北斗應(yīng)用如何打通“最后一公里”

這幾天,一條重達(dá)千斤的野生鰉魚被黑龍江省撫遠(yuǎn)市漁民捕獲的新聞,傳到了黑龍江省委書記張慶偉的耳朵里,他隨即讓省里給市里打電話,表達(dá)了兩層意思:一、“別誤把魚吃了”;二、“找個(gè)辦法保護(hù)起來”。

當(dāng)時(shí)就有人提議:這種罕見的鰉魚很難家養(yǎng),不如放生大江,同時(shí)將北斗芯片植入其體內(nèi),如此,漁業(yè)人員可實(shí)時(shí)跟蹤其定位,了解并進(jìn)一步保護(hù)魚的活動(dòng)情況,而漁民再遇到這條魚時(shí),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(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)開幕式上,張慶偉講了這個(gè)故事。這位曾經(jīng)的“航天少帥”以此為例說明“北斗應(yīng)用前景之大”:眼下當(dāng)?shù)啬酥寥珖际种匾暤纳鷳B(tài)保護(hù)領(lǐng)域,就是北斗和衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的“天然育場(chǎng)”和“試驗(yàn)田”。

正如衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域那句廣為流傳的話:北斗的應(yīng)用,只受想象力限制。

來自中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室的最新消息顯示,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前已發(fā)射8顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星,建成最簡(jiǎn)系統(tǒng),今年年底前還將發(fā)射11顆衛(wèi)星,建成基本系統(tǒng)。作為備受關(guān)注的國家重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施,北斗究竟怎么用?如何用得起來?這個(gè)“最后一公里”的應(yīng)用難題在年會(huì)上再次引發(fā)熱議。

說好的北斗導(dǎo)航 為何大眾難以直觀感受到?

年會(huì)上,中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其“曬”出了北斗大眾應(yīng)用的最新進(jìn)展:經(jīng)過在軌測(cè)試,已建成最簡(jiǎn)系統(tǒng)的8顆北斗全球組網(wǎng)衛(wèi)星,北斗用戶發(fā)射功率降低至1/10,支持手機(jī)應(yīng)用。此前,他也多次提到,世界主流手機(jī)芯片大都支持北斗,北斗正成為國內(nèi)銷售的智能手機(jī)的標(biāo)配。

在冉承其看來,近年來基于北斗系統(tǒng)的高精度服務(wù)日益興起,而要讓普通公眾真正用上北斗,并感受到北斗的存在,只有與其他科技深度融合,擴(kuò)大垂直行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)。一個(gè)最直接的方式,就是和手機(jī)融合,和4G乃至和未來的5G融合。

當(dāng)前,我國北斗三號(hào)尚處于在軌測(cè)試階段,能夠提供導(dǎo)航服務(wù)的還只有北斗二號(hào)系統(tǒng)。按照冉承其的說法,北斗二號(hào)系統(tǒng)建成并投入運(yùn)行至今已5年半,從未發(fā)生服務(wù)中斷,定位精度由10米提升至6米。

不過仍有一種疑問時(shí)而傳出:北斗二號(hào)提供服務(wù)那么久了,為何我們的手機(jī)里還沒有用上北斗——說好的北斗導(dǎo)航,為何大眾難以直觀地感受到?

早在兩年前,工業(yè)和信息化部電信研究院發(fā)起的移動(dòng)智能終端技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對(duì)外發(fā)布《移動(dòng)智能終端北斗定位白皮書(2016)》,其中就提到,截至2016年8月31日,在中國申請(qǐng)進(jìn)網(wǎng)的3572款手機(jī)終端中,支持定位功能的2891款,占比為81%;支持北斗定位功能的759款,占比為21%。

換言之,每10個(gè)中國人里,就可能有兩個(gè)人使用了裝載北斗芯片的手機(jī)。當(dāng)然,按照專家的說法,目前手機(jī)定位采用的幾乎都是多模式的衛(wèi)星定位模式——不僅有中國的北斗,還有美國的GPS,甚至有俄羅斯的GLONASS等導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)手機(jī)需要定位時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索導(dǎo)航衛(wèi)星,選取信號(hào)較好的衛(wèi)星進(jìn)行定位——這個(gè)過程,則“隱匿”于底層運(yùn)行,普通用戶感受不到。

此前,相比GPS芯片,北斗芯片價(jià)格偏高,在推廣過程中一直被視為痛點(diǎn)。冉承其說,如今北斗芯片工藝已跨入28納米新時(shí)代,最低單片價(jià)格不到6元,總體性能達(dá)到甚至優(yōu)于國際同類產(chǎn)品。截至2017年4月底,北斗導(dǎo)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占據(jù)國內(nèi)30%和90%的市場(chǎng)份額。

年會(huì)上,中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室對(duì)外發(fā)起北斗全球用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià)計(jì)劃。冉承其說,此舉就是踐行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程首任總設(shè)計(jì)師孫家棟院士“天上好用,地上用好”的理念,突出用戶體驗(yàn),讓北斗真正用起來,用得好。

當(dāng)北斗遇上5G 有望開啟地下室定位時(shí)代?

目前,北斗已在4G手機(jī)中得以應(yīng)用。據(jù)冉承其透露,隨著5G的建設(shè),中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室還將通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的制定,讓北斗成為5G通信的時(shí)空標(biāo)簽。

這并不遙遠(yuǎn)。從2017年開始,國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP就已經(jīng)開始大規(guī)模制定5G標(biāo)準(zhǔn),全球多個(gè)大公司提交了高精度室內(nèi)定位的立項(xiàng)申請(qǐng),計(jì)劃在5G第二版本標(biāo)準(zhǔn)中加入高精度定位標(biāo)準(zhǔn)。

此次年會(huì)上,工業(yè)和信息化部電信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室天線與定位部副主任安旭東作特邀報(bào)告時(shí)就專門提到這一話題。他說,移動(dòng)通信每隔10年就會(huì)出現(xiàn)新一代技術(shù),新技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了頻譜效率和容量的成倍提升,目前5G即第五代通信移動(dòng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)方案驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)研制的關(guān)鍵階段,未來有望極大推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、室內(nèi)定位等技術(shù)的發(fā)展,并為實(shí)現(xiàn)高精度定位提供基礎(chǔ)。

要想真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)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(tǒng)定位技術(shù)還無法用于室內(nèi)定位。安旭東告訴記者,一方面,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)在室內(nèi)搜不到足夠衛(wèi)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(tǒng)的蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)雖然信號(hào)可以覆蓋到室內(nèi),但其精度從幾十米到幾百米不等,也無法滿足需求。

安旭東說,即將到來的5G時(shí)代,具有大帶寬優(yōu)勢(shì),有利于參數(shù)估計(jì),可為高精度距離測(cè)量提供支持,5G也將實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng),基站密度顯著提高,用戶信號(hào)可被多個(gè)基站同時(shí)接收到,而這將有利于多基站協(xié)作實(shí)現(xiàn)高精度定位。

他告訴記者,5G時(shí)代的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)定位應(yīng)用,相比傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)技術(shù),可提升20dB的信號(hào)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(hào)難以到達(dá)的地方也能覆蓋到,利用這一優(yōu)勢(shì),可以進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航定位服務(wù)。”

在這樣的技術(shù)時(shí)代,“不管是在商場(chǎng)、體育館、醫(yī)院、車站等室內(nèi)導(dǎo)航與定位服務(wù),還是手機(jī)購物、個(gè)性化廣告等商品引導(dǎo),或是自然災(zāi)害救援、涉險(xiǎn)人員定位等應(yīng)急與人員定位,都有望成為現(xiàn)實(shí)?！卑残駯|說。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)首席專家、環(huán)球新時(shí)空信息技術(shù)研究院院長曹沖在年會(huì)期間也提到,當(dāng)前全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)面向未來的一個(gè)主要任務(wù),就是開啟高精度大眾化應(yīng)用室內(nèi)外融合的“大門”。

他告訴記者,2016年到2020年是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),包括中國北斗在內(nèi)的全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均投入了服務(wù),可用衛(wèi)星數(shù)量超百顆,彼此之間兼容互操作成為現(xiàn)實(shí),多系統(tǒng)兼容成標(biāo)配化,產(chǎn)業(yè)的“第一要?jiǎng)?wù)”從系統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)為應(yīng)用服務(wù)推廣。這其中一個(gè)需要布局的,就是順應(yīng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革,逐步與通信技術(shù)融合。

僅靠天上數(shù)顆北斗星不夠 還要地上建一張地基網(wǎng)?

當(dāng)然,不管是和手機(jī)融合,還是和4G、5G融合,這一切的前提都是包括北斗衛(wèi)星、北斗增強(qiáng)系統(tǒng)在內(nèi)的國家重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施本身的技術(shù)“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(wù)的“最后一公里”問題,中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室正在培育精準(zhǔn)時(shí)空信息生態(tài)環(huán)境,降低使用門檻,將北斗系統(tǒng)提供的時(shí)空信息變成大眾觸手可及的公共服務(wù)。

具體來說,我國正在編織天地兩張北斗“網(wǎng)”:天上的“網(wǎng)”,即逐漸覆蓋全球的北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),已為人所熟知;另一張是地上的“網(wǎng)”,即一張可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)、毫米級(jí)定位精度的地基增強(qiáng)網(wǎng)。

國家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、中國兵器工業(yè)集團(tuán)首席科學(xué)家蔡毅告訴記者,導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)受設(shè)備、電離層等干擾時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差,難以滿足高精度位置服務(wù)需求,這就需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)配合——

由地面基準(zhǔn)站接收北斗衛(wèi)星信號(hào),傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),消除衛(wèi)星軌道誤差、鐘差、電離層折射等影響后,產(chǎn)生修正信號(hào),通過衛(wèi)星、數(shù)字廣播、移動(dòng)通信等方式實(shí)時(shí)播發(fā)——普通用戶收到的,也正是這些信號(hào)。

我國已于2014年9月正式啟動(dòng)研制建設(shè)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)。目前,該系統(tǒng)第一階段研制建設(shè)已通過國家驗(yàn)收,初步建成自主可控的北斗地基增強(qiáng)“全國一張網(wǎng)”。來自中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室的數(shù)據(jù)顯示,這張網(wǎng)可在全國范圍內(nèi)提供實(shí)時(shí)米級(jí)、亞米級(jí)精準(zhǔn)定位服務(wù),可在17個(gè)省市提供實(shí)時(shí)服務(wù)。

蔡毅以自動(dòng)駕駛為例,以前這種技術(shù)主要依靠雷達(dá)、熱像儀、高精度陀螺、大容量高速計(jì)算機(jī)等技術(shù)集成設(shè)備,耗費(fèi)數(shù)百萬元,還難以為大眾所用。如今則可以通過北斗高精度位置服務(wù)與高精度電子地圖,輔以其他傳感器,制定駕駛方案,自動(dòng)完成避讓。

“北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)成了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的低成本技術(shù)手段。”蔡毅說,北斗“悄無聲息”就這樣地實(shí)現(xiàn)了交通領(lǐng)域的一次變革,甚至將改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>