二是要測(cè)量接收機(jī)至GNSS 衛(wèi)星的精確空間幾何距離；三是要有足夠的可見(jiàn)GNSS 衛(wèi)星數(shù)，滿足空間三維解算需求。

但在GNSS 真實(shí)測(cè)量中，GNSS 信號(hào)傳輸會(huì)受到各類(lèi)誤差干擾，若忽略這些測(cè)距誤差將導(dǎo)致用戶端定位結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

（1）衛(wèi)星軌道誤差

由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星軌道與實(shí)際衛(wèi)星軌道之間的差異稱(chēng)為衛(wèi)星軌道誤差。該誤差具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性，地理區(qū)域相近的測(cè)站該誤差相近，站間差分可大幅削弱乃至消除；對(duì)于PPP-RTK 技術(shù)，該項(xiàng)誤差需精確改正。

（2）衛(wèi)星鐘差

雖然GNSS 衛(wèi)星搭載有高精度原子鐘，但其不可避免仍存在時(shí)間誤差，GNSS 測(cè)距實(shí)際測(cè)量的是信號(hào)傳播時(shí)延，因此時(shí)間誤差將引起測(cè)距誤差；對(duì)于PPP-RTK 技術(shù)，該項(xiàng)誤差需精確改正。

（3）電離層、對(duì)流層延遲誤差

GNSS 信號(hào)在傳播時(shí)受到電離層、對(duì)流層等大氣延遲作用，其真實(shí)傳播路徑發(fā)生折射并非幾何直線，而GNSS 定位需要測(cè)定站-星幾何距離，因此該誤差會(huì)嚴(yán)重影響定位精度。但大氣誤差具有很強(qiáng)的空間、時(shí)間相關(guān)性，地理區(qū)域相近的測(cè)站，傳輸路徑差異很小，站間差分也可以大幅削弱該類(lèi)誤差影響。

（4）硬件延遲

硬件延遲主要是硬件部分對(duì)信號(hào)傳輸造成的時(shí)延，這部分誤差會(huì)影響相位模糊度整周特性，在PPP-RTK定位時(shí)需精確改正，才能實(shí)現(xiàn)模糊度固定。

通俗地講，GNSS 測(cè)量可以理解為用一把“測(cè)距尺”來(lái)丈量衛(wèi)星與測(cè)站間的直線距離，但是受限于上述各類(lèi)誤差存在，這把“測(cè)距尺”并不準(zhǔn)確，直接利用無(wú)法獲得精確位置信息，必須對(duì)其進(jìn)行修正。

3.時(shí)空道宇高精定位服務(wù)解決方案

為了保證用戶定位時(shí)能實(shí)時(shí)獲取高精度“測(cè)距尺”，時(shí)空道宇針對(duì)上述制約高精度定位的各類(lèi)誤差源，進(jìn)行嚴(yán)密建模，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解算后，給出了各類(lèi)誤差源高精度改正數(shù)產(chǎn)品（如圖2 所示）并播發(fā)給車(chē)載用戶，用戶終端基于該產(chǎn)品對(duì)自身測(cè)量誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)改正（如圖3 所示），進(jìn)而實(shí)時(shí)獲取高精度位置信息。

圖2 服務(wù)產(chǎn)品生成流程圖

圖3 時(shí)空道宇車(chē)載終端高精度定位示意圖

高精度定位技術(shù)方案包含以下幾個(gè)方面。

1）框架站網(wǎng)。生成精密衛(wèi)星軌道/鐘差，碼偏差產(chǎn)品，相位硬件延遲產(chǎn)品。

2）區(qū)域大氣建模站網(wǎng)。主要用于生成區(qū)域?qū)α鲗印^(qū)域電離層產(chǎn)品；時(shí)空道宇在亞運(yùn)城市周邊布設(shè)20 個(gè)大氣建模站點(diǎn)。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)評(píng)估，該站網(wǎng)分布可保證該區(qū)域PPP-RTK 服務(wù)大氣產(chǎn)品精度優(yōu)于10cm。

3）終端設(shè)備。時(shí)空道宇高精定位終端，1 個(gè)：實(shí)時(shí)采集GNSS 觀測(cè)值；支持BDS（B1I/B2a）/GPS（L1/L5）/GALILEO（E1/E5a）；行車(chē)記錄儀，1 個(gè)：搭載時(shí)空道宇PPP-RTK 服務(wù)SDK、端算法進(jìn)行實(shí)時(shí)定位解算，并將定位結(jié)果反饋至亞運(yùn)會(huì)官方用車(chē)車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)；終端設(shè)備選用時(shí)空道宇高精定位終端作為GNSS 數(shù)據(jù)采集端，利用行車(chē)記錄儀搭載時(shí)空道宇自研終端PPP-RTK 算法進(jìn)行高精度定位解算，并將結(jié)果反饋至亞運(yùn)交通指揮中心。

四、保障亞運(yùn)車(chē)輛出行安全

1.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)測(cè)試

2023 年3 月，時(shí)空道宇完成了亞運(yùn)中國(guó)星高精度車(chē)輛監(jiān)管系統(tǒng)的研發(fā)工作。35 天內(nèi)，完成該系統(tǒng)車(chē)輛監(jiān)管功能的穩(wěn)定性、可靠性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)運(yùn)行正常，充分滿足亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)監(jiān)管需求。

系統(tǒng)基于高精定位技術(shù)，依托高精定位服務(wù)產(chǎn)品、智能終端，以及高精度車(chē)輛監(jiān)管平臺(tái)，為亞組委提供完整的亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)一站式車(chē)輛管理與調(diào)度系統(tǒng)解決方案（圖4）。

圖4 時(shí)空道宇亞運(yùn)中國(guó)星高精度車(chē)輛監(jiān)管系統(tǒng)

2.上車(chē)安裝與賽前演練

7 月中旬，時(shí)空道宇開(kāi)啟高精定位產(chǎn)品大批量上車(chē)安裝計(jì)劃。近2000 輛亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)分散在杭州、臺(tái)州、寧波、貴陽(yáng)4 個(gè)城市，涉及吉利旗下9 個(gè)不同汽車(chē)品牌的13 個(gè)汽車(chē)型號(hào)，針對(duì)不同車(chē)型采取不同的安裝方式，充分保障了設(shè)備的性能運(yùn)行穩(wěn)定性（圖5）。

圖5 時(shí)空道宇車(chē)規(guī)級(jí)高精度融合定位終端——漣漪智行

賽前，時(shí)空道宇配合亞組委指揮中心和杭州交警，進(jìn)行了多次亞運(yùn)會(huì)全要素演練，全部335輛測(cè)試車(chē)定位信息實(shí)時(shí)在線。在模擬定位設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的情形時(shí)，時(shí)空道宇亞運(yùn)會(huì)保障工作小組可在1 小時(shí)內(nèi)快速響應(yīng)，前往故障點(diǎn)，完成設(shè)備檢修或更換。

3.提供穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、精確車(chē)輛位置服務(wù)

9 月3 日，所有亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)正式交付。比賽期間，亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)運(yùn)行于杭州及5 個(gè)協(xié)辦城市，穿梭于56 個(gè)場(chǎng)館之間，涉及到城市道路、隧道、高速、森林道路等不同路況。

每日7 點(diǎn)至22 點(diǎn)為重點(diǎn)保障時(shí)間段，時(shí)空道宇亞運(yùn)會(huì)保障工作小組日常工作包括確保車(chē)輛定位設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、云服務(wù)器、軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)鏈路正常工作，7×24 小時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)異常。與亞運(yùn)車(chē)輛調(diào)度小組協(xié)作，每日對(duì)相關(guān)車(chē)輛進(jìn)行數(shù)據(jù)信息巡檢，確保車(chē)載設(shè)備工作正常；與亞運(yùn)車(chē)輛管理小組、保險(xiǎn)小組協(xié)作，記錄每日車(chē)輛行駛里程數(shù)、軌跡圖等信息，確保每一輛車(chē)的出行安全有保障。

4.克服網(wǎng)絡(luò)擁塞，穩(wěn)定保障重點(diǎn)行程、核心場(chǎng)景

9 月23 日亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式現(xiàn)場(chǎng)，由于主場(chǎng)館人流量大，可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞影響數(shù)據(jù)上傳的時(shí)效性。時(shí)空道宇高精定位服務(wù)采用互聯(lián)網(wǎng)分布式服務(wù)器方案，設(shè)置主服務(wù)器+備份服務(wù)器，確保服務(wù)穩(wěn)定性和可靠性。此外，通過(guò)對(duì)高精定位設(shè)備所用流量卡設(shè)置QoS 保障方案，車(chē)輛位置信息數(shù)據(jù)均及時(shí)上傳平臺(tái)。23 日當(dāng)晚，所有服務(wù)中的亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)位置信息均實(shí)時(shí)在線，順利完成開(kāi)幕式出行保障任務(wù)。

9 月24 日，在保障重要來(lái)賓的行程任務(wù)中，車(chē)輛行駛路線涉及多個(gè)隧道，而長(zhǎng)隧道出口容易丟失定位數(shù)據(jù)，依托時(shí)空道宇高精定位服務(wù)，通過(guò)提高設(shè)備定位數(shù)據(jù)上傳頻率，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)，保證車(chē)輛定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)，精準(zhǔn)同步。當(dāng)日，該車(chē)輛位置信息實(shí)時(shí)在線，定位信息未發(fā)生漂移，車(chē)輛行駛周?chē)闆r實(shí)時(shí)可查看，行程變化調(diào)整實(shí)時(shí)同步，保障來(lái)賓在既定時(shí)間內(nèi)抵達(dá)目的地，實(shí)現(xiàn)智能、安全出行。

五、結(jié)語(yǔ)

時(shí)空道宇是國(guó)內(nèi)首家同時(shí)擁有自研低軌衛(wèi)星系統(tǒng)與地基網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)航天企業(yè)。依托自有“吉利未來(lái)出行”星座及星座地基數(shù)據(jù)站網(wǎng)構(gòu)建的智能時(shí)空底座，結(jié)合自研高精度定位產(chǎn)品，研發(fā)的一整套車(chē)輛監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，融合時(shí)空道宇高精定位服務(wù)，定位精度可達(dá)車(chē)道級(jí)，在杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)為亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)提供了實(shí)時(shí)、可靠、精準(zhǔn)的位置服務(wù)，滿足亞組委對(duì)車(chē)輛定位準(zhǔn)確度的需求，保障了杭州亞運(yùn)會(huì)官方指定用車(chē)的智慧出行。