天地融合，北鬥衛星「智」領交通再升級

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作者：劉睿健

提到我們的國之重器——北鬥衛星，最令國人感到驕傲和興奮的事兒，莫過於一個多月前北鬥三號衛星的順利發射！2020年6月23日上午9時43分，北鬥三號系統的「收官之星」飛向太空，發射取得圓滿成功，整個系統55顆衛星織成一張「天網」，實現「天地融合」，瞬間刷爆了微信朋友圈。北鬥衛星的組網成功，讓中國衛星導航系統繼美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）後，正式踏進全球衛星導航之列。由於伽利略和格洛納斯在經費和技術方面出現了一些問題，目前這兩個衛星系統在整體上還落後於GPS和北鬥，而在中美關係陷入僵局的今天，北鬥衛星的成功組網和不斷完善，必將逐步打破美國GPS一統天下的局面，而北鬥與GPS的角逐，更是中美兩國的一場科技博弈和宇宙空間競爭！

至此，有人便要發問了：「既然北鬥已經成功組網，那北鬥導航系統如何使用呢？」其實，北鬥系統早已融入我們生活的方方面面。如果你的手機擁有北鬥晶片並在手機上使用高德地圖，就能夠享受到北鬥系統的定位服務。目前，大部分的手機晶片都支持多個衛星定位系統，其中，大約80%的手機晶片支持北鬥定位。目前，在最新版的高德地圖中，原先「GPS信號弱」的語音播報已經改為了「衛星導航信號弱」。

「交通領域的北鬥應用非常普遍。主要包括陸地、航海、航空3個領域。陸地應用覆蓋車輛自主導航、車輛跟蹤監控、車聯網應用、鐵路運營監控等；航海應用覆蓋遠洋運輸、內河航運等；航空應用，則涉及航路導航、機場場面監控等。」交通運輸部新聞發言人孫文劍在6月份例行新聞發布會上介紹了北鬥系統在我國交通運輸領域的應用現狀，他表示，下一步北鬥系統建設將與交通行業發展實現「同頻共振」，為交通運輸行業用戶提供更加廣泛、更加融合、更加智能的定位導航服務，讓北鬥系統為交通強國建設注入強勁動能。在過去一段時期中，GPS幾乎成為了「導航定位」的代名詞，在智慧型手機應用大量普及的今天，一個龐大、完整、成熟的GPS商業生態圈已經形成。據中國衛星導航定位協會會長於賢成介紹，中國擁有的衛星導航定位用戶全球最多，是世界上最大的衛星導航市場，而北鬥衛星完成全球組網後，將成為全球衛星導航系統的主要組成部分，全世界人民從中都能分享到中國北鬥帶來的紅利。這預示著，美國GPS長期壟斷全球衛星導航市場的時代將畫上句號，而北鬥系統的廣泛應用，不僅將為我國交通行業發展帶來巨大變革，未來北鬥應用新模式、新業態的不斷湧現，在改變人們出行方式的同時，還將帶來更大的市場空間。

老將為王還是後來者居上？

相比於GPS，北鬥系統的優勢何在？

全新第三代北鬥導航系統實現全球定位，成為了能與GPS爭奪「天下」的全球導航定位系統。那麼，北鬥系統究竟能否後來者居上？或許可以從北鬥衛星的先天優勢上得到一些答案……

定位精度更高

作為導航定位系統，定位精準是「硬技術」。在定位精度方面，由於北鬥衛星系統採用的是3頻定位，精度平均可達水平4-5米、高程5-6米，這比GPS系統平均8米範圍左右的定位精度更高。據高德地圖相關負責人介紹，北鬥對出行最直接的影響是定位更準，高德基於北鬥的衛星定位和傳感器融合技術，能夠在衛星信號丟失的情況下，依據傳感器進行慣性導航，用戶在進入隧道或地下停車場等封閉場所時，仍然可以獲得準確的位置更新。當用戶使用高德高精定位的汽車AR導航系統駕車出行時，導航系統甚至可以提示司機該走哪個車道，何時併線，讓司機擁有更好的駕駛體驗。在共享單車應用方面，北鬥高精度定位功能可以幫助廣大用戶更加準確、便捷地尋找車輛，解決「找不到車」「還不了車」等常見問題，大幅提升用戶體驗，同時還可以對用戶騎行行為和停放管理進行精準幹預，讓單車無序停放等城市治理難題得到有效解決。

抗幹擾能力更強，覆蓋範圍更廣
「抗幹擾能力」是衛星導航系統研發過程中的一大技術難題。北鬥系統在通信信道上採用三信道設計，而GPS採用的是雙信道設計，從理論上講，北鬥系統的抗幹擾能力是GPS的2倍。除此之外，北鬥導航衛星的數量是GPS的2倍還多，覆蓋範圍大，通信盲區少，對於大範圍的數據採集和監控管理，北鬥系統使用起來更加高效便捷。尤其是在智能交通領域，基於北鬥技術可以更好地實現高速公路、隧道、城市、停車場等區域的監控管理及突發事件分析等。例如，一輛裝配了北鬥導航服務的校車，一旦出現車輛超載、偏離線路、疲勞駕駛等情況，內置的北鬥終端就會向司機發出警報，同時將報警信息和車輛信息上傳給監控中心。除此之外，校車在行駛途中如果遇到緊急狀況或突發事故，還可以通過北鬥終端發送求救信號。

「定位+通信」雙重功能

除了目標定位外，北鬥具有GPS所不具備的通信功能。目前，GPS只能定位使用者所處的位置，但不能聯接通信，而北鬥系統不僅可以精準定位使用者的位置，還能將使用者的位置信息傳送給第三方。以遠洋漁業為例，當漁船在海上遇到危險時，漁民在求助過程中，GPS和海事衛星電話是必不可少的兩件東西，二者缺一不可。由於GPS只能起到定位作用而無法實現通信，當GPS定好位置後，漁民需要利用海事衛星電話告訴救援人員自己的確切位置，以推進救援進程。但使用一部海事電話是非常昂貴的，考慮到生命安全，漁民們對此非常糾結。但是，北鬥系統在亞太地區布網後，當漁民們遭遇海上危險時，就可以通過安裝在漁船上的北鬥衛星船載終端的雙向短報文功能進行一鍵求救，北鬥終端會自動把附帶定位信息的求救簡訊通過衛星發送給救援人員，讓漁民得到及時救援。

產業鏈驅動下

智能交通將迎北鬥應用良機

當前，在中美貿易戰的嚴峻形勢下，在「新冠」疫情防控常態化的背景下，導航系統國產化是未來產業鏈增長的主要驅動力。隨著無人機、自由流、自動駕駛、車路協同等技術的發展，北鬥衛星導航與位置服務產業將進入快速發展的嶄新階段，在產業鏈的驅動下，智能交通中的北鬥應用也將迎來重大的發展機遇。

所謂北鬥產業鏈，是指與北鬥技術緊密相關的「上遊設施（上遊基礎元器件）——中遊終端和系統——下遊客戶（解決方案和運營服務）」一條較高市場化參與的產業鏈。其中，上遊基礎元器件作為自主可控最關鍵的部分，主要由晶片、板卡、天線等構成；中遊終端主要是指能接收北鬥衛星信號的導航和定位裝置，包括終端集成和系統集成，是產業發展的重點；下遊運營服務主要是指為政企及行業用戶、服務商和大眾消費者提供基於北鬥的定位、導航、授時、簡訊報文等各類基礎服務。

隨著北鬥技術與網際網路、大數據、雲計算、人工智慧、車聯網等新興技術的快速融合，一條以北鬥時空信息為主要內容的新興產業鏈正逐漸形成，成為加速北鬥產業發展的新引擎和生產生活方式變革和商業模式不斷創新的助推器。

晶片作為上遊基礎元器件的核心部件，是北鬥系統應用的核心技術，直接決定著我國導航產品性能的優劣。2019年發布的《北鬥衛星導航系統發展報告》顯示，目前國產北鬥晶片的研發生產技術已逐步成熟，正逐步替代國外產品實現產業化。在物聯網和消費電子領域，28納米且支持「北鬥三號」系統信號的晶片已經得到廣泛應用；22納米的雙頻定位晶片已具備市場化應用條件，全頻一體化高精度晶片已投產。截至2019年底，國產北鬥導航型晶片模塊出貨量超1億片，北鬥導航型晶片、模塊、高精度板卡和天線已輸出到100餘個國家和地區。

在中遊終端方面，不得不提「千尋位置」。由中國兵器集團與阿里巴巴共同發起成立的千尋位置網絡有限公司與「北鬥三號」一起成長，是一家時空智能基礎設施公司。千尋位置利用設置在全國各地的北鬥地基增強站，接收北鬥衛星的定位信號，完成衛星定位誤差的實時計算，數以億計的用戶可以享受到由千尋位置為其帶來的高精度定位服務。千尋位置所建設的北鬥地基增強系統、星基增強系統等，構成了一個實時無縫的「星地一體」高精度時空網絡，終端用戶可以像使用移動網際網路一樣，方便地接入「時空網絡」，享受到釐米級定位、毫米級感知、納秒級授時。由於北鬥系統具有良好的開放性，千尋位置所提供的服務可以同時兼容GPS、伽利略、格洛納斯等衛星導航系統，讓服務產品具有更高品質的用戶體驗。目前，千尋位置作為北鬥的「增強版」，正在為自動駕駛等領域提供高精準的定位服務。例如，由千尋位置自主研發的北鬥加速輔助定位服務，可以將耗時30秒以上的初始定位時間縮短至3秒，極大增強了用戶的定位體驗。目前，千尋位置的這項增值創新服務，已經在國內大部分安卓手機上得到應用。譬如，當一輛使用該服務的汽車駛出隧道時，汽車上裝配的智能終端就會啟動初始定位，而沒有享受上述服務的用戶，可能需要花費30秒甚至更長的時間來等待。

在運營服務方面，以電子商務為例，國內多家電子商務企業為物流貨車及配送員配備了北鬥車載終端和手環，實現了車、人、貨信息的實時調度。在智慧型手機領域，有近300款的智慧型手機支持北鬥定位功能。如今，我國大部分的車載導航儀和手機導航系統，在基本層面上使用的是北鬥系統，只不過將GPS作為輔助修正之用，在操作界面上保持了GPS的顯示方式。衛星導航定位行業按照定位精度差別可分為高精度GNSS行業（常規使用的定位誤差在米級以下）和消費類行業（常規使用的定位誤差在1米至10米）兩大服務群體，但隨著無人駕駛等新興技術的不斷進步，服務群體的劃分已不能簡單憑藉定位精度。對於無人駕駛來說，高精度定位是一項關鍵技術，但未來的無人駕駛顯然屬於消費類行業。

有業內專家表示，北鬥正在從一個為區域提供服務的系統，逐漸轉變成能夠在全球範圍提供服務的系統，這種服務範圍的變化，將使全產業鏈受益，尤其是晶片和終端產業。由於北鬥在全球實現覆蓋後，相關產業鏈產品，例如手機、電腦、數位相機等終端產品，在定位服務上多了一套支持系統，這些產品的使用體驗、可靠性、穩定性、安全性、便捷性等就會隨之大幅提升。千尋位置CEO陳金培認為，北鬥不僅僅是一個衛星導航系統，它還構建了一個泛在、融合、智能的綜合時空服務體系，未來的產業鏈發展空間巨大，能夠與5G、大數據、人工智慧等新技術協同推進，在應用上與交通領域的融合也將更加緊密。

「北鬥＋」市場

引領智能交通再升級

根據《國家衛星導航產業中長期發展規劃》，2020年中國北鬥衛星導航定位產業產值將達到4000億元，2014-2020年的複合增長率高達21.22%。《華西證券研究報告》指出，2020年，北鬥將拉動超過3000億元規模的市場。目前，北鬥系統正處於由國防應用、行業應用加速向大眾應用推進的時間轉折點，在衛星導航等新興技術應用需求和自主可控等政策的雙重推動下，北鬥的市場空間有望快速打開。

中國衛星導航定位協會秘書長張全德認為，北鬥「融技術、融網絡、融終端、融數據」全面發展，必將形成一個個「北鬥+」創新和「北鬥+」應用的新生業態，成為國家綜合時空體系建設發展全新布局的核心基礎和動力源。自北鬥提供全球服務以來，隨著「北鬥+」產業體系的逐步完善和豐富，北鬥的規模化、產業化和國際化應用得到了前所未有的大發展，催生出了許多新產品，使得網際網路、物聯網、車聯網等新興領域與北鬥技術的融合應用更加深入。而北鬥與交通運輸等傳統行業的深度融合，將市場規模進一步擴大，成效也得到了進一步顯現。

「北鬥+交通」作為新生業態，未來必將帶動整個交通行業的再升級。東興證券認為，無人駕駛是北鬥未來最大的市場。以手機、汽車等為載體的相關領域，是當前衛星導航定位的主要消費市場，北鬥在其中的滲透率正逐步攀升。對於消費市場而言，北鬥真正的機會和價值所在還是它的高精度，對於無人駕駛來說，高精度的位置信息是關鍵需求。國金證券在研究報告中指出，精準的時空信息標記，是物聯網時代的核心技術之一，而智能聯網汽車將是最先應用時空信息的重要領域，北鬥導航系統所提供的綜合時空服務，正是智能物聯時代所需要的基礎性服務。

除了傳統產業之外，「新基建」的快速推進正與北鬥形成兩股合力。2020年8月6日，交通運輸部印發的《關於推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》指出，到2035年，交通運輸領域新型基礎設施建設取得顯著成效，北鬥時空信息服務在交通運輸行業深度覆蓋。要提升交通運輸行業北鬥系統高精度導航與位置服務能力，建設行業北鬥系統高精度地理信息地圖，整合行業北鬥系統時空數據，為綜合交通規劃、決策、服務等提供基礎支撐。

有業內人士指出，北鬥與「新基建」碰撞出的巨大創新生態如何快速承載落地，產業鏈廠商都在思考。中國衛星導航定位協會副秘書長王博分析，「新基建」所包含的信息基礎設施、融合基礎設施和創新基礎設施建設，北鬥系統都可以為其提供時空基準服務。同時，「新基建」在帶動其他相關產業信息化、網聯化、智能化發展的同時，也將進一步推動北鬥應用的多元化。廣州海格通信集團股份有限公司主任專家田震華表示，北鬥和5G都屬於國家「新基建」的一部分，兩者具有極大的互補性。北鬥的精密授時能力，可為5G系統提供更為準確的基準時間系統；而5G的高速數據傳輸能力與高穩定性，也能為北鬥提供更為穩定可靠的地基增強數據服務。配備了5G+北鬥功能的無人設備，如無人機、無人駕駛汽車等，在實地應用時，能夠將時間和空間成本大幅縮減。2020年以來，以5G為代表的「新基建」在國家層面出臺了很多推動政策和措施，具體到交通行業，國家發展和改革委員會、交通運輸部等11家國家部委聯合發文，出臺了《智能汽車創新發展戰略》，提出要結合5G商用部署，推動5G與車聯網協同建設。交通運輸行業的移動化場景需要5G通信技術提供移動連接和傳輸功能，而交通運輸行業的位置服務（LBS）場景也需要北鬥系統提供精準的定位導航服務。由此可見，交通領域中5G與北鬥更是遙相呼應，相互賦能。當前，5G發展已成大勢，交通行業作為5G應用的先行區，5G與北鬥形成的雙輪驅動，能夠發揮技術創新帶來的疊加效應，引領交通行業進入全新的數字時代。

除了自動駕駛領域，北鬥系統在交通領域的市場廣闊，應用場景也在不斷拓展。例如，北鬥自由流智慧雲平臺，依託北鬥自由流收費技術（簡稱BTC），融合北鬥定位、5G、雲計算、大數據、移動物聯網等現代化信息技術，可實現收費公路在自由流狀態下的無感支付；基於北鬥衛星定位的「兩客一危」車輛管理系統，通過提醒駕駛員超速與疲勞駕駛等，能夠大幅降低道路運輸重大事故率和人員傷亡率；基於北鬥定位的交通基礎設施狀態自動監測系統，能夠實現毫米級的位移感知，對交通基礎設施的異常狀態實現及時預警，提前處置，保證交通運輸過程的安全暢通。

業內人士認為，下一步北鬥的發展，應該緊緊圍繞高端特色應用與增值創新服務發力。那麼，未來的北鬥系統將與交通行業擦出怎樣的火花？又會催生出哪些特色應用和增值服務？讓我們拭目以待！

（原文刊載於2020年第8期《中國交通信息化》）