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【深度解讀】惠澤天下的“北斗”之光

來源:中國數字科技館
惠澤天下;北斗之光
北斗衛星導航系統 圖片來源:北斗衛星導航系統官網

  2020年7月31日,北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京舉行。習近平總書記鏗鏘有力地宣布:“北斗三號全球衛星導航系統正式開通!”此后,最重要的就是如何用好“北斗”

  由于在當今的信息社會里,85%以上的信息都與定位和時間有關,所以導航衛星應用極其廣泛,正改變著人類的工作、生活甚至思維方式。

  其實,經過多年的發展,北斗一號國內衛星導航系統、北斗二號區域衛星導航系統就已經在應急救災、金融通信、勘測工程、精細農業、交通運輸、海洋漁業和物聯網產業等許多國計民生領域得到了廣泛應用。由于北斗三號全球導航衛星星座覆蓋面更廣、衛星性能更高,所以它的應用范圍、應用領域、應用質量將會更大、更多和更好。

北斗衛星導航系統

  一、防災救災顯身手

北斗系統檢測變電站;地基沉降

應用北斗系統檢測變電站地基沉降情況

  先說說“北斗”在防災救災中的應用。因為近年來,我國經常遭受地震、洪水等各種災害,但隨著“北斗”系統及其應用的日益完善,極大地提高了我國對災害的監視能力、反應能力、決策能力和救災能力等。

  例如,在我國一些地區發生地震時,常常造成很多水庫受到不同程度的損壞,隨時可能發生重大洪災,所以急需對堰塞湖和眾多水庫進行實時監測和災害預警。然而,當時當地余震不斷,人工勘測十分危險,于是,我國采用無人值守的“北斗遠程自動數據采集系統”解決了這一難題。

  目前,我國不少地區都建設了自動氣象站,但其中一些自動氣象站處于通信盲區或通信信號不穩定的地帶,容易造成部分資料丟失。為此,我國用“北斗”系統有效彌補了原有通信網絡的不足。因為“北斗”可以提供全天候、全天時和大范圍的實時短報文通信,保證了數據的可靠傳輸。

  我國還利用“北斗”有效解決了森林防火的定位、偵察、引導撲救、后勤保障、損失評估等問題。例如,基于“北斗”研制的黑龍江大興安嶺森林防火信息系統、瀾滄江上湄公河船舶調度管理系統和鄭州鐵路局鐵路機車到站報點系統等應用示范工程,已取得了明顯的經濟和社會效益。

  “北斗”對山體滑坡的監測預警更可稱為“神操作”,監測小機器人發揮“北斗”系統高精度定位能力,已多次成功預警,保護了一方百姓的生命財產安全,讓人佩服。

  二、大放異彩原子鐘

原子鐘

北斗三號搭載的氫原子鐘 圖片來源:中國科學院院刊

  有人說,20世紀是原子核時代,21世紀是原子鐘時代,因為時間精度目前已對國民經濟起著舉足輕重的作用。

  北斗三號衛星上的原子鐘已達到每300萬年誤差1秒的水平,這不僅有利于提高導航定位精度,還可以提供高水平的授時服務。它已用于金融、電力、通信、郵電、鐵路等網絡的時間同步,準確時間的授入以及準確頻率的授入。

  例如,在網絡條件下的金融服務體系中,時間的同步是至關重要的,用“北斗”系統提供的精確授時服務可使現代金融體系實現網絡時間同步段,保證現代金融系統安全運行。因為如果全國各金融單位的時間即使有很小的誤差,都有可能帶來巨大的損失。

  我國早已成為全球最大的通信市場,僅手機用戶就達10億以上。然而,通信業務所涉及的安全、認證和計費等都是以一個共同的標志“時間”為基礎的,即需要精確的“時間”和“時間同步”,移動通信基站也需要精密的時鐘。所以,衛星導航系統提供的精確的授時服務是現代通信網絡獲取精確的“時間”與進行高精度“時間同步”的重要途徑與手段,是保證通信安全的重要基礎。

  基于“北斗”系統的電力時間同步應用,為在電力事故分析、電力預警系統、保護系統等高精度時間應用創造了條件。

  三、工程效率倍增器

國產北斗遙測終端;安裝

技術人員正在上海吳淞口警戒區水域103燈浮安裝新型國產北斗遙測終端

  由于“北斗”系統能為許多工程提供高精度定位,因此能大大提高工程建設的生產力,提升相關活動的精度和效率。

  比如,應用該技術大大提高了隧道、地鐵等重要交通基礎設施的測量與建設精度,降低了建設成本。“北斗”用于公路邊坡、橋梁變形等監測后,由于不受通視條件的限制,因而選點靈活,能根據監測需要,將監測點布設在對變形體的形變比較敏感的特征點上。

  基于“北斗”的大型橋梁安全監測系統已用于監測橋梁錨錠處沉降、橋塔處變位偏移、橋身相對變形;監測橋梁在異常狀況下的動力響應,并且可以通過實時觀測,得出橋梁的固有動態特性的發展狀況;通過“北斗”衛星導航系統測試得到的橋梁變形與動態數據,能對橋梁的安全狀況進行評估,并實施預報警。

  我國城鎮燃氣管網總長度達到近百萬公里,以前有一半以上的燃氣管網事故是因為缺少精準位置信息而受到第三方破壞。但在使用安裝了“北斗”系統的燃氣管網檢測設備后,它就像是一個透視儀,即便是埋于地下的燃氣管線,如果出現泄露點也能夠看得一清二楚,使燃氣泄漏主動發現率由70%提高到了90%。

  在今年我國新冠疫情防控中,“北斗”高精度測量裝備火線馳援武漢火神山、雷神山醫院建設,提高了工地放線測量效率;“北斗”無人機、無人配送車紛紛應用到疫區醫療物資配送,減少了人與人的直接接觸;基于“北斗”的道路貨運車輛公共監管與服務平臺,向650余萬入網重點運輸車輛持續推送疫情信息、防疫物資運輸信息、道路運輸服務信息,保障防疫救援物資一路暢通。

  四、精細農業全靠它

北斗終端;玉米精量播種機

裝有北斗終端的玉米精量播種機

  “北斗”衛星導航技術現已用于農場規劃、田間測圖、土壤取樣、拖拉機引導、作物田間檢測、播種速度選擇以及肥料、殺蟲劑和產量檢測系統等精細農業領域。

  它能夠提升農藥、除草劑和肥料的使用精度,同時可更好地控制化學物質的擴散,從而降低成本、擴大產量,創造環境友好型的新農場,使不同地區、不同條件下的作物增產3%~50%,大大降低農業生產的人力、資金(機器和設備)和原材料(種子、肥料、殺蟲劑、其他化學藥品、燃料、油和電)成本,降低的投入占總成本的1%~50%不等。據估計,衛星導航技術帶動的平均增產可以達到10%,平均成本能夠降低15%。

  搭載了“北斗”終端的無人駕駛插秧機,1個小時就可以完成以前1個人7天才能完成的插秧勞作,成為“勞動能手”;植入“北斗”系統的植保無人機,被廣泛應用于消毒防疫,一架無人機單次噴灑面積可以達到5000平方米。

  由于“北斗”在精細農業方面可發揮重要作用,我國很早就成立了精細農作研究中心,研究和探索適合于我國的精細農作之路。現在,新疆、黑龍江等許多農業地區已廣泛使用“北斗”系統,突尼斯等國也利用“北斗”系統,開展了自動拖拉機測試,取得了可喜的效益。

  基于“北斗”系統的農機自動駕駛系統已超過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。

  五、交通運輸最有用

公路自由流收費模式

基于北斗的公路自由流收費模式

  眾所周知,衛星導航技術最顯著的應用就是交通運輸。公路交通運輸目前是我國內陸交通運輸重要的途徑,然而,效率與安全曾一直是困擾我國公路交通運輸的難題。一方面,城市交通的擁堵造成了城市交通系統效率低下,導致資源、能源的極大浪費,加劇了環境污染,同時也產生了嚴重的安全問題;另一方面,公路貨物運輸的效率與安全也是現代物流業面臨的重要課題。

  利用“北斗”衛星導航技術能比較容易地實現對出租車、物流配送、長途運輸、危險品運輸車輛的跟蹤與調度管理,規劃最佳路線,提高道路和車輛資源的運行效率,降低能源消耗,保證安全,促進社會與經濟的發展。尤其是在危險品運輸領域,衛星導航技術的應用可極大地提高危險品運輸的安全性、縮短事故救援的應急反應時間,提高救援效率,降低事故損失。

  世界上第一條智能高鐵——京張高鐵,采用“北斗”系統,實現了自動駕駛。被外媒稱為“新世界七大奇跡”的北京大興國際機場,在“北斗”的賦能下,成為全國首個實現行李裝卸車輛亞米級定位的大型機場。

  截至2019年底,國內超過650萬輛營運車輛、4萬輛郵政和快遞車輛,36個中心城市約8萬輛公交車已應用“北斗”系統,建成了全球最大的營運車輛動態監管系統,正向鐵路運輸、內河航運、遠洋航海、航空運輸及交通基礎設施建設管理方面縱深推進,提升了我國綜合交通管理效率和運輸安全水平。近年來中國道路運輸重特大事故發生起數和死亡失蹤人數均下降50%。

  六、海洋漁業少不了

北斗船載信息終端系統

北斗船載信息終端系統

  漁業是“北斗”衛星導航系統應用最早也最為廣泛的一個行業之一。安裝了“北斗”用戶機,不僅可以為船只導航,還可以通過“北斗”獨有的短報文技術,報告船只位置和船上人員的情況。

  我國已經有7萬艘出海漁船都安裝了“北斗”用戶機,使用它可以在手機信號不好的茫茫大海上,免費發送短信,極大地保障了漁船出海安全,鞏固和發展了漁業生產。

  對漁民來說,“北斗”的短報文功能至少有四大好處:一是與家人聯絡,滿足情感需要;二是與國內市場聯絡,打了什么魚,有多少斤,可以提前通知預售,提高收入;三是與周邊漁船聯絡,遇險時及時自救和互救;四是有了準確定位,可以避免打魚越境的糾紛。

  我國已通過“北斗”先后向漁民發送了數萬余次熱帶氣旋等危險氣象信息警報,救助了多艘漁船、漁民、病人等,累計救助1萬余人,有效避免涉外事件多起,挽回經濟損失上億元。

  目前,“北斗”海洋漁業綜合信息服務的海上用戶量已達數萬,短信量月高峰可達約百萬條。有的漁民夸張地形容,現在漁船上只供奉兩樣東西,一樣是媽祖,另一樣是“北斗”。

  七、物聯網業當主力

智能重卡;北斗系統技術;精準入庫

智能重卡利用北斗系統技術實現精準入庫

  物聯網是未來社會的發展方向。“北斗”系統可作為物聯網的一個重要組成部分,應用在感知、網絡兩個層面。

  在物聯網感知層中,用“北斗”可實現精準時間信息和位置信息的感知,從而應用在物流、航空、鐵路和電網等行業。物聯網要想成為一個無處不在、無時不在的無縫隙的智能物聯網絡,衛星通信手段是必不可少的,“北斗”的短報文通信功能就是非常適合物聯網應用的衛星通信手段。

  在網絡層面,“北斗”可實現感知信息和控制信息的全天候、全天時、無縫隙傳遞,能應用在水文、水利、氣象等行業,以及作為其他行業的應急數據傳遞手段。

  其實,衛星導航在林業、電力、石油、地質等行業的應用,不外乎位置報告、授時和短報文通信,這些均屬于物聯網感知層和網絡層的應用范疇。“北斗”未來的應用模式更可以歸結為物聯網的應用。因此,“北斗”除了是一個獨立的衛星導航系統,也正在成為物聯網系統的重要組成部分。

  近年來,我國不少物流車輛上都安裝了“北斗”設備,進行了物流智慧管理。比如,結合“北斗”系統的地理位置數據,進行數據分析和挖掘,定制服務線路,提高物流效率,管控成本,從而讓信息更透明。

  八、大眾應用更廣泛

北斗車載預警終端

北斗車載預警終端

  隨著“北斗”芯片的集成微小型化,它已被嵌入到其他的通信、計算機、安全和消費類電子產品中,使其應用領域更加擴展。國內外主流芯片廠商均推出了兼容“北斗”的通導一體化芯片。

  在中國市場申請入網的手機有幾百款具有定位功能,其中大部分支持“北斗”定位。它與消費類電子產品的融合是目前導航系統在社會中最廣泛應用的一種方式,如在MP3、MP4、筆記本、手機和數碼相機等電子產品中集成導航功能,提供一種基于位置的服務。

  “北斗”正悄然改變著大眾生活方式。共享單車定位、外賣小哥“北斗”導航送餐、智慧養老的救助警報……據悉,在中國新入網的智能手機里,已經有70%以上的手機提供了“北斗”服務。

  基于“北斗”的導航服務已被電子商務、移動智能終端制造、位置服務等廠商采用,廣泛進入中國大眾消費、共享經濟和民生領域。現有多款支持“北斗”系統的手表、手環等智能穿戴設備,以及學生卡、老人卡等特殊人群關愛產品不斷涌現,得到廣泛應用。國內多家電子商務企業的物流貨車及配送員,應用“北斗”車載終端和手環,實現了車、人、貨信息的實時調度。

  隨著5G商用時代的到來,“北斗”正在與新一代移動通信、區塊鏈、人工智能等新技術加速融合,因此,“北斗”應用的新模式、新業態、新經濟會不斷涌現,它將深刻改變著人們的生產生活方式。

  九、功能拓展不受限

送外賣;無人配送車

應用北斗技術送外賣的無人配送車

  “北斗”的應用只受想象力的限制。在2019年10月1日天安門廣場的盛大閱兵式上,來自32個裝備方隊的580臺車輛,以整齊劃一的速度行進。這背后的“秘密武器”就是“北斗閱兵訓練考核輔助系統”,它可保障32個方隊整體車速控制在10千米/小時,騎線偏差不超過1厘米。

  在今年抗疫前線,“北斗”無人機消毒防疫,可以抵達很多防疫車無法抵達的地方進行防疫消毒,讓防疫無死角;利用“北斗”醫療終端,有效實現患者的“智慧管理”,減少醫院人力成本投入,實現“智慧防疫”。

  在科學研究上,“北斗”已用于電離層和中性大氣反演以及氣象學研究,衛星跟蹤地球重力場和大氣探測,以及航天器或地球衛星精密定軌、導航與對接等科學目的,為科學發展服務。

  在水利上,基于“北斗”衛星導航系統的水文監測系統已建設完成,實現了多山地域水文測報信息的實時傳輸,大大提高了災情預報的準確性,為制定防洪抗旱調度方案提供了重要的保障。

  目前,全國40余萬部“北斗”警用終端聯入警用位置服務平臺;通過“北斗”警用授時,統一了公安信息網時間基準。“北斗”系統在2019年亞太經濟合作組織會議、二十國集團峰會等重大活動安保中發揮了重要作用。

  有關“北斗”應用的例子舉不勝舉。它還能干什么?當它與云計算等新技術結合時,“只受想象力限制”就成為一個老套而準確的答案。

  十、走向世界威力顯

中俄衛星導航戰略合作

中俄衛星導航戰略合作

  已建成的北斗三號系統是全球衛星導航系統,而且性能十分優異,有與眾不同的特點,其應用正在全世界“開花結果”。

  “北斗”系統相關產品已輸出到100余個國家,為用戶提供了多樣化的選擇和更好的應用體驗。基于“北斗”的土地確權、精準農業、數字施工、車輛船舶監管、智慧港口解決方案,在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地區得到成功應用。

  它已廣泛應用到印度尼西亞的土地確權、科威特的建筑施工、烏干達的國土測試、緬甸的精細農業、馬爾代夫的海上打樁、泰國的倉儲物流、巴基斯坦的機場授時以及俄羅斯的電力巡檢等多國的不同領域。印尼、馬來西亞、菲律賓、泰國、柬埔寨、越南也正紛紛上馬各自的智慧城市項目,這對于衛星定位導航技術有著龐大的剛需。

  “北斗”系統服務于緬甸的農業后,通過“北斗”/GNSS接收機采集統計的各地農業數據,減少了緬甸土地管理成本;基于“北斗”的高精度接收機應用于科威特國家銀行總部大廈300米高摩天大樓建設中,保障了垂直方向毫米級測量誤差要求;柬埔寨開始應用基于“北斗”/GNSS的無人機,并通過“北斗”在測繪測量、機械控制、GIS數據采集等方面的廣泛應用,助力柬埔寨基礎設施建設。

  我國先后與巴基斯坦、阿爾及利亞等國合作,建設了地基增強系統,標志著“北斗”地基增強系統與產品已成體系地走向海外。

  十一、未來前景廣又寬

北斗;未來前景

  所以,“北斗”的用途遠不只車輛導航、手機定位、電子地圖……由于智能產業與時空信息密切相關,能提供位置和時間信息的“北斗”,必將被用于智能網絡、智能交通、智能通信、智能物流、智能電網等所有智能產業中,并形成各種前所未有的新型商業模式。

  其實,衛星導航的真正價值并不是設備的銷售,而是它所帶來的生產力的提升,它可賦予相關系統新的能力和高效率,成為經濟發展的強大發動機。

  擁有獨立的衛星導航系統,可以分享巨大的衛星導航市場,并在產業價值鏈的任何環節上都具備全球競爭力,提高各行各業的效率,增加高技術高智能人員的就業崗位;它能為居民大眾提供更好的新的服務,改進運輸系統的安全性,有利于降低環境污染;在技術上使相關產業在國際上居于技術領先地位,并實現一系列技術的綜合探索和發展。

  我國衛星導航產業有強大無比的應用和服務市場,特別是大眾化市場,主要依托汽車制造業和移動通信及網絡產業。“北斗”的衛星導航和監控功能正逐步成為移動通信終端和汽車電子信息系統的標準配置。以“北斗”為核心主體的中國衛星導航產業已逐步實現從戰略性新興產業向戰略性支柱產業轉變。2020年,我國衛星導航產業的規模將超過4000億元人民幣。(作者:中國衛星應用產業協會首席專家 龐之浩)

本文來自:中國數字科技館
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[責任編輯:邱馨嬋]
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