北斗應用如何打通“最后一公里”

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里,他隨即讓省里給市里打電話,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(yǎng),不如放生大江,同時將北斗芯片植入其體內(nèi),如此,漁業(yè)人員可實時跟蹤其定位,了解并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(wèi)星導航學術(shù)年會開幕式上,張慶偉講了這個故事。這位曾經(jīng)的“航天少帥”以此為例說明“北斗應用前景之大”:眼下當?shù)啬酥寥珖际种匾暤纳鷳B(tài)保護領(lǐng)域,就是北斗和衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)的“天然育場”和“試驗田”。

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

來自中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室的最新消息顯示,北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)目前已發(fā)射8顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星,建成最簡系統(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“最后一公里”的應用難題在年會上再次引發(fā)熱議。

說好的北斗導航 為何大眾難以直觀感受到?

年會上,中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其“曬”出了北斗大眾應用的最新進展:經(jīng)過在軌測試,已建成最簡系統(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,支持手機應用。此前,他也多次提到,世界主流手機芯片大都支持北斗,北斗正成為國內(nèi)銷售的智能手機的標配。

在冉承其看來,近年來基于北斗系統(tǒng)的高精度服務日益興起,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,擴大垂直行業(yè)應用業(yè)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,我國北斗三號尚處于在軌測試階段,能夠提供導航服務的還只有北斗二號系統(tǒng)。按照冉承其的說法,北斗二號系統(tǒng)建成并投入運行至今已5年半,從未發(fā)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:北斗二號提供服務那么久了,為何我們的手機里還沒有用上北斗——說好的北斗導航,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)起的移動智能終端技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對外發(fā)布《移動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,在中國申請進網(wǎng)的3572款手機終端中,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個中國人里,就可能有兩個人使用了裝載北斗芯片的手機。當然,按照專家的說法,目前手機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等導航系統(tǒng)。當手機需要定位時,系統(tǒng)會自動搜索導航衛(wèi)星,選取信號較好的衛(wèi)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,北斗芯片價格偏高,在推廣過程中一直被視為痛點。冉承其說,如今北斗芯片工藝已跨入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(yōu)于國際同類產(chǎn)品。截至2017年4月底,北斗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占據(jù)國內(nèi)30%和90%的市場份額。

年會上,中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室對外發(fā)起北斗全球用戶體驗評價計劃。冉承其說,此舉就是踐行北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程首任總設(shè)計師孫家棟院士“天上好用,地上用好”的理念,突出用戶體驗,讓北斗真正用起來,用得好。

當北斗遇上5G 有望開啟地下室定位時代?

目前,北斗已在4G手機中得以應用。據(jù)冉承其透露,隨著5G的建設(shè),中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室還將通過標準協(xié)議的制定,讓北斗成為5G通信的時空標簽。

這并不遙遠。從2017年開始,國際移動通信標準化組織3GPP就已經(jīng)開始大規(guī)模制定5G標準,全球多個大公司提交了高精度室內(nèi)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(yè)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。他說,移動通信每隔10年就會出現(xiàn)新一代技術(shù),新技術(shù)的出現(xiàn)實現(xiàn)了頻譜效率和容量的成倍提升,目前5G即第五代通信移動技術(shù)已經(jīng)進入技術(shù)方案驗證和標準研制的關(guān)鍵階段,未來有望極大推動物聯(lián)網(wǎng)、室內(nèi)定位等技術(shù)的發(fā)展,并為實現(xiàn)高精度定位提供基礎(chǔ)。

要想真正實現(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時代,具有大帶寬優(yōu)勢,有利于參數(shù)估計,可為高精度距離測量提供支持,5G也將實現(xiàn)密集組網(wǎng),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(xié)作實現(xiàn)高精度定位。

他告訴記者,5G時代的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)定位應用,相比傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)技術(shù),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(yōu)勢,可以進行室內(nèi)導航定位服務。”

在這樣的技術(shù)時代,“不管是在商場、體育館、醫(yī)院、車站等室內(nèi)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(xiàn)實。”安旭東說。

中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會首席專家、環(huán)球新時空信息技術(shù)研究院院長曹沖在年會期間也提到,當前全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)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(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,包括中國北斗在內(nèi)的全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)均投入了服務,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,多系統(tǒng)兼容成標配化,產(chǎn)業(yè)的“第一要務”從系統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)為應用服務推廣。這其中一個需要布局的,就是順應技術(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斗衛(wèi)星、北斗增強系統(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,為解決高精度服務的“最后一公里”問題,中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室正在培育精準時空信息生態(tài)環(huán)境,降低使用門檻,將北斗系統(tǒng)提供的時空信息變成大眾觸手可及的公共服務。

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,已為人所熟知;另一張是地上的“網(wǎng)”,即一張可以實現(xiàn)厘米級、毫米級定位精度的地基增強網(wǎng)。

國家北斗地基增強系統(tǒng)總設(shè)計師、中國兵器工業(yè)集團首席科學家蔡毅告訴記者,導航衛(wèi)星信號受設(shè)備、電離層等干擾時會產(chǎn)生誤差,難以滿足高精度位置服務需求,這就需要北斗地基增強系統(tǒng)配合——

由地面基準站接收北斗衛(wèi)星信號,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,通過衛(wèi)星、數(shù)字廣播、移動通信等方式實時播發(fā)——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(shè)北斗地基增強系統(tǒng)。目前,該系統(tǒng)第一階段研制建設(shè)已通過國家驗收,初步建成自主可控的北斗地基增強“全國一張網(wǎng)”。來自中國衛(wèi)星導航系統(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(shù)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(shù)集成設(shè)備,耗費數(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。

“北斗地基增強系統(tǒng)成了實現(xiàn)自動駕駛的低成本技術(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>