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一文读懂“北斗”应用在多领域的产业化应用

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查看243 | 回复0 | 2021-9-11 10:58:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
一文读懂“北斗”应用在多领域的产业化应用

从北半球望天空,北斗七星永远不会落到地平线下面,其中天璇星和天枢星的连线直接指向北天极。我国将自主研制的卫星导航系统命名为“北斗”,寓意深远。

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北斗卫星导航系统是国家信息化的重大基础设施,也是航天技术中真正能够全面地服务国计民生的大众化工程,科技引领工程,是我国大国崛起的重要标志性工程,系统建设和长期运作能够带动并且产生重大的经济和社会效益。

融合发展是科学技术发展的大趋势,也是北斗产业得以繁荣昌盛和快速健康发展的基础。北斗系统应该摆脱推广技术和单一系统与产业的常规发展模式,充分发挥其科技核心带动力、时空基础支撑力,走技术与产业的融合之路、多种技术系统融合之路、多种产业体系融合之路。

北斗导航究竟是什么,有什么特点?北斗导航又是如何汇入中国信息化的时代潮流的?目前北斗产业的发展状况怎样?未来将向何处去?让我们和您一道,通过多个事实了解北斗导航的产业化应用。

01、1983年,北斗还是一个想法。

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北斗最初的“双星定位”设计思想,是陈芳允院士提出的。

世界上最重要的两个参量是时间和空间,人类发展过程中一直在寻找和改进这两个参考系,70~80%的社会信息都与他们有关。而卫星导航系统用几十个卫星,就能解决全球的时间空间一体化、高精度、实时动态服务,可以说是人类文明发展史上了不起的创举。

上世纪50年代末,美国海军开始研制子午仪卫星定位系统(即后来的GPS系统)。几乎是同期,我国也开始了自己的卫星导航系统设计,取名为“灯塔”,但由于各种原因,工程搁浅。

1983年,“两弹一星”元勋、中科院陈芳允院士大胆提出了“双星定位”设计思想,之后展开长时间的立项论证。1994年,经国家批准,以“北斗”命名的自主卫星导航系统建设大幕正式拉开。

30年前,4台接收机售价39万美元。

给美国总统写信,才能买到高精度GPS接收机。因为售价对于当时的中国高校而言太昂贵,还用了世界银行的贷款。

刘基余,武汉大学教授,美国纽约科学院外籍院士,中国卫星导航以及电磁波测距理论奠基人之一,有一件事情对他触动很深。

上世纪80年代,刘基余所在的武汉测绘学院为了购买几台高精度的GPS接收机曾致函时任美国总统的乔治 ・ 布什。“那个时候,高精度的GPS信号接收机是不允许卖到中国的,但是这又是学生学习和研究的必需品,所以学院以我的名义给布什总统写了一封信。

后来终于买到四台Trimble 4000SST GPS双频接收机。价格非常昂贵,39万美元,我记得很清楚,还是利用世界银行的贷款买的,”刘基余教授回忆说,“所以对于建设我国自己的卫星导航系统的必要性我深有感触。”

02、“高大上”的北斗,有五个特质。

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高科技、泛在性、集大成、大众化、全球化。

国家重大的空间和信息化基础设施、新一代信息技术和智能信息产业的核心、现代化大国地位和国家综合竞争力的重要标志、国家安全的重大技术支撑系统和战略威慑基础资源、建设创新型国家与和谐社会的重要工具,这些都是刘基余教授对于北斗系统评价。

而原中国电波传播研究所研究员、中国卫星导航定位协会首席专家曹冲在接受采访时则表示,北斗具有高科技、泛在性、集大成、大众化、全球化等五大特质,以及与通信产业和互联网产业良好的互补性、融合性、增值性等三大优势。

因而能有效地渗透到国民经济诸多领域和人们的日常生活中,成为高技术产业高成长的助推器,因而具备成长为巨大产业的所有有利条件,是能够实现高速度、跨越式、可持续发展的产业,发展前景不可限量。曹冲还指出,北斗系统可能是今后20年内中国走向全世界的唯一高科技大众化服务系统,其战略价值和市场价值无法估量。

03、北斗卫星运行在三种轨道上。

北斗被设计为混合轨道系统,卫星飞行在中地球轨道( MEO )、静止地球轨道( GEO )和倾斜地球同步轨道( IGSO )上。

混合轨道能提供更多可见卫星,可支持更长的连续观测时间和更高精度。此外,北斗系统的工作频段有三个。三频信号做导航定位测量有许多优势,比如能够仅用一台北斗导航信号接收机的情况下,消除电离层效应的精度损失,而获得厘米级精度的高动态测量点位,开创北斗导航信号载波相位测量应用的新局面。

04、已经发射的北斗卫星:超过20颗。

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“北斗”系统坚持自主开发,兼容、渐进的发展原则,目前正按照“三步走”的战略稳步推进:第一步是从2000年到2003年建成一个试验系统,使中国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家;第二步是2012年,建成北斗区域卫星导航系统,为亚太地区提供服务;第三步是2020年左右,建成由30多颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统。自2000年10月31日发社第一颗北斗导航试验卫星以来,已经发射了4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星。

北斗精度共分三级。军事应用精度最高,其次是政府应用。

北斗的精度等级共分为三个层级,其中民用服务和GPS一样,也是免费全面开放的。对于军事应用是保密的,精度应该到毫米级或厘米级的精度;对政府部门来讲,精度是在分米级左右;北斗民用是完全放开的,目前和GPS的精度均为10米左右,通过卫星定位二者精度是差不多的,在地基做一些增强手段,给民众后续达到的精度也是在米级左右。对于普通大众,基于北斗系统,将有很多免费应用可供使用。而对于港口、驾校、机场、水坝等机构,北斗也能发挥其独有的用途。

05、开放服务的定位精度优于10米。

北斗系统向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度1 0米,测速精度0 . 2米/秒,授时精度1 0纳秒。

北斗系统致力于向全球用户提供高质量的定位,导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

据中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍,北斗系统目前运行稳定,性能指标稳中有升。通过对开放服务信号的监测评估发现,部分地区服务性能优于10米。如在北京、郑州、西安、乌鲁木齐等地区,定位精度可达7米,在东盟国家等低纬度地区,定位精度可达到5米左右。

双向报文通信,比GPS强。

北斗系统同时支持有源和无源两种定位方式。

无源定位方式只能解决“我在哪儿”的问题,而有源定位可以同时解决了“我在哪儿”和“你在哪儿”的问题。这种定位方式也成就了北斗非常重要的一个功能――双向报文通信,融合了定位与通信,这极大拓宽了北斗的应用范围和场合。

早在汶川、舟曲的救灾过程中,北斗卫星的双向报文通信就显示出优势。当时通信设施已经完全破坏,唯有北斗系统特有的短报文通信功能及时把位置报给救灾指挥部,对救灾起到了巨大作用。

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06、北斗“青春期”的烦恼。尚未形成规模经济。

作为后来者,北斗也有劣势。最突出的就是产业链的不完善,没有形成规模经济,成本也因此无法达到GPS的水平。北斗产业被苛刻的评论者称作“小、散、乱、低”产业。规模小:还处在产业发展初期,产业没有形成规模经济,没有形成行业地位,学术上没有专业学科;布局散:没有完成产业链整合和产业基础设施建设,科技未发挥引领作用;秩序乱:市场混乱无序,恶性竞争严重,亟待严格管理和规范化运作;效益低,水平低:投入产出比差,高科技产业,既高效益、又高风险,但缺乏技术含量、效益低下就是问题。

第四代芯片,灵敏度大增。

国内自主研发的北斗芯片等基础产品已经进入规模应用阶段。

北斗产业有三大体系:推进体系、创新体系和保障体系。推进体系包括系统与终端、应用与服务、市场与营销以及专项与示范,这个体系也就是我们通常所说的北斗产业链。芯片一直是北斗产业链上的瓶颈,但这一瓶颈在逐渐被打破。根据最新的消息,中国航天科工集团所属的西安航天华迅公司已经成功研发出第四代高性能北斗/GPS双模导航芯片。

芯片的俘获灵敏度达到-147dBm,跟踪灵敏度达到-163dBm,是目前国内最好的指标参数,虽然与国外-180dBw的跟踪灵敏度、-160dBm的俘获灵敏度还是有一定差距,但还是迈出了一大步。可以说,国内自主研发的北斗芯片等基础产品已经进入规模应用阶段。至2014年第一季度,国产北斗系统/全球卫星导航系统导航模块累计销量已达200万片以上,这也大大带动了北斗系统的应用。

07、北斗用于上海重点车辆、船舶监管。

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已部署完成10000辆危化品运输、长途客车、旅游包车等重点车辆,4000辆公交车和6000艘船舶。

除了加强大众民用化市场的应用,上海市还将北斗应用到重点车辆监管服务系统上:针对城市安全管理和智能交通、物流领域的建设需求,建设涵盖危化品运输车、长途客车、旅游包车、公交车、教练车、集装箱物流等的北斗卫星定位服务管理系统,提升城市运输安全、公共交通信息准确化服务等能力。

完成10000辆危化品运输、长途客车、旅游包车等重点车辆北斗终端部署,完成现有管理平台的改造升级,形成大规模推广应用的能力。在公交、海事领域,完成北斗终端在4000辆公交车和6000艘船舶的推广应用,完成智能公交调度管理与信息发布平台和智能航运监控管理与信息服务平台的建设。

08、海外组网,首站巴基斯坦。

巴基斯坦CORS项目在卡拉奇市建立了5个基准站和一个处理中心,组成区域北斗定位增强网络,覆盖整个卡拉奇地区,实时定位精度达到2厘米,后处理精度5毫米,为巴基斯坦提供实时可靠的北斗高精度定位服务。

来自中国卫星导航系统管理办公室的消息,北斗卫星导航系统首个海外组网项目――巴基斯坦国家位置服务网(CORS)一期工程,已顺利完成。CORS项目是巴基斯坦国家级重点基础设施,也是我国北斗系统海外首个组网项目。

未来有广阔应用前景,将使巴基斯坦有效使用北斗系统的高精度服务,满足在城市规划、国土测绘、地籍管理、环境监测、防灾减灾、交通监控等多种信息化管理需求。巴基斯坦CORS后续将开展二期工程,届时将覆盖巴基斯坦全境,成为海外第一个国家级北斗高精度服务网,这对于北斗系统走向国际化和产业化具有重大意义。

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首站巴基斯坦之后,基于北斗卫星导航系统在泰国的基础设施建设及重大行业应用,已经列入了泰国政府经济发展建设规划。正在或者计划引进北斗系统的国家还包括,马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝、朝鲜等。

09、北斗是智慧城市建设的有力参与者。

在行业市场,交通领域有近30万辆运输车辆批量应用;气象探空和水汽电离层监测方面开展了全面试验验证;民政、公安、海上搜救等领域已启动示范应用;国土资源、旅游、电力等行业示范项目也在积极论证。

尤其在智慧城市的建设上,北斗系统更是大放异彩。比如,广东省打造了基于北斗的公共运营服务平台,开展城市应急管理、智能交通、综合执法、人身安全保障服务、公务用车监管等北斗应用示范;上海市结合智慧城市建设,构建了基于北斗的长三角位置服务公共平台和基础设施,开展车辆监管服务、大众位置服务和高精度定位服务等北斗应用示范;

同时在安全施工、智慧工程、质量把控方面北京天玑科技基于北斗开发了多款智慧工程系统,比如智能打桩系统、压实以及摊铺系统,同时针对北斗边坡监测系统也是做到了一定的市场份额。

10、融合发展是未来方向。

作为国家信息基础设施,北斗应该发挥全方位的作用。

在产业化的进程中,北斗已经迈出了一大步,生态链条基本完善,行业应用也多点开花。中国卫星导航定位协会首席专家曹冲认为,北斗的真正出路在于走融合发展的道路,实践也证明这一点。他说:“在产业化的道路上,北斗一定要摆脱推广技术和单一系统与产业的常规发展模式,而是要充分发挥其科技核心带动力、时空基础支撑力,关联产业穿透力,走技术与产业的融合之路,走多种技术系统融合和多种产业体系融合之路。”

融合发展是科技产业发展的大趋势,是整个科技产业得以在新时期获得长足进步的根本依托基础,北斗产业同样如此。而且,北斗系统是带有重大方向性、尖端性、基础性的国家信息基础设施,而且与多种多样的信息产业领域具有千丝万缕的联系。如果北斗有一天能够全面深入到国民经济的上上下下和人民生活的方方面面,那么必将成为缓解交通拥堵、改善环境监测、提高生产效率、增加生活便捷、实现防灾减灾、实施民生关爱、推进社会管理的利器。

此外曹冲还指出,北斗产业化的前提是实行开放、透明和稳定的民用政策,只有这样才会形成影响力、公信力、震撼力。他说:“开放是技术进步与创新的必经之路,不开放一切等于零。要想全中国和全世界人民来用北斗,那就必须开放,开放,再开放。”

11、高精度行业是未来推广重点。

迫切需要国家有关方面制定政策,推进行业应用。

目前北斗系统仍处于从军用到行业应用市场再到大众化市场应用的发散式状态,应用市场特别是高精度行业的应用推广仍迫在眉睫。

中定协研究部主任曹冲认为,我国实际上真正形成大众化产业化推广应用的航天技术,目前只有卫星导航领域。北斗是我们自己的系统,是目前和今后相当长时期内,我国真正能走向全世界、为全人类服务的高科技系统,并能形成持续的影响力。因此,北斗推广应用值得充分重视。

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北京天玑科技有限公司(以下简称天玑科技)隶属于北京奥宇集团,是一家致力于北斗智慧工程应用的高科技企业。天玑科技以交通部公路院、中国水科院,北京地研发等为行业技术支撑,结合自身强大的研发实力,整合行业资源优势,汇聚资深创业团队,深耕行业应用需求,深入了解中国特色,为用户提供一整套智慧工程建设全流程解决方案。


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