北斗应用如何打通“最后一公里”
发布者：这几天，一条重达千斤的野生鳇鱼被黑龙江省抚远市渔民捕获的新闻，传到了黑龙江省委书记张庆伟的耳朵里，他随即让省里给市里打电话，表达了两层意思：一、“别误把鱼吃了”；二、“找个办法保护起来”。
当时就有人提议：这种罕见的鳇鱼很难家养，不如放生大江，同时将北斗芯片植入其体内，如此，渔业人员可实时跟踪其定位，了解并进一步保护鱼的活动情况，而渔民再遇到这条鱼时，也可作出判断，自行绕开，不再捕捞。
5月23日，在黑龙江省哈尔滨市举行的第九届中国卫星导航学术年会开幕式上，张庆伟讲了这个故事。这位曾经的“航天少帅”以此为例说明“北斗应用前景之大”：眼下当地乃至全国都十分重视的生态保护领域，就是北斗和卫星应用产业的“天然育场”和“试验田”。
正如卫星导航领域那句广为流传的话：北斗的应用，只受想象力限制。
来自中国卫星导航系统管理办公室的最新消息显示，北斗卫星导航系统目前已发射8颗全球组网卫星，建成最简系统，今年年底前还将发射11颗卫星，建成基本系统。作为备受关注的国家重大空间信息基础设施，北斗究竟怎么用？如何用得起来？这个“最后一公里”的应用难题在年会上再次引发热议。
说好的北斗导航
为何大众难以直观感受到？
年会上，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其“晒”出了北斗大众应用的最新进展：经过在轨测试，已建成最简系统的8颗北斗全球组网卫星，北斗用户发射功率降低至1/10，支持手机应用。此前，他也多次提到，世界主流手机芯片大都支持北斗，北斗正成为国内销售的智能手机的标配。
在冉承其看来，近年来基于北斗系统的高精度服务日益兴起，而要让普通公众真正用上北斗，并感受到北斗的存在，只有与其他科技深度融合，扩大垂直行业应用业务。一个最直接的方式，就是和手机融合，和4G乃至和未来的5G融合。
当前，我国北斗三号尚处于在轨测试阶段，能够提供导航服务的还只有北斗二号系统。按照冉承其的说法，北斗二号系统建成并投入运行至今已5年半，从未发生服务中断，定位精度由10米提升至6米。
不过仍有一种疑问时而传出：北斗二号提供服务那么久了，为何我们的手机里还没有用上北斗——说好的北斗导航，为何大众难以直观地感受到？
早在两年前，工业和信息化部电信研究院发起的移动智能终端技术创新与产业联盟对外发布《移动智能终端北斗定位白皮书（2016）》，其中就提到，截至2016年8月31日，在中国申请进网的3572款手机终端中，支持定位功能的2891款，占比为81%；支持北斗定位功能的759款，占比为21%。
换言之，每10个中国人里，就可能有两个人使用了装载北斗芯片的手机。当然，按照专家的说法，目前手机定位采用的几乎都是多模式的卫星定位模式——不仅有中国的北斗，还有美国的GPS，甚至有俄罗斯的GLONASS等导航系统。当手机需要定位时，系统会自动搜索导航卫星，选取信号较好的卫星进行定位——这个过程，则“隐匿”于底层运行，普通用户感受不到。
此前，相比GPS芯片，北斗芯片价格偏高，在推广过程中一直被视为痛点。冉承其说，如今北斗芯片工艺已跨入28纳米新时代，最低单片价格不到6元，总体性能达到甚至优于国际同类产品。截至2017年4月底，北斗导航型芯片模块销量已突破6500万片，高精度板卡和天线销量已占据国内30%和90%的市场份额。
年会上，中国卫星导航系统管理办公室对外发起北斗全球用户体验评价计划。冉承其说，此举就是践行北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋院士“天上好用，地上用好”的理念，突出用户体验，让北斗真正用起来，用得好。
当北斗遇上5G
有望开启地下室定位时代？
目前，北斗已在4G手机中得以应用。据冉承其透露，随着5G的建设，中国卫星导航系统管理办公室还将通过标准协议的制定，让北斗成为5G通信的时空标签。
这并不遥远。从2017年开始，国际移动通信标准化组织3GPP就已经开始大规模制定5G标准，全球多个大公司提交了高精度室内定位的立项申请，计划在5G第二版本标准中加入高精度定位标准。
此次年会上，工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室天线与定位部副主任安旭东作特邀报告时就专门提到这一话题。他说，移动通信每隔10年就会出现新一代技术，新技术的出现实现了频谱效率和容量的成倍提升，目前5G即第五代通信移动技术已经进入技术方案验证和标准研制的关键阶段，未来有望极大推动物联网、室内定位等技术的发展，并为实现高精度定位提供基础。
要想真正实现室内定位，需要几米甚至1米以下的定位精度，还要能够分辨楼层。而眼下，传统定位技术还无法用于室内定位。安旭东告诉记者，一方面，全球导航卫星系统在室内搜不到足够卫星的情况下，难以工作，其定位精度仅在10～100米之间；另一方面，传统的蜂窝网定位技术虽然信号可以覆盖到室内，但其精度从几十米到几百米不等，也无法满足需求。
安旭东说，即将到来的5G时代，具有大带宽优势，有利于参数估计，可为高精度距离测量提供支持，5G也将实现密集组网，基站密度显著提高，用户信号可被多个基站同时接收到，而这将有利于多基站协作实现高精度定位。
他告诉记者，5G时代的窄带蜂窝物联网定位应用，相比传统的蜂窝网技术，可提升20dB的信号效果，“覆盖能力大大提升，在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到，利用这一优势，可以进行室内导航定位服务。”
在这样的技术时代，“不管是在商场、体育馆、医院、车站等室内导航与定位服务，还是手机购物、个性化广告等商品引导，或是自然灾害救援、涉险人员定位等应急与人员定位，都有望成为现实。”安旭东说。
中国卫星导航定位协会首席专家、环球新时空信息技术研究院院长曹冲在年会期间也提到，当前全球导航卫星系统面向未来的一个主要任务，就是开启高精度大众化应用室内外融合的“大门”。
他告诉记者，2016年到2020年是全球导航卫星系统定位的产业转折点，包括中国北斗在内的全球四大卫星导航系统均投入了服务，可用卫星数量超百颗，彼此之间兼容互操作成为现实，多系统兼容成标配化，产业的“第一要务”从系统建设转为应用服务推广。这其中一个需要布局的，就是顺应技术与产业发展变革，逐步与通信技术融合。
仅靠天上数颗北斗星不够
还要地上建一张地基网？
当然，不管是和手机融合，还是和4G、5G融合，这一切的前提都是包括北斗卫星、北斗增强系统在内的国家重大空间信息基础设施本身的技术“过硬”。没有这些，一切都将是空中楼阁。
冉承其告诉记者，为解决高精度服务的“最后一公里”问题，中国卫星导航系统管理办公室正在培育精准时空信息生态环境，降低使用门槛，将北斗系统提供的时空信息变成大众触手可及的公共服务。
具体来说，我国正在编织天地两张北斗“网”：天上的“网”，即逐渐覆盖全球的北斗卫星网络，已为人所熟知；另一张是地上的“网”，即一张可以实现厘米级、毫米级定位精度的地基增强网。
国家北斗地基增强系统总设计师、中国兵器工业集团首席科学家蔡毅告诉记者，导航卫星信号受设备、电离层等干扰时会产生误差，难以满足高精度位置服务需求，这就需要北斗地基增强系统配合——
由地面基准站接收北斗卫星信号，传输至数据处理系统，消除卫星轨道误差、钟差、电离层折射等影响后，产生修正信号，通过卫星、数字广播、移动通信等方式实时播发——普通用户收到的，也正是这些信号。
我国已于2014年9月正式启动研制建设北斗地基增强系统。目前，该系统第一阶段研制建设已通过国家验收，初步建成自主可控的北斗地基增强“全国一张网”。来自中国卫星导航系统管理办公室的数据显示，这张网可在全国范围内提供实时米级、亚米级精准定位服务，可在17个省市提供实时服务。
蔡毅以自动驾驶为例，以前这种技术主要依靠雷达、热像仪、高精度陀螺、大容量高速计算机等技术集成设备，耗费数百万元，还难以为大众所用。如今则可以通过北斗高精度位置服务与高精度电子地图，辅以其他传感器，制定驾驶方案，自动完成避让。
“北斗地基增强系统成了实现自动驾驶的低成本技术手段。”蔡毅说，北斗“悄无声息”就这样地实现了交通领域的一次变革，甚至将改变人们的生活方式。
来源：中国青年报
国家天地一体化信息网络工程
重大科技项目六项：
一是航空发动机及燃气轮机。
二是深海空间站。
三是量子通信与量子计算机。
四是脑科学与类脑研究。
五是国家网络空间安全。发展涵盖信息和网络两个层面的网络空间安全技术体系，提升信息保护、网络防御等技术能力。
六是深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统。
重大工程九项：
一是种业自主创新。
二是煤炭清洁高效利用。
三是智能电网。
四是天地一体化信息网络。推进天基信息网、未来互联网、移动通信网的全面融合，形成覆盖全球的天地一体化信息网络。
五是大数据。
六是智能制造和机器人。
七是重点新材料研发及应用。
八是京津冀环境综合治理。
九是健康保障。
国家天地一体化信息网络工程的起源
“十三五”规划要求聚焦目标、突出重点，加快实施已有国家重大科技专项，部署启动一批新的科技项目，新一代信息通信被列在要加快突破核心技术领域的首位，新能源、智能制造等也位列其中。为强化科技创新引领作用，“十三五”规划还提出将开展“科技创新2030——重大项目”，国家网络空间安全被列入重大科技项目，而天地一体化信息网络等被列入重大工程目录。不仅有重大专项支撑，为优化现代产业体系，“十三五”规划还提出要在空天海洋、信息网络等领域培育一批战略性产业，着力构建泛在安全物联网以打造未来发展新优势。
“十三五”规划单列《拓展网络经济空间》一个篇章，要求实施网络强国战略，加快建设数字中国，推动信息技术与经济社会发展深度融合，加快推动信息经济发展壮大，且明确提出“加快构建高速、移动、安全、泛在的新一代信息基础设施，推进信息网络技术广泛应用，形成万物互联、人机交互、天地一体的网络空间”。
国家天地一体化信息网络工程的构成
国务院新闻办公室发表的《2016中国的航天》白皮书指出，未来五年，我国将提升卫星系统水平和基础产品能力，构建形成卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位三大系统，建设天地一体化信息网络，基本建成空间基础设施体系，形成连续稳定的业务服务能力，促进卫星及应用产业发展。
白皮书指出，在卫星遥感系统方面，将按照一星多用、多星组网、多网协同的发展思路，发展陆地观测、海洋观测、大气观测3个系列，研制发射高分辨率多模式光学观测、L波段差分干涉合成孔径雷达、陆地生态碳监测、大气环境激光探测、海洋盐度探测、新一代海洋水色观测等卫星，逐步形成高、中、低空间分辨率合理配置、多种观测手段优化组合的综合高效全球观测和数据获取能力。统筹建设和完善遥感卫星接收站网、定标与真实性检验场、数据中心、共享网络平台和共性应用支撑平台，形成卫星遥感数据全球接收服务能力。
白皮书显示，在卫星通信广播系统方面，将面向行业及市场应用，以商业模式为主，保障公益需求，发展固定通信广播、移动通信广播、数据中继卫星，建设由高轨宽带、低轨移动卫星等天基系统和关口站等地基系统组成的天地一体化信息网络，同步建设测控站、信关站、上行站、标校场等地面设施，形成宽带通信、固定通信、电视直播、移动通信、移动多媒体广播业务服务能力，逐步建成覆盖全球、与地面通信网络融合的卫星通信广播系统。
白皮书指出，在卫星导航系统方面，将持续提升北斗二号系统服务性能。继续开展北斗全球系统建设，计划于2018年面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务；2020年前后，完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务；持续统筹推进北斗地基、星基增强系统建设，为各类用户提供更高精度、更为可靠的服务。
国家天地一体化信息网络工程的实施
国家天地一体化信息网络工程已由北斗天绘率先实施应用推广，是基于国家自主IPV9网络根域名服务器的建设、管理、推进和运营资质，国家和军队批准授权从事北斗卫星BDS导航科研、研发生产和应用服务的高新技术，具备北斗导航民用服务、北斗民用分理级服务等相关平台运营资质及高新技术企业证书、ISO9001质量体系证书、国家二级保密资格证书、国家甲级测绘、测绘资格证、软件企业认证单位和中国天绘卫星遥感影像数据产品授权代理等系列资质，联合基于北斗卫星导航定位系统、天绘卫星遥感影像数据系统、全球移动宽带卫星互联网系统（天基卫星系统）的三大空间网络，基于国家自主知识产权、核心技术在我不受制于人的ISO/ICE国际标准的未来网络为核心的地面网络，为全球无缝覆盖的空间信息网络基础设施，能够为地面固定、手持移动、车载、船载、机载等各类终端，提供互联网传输服务，可在深海大洋、南北两极、“一带一路”等区域实现宽、窄带结合的通信保障能力。通过这样一个全球无缝覆盖的系统，处于地球上任何地点的任何人、或者任何物体，都可以在任何时间实现信息互联。的庞大国家系统工程。
由于该项目工程宏大，全流程全覆盖的建设、运营、推广需要具备北斗卫星导航定位系统授权、天绘卫星系统授权、全球移动宽带卫星互联网系统（天基卫星系统）授权、ISO/IEC国际标准的自主未来网络专利技术及授权资质。
