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北鬥應用如何打通“最後一公裏”
2018-05-28 16:56:27 來源: 中國青年報
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智能汽車創新發展戰略。視覺中國供圖

  這幾天,一條重達千斤的野生鰉魚被黑龍江省撫遠市漁民捕獲的新聞,傳到了黑龍江省委書記張慶偉的耳朵裏,他隨即讓省裏給市裏打電話,表達了兩層意思:一、“別誤把魚吃了”;二、“找個辦法保護起來”。

  當時就有人提議:這種罕見的鰉魚很難家養,不如放生大江,同時將北鬥芯片植入其體內,如此,漁業人員可實時跟蹤其定位,了解並進一步保護魚的活動情況,而漁民再遇到這條魚時,也可作出判斷,自行繞開,不再捕撈。

  5月23日,在黑龍江省哈爾濱市舉行的第九屆中國衛星導航學術年會開幕式上,張慶偉講了這個故事。這位曾經的“航天少帥”以此為例説明“北鬥應用前景之大”:眼下當地乃至全國都十分重視的生態保護領域,就是北鬥和衛星應用産業的“天然育場”和“試驗田”。

  正如衛星導航領域那句廣為流傳的話:北鬥的應用,只受想象力限制。

  來自中國衛星導航係統管理辦公室的最新消息顯示,北鬥衛星導航係統目前已發射8顆全球組網衛星,建成最簡係統,今年年底前還將發射11顆衛星,建成基本係統。作為備受關注的國家重大空間信息基礎設施,北鬥究竟怎麼用?如何用得起來?這個“最後一公裏”的應用難題在年會上再次引發熱議。

  説好的北鬥導航 為何大眾難以直觀感受到?

  年會上,中國衛星導航係統管理辦公室主任冉承其“曬”出了北鬥大眾應用的最新進展:經過在軌測試,已建成最簡係統的8顆北鬥全球組網衛星,北鬥用戶發射功率降低至1/10,支持手機應用。此前,他也多次提到,世界主流手機芯片大都支持北鬥,北鬥正成為國內銷售的智能手機的標配。

  在冉承其看來,近年來基于北鬥係統的高精度服務日益興起,而要讓普通公眾真正用上北鬥,並感受到北鬥的存在,只有與其他科技深度融合,擴大垂直行業應用業務。一個最直接的方式,就是和手機融合,和4G乃至和未來的5G融合。

  當前,我國北鬥三號尚處于在軌測試階段,能夠提供導航服務的還只有北鬥二號係統。按照冉承其的説法,北鬥二號係統建成並投入運行至今已5年半,從未發生服務中斷,定位精度由10米提升至6米。

  不過仍有一種疑問時而傳出:北鬥二號提供服務那麼久了,為何我們的手機裏還沒有用上北鬥——説好的北鬥導航,為何大眾難以直觀地感受到?

  早在兩年前,工業和信息化部電信研究院發起的移動智能終端技術創新與産業聯盟對外發布《移動智能終端北鬥定位白皮書(2016)》,其中就提到,截至2016年8月31日,在中國申請進網的3572款手機終端中,支持定位功能的2891款,佔比為81%;支持北鬥定位功能的759款,佔比為21%。

  換言之,每10個中國人裏,就可能有兩個人使用了裝載北鬥芯片的手機。當然,按照專家的説法,目前手機定位採用的幾乎都是多模式的衛星定位模式——不僅有中國的北鬥,還有美國的GPS,甚至有俄羅斯的GLONASS等導航係統。當手機需要定位時,係統會自動搜索導航衛星,選取信號較好的衛星進行定位——這個過程,則“隱匿”于底層運行,普通用戶感受不到。

  此前,相比GPS芯片,北鬥芯片價格偏高,在推廣過程中一直被視為痛點。冉承其説,如今北鬥芯片工藝已跨入28納米新時代,最低單片價格不到6元,總體性能達到甚至優于國際同類産品。截至2017年4月底,北鬥導航型芯片模塊銷量已突破6500萬片,高精度板卡和天線銷量已佔據國內30%和90%的市場份額。

  年會上,中國衛星導航係統管理辦公室對外發起北鬥全球用戶體驗評價計劃。冉承其説,此舉就是踐行北鬥衛星導航係統工程首任總設計師孫家棟院士“天上好用,地上用好”的理念,突出用戶體驗,讓北鬥真正用起來,用得好。

  當北鬥遇上5G 有望開啟地下室定位時代?

  目前,北鬥已在4G手機中得以應用。據冉承其透露,隨著5G的建設,中國衛星導航係統管理辦公室還將通過標準協議的制定,讓北鬥成為5G通信的時空標簽。

  這並不遙遠。從2017年開始,國際移動通信標準化組織3GPP就已經開始大規模制定5G標準,全球多個大公司提交了高精度室內定位的立項申請,計劃在5G第二版本標準中加入高精度定位標準。

  此次年會上,工業和信息化部電信研究院泰爾終端實驗室天線與定位部副主任安旭東作特邀報告時就專門提到這一話題。他説,移動通信每隔10年就會出現新一代技術,新技術的出現實現了頻譜效率和容量的成倍提升,目前5G即第五代通信移動技術已經進入技術方案驗證和標準研制的關鍵階段,未來有望極大推動物聯網、室內定位等技術的發展,並為實現高精度定位提供基礎。

  要想真正實現室內定位,需要幾米甚至1米以下的定位精度,還要能夠分辨樓層。而眼下,傳統定位技術還無法用于室內定位。安旭東告訴記者,一方面,全球導航衛星係統在室內搜不到足夠衛星的情況下,難以工作,其定位精度僅在10~100米之間;另一方面,傳統的蜂窩網定位技術雖然信號可以覆蓋到室內,但其精度從幾十米到幾百米不等,也無法滿足需求。

  安旭東説,即將到來的5G時代,具有大帶寬優勢,有利于參數估計,可為高精度距離測量提供支持,5G也將實現密集組網,基站密度顯著提高,用戶信號可被多個基站同時接收到,而這將有利于多基站協作實現高精度定位。

  他告訴記者,5G時代的窄帶蜂窩物聯網定位應用,相比傳統的蜂窩網技術,可提升20dB的信號效果,“覆蓋能力大大提升,在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到,利用這一優勢,可以進行室內導航定位服務。”

  在這樣的技術時代,“不管是在商場、體育館、醫院、車站等室內導航與定位服務,還是手機購物、個性化廣告等商品引導,或是自然災害救援、涉險人員定位等應急與人員定位,都有望成為現實。”安旭東説。

  中國衛星導航定位協會首席專家、環球新時空信息技術研究院院長曹衝在年會期間也提到,當前全球導航衛星係統面向未來的一個主要任務,就是開啟高精度大眾化應用室內外融合的“大門”。

  他告訴記者,2016年到2020年是全球導航衛星係統定位的産業轉折點,包括中國北鬥在內的全球四大衛星導航係統均投入了服務,可用衛星數量超百顆,彼此之間兼容互操作成為現實,多係統兼容成標配化,産業的“第一要務”從係統建設轉為應用服務推廣。這其中一個需要布局的,就是順應技術與産業發展變革,逐步與通信技術融合。

  僅靠天上數顆北鬥星不夠 還要地上建一張地基網?

  當然,不管是和手機融合,還是和4G、5G融合,這一切的前提都是包括北鬥衛星、北鬥增強係統在內的國家重大空間信息基礎設施本身的技術“過硬”。沒有這些,一切都將是空中樓閣。

  冉承其告訴記者,為解決高精度服務的“最後一公裏”問題,中國衛星導航係統管理辦公室正在培育精準時空信息生態環境,降低使用門檻,將北鬥係統提供的時空信息變成大眾觸手可及的公共服務。

  具體來説,我國正在編織天地兩張北鬥“網”:天上的“網”,即逐漸覆蓋全球的北鬥衛星網絡,已為人所熟知;另一張是地上的“網”,即一張可以實現厘米級、毫米級定位精度的地基增強網。

  國家北鬥地基增強係統總設計師、中國兵器工業集團首席科學家蔡毅告訴記者,導航衛星信號受設備、電離層等幹擾時會産生誤差,難以滿足高精度位置服務需求,這就需要北鬥地基增強係統配合——

  由地面基準站接收北鬥衛星信號,傳輸至數據處理係統,消除衛星軌道誤差、鐘差、電離層折射等影響後,産生修正信號,通過衛星、數字廣播、移動通信等方式實時播發——普通用戶收到的,也正是這些信號。

  我國已于2014年9月正式啟動研制建設北鬥地基增強係統。目前,該係統第一階段研制建設已通過國家驗收,初步建成自主可控的北鬥地基增強“全國一張網”。來自中國衛星導航係統管理辦公室的數據顯示,這張網可在全國范圍內提供實時米級、亞米級精準定位服務,可在17個省市提供實時服務。

  蔡毅以自動駕駛為例,以前這種技術主要依靠雷達、熱像儀、高精度陀螺、大容量高速計算機等技術集成設備,耗費數百萬元,還難以為大眾所用。如今則可以通過北鬥高精度位置服務與高精度電子地圖,輔以其他傳感器,制定駕駛方案,自動完成避讓。

  “北鬥地基增強係統成了實現自動駕駛的低成本技術手段。”蔡毅説,北鬥“悄無聲息”就這樣地實現了交通領域的一次變革,甚至將改變人們的生活方式。(邱晨輝)

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【糾錯】 責任編輯: 李浩
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