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北斗推開萬物互聯(lián)時空大門

發(fā)布時間:2022-04-13 09:48:11

  國務院新聞辦公室2016年6月16日發(fā)表的《中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)》白皮書指出,20世紀后期,中國開始探索適合國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展道路,逐步形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。

  在第八屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會上,中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹,中國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)已與多個共享單車玩家合作,利用北斗地基增強系統(tǒng),實現(xiàn)米級,甚至亞米級高***時空定位。視覺中國供圖

北斗導航定位共享單車

  在如今這個抬起手表就能看到“時間”,打開手機就能知道“位置”的時代,人們獲取時間、空間的方式變得極為簡單,簡單到人們可能都意識不到,在沒有衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供時空基準服務之前,定位“我在哪”是根本無法想象的事情,更不必說步入所謂的萬物互聯(lián)時代。

  繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后,北斗系統(tǒng)讓中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家,正是這些衛(wèi)星導航系統(tǒng),以廣泛、便捷、廉價的方式連接了時間和空間,為萬物互聯(lián)提供***基本的可能。在前不久舉行的第八屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會(以下稱“北斗年會”)上,有關(guān)北斗的***新情況披露:今年下半年將正式開始***組網(wǎng),拉開面向***服務的帷幕。

  屆時,所謂北斗,將不再只是太空中遙遠而又高冷的衛(wèi)星,通過北斗芯片的研發(fā)升級,手機、共享單車等設(shè)備的應用,地上的人類和天上的北斗之間將建立一種“穿越大氣層和時間”的聯(lián)系,甚至為***用戶提供高精度、全天時、全天候定位導航授時服務。

  正如北斗系統(tǒng)總設(shè)計師楊長風在北斗年會上所說:北斗衛(wèi)星導航所提供的位置和時間信息,將成為萬物互聯(lián)不可或缺的要素,既是至關(guān)重要的物品標簽,也是一切經(jīng)濟活動的記錄,更是世界生生不息的見證。

經(jīng)緯度定位為何取代不了門牌號

  在北斗年會上,北京大學工學院航空航天工程系教授、北京大學***技術(shù)研究院副院長程承旗連續(xù)問了幾個和“經(jīng)緯度”有關(guān)的“位置”問題——“影視作品里通過某個經(jīng)緯度,可立即查出某個地方的位置,但現(xiàn)實生活中,為何我們家里的門牌號碼沒有用經(jīng)緯度來標識?”“怎么才能快速計算物體之間的相對位置關(guān)系,比如對飛行器進行航路規(guī)劃,用經(jīng)緯度串成組的矢量矩陣就可以嗎?”

  在程承旗看來,經(jīng)緯度之所以難以解決這些問題,根本原因在于經(jīng)緯度的“點”特性,對描述空間“區(qū)域”存在一定局限。說白了,有了經(jīng)緯度,可以知道你家在哪個小區(qū)甚至哪個樓,但具體到哪一層即三維空間里的“高”,以及你家有多大空間時,就不得而知了。

  程承旗說,幾百年來,人們建立經(jīng)緯度位置體系,可以方便地確定地球上每一個“點”的位置。但長期以來,人們想描述一個“面”,或一個“體”的區(qū)域位置卻十分復雜,通常要用一串經(jīng)緯度坐標來描述。如此,既不方便報送,也很難標識索引,所以大家干脆用各種代碼來代替,比如ID碼、門牌號、電線桿號、井蓋號,等等。

  在邁向北斗***導航的今天,科研人員提出了一種新的區(qū)域位置編碼體系,支持陸、海、空、天和地下空間的“區(qū)域”標識。程承旗所研究的“北斗網(wǎng)格碼”就是在這一背景下提出的。

  事實上,衛(wèi)星導航的本質(zhì)就是定位,能否提供高精度的時空基準服務,是驗證其成敗的標準。而所謂“北斗網(wǎng)格碼”,有人比喻稱其是空間大數(shù)據(jù)的集裝箱,就是北斗系統(tǒng)專門研發(fā)的***區(qū)域位置標識編碼。

  程承旗說,未來這一技術(shù)一旦走進人們生活,每個人都可能會記住幾個常用的北斗碼,比如家庭門牌北斗碼,單位停車位北斗碼等;而每個城市基礎(chǔ)設(shè)施部件上都能見到北斗碼,電線桿、消防栓,甚至是建筑物上的一個螺栓,都有可能擁有專屬的北斗碼。

  “不妨設(shè)想一下,當我們的北斗衛(wèi)星導航終端都能自動輸出北斗網(wǎng)格碼的時候,那將會是一個什么樣的場景?” 程承旗說,這意味著,北斗網(wǎng)格碼有可能作為一個入口,開啟“萬物互聯(lián)”。今后任何人走到任何地方,也許就不再需要掃碼,通過北斗網(wǎng)格碼即實現(xiàn)智能推送。

衛(wèi)星信號走過兩三萬公里削弱了咋辦

  所謂萬物互聯(lián),有一種形象的說法,即將一切還未聯(lián)接起來的人、數(shù)據(jù)、流程和萬事萬物都聯(lián)接起來,而目前***僅有1%的事物與網(wǎng)絡(luò)相連。有人就認為,要想實現(xiàn)這一點,“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)+”是前提。

  不過,在北斗年會上,中科院院士、北斗系統(tǒng)副總設(shè)計師楊元喜卻表示,如果沒有PNT體系即定位(Positioning)、導航(Navigation)、授時體系(Timing)——這三個維度和工具,一切很可能淪為“空中樓閣”。以大數(shù)據(jù)為例,如果沒有PNT,就是一堆“亂數(shù)據(jù)”“雜數(shù)據(jù)”。他說,大數(shù)據(jù)的挖掘要根據(jù)定位、導航、授時來尋找線索、發(fā)現(xiàn)規(guī)律從而提供決策。

  目前***常見的PNT信息,都是由***衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的。不過不管是美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯,還是中國的北斗,都具有一個天然的“脆弱性”,即“信號弱、穿透能力差、易被欺騙、易被干擾”的問題。

  正如中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其所說,一顆距離地球兩三萬公里的衛(wèi)星,發(fā)出的信號抵達地面后不可避免地會有所削弱,而且,空間段衛(wèi)星的長期安全穩(wěn)定運行也***挑戰(zhàn),衛(wèi)星本身和衛(wèi)星的重要載荷可能出現(xiàn)故障,等等,這樣,單靠導航衛(wèi)星提供PNT服務,很難做到***的保障。

  如此一來,通過多手段建立一個時空領(lǐng)域的綜合PNT體系就顯得十分必要。這次北斗年會上,冉承其也透露,未來中國擬加快推進以北斗系統(tǒng)為核心的國家綜合PNT體系建設(shè),爭取到2030年前后,構(gòu)建基準統(tǒng)一、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系。

  在楊元喜的設(shè)想里,綜合PNT可能的信息源,除了包括北斗系統(tǒng)在內(nèi)的高低軌天基無線電,還可以包括地基無線電、重力匹配導航、磁力匹配導航以及天文導航,甚至是量子導航等。

  以量子導航為例,楊元喜說,既然量子可以通信,為何不能導航?至少從理論上來看,通過“測站點”發(fā)送具有糾纏特性的脈沖信號到“已知點”,測定脈沖到達的時間,即可計算距離。而且,量子導航可能還具有保密性、安全性等方面的優(yōu)勢。

  在北斗年會上,一位北斗產(chǎn)品廠商代表問楊元喜,“如果說北斗系統(tǒng)的一些芯片是從國外采購的,那么未來即將建設(shè)的PNT系統(tǒng)還能稱得上是國產(chǎn)嗎,生產(chǎn)廠商又該如何追求‘國產(chǎn)化’呢?”

  楊元喜說,他只能提出希望,希望我國的科研團隊和相關(guān)廠商,花大力氣研究自己的北斗芯片等產(chǎn)品,畢竟這些是北斗系統(tǒng)真正實現(xiàn)自主應用的一個前提。

芯片國產(chǎn)化加速北斗應用邁向物聯(lián)網(wǎng)時代

  在北斗年會期間,一款僅有鉛筆尖大小的28納米北斗芯片對外發(fā)布,業(yè)內(nèi)專家稱,這款芯片有望讓北斗應用加速步入“物聯(lián)網(wǎng)時代”。楊元喜說,這意味著至少在中國生產(chǎn)的***衛(wèi)星導航系統(tǒng)終端以及接收機,已經(jīng)是“中國芯”。

  來自中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室的消息顯示,目前我國已經(jīng)啟動了北斗三號***系統(tǒng)建設(shè),而在北斗三號前期論證中,就明確提出元器件和器部件國產(chǎn)化自主可控的目標。

  北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)副總設(shè)計師謝軍說,截至目前,隨著我國元器件生產(chǎn)廠家技術(shù)能力和工藝水平的提升,北斗三號關(guān)鍵部件目前全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。他說,2015年我國發(fā)射了幾顆新一代北斗導航衛(wèi)星,目前在軌運行良好,這也證明我國國產(chǎn)化能力已滿足可靠性要求。

  謝軍說,元器件國產(chǎn)化作為整個北斗工程的一個重要縮影,對我國基礎(chǔ)工業(yè)有極大的推動和牽引作用,同時,國家工業(yè)基礎(chǔ)的進步也保證了北斗系統(tǒng)的發(fā)展,兩者互相促進。

  北斗人流傳著一句話:“國產(chǎn)化我驕傲,國產(chǎn)化我心跳。”前者是說我國自主技術(shù)已經(jīng)涉及北斗系統(tǒng)建設(shè)的各個方面,后者則折射出其國產(chǎn)化道路上遭遇的種種不易。

  北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師楊慧透露,午夜12點是衛(wèi)星***易出問題的時間段,不同于部分國外成熟的技術(shù),我國國產(chǎn)化是在不斷摸索、不斷歸零中提升的?!霸鴰缀螘r,***怕夜間接到來自衛(wèi)星廠房的電話,因為不知道要面對哪些新的難題?!彼f。

  如今,在這次年會上,一家共享單車公司和一家生產(chǎn)北斗芯片的公司正式簽約,對外宣稱要推出北斗智能鎖,實現(xiàn)車輛精細化管理,有望解決當前困擾大家的單車定位不準、人找車、單車亂停亂放難管理等難題。一位專家告訴記者,這種簽約的底氣,正是來自北斗國產(chǎn)定位芯片的研制成功。

  業(yè)內(nèi)有這樣一句名言:“衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的應用只受想象力的限制?!比匠衅湔f,作為典型的國家重器,北斗將像水、電,還有公路一樣,保障社會的運行發(fā)展。

  他告訴記者,目前,公交車、出租車的北斗應用已相當成熟,網(wǎng)約車加入北斗系統(tǒng)、物流電商平臺與北斗對接、北斗自動駕駛汽車誕生、北斗高精度車輛后視鏡應用也已經(jīng)開展。未來,以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈十分可期。


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