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北斗推開萬物互聯時空大門

時間:2017-06-06發布者:中國青年報瀏覽次數:2244次

 國務院新聞辦公室2016年6月16日發表的《中國北斗衛星導航系統》白皮書指出,20世紀后期,中國開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路,逐步形成了“三步走”發展戰略。視覺中國供圖



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


亚慱体育注册    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,在沒有衛星導航系統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時代。

亚慱体育注册    繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后,北斗系統讓中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家,正是這些衛星導航系統,以廣泛、便捷、廉價的方式連接了時間和空間,為萬物互聯提供最基本的可能。在前不久舉行的第八屆中國衛星導航學術年會(以下稱“北斗年會”)上,有關北斗的最新情況披露:今年下半年將正式開始全球組網,拉開面向全球服務的帷幕。

   屆時,所謂北斗,將不再只是太空中遙遠而又高冷的衛星,通過北斗芯片的研發升級,手機、共享單車等設備的應用,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”的聯系,甚至為全球用戶提供高精度、全天時、全天候定位導航授時服務。

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

   經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、北京大學先進技術研究院副院長程承旗連續問了幾個和“經緯度”有關的“位置”問題——

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亚慱体育注册    在程承旗看來,經緯度之所以難以解決這些問題,根本原因在于經緯度的“點”特性,對描述空間“區域”存在一定局限。說白了,有了經緯度,可以知道你家在哪個小區甚至哪個樓,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。

亚慱体育注册    程承旗說,幾百年來,人們建立經緯度位置體系,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”的區域位置卻十分復雜,通常要用一串經緯度坐標來描述。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。

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

   事實上,衛星導航的本質就是定位,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“北斗網格碼”,有人比喻稱其是空間大數據的集裝箱,就是北斗系統專門研發的全球區域位置標識編碼。

   程承旗說,未來這一技術一旦走進人們生活,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;而每個城市基礎設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。

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

   衛星信號走過兩三萬公里削弱了咋辦

   所謂萬物互聯,有一種形象的說法,即將一切還未聯接起來的人、數據、流程和萬事萬物都聯接起來,而目前全球僅有1%的事物與網絡相連。有人就認為,要想實現這一點,“互聯網+”“大數據+”是前提。

   不過,在北斗年會上,中科院院士、北斗系統副總設計師楊元喜卻表示,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”。以大數據為例,如果沒有PNT,就是一堆“亂數據”“雜數據”。他說,大數據的挖掘要根據定位、導航、授時來尋找線索、發現規律從而提供決策。

   目前最常見的PNT信息,都是由全球衛星導航系統提供的。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。

亚慱体育注册    正如中國衛星導航系統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星,發出的信號抵達地面后不可避免地會有所削弱,而且,空間段衛星的長期安全穩定運行也極具挑戰,衛星本身和衛星的重要載荷可能出現故障,等等,這樣,單靠導航衛星提供PNT服務,很難做到百分之百的保障。

   如此一來,通過多手段建立一個時空領域的綜合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為核心的國家綜合PNT體系建設,爭取到2030年前后,構建基準統一、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系。

   在楊元喜的設想里,綜合PNT可能的信息源,除了包括北斗系統在內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。

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

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

   芯片國產化加速北斗應用邁向物聯網時代

亚慱体育注册    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布,業內專家稱,這款芯片有望讓北斗應用加速步入“物聯網時代”。楊元喜說,這意味著至少在中國生產的全球衛星導航系統終端以及接收機,已經是“中國芯”。

亚慱体育注册    來自中國衛星導航系統管理辦公室的消息顯示,目前我國已經啟動了北斗三號全球系統建設,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化自主可控的目標。

   北斗衛星導航系統副總設計師謝軍說,截至目前,隨著我國元器件生產廠家技術能力和工藝水平的提升,北斗三號關鍵部件目前全部實現國產化。他說,2015年我國發射了幾顆新一代北斗導航衛星,目前在軌運行良好,這也證明我國國產化能力已滿足可靠性要求。

   謝軍說,元器件國產化作為整個北斗工程的一個重要縮影,對我國基礎工業有極大的推動和牽引作用,同時,國家工業基礎的進步也保證了北斗系統的發展,兩者互相促進。

亚慱体育注册    北斗人流傳著一句話:“國產化我驕傲,國產化我心跳。”前者是說我國自主技術已經涉及北斗系統建設的各個方面,后者則折射出其國產化道路上遭遇的種種不易。

亚慱体育注册    北斗衛星導航系統衛星系統總設計師楊慧透露,午夜12點是衛星最易出問題的時間段,不同于部分國外成熟的技術,我國國產化是在不斷摸索、不斷歸零中提升的。“曾幾何時,最怕夜間接到來自衛星廠房的電話,因為不知道要面對哪些新的難題。”她說。

亚慱体育注册    如今,在這次年會上,一家共享單車公司和一家生產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,正是來自北斗國產定位芯片的研制成功。

   業內有這樣一句名言:“衛星導航定位系統的應用只受想象力的限制。”冉承其說,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,網約車加入北斗系統、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開展。未來,以北斗時空信息為主要內容的新興產業生態鏈十分可期。

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