张峥:定位导航、短报文、授时, 天上北斗近在身边北斗,如何惠及我们的日常生活?
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“未来北斗将无所不在,小到儿童的定位手表、共享单车、老人卡,大到公共交通、航母、智能农业……所有需要定位、导航、授时的场景,都会出现北斗。”南京航空航天大学航天学院微小卫星中心教授康国华如是说。

6月23日,随着北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功,北斗全球卫星导航系统星座部署提前半年全面完成。这一由我国自主建设、独立运行、全球唯一由3种轨道卫星构成的全球卫星导航系统,将择机面向全球用户提供完整的全天时、全天候、高精度全球定位导航授时服务。北斗是我国第一个面向全球提供公共服务的重大空间基础设施,目前全世界一半以上国家都开始使用北斗系统。据统计,2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达3450亿元。随着北斗卫星的全球组网,“北斗”将为我们的日常生活带来哪些影响和便利?

定位和导航服务:精度已达到厘米级

5月27日,中国登山健儿又一次登上世界海拔最高的珠穆朗玛峰峰顶。“2005年登顶,GNSS卫星测量主要依赖GPS系统。而今年我们以北斗的数据为主!”自然资源部第一大地测量队队长李国鹏说。近年来,北斗已在减灾救灾、交通运输、农林牧渔、气象测报、通信时统、电力调度、旅游服务、公共安全等各行各业发挥着越来越举足轻重的作用,并深刻改变着人们的生产生活方式。

提及北斗的功能,“定位导航”首当其冲。大型基建工程如高铁、大桥、机场的建设,以及后期的变形监测等,都需要卫星定位。

北斗的精度能达到多少?《北斗卫星导航系统发展报告(4.0版)》指出,在全球范围内,北斗定位精度达到水平10米、高程10米;测速精度为0.2米每秒。亚太地区,定位精度水平5米、高程5米(以上均为95%置信度)。实测结果表明,北斗系统服务能力全面达到并优于上述指标。 这还不是北斗的最高精度。中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统发言人冉承其表示,北斗在地基增强服务方面,结合交通、测绘、地震、气象、国土等行业监测站网资源,已建成2000多个基准站,提供实时米级、分米级、厘米级和毫米级等增强定位精度服务;已经在国土测绘、形变监测、精准农业、车道级导航等应用领域开始规模化应用。

中国70%以上智能手机用上北斗服务。自2000年我国发射第一颗北斗导航试验卫星以来,历经20年建设发展,“高大上”的北斗导航,其实早已不知不觉“飞入寻常百姓家”。据北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风介绍:“在中国入网的智能手机里,已有70%以上手机提供了北斗服务。”

北斗车道级导航可用于汽车智能驾驶等。在山城重庆,市区9000辆公交车的车道级定位的位置数据,都被实时传输至管理后台,由此保障运营安全、提高运营效率:市民可以获得公交车更精确的到站时间,城市管理者可以更好监管车辆超速、赖站、越线等违规驾驶行为。

当你还在为找不到共享单车或不确定哪里能停车而烦心时,北斗的定位服务已经可以帮助你。目前,全国超过360座城市的哈啰单车已全线适配北斗,每辆哈啰单车的智能锁内均包含北斗定位装置。北斗高精度定位可帮助用户更准确、便捷地找车用车,解决“找不到车”“还不了车”等常见问题,并降低超区、禁停区停车的误判率,同时更精准干预用户骑行行为和停放管理。

无人驾驶插秧机可实现厘米级定位。2019年3月8日,湛江雷州市附城镇城内村,仅1小时,一台无人驾驶插秧机就在将近8亩的水田中完成了插秧作业。这台无人驾驶插秧机基于千寻位置运用北斗提供的FindCM厘米级定位服务。无人驾驶插秧机可夜间作业、作业质量高,能节省50%的人力成本并减少秧苗浪费。基于覆盖全国大部分地区的FindCM厘米级定位服务,无人驾驶插秧机已陆续在海南、新疆、江苏等地的农业生产中应用。同时,我国每天还有超过2万架无人机在全国各地进行农药喷洒、电网巡检等各种作业。

无人驾驶智能配送也离不开北斗。在电子商务领域,国内多家电子商务企业的物流货车及配送员,应用北斗车载终端和手环,实现了车、人、货信息的实时调度;在智能穿戴领域,多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备,以及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品不断涌现,得到广泛应用。

6月北京新冠肺炎疫情局部反弹期间,北京市启动了北斗导航系统支持下的无人驾驶车,用于部分高风险地区的外卖、生鲜等物品的配送。在北京市顺义区空港街道,花梨坎便民菜站附近的小区居民从网上下单后,可以选择由无人驾驶车送货。自动驾驶技术专家董峻峰博士说,无人驾驶车接收北斗卫星信号可达到厘米级的定位精度。

短报文:可用导航卫星“发短信”

“短报文”服务是国外其他卫星导航系统均不具备的,堪称北斗特色。GPS等系统只能接收卫星发出的信号,无法向卫星发信息。而北斗的短报文功能可以实现双向通信,以类似于手机短信的形式将“短信”发到卫星上。

短报文服务主要面向普通移动通信信号不能覆盖的地区(如无人区、荒漠、海洋、极地等)或通信基站遭受破坏的情况(如地震、洪水、台风等)。在这些情况下,装有北斗短报文模块的北斗终端,就可以通过短报文进行紧急通讯,不仅能让用户知道自己“在哪儿”,也能告诉别人“发生了什么”。

目前,我国7万多只渔船和执法船均安装了北斗终端,已累计救助1万多人。世代在远海风浪中讨生活的渔民,甚至唱起了“一拜妈祖,二拜北斗”的歌谣……另外,林业巡防、灾情通信乃至电力等需要信息回传的领域,都是短报文应用的场景。此外,在“驴友”群体中,短报文相关产品也有普及趋势。

授时:从电网到股市,北斗能提供“纳秒级时钟”

“授时,就是给出准确的时间,对一些仪器设备来说就是进行时间的校准。”康国华介绍,时间基准是一个国家安全的保障,如高铁、电网、股市、计算机网络通信、跨海大桥和海底隧道建设等等,都需要时间同步。

北斗如何提供授时?清华大学电机工程与应用电子技术系教授谢小荣介绍,北斗卫星上一般搭载3到4台高精度(约0.3纳秒级)原子钟作为基准时间源。卫星播发的电文中含有轨道坐标和卫星时间,结合接收机的空间坐标,通过求解方程组,就能够实现授时功能。“北斗的授时精度可达到10纳秒级,这一精度与GPS相当。”谢小荣说。

时间基准有多重要?谢小荣举例说,一条100公里的500千伏输电线路,如果两端电压相量测量的时间基准差0.1毫秒,就可能产生27万千瓦的功率差异,相当于30多万户城镇三口之家的平均用电;电力系统故障分析时,要求变电站时间同步精度优于1微秒,否则可能导致错误的故障原因分析结果。谢小荣表示,据不完全统计,目前已有上千套变电站时间同步装置接收北斗授时信号;超过20%的电力通信频率网接收北斗授频信号。

天上北斗,近在身边。到2035年,以北斗系统为核心,我国还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。

中国北斗,正不断走近百姓的日常生产生活,将很快成为人们更贴心、更便利、更可靠的伙伴。就像杨长风所总结:“就怕你没想到,没有做不到”。

来源:《中国妇女报》 发表时间:2020年7月3日

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