志澄观察：“北斗”引导百姓生活乘风破浪

远望智库预见未来空天大视野 2022-04-11

来源：学习时报

远望智库高级研究员黄志澄

北斗七星，由天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光七星组成，是北半球天空的重要星象。古人把这七星联系起来想象成为古代舀酒的斗形，故名北斗。北斗七星是古代中国人用作定方向、定季节、定时辰的标尺。北斗七星为古代中国人扩大了时空观念，从而激发了许多诗人的灵感。例如唐代西鄙人《哥舒歌》的“北斗七星高，哥舒夜带刀。至今窥牧马，不敢过临洮。”描绘了北斗七星在战场中的作用。唐代刘方平《月夜》的“更深月色半人家，北斗阑干南斗斜。今夜偏知春气暖，虫声新透绿窗纱。”表达了北斗七星为人们提供了深深的暖意和安全感。由于北斗七星在中国的深远影响，我国研制的卫星导航系统也就取名为“北斗”。

20年努力开花结果
　　我国开始自主研制北斗系统和1993年发生的“银河号”事件有关。1993年7月23日，我国全集装箱货轮“银河号”行驶在阿曼湾时，由于美国中断了对“银河号”的GPS系统信号，迫使该船停航33天。“银河号”事件后的1994年，北斗一号工程正式立项，并组建团队全面展开研制工作。
　　2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星，在西昌卫星发射中心成功发射升空。从2000年发射北斗一号的首星，到2020年北斗三号的末星入轨，已是整整20年！20年间，北斗团队步步为营，循序渐进，总共发射了55颗卫星。其中有7颗已退役。其余48颗在轨运行或调试。在轨卫星中在地球静止轨道（GEO）上有4颗，实现短报文通信；在中地球轨道（MEO）上有32颗，实现全球功能；在斜椭圆轨道（ICEO）上有12颗，实现在亚洲地区的信号增强功能。
　　北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统之后的第三个成熟的卫星导航系统。与北斗系统同步发展的还有欧盟的GALILEO系统。北斗系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
　　目前，北斗已形成由基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的完整产业链，已在国家关键行业和重点领域如交通运输、公共安全、农林渔业、水文监测、气象预报、通信系统、电力调度、救灾减灾等领域标配化使用，在大众消费领域，也已实现规模化应用。北斗系统逐渐成为国家核心基础设施之一，已产生显著的经济效益和社会效益。

北斗导航百姓新生活
　　当前，卫星导航已不仅是用于测量物体的时空运动状态，而且已然成为信息化社会标示各类信息的时空基准，从而前所未有地渗透到人类活动的各个方面，成为支持和推动人类社会有效运行和持续发展的强劲动力之一。人们也越来越明显地感受到，中国北斗与百姓的幸福生活息息相关、紧密相连。
　　北斗导航系统的一大批芯片、模块、终端等新产品开始应用于社会生活的广泛领域。目前，世界主流手机芯片大都支持北斗，国内销售的智能手机，北斗也正成为标配。北斗系统全球范围内定位精度优于5米，广泛应用于手机位置服务、交通、抗疫、救援等场景。北斗系统已经进入了大众消费、电子商务、智慧城市等新兴行业，正在丰富而广泛的领域改善着人们的生活。以手机上应用地图场景为例，北斗系统提供经度、纬度、高度等精准位置数据后，经由地图软件根据定位结果输出位置，并为用户提供各项增值服务，如地点的智能定位、通行时间智能预估、精准规划等精准导航功能。在用户驾车导航出行中，精准导航功能可综合运用大数据和云计算能力，提升用户的出行效率。用户无论是立即出发还是将在未来某一时刻出发，该功能都可以针对用户设定的出发地、目的地、行程设置，给出最合适的路线、更精准的用时。
　　北斗系统已在城市燃气、城镇供热、电力电网、供水排水、智慧交通、养老关爱等民生领域，实现跨界融合，从根本上提升城市运行管理信息化能力，为智慧城市的基础设施建设和管理，带来技术创新和突破。例如你戴上应用了北斗技术的增强现实（AR）眼镜，手指在空中点击，你眼前立刻出现了密布的蓝色管线。让人难以置信的是，这就是你所在位置的地下管线分布。在北京燃气管线的管网巡检过程中，这款AR眼镜已经大显身手，能让管线“透视”，使得工人在抢修、巡检时找得准、说得清。
　　北斗导航不仅在城市应用广泛，在波涛汹涌的大海上，在离地面10公里的高空，甚至在荒漠和高山，同样可以为百姓发挥导航作用。在轮船和飞机上安装集定位导航、短信发送、语音通话等功能于一体的北斗系统终端设备后，可以大大提高人们应对复杂情况的能力。
　　我国是一个多种灾害频发的国家。为了保障百姓的生命与健康，必须依赖能够快速反应和准确定位的预警系统和搜救系统。现在，我国大部分水库附近都设置了北斗接收机设备，装载着北斗系统监测软件，对水库坝面实现全天24小时不间断监测。据介绍，北斗接收机设备在运行的过程中，可以对水库水位等指标实时监测，对地质环境指标作出有效预警，保证水库大坝在雨季来临时出现形变后，进行实时报警。同时，可以利用物联网技术，将采集到的数据发送至服务中心进行解算，并将一周一次的人工观测，缩短为一小时一次的自动化监测，以有效保证坝体安全稳定。
　　与GPS系统相比，北斗的有源定位和“短报文”通信功能，是其一项特色服务。携带北斗系统终端的人们，可以在没有信号的地方，向外界发送和接收类似手机短信般的“短报文”，告诉别人自己的位置。2008年汶川地震救援时，震区通信手段失灵，救援队就是利用北斗终端机的“短报文”功能实现了信息联络。北斗的搜救系统还设计了一个反向链路。比如说你家发生火灾后，你发出求救信号后，并不知道搜救系统有没有收到你的信号，但北斗搜救系统的反向功能，会告诉你已经收到了，这就让求救人可以安心等待。
　　对庞大的交通枢纽来说，室内定位的需求极为迫切，尤其是针对行李托运。在传统机场中，虽然有行李托运监管，但很难查询行李具体的位置和信息。这种盲区的存在，容易导致行李错运、丢失并且难以寻回。目前，在北京大兴国际机场里，行李托运就将实现行李的实时共享和精准定位。北京大兴国际机场几万平方米的分拣大厅中有400多辆行李车。机场每辆行李车上都将配备一套北斗导航定位设备，准确掌握行李车的定位。北斗技术能让大兴机场的室内定位达到30厘米左右的定位精度，完全满足精准监测需求。同时，该系统还会配合编码，实现对每件行李位置实时掌握、有迹可循，会让行李分拣更高效，会让旅客更快拿到自己的行李，也会大幅减少行李丢失的情况。
　　中科院院士、北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋认为，北斗卫星导航服务要产生效益，必须在“用”上下功夫。推进北斗拓展更加广阔的民用市场，北斗应用将大有可为。

5G开拓北斗应用新天地
　　5G有大容量、高速率、低延时的特点，北斗系统则是全球性、高精度时空基准，两者结合将对北斗应用领域，赋予无限的创新力。
　　人们普遍认为，5G将给交通行业带来巨大变革，无论是无人驾驶汽车还是智能汽车，都将进一步改变人们的出行方式和社会生活习惯。在这方面，北斗将与5G和人工智能等技术紧密结合，推动智能网联汽车和智慧公路的发展，进而在测绘、农业、电力、航空等方面发挥巨大作用。在5G、人工智能和北斗导航的联合推动下，无人驾驶汽车有望在我国率先商用，加上我国庞大的用户市场和世界一流的通信网络，极有可能推动我国汽车产业实现新的跨越。在不久的将来，也许我们可以直接乘坐安全可靠的无人驾驶汽车，或者通过5G手机网约一辆无人出租车。
　　近几年，“城市大脑”正在全国各个主要城市推广发展。今年年初，突如其来暴发的新冠肺炎疫情，在某种程度上推动了智慧城市建设加速升级。目前已广泛使用的大数据和北斗系统相结合的疫情防控系统，已经证实其效率。随着北斗系统的逐步深入使用，智慧城市的社会管理能力将大大改进，北斗与5G等新技术的融合，也将有力提高城市的公共服务水平。
　　北斗系统是当前信息社会的基础设施，借助5G等各种新技术，实现信息的时空位置可感知、可计算、可测量、可控制。北斗系统的投入使用，将构建远程实时控制和信息安全的“人机物”融合系统，为我们打开智慧生活的大门。

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