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北斗卫星导航系统为全产业链赋能

来源:中央纪委国家监委网站2020-07-31 10:11

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  中央纪委国家监委网站 柴雅欣 付筱菁报道

  北斗组网,星耀全球。

  7月29日,记者从中国卫星导航系统管理办公室获悉,北斗三号系统最后一颗组网卫星,已完成在轨测试、入网评估等工作,于近日正式入网。

  古有北斗七星辨明方向,今有北斗卫星定位九州。这一由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。北斗卫星导航系统有何本领,怎样实现全产业链发力?北斗卫星全球组网,又将如何推动生产生活变革、赋能行业产业发展?

  身兼五大能力

  北斗卫星导航系统是由我国自主建设运行的重要空间基础设施,也是我国迄今为止,规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统。

  说起北斗,不少人的第一反应就是“导航定位”。实时导航和快速定位是卫星导航系统最基本的功能,除此之外,北斗还具有精确授时、位置报告和短报文通信三大特色功能。

  “北斗卫星本身是我们国家的一个授时系统。”中国科学院国家授时中心副主任卢晓春说,北斗三号卫星上的星载铷原子钟的精度处于国际领先水平,可以达到每天100亿分之5秒。目前,这一功能已广泛应用于通信、电力、金融等系统。

  位置报告功能,与北斗“有源定位”的特性息息相关。有源定位是中国北斗的一大创举,利用无线电测定技术,通过两颗地球同步轨道卫星联手,不仅能回答用户“我在哪”,还能告诉关注用户行踪的相关方“你在哪”,广泛用于搜救、渔业等领域,是保障民生安全的“千里眼”。

  短报文通信功能,是北斗系统的“独门绝技”。导航卫星和通信卫星是两种类型的卫星,但北斗导航卫星却附加了通信功能。中国卫星导航定位协会副秘书长王博介绍称,北斗用户利用终端,不仅可以知道自己的位置,还可以通过短报文将自己的情况告诉他人。这个功能在沙漠、远洋、深山、森林等没有网络覆盖的地区,或者是灾害发生、通信受阻时至关重要。

  “汶川地震以后,所有地面通信设施已经全中断了。信息实际上就是靠北斗一号短报文短信息功能,虽然只有几百个汉字的能力,但是当时很起作用。”航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师王平说。

  在北斗三号系统中,短报文通信的能力显著提升, 信息发送能力从最初一次120个汉字提升到1200个汉字,广泛用于远洋渔业、抢险救灾、全球搜救等多个领域。据中国卫星导航定位协会会长于贤成介绍,目前全国7万余艘渔船和执法船安装了北斗终端,累计救助1万余人。

  北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。值得一提的是,北斗空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,除了与美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统同样具有中圆地球轨道卫星外,还具有地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星,这两类卫星属于高轨卫星,卫星越高,其抗遮挡能力越强,无论是在高楼林立的城市,还是在多有遮挡的山区,在其他卫星系统不能定位的情况下,北斗依然能“坚守岗位”。尤其在低纬度地区,北斗性能更具优势。

  惠及国内服务全球

  5月27日,中国2020珠峰高程测量登山队成功登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰。

  15年前,我国测量珠峰高程时,全球导航卫星系统(GNSS)卫星测量主要依赖美国的GPS系统。而此次测量,我国同时参考中国北斗、美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯四大全球卫星导航系统,并且以北斗的数据为主。其中,由上海华测导航技术股份有限公司研制的北斗高精度定位设备,在测量中发挥了重要作用。

  华测导航总部位于上海市青浦区西虹桥北斗产业园,这里聚集了百余家与北斗产业相关的企业,北斗产业链上、中、下游已形成紧密联系。

  从应用层面向上溯源,北斗产业链是如何划分的呢?

  据了解,“北斗”产业链主要集中于北斗系统的用户段,分为上游基础元器件、中游终端、下游运营服务三大环节。其中,上游基础元器件主要是芯片、板卡、天线等基础元器件;中游终端主要是指能接收“北斗”信号的导航和定位装置;下游运营服务主要是指为政企用户、行业用户、服务商和大众消费者提供基于“北斗”的定位、导航、授时、短报文通信等各类基础服务。

  从为亚太区域提供服务到为全球提供服务,北斗实现全球组网,不仅意味着北斗服务范围覆盖面更广,还会使全产业链受益,相关产业链产品就多了一套支持系统,这些产品的使用体验、稳定性、可靠性都会随之大幅提升,特别是芯片和终端产业。

  北斗芯片的研发生产技术正在逐步成熟。支持“北斗三号”系统信号的28纳米芯片已在物联网和消费电子领域得到广泛应用,22纳米双频定位芯片已具备市场化应用条件,全频一体化高精度芯片已投产,北斗芯片性能再上新台阶。截至2019年底,国产北斗导航型芯片模块出货量已超1亿片,季度出货量突破1000万片,北斗导航型芯片、模块、高精度板卡和天线已输出到100余个国家和地区。

  在终端产品方面,以智能手机为例,2019年,国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台,其中智能手机销售量达到3.72亿台。截至2019年第三季度,在中国市场申请入网的手机有400余款具有定位功能,其中支持北斗定位的近300款。

  北斗全产业链发力,既惠及国内,也服务全球。“2019年北斗海外应用合作及贸易交往更加频繁,国产北斗基础产品已出口120余个国家和地区,基于北斗的土地确权、精准农业、智慧施工、智慧港口等,已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地得到成功应用。”于贤成说。

  航天科技集团五院航天恒星公司至今已研发出了千余种卫星应用产品,包括北斗导航手持机、北斗船载终端、北斗车载终端等。“2019年,我们的船载终端产品成功进入缅甸渔业市场,截止到目前共交付了1000余套船载终端产品,既为缅甸渔业监管部门提供船舶定位监管、禁渔禁航区管理等服务,也为渔民提供定位导航、渔获上报、文本通信及报警救援等功能。”航天恒星有关负责人告诉记者。

  北斗系统全面建成,将极大推动我国卫星导航产业新一轮发展。《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》(以下简称《白皮书》)显示,2019年,我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到3450亿元人民币,较2018年增长14.4%,预计2020年产业总体产值将超过4000亿元。

  应用只受想象力限制

  信号在天边,应用在身边。

  从衣、食、住、行到水、电、气、热,从农林渔业到救灾减灾……北斗卫星导航系统与社会生活深度融入,渗透到经济社会发展的方方面面。

  开车上路,走哪条路更顺畅?公交出行,汽车还有多久到站?共享骑行,怎样才能快速找到单车?无论你选择什么交通方式,都离不开北斗卫星导航系统。

  交通运输行业是北斗卫星导航系统最大的用户之一。北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时调度监控等领域。据《白皮书》的数据,截至2019年底,国内超过650万辆运营车辆、4万辆快递和邮政车辆、36个城市的约8万台公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施都已应用北斗系统,建成了全球最大的营运车辆动态监管系统。

  “在哪里”和“什么时间”构成了我们日常工作生活的衡量坐标。看不见摸不着的时空信息,既是人们生活中不可或缺的重要保证,也是国民经济的重要基础设施。

  智能化港口建设,被视为提升港口核心竞争力的重要手段。此前,交通运输部等九部门发布《关于建设世界一流港口的指导意见》,提出要建设基于北斗卫星导航系统等技术的信息基础设施,推动港区内部集卡和特殊场景集疏运通道集卡自动驾驶示范。

  在武汉花山港,一排排桥吊、船吊、轨道吊依次排开,一辆辆约15米长、最高载重75吨的“平板车”自主行驶,停车、装箱、驶离、停车、卸箱等一系列操作完全自主完成。

  这是利用北斗定位的5G智能无人集装箱转运卡车。相比于传统集装箱无人集卡依靠地上的“磁钉”定位移动,北斗导航系统可以提供更高精度的时空信息,通过5G网络传输数据,使车能够感知200米以内的各类物体,停车定位精度控制在5厘米内。

  精度控制在5厘米内——这还不是北斗的“极限”。高精度服务是北斗的一大特色,传统导航系统的服务精度都是“米级”甚至“10米级”,更高精度的服务很少开放给民用市场。而北斗“全国一张网”,借助超过2000个地基增强站,北斗系统具备为用户提供分米级、厘米级甚至是毫米级定位精度的能力。

  当农业遇见北斗,播种更省力,出苗更省心,劳动生产效率大幅提升。在内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗大佘太镇的农田里,无人驾驶播种机正在从“稀罕物”变得日益“寻常”。基于北斗定位功能,播种机沿预设路线自行作业。有了这种精准科学的方法,每千米播种偏差不超过2厘米,每亩地出苗率能提高10%。

  据统计,基于北斗系统的农机自动驾驶系统已有超过2万台套,节约50%的用工成本;基于北斗系统的农机作业监管平台和物联网平台为10万余台套农机设备提供服务,极大提高了作业管理效率。

  当灾害预警遇见北斗,人身更安全,财产有保障。前不久,在湖南省石门县雷家山,多亏了“北斗卫星高精度地灾监测预警系统”及时发出预警,位于滑坡危险区的村民及时转移,无一伤亡。通过对山体、水库、河流的形变、位移等进行24小时实时监测,北斗对可能发生的滑坡、沉降、裂缝、水库遇险、河流水位暴涨等险情进行预警,守护生命、减小损失。

  特殊战场上,北斗同样快速响应、尽锐出战。2020年初,一场抗击新冠肺炎疫情的阻击战在神州大地打响,火神山、雷神山医院平地而起,为复杂地形地貌实现高精度定位、精确标绘的,正是北斗;面向全国的“千寻位置”网上无人机平台,可以实现无人机精准喷洒等防疫作业,为其提供高精度数据的,也是北斗;物资运输车辆实时监管调控,智能机器人将各地送达的医疗物资快速送往医院隔离区,背后的支持系统,还是北斗……

  北斗系统与新一代5G移动通信、区块链、物联网、人工智能等新技术碰撞融合,构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链,推动生产生活方式变革和商业模式不断创新,将创造出巨大的经济效益和社会效益。

  未来,北斗拥有无限可能。正如首任北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士曾说的那样,“北斗的应用只受人类想象力的限制”。

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