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北斗領航:北斗衛星導航系統為全產業鏈賦能

2020-07-31 19:02:28 來源:中國紀檢監察報   編輯:陳敏   
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基于北斗衛星導航系統等信息基礎設施支撐,智慧港口建設正在穩步推進。這是武漢花山港內利用北斗定位的5G智能無人集裝箱轉運卡車。(資料圖片)

日前,工作人員在陜西省漢中市略陽縣境內王家沱至樂素河區間操控多旋翼無人機,借助北斗衛星導航系統,對Ⅰ級防洪點危巖山體進行視頻和圖片數據采集。(圖片來源:視覺中國)

北斗組網,星耀全球。

7月29日,記者從中國衛星導航系統管理辦公室獲悉,北斗三號系統最后一顆組網衛星,已完成在軌測試、入網評估等工作,于近日正式入網。

古有北斗七星辨明方向,今有北斗衛星定位九州。這一由我國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統,將為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。北斗衛星導航系統有何本領,怎樣實現全產業鏈發力?北斗衛星全球組網,又將如何推動生產生活變革、賦能行業產業發展?

身兼五大能力

北斗衛星導航系統是由我國自主建設運行的重要空間基礎設施,也是我國迄今為止,規模最大、覆蓋范圍最廣、服務性能要求最高的巨型復雜航天系統。

說起北斗,不少人的第一反應就是“導航定位”。實時導航和快速定位是衛星導航系統最基本的功能,除此之外,北斗還具有精確授時、位置報告和短報文通信三大特色功能。

“北斗衛星本身是我們國家的一個授時系統。”中國科學院國家授時中心副主任盧曉春說,北斗三號衛星上的星載銣原子鐘的精度處于國際領先水平,可以達到每天100億分之5秒。目前,這一功能已廣泛應用于通信、電力、金融等系統。

位置報告功能,與北斗“有源定位”的特性息息相關。有源定位是中國北斗的一大創舉,利用無線電測定技術,通過兩顆地球同步軌道衛星聯手,不僅能回答用戶“我在哪”,還能告訴關注用戶行蹤的相關方“你在哪”,廣泛用于搜救、漁業等領域,是保障民生安全的“千里眼”。

短報文通信功能,是北斗系統的“獨門絕技”。導航衛星和通信衛星是兩種類型的衛星,但北斗導航衛星卻附加了通信功能。中國衛星導航定位協會副秘書長王博介紹稱,北斗用戶利用終端,不僅可以知道自己的位置,還可以通過短報文將自己的情況告訴他人。這個功能在沙漠、遠洋、深山、森林等沒有網絡覆蓋的地區,或者是災害發生、通信受阻時至關重要。

“汶川地震以后,所有地面通信設施已經全中斷了。信息實際上就是靠北斗一號短報文短信息功能,雖然只有幾百個漢字的能力,但是當時很起作用。”航天科技集團五院北斗三號衛星總設計師王平說。

在北斗三號系統中,短報文通信的能力顯著提升, 信息發送能力從最初一次120個漢字提升到1200個漢字, 廣泛用于遠洋漁業、搶險救災、全球搜救等多個領域。據中國衛星導航定位協會會長于賢成介紹,目前全國7萬余艘漁船和執法船安裝了北斗終端,累計救助1萬余人。

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。值得一提的是,北斗空間段采用三種軌道衛星組成的混合星座,除了與美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統同樣具有中圓地球軌道衛星外,還具有地球靜止軌道衛星和傾斜地球同步軌道衛星,這兩類衛星屬于高軌衛星,衛星越高,其抗遮擋能力越強,無論是在高樓林立的城市,還是在多有遮擋的山區,在其他衛星系統不能定位的情況下,北斗依然能“堅守崗位”。尤其在低緯度地區,北斗性能更具優勢。

惠及國內服務全球

5月27日,中國2020珠峰高程測量登山隊成功登頂世界第一高峰珠穆朗瑪峰。

15年前,我國測量珠峰高程時,全球導航衛星系統(GNSS)衛星測量主要依賴美國的GPS系統。而此次測量,我國同時參考中國北斗、美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯四大全球衛星導航系統,并且以北斗的數據為主。其中,由上海華測導航技術股份有限公司研制的北斗高精度定位設備,在測量中發揮了重要作用。

華測導航總部位于上海市青浦區西虹橋北斗產業園,這里聚集了百余家與北斗產業相關的企業,北斗產業鏈上、中、下游已形成緊密聯系。

從應用層面向上溯源,北斗產業鏈是如何劃分的呢?

據了解,“北斗”產業鏈主要集中于北斗系統的用戶段,分為上游基礎元器件、中游終端、下游運營服務三大環節。其中,上游基礎元器件主要是芯片、板卡、天線等基礎元器件;中游終端主要是指能接收“北斗”信號的導航和定位裝置;下游運營服務主要是指為政企用戶、行業用戶、服務商和大眾消費者提供基于“北斗”的定位、導航、授時、短報文通信等各類基礎服務。

從為亞太區域提供服務到為全球提供服務,北斗實現全球組網,不僅意味著北斗服務范圍覆蓋面更廣,還會使全產業鏈受益,相關產業鏈產品就多了一套支持系統,這些產品的使用體驗、穩定性、可靠性都會隨之大幅提升,特別是芯片和終端產業。

北斗芯片的研發生產技術正在逐步成熟。支持“北斗三號”系統信號的28納米芯片已在物聯網和消費電子領域得到廣泛應用,22納米雙頻定位芯片已具備市場化應用條件,全頻一體化高精度芯片已投產,北斗芯片性能再上新臺階。截至2019年底,國產北斗導航型芯片模塊出貨量已超1億片,季度出貨量突破1000萬片,北斗導航型芯片、模塊、高精度板卡和天線已輸出到100余個國家和地區。

在終端產品方面,以智能手機為例,2019年,國內衛星導航定位終端產品總銷量突破4.6億臺,其中智能手機銷售量達到3.72億臺。截至2019年第三季度,在中國市場申請入網的手機有400余款具有定位功能,其中支持北斗定位的近300款。

北斗全產業鏈發力,既惠及國內,也服務全球。“2019年北斗海外應用合作及貿易交往更加頻繁,國產北斗基礎產品已出口120余個國家和地區,基于北斗的土地確權、精準農業、智慧施工、智慧港口等,已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地得到成功應用。”于賢成說。

航天科技集團五院航天恒星公司至今已研發出了千余種衛星應用產品,包括北斗導航手持機、北斗船載終端、北斗車載終端等。“2019年,我們的船載終端產品成功進入緬甸漁業市場,截止到目前共交付了1000余套船載終端產品,既為緬甸漁業監管部門提供船舶定位監管、禁漁禁航區管理等服務,也為漁民提供定位導航、漁獲上報、文本通信及報警救援等功能。”航天恒星有關負責人告訴記者。

北斗系統全面建成,將極大推動我國衛星導航產業新一輪發展!2020中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》(以下簡稱《白皮書》)顯示,2019年,我國衛星導航與位置服務產業總體產值達到3450億元人民幣,較2018年增長14.4%,預計2020年產業總體產值將超過4000億元。

應用只受想象力限制

信號在天邊,應用在身邊。

從衣、食、住、行到水、電、氣、熱,從農林漁業到救災減災……北斗衛星導航系統與社會生活深度融入,滲透到經濟社會發展的方方面面。

開車上路,走哪條路更順暢?公交出行,汽車還有多久到站?共享騎行,怎樣才能快速找到單車?無論你選擇什么交通方式,都離不開北斗衛星導航系統。

交通運輸行業是北斗衛星導航系統最大的用戶之一。北斗系統廣泛應用于重點運輸過程監控、公路基礎設施安全監控、港口高精度實時調度監控等領域。據《白皮書》的數據,截至2019年底,國內超過650萬輛運營車輛、4萬輛快遞和郵政車輛、36個城市的約8萬臺公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施都已應用北斗系統,建成了全球最大的營運車輛動態監管系統。

“在哪里”和“什么時間”構成了我們日常工作生活的衡量坐標?床灰娒恢臅r空信息,既是人們生活中不可或缺的重要保證,也是國民經濟的重要基礎設施。

智能化港口建設,被視為提升港口核心競爭力的重要手段。此前,交通運輸部等九部門發布《關于建設世界一流港口的指導意見》,提出要建設基于北斗衛星導航系統等技術的信息基礎設施,推動港區內部集卡和特殊場景集疏運通道集卡自動駕駛示范。

在武漢花山港,一排排橋吊、船吊、軌道吊依次排開,一輛輛約15米長、最高載重75噸的“平板車”自主行駛,停車、裝箱、駛離、停車、卸箱等一系列操作完全自主完成。

這是利用北斗定位的5G智能無人集裝箱轉運卡車。相比于傳統集裝箱無人集卡依靠地上的“磁釘”定位移動,北斗導航系統可以提供更高精度的時空信息,通過5G網絡傳輸數據,使車能夠感知200米以內的各類物體,停車定位精度控制在5厘米內。

精度控制在5厘米內——這還不是北斗的“極限”。高精度服務是北斗的一大特色,傳統導航系統的服務精度都是“米級”甚至“10米級”,更高精度的服務很少開放給民用市場。而北斗“全國一張網”,借助超過2000個地基增強站,北斗系統具備為用戶提供分米級、厘米級甚至是毫米級定位精度的能力。

當農業遇見北斗,播種更省力,出苗更省心,勞動生產效率大幅提升。在內蒙古自治區巴彥淖爾市烏拉特前旗大佘太鎮的農田里,無人駕駛播種機正在從“稀罕物”變得日益“尋常”;诒倍范ㄎ还δ,播種機沿預設路線自行作業。有了這種精準科學的方法,每千米播種偏差不超過2厘米,每畝地出苗率能提高10%。

據統計,基于北斗系統的農機自動駕駛系統已有超過2萬臺套,節約50%的用工成本;基于北斗系統的農機作業監管平臺和物聯網平臺為10萬余臺套農機設備提供服務,極大提高了作業管理效率。

當災害預警遇見北斗,人身更安全,財產有保障。前不久,在湖南省石門縣雷家山,多虧了“北斗衛星高精度地災監測預警系統”及時發出預警,位于滑坡危險區的村民及時轉移,無一傷亡。通過對山體、水庫、河流的形變、位移等進行24小時實時監測,北斗對可能發生的滑坡、沉降、裂縫、水庫遇險、河流水位暴漲等險情進行預警,守護生命、減小損失。

特殊戰場上,北斗同樣快速響應、盡銳出戰。2020年初,一場抗擊新冠肺炎疫情的阻擊戰在神州大地打響,火神山、雷神山醫院平地而起,為復雜地形地貌實現高精度定位、精確標繪的,正是北斗;面向全國的“千尋位置”網上無人機平臺,可以實現無人機精準噴灑等防疫作業,為其提供高精度數據的,也是北斗;物資運輸車輛實時監管調控,智能機器人將各地送達的醫療物資快速送往醫院隔離區,背后的支持系統,還是北斗……

北斗系統與新一代5G移動通信、區塊鏈、物聯網、人工智能等新技術碰撞融合,構建以北斗時空信息為主要內容的新興產業生態鏈,推動生產生活方式變革和商業模式不斷創新,將創造出巨大的經濟效益和社會效益。

未來,北斗擁有無限可能。正如首任北斗衛星導航系統總設計師孫家棟院士曾說的那樣,“北斗的應用只受人類想象力的限制”。

本報記者 柴雅欣 付筱菁

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