【深度解读】惠泽天下的“北斗”之光

　　2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。习近平总书记铿锵有力地宣布：“北斗三号全球卫星导航系统正式开通！”此后，最重要的就是如何用好“北斗”。

　　由于在当今的信息社会里，85%以上的信息都与定位和时间有关，所以导航卫星应用极其广泛，正改变着人类的工作、生活甚至思维方式。

　　其实，经过多年的发展，北斗一号国内卫星导航系统、北斗二号区域卫星导航系统就已经在应急救灾、金融通信、勘测工程、精细农业、交通运输、海洋渔业和物联网产业等许多国计民生领域得到了广泛应用。由于北斗三号全球导航卫星星座覆盖面更广、卫星性能更高，所以它的应用范围、应用领域、应用质量将会更大、更多和更好。

　　一、防灾救灾显身手

　　应用北斗系统检测变电站地基沉降情况

　　先说说“北斗”在防灾救灾中的应用。因为近年来，我国经常遭受地震、洪水等各种灾害，但随着“北斗”系统及其应用的日益完善，极大地提高了我国对灾害的监视能力、反应能力、决策能力和救灾能力等。

　　例如，在我国一些地区发生地震时，常常造成很多水库受到不同程度的损坏，随时可能发生重大洪灾，所以急需对堰塞湖和众多水库进行实时监测和灾害预警。然而，当时当地余震不断，人工勘测十分危险，于是，我国采用无人值守的“北斗远程自动数据采集系统”解决了这一难题。

　　目前，我国不少地区都建设了自动气象站，但其中一些自动气象站处于通信盲区或通信信号不稳定的地带，容易造成部分资料丢失。为此，我国用“北斗”系统有效弥补了原有通信网络的不足。因为“北斗”可以提供全天候、全天时和大范围的实时短报文通信，保证了数据的可靠传输。

　　我国还利用“北斗”有效解决了森林防火的定位、侦察、引导扑救、后勤保障、损失评估等问题。例如，基于“北斗”研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等应用示范工程，已取得了明显的经济和社会效益。

　　“北斗”对山体滑坡的监测预警更可称为“神操作”，监测小机器人发挥“北斗”系统高精度定位能力，已多次成功预警，保护了一方百姓的生命财产安全，让人佩服。

　　二、大放异彩原子钟

　　北斗三号搭载的氢原子钟 图片来源：中国科学院院刊

　　有人说，20世纪是原子核时代，21世纪是原子钟时代，因为时间精度目前已对国民经济起着举足轻重的作用。

　　北斗三号卫星上的原子钟已达到每300万年误差1秒的水平，这不仅有利于提高导航定位精度，还可以提供高水平的授时服务。它已用于金融、电力、通信、邮电、铁路等网络的时间同步，准确时间的授入以及准确频率的授入。

　　例如，在网络条件下的金融服务体系中，时间的同步是至关重要的，用“北斗”系统提供的精确授时服务可使现代金融体系实现网络时间同步段，保证现代金融系统安全运行。因为如果全国各金融单位的时间即使有很小的误差，都有可能带来巨大的损失。

　　我国早已成为全球最大的通信市场，仅手机用户就达10亿以上。然而，通信业务所涉及的安全、认证和计费等都是以一个共同的标志“时间”为基础的，即需要精确的“时间”和“时间同步”，移动通信基站也需要精密的时钟。所以，卫星导航系统提供的精确的授时服务是现代通信网络获取精确的“时间”与进行高精度“时间同步”的重要途径与手段，是保证通信安全的重要基础。

　　基于“北斗”系统的电力时间同步应用，为在电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。

　　三、工程效率倍增器

　　技术人员正在上海吴淞口警戒区水域103灯浮安装新型国产北斗遥测终端

　　由于“北斗”系统能为许多工程提供高精度定位，因此能大大提高工程建设的生产力，提升相关活动的精度和效率。

　　比如，应用该技术大大提高了隧道、地铁等重要交通基础设施的测量与建设精度，降低了建设成本。“北斗”用于公路边坡、桥梁变形等监测后，由于不受通视条件的限制，因而选点灵活，能根据监测需要，将监测点布设在对变形体的形变比较敏感的特征点上。

　　基于“北斗”的大型桥梁安全监测系统已用于监测桥梁锚锭处沉降、桥塔处变位偏移、桥身相对变形；监测桥梁在异常状况下的动力响应，并且可以通过实时观测，得出桥梁的固有动态特性的发展状况；通过“北斗”卫星导航系统测试得到的桥梁变形与动态数据，能对桥梁的安全状况进行评估，并实施预报警。

　　我国城镇燃气管网总长度达到近百万公里，以前有一半以上的燃气管网事故是因为缺少精准位置信息而受到第三方破坏。但在使用安装了“北斗”系统的燃气管网检测设备后，它就像是一个透视仪，即便是埋于地下的燃气管线，如果出现泄露点也能够看得一清二楚，使燃气泄漏主动发现率由70%提高到了90%。

　　在今年我国新冠疫情防控中，“北斗”高精度测量装备火线驰援武汉火神山、雷神山医院建设，提高了工地放线测量效率；“北斗”无人机、无人配送车纷纷应用到疫区医疗物资配送，减少了人与人的直接接触；基于“北斗”的道路货运车辆公共监管与服务平台，向650余万入网重点运输车辆持续推送疫情信息、防疫物资运输信息、道路运输服务信息，保障防疫救援物资一路畅通。

　　四、精细农业全靠它

　　装有北斗终端的玉米精量播种机

　　“北斗”卫星导航技术现已用于农场规划、田间测图、土壤取样、拖拉机引导、作物田间检测、播种速度选择以及肥料、杀虫剂和产量检测系统等精细农业领域。

　　它能够提升农药、除草剂和肥料的使用精度，同时可更好地控制化学物质的扩散，从而降低成本、扩大产量，创造环境友好型的新农场，使不同地区、不同条件下的作物增产3%～50%，大大降低农业生产的人力、资金（机器和设备）和原材料（种子、肥料、杀虫剂、其他化学药品、燃料、油和电）成本，降低的投入占总成本的1%～50%不等。据估计，卫星导航技术带动的平均增产可以达到10%，平均成本能够降低15%。

　　搭载了“北斗”终端的无人驾驶插秧机，1个小时就可以完成以前1个人7天才能完成的插秧劳作，成为“劳动能手”；植入“北斗”系统的植保无人机，被广泛应用于消毒防疫，一架无人机单次喷洒面积可以达到5000平方米。

　　由于“北斗”在精细农业方面可发挥重要作用，我国很早就成立了精细农作研究中心，研究和探索适合于我国的精细农作之路。现在，新疆、黑龙江等许多农业地区已广泛使用“北斗”系统，突尼斯等国也利用“北斗”系统，开展了自动拖拉机测试，取得了可喜的效益。

　　基于“北斗”系统的农机自动驾驶系统已超过2万台套，节约50%的用工成本；基于“北斗”系统的农机作业监管平台和物联网平台为10万余台套农机设备提供服务，极大提高了作业管理效率。

　　五、交通运输最有用

　　基于北斗的公路自由流收费模式

　　众所周知，卫星导航技术最显著的应用就是交通运输。公路交通运输目前是我国内陆交通运输重要的途径，然而，效率与安全曾一直是困扰我国公路交通运输的难题。一方面，城市交通的拥堵造成了城市交通系统效率低下，导致资源、能源的极大浪费，加剧了环境污染，同时也产生了严重的安全问题；另一方面，公路货物运输的效率与安全也是现代物流业面临的重要课题。

　　利用“北斗”卫星导航技术能比较容易地实现对出租车、物流配送、长途运输、危险品运输车辆的跟踪与调度管理，规划最佳路线，提高道路和车辆资源的运行效率，降低能源消耗，保证安全，促进社会与经济的发展。尤其是在危险品运输领域，卫星导航技术的应用可极大地提高危险品运输的安全性、缩短事故救援的应急反应时间，提高救援效率，降低事故损失。

　　世界上第一条智能高铁——京张高铁，采用“北斗”系统，实现了自动驾驶。被外媒称为“新世界七大奇迹”的北京大兴国际机场，在“北斗”的赋能下，成为全国首个实现行李装卸车辆亚米级定位的大型机场。

　　截至2019年底，国内超过650万辆营运车辆、4万辆邮政和快递车辆，36个中心城市约8万辆公交车已应用“北斗”系统，建成了全球最大的营运车辆动态监管系统，正向铁路运输、内河航运、远洋航海、航空运输及交通基础设施建设管理方面纵深推进，提升了我国综合交通管理效率和运输安全水平。近年来中国道路运输重特大事故发生起数和死亡失踪人数均下降50%。

　　六、海洋渔业少不了

　　北斗船载信息终端系统

　　渔业是“北斗”卫星导航系统应用最早也最为广泛的一个行业之一。安装了“北斗”用户机，不仅可以为船只导航，还可以通过“北斗”独有的短报文技术，报告船只位置和船上人员的情况。

　　我国已经有7万艘出海渔船都安装了“北斗”用户机，使用它可以在手机信号不好的茫茫大海上，免费发送短信，极大地保障了渔船出海安全，巩固和发展了渔业生产。

　　对渔民来说，“北斗”的短报文功能至少有四大好处：一是与家人联络，满足情感需要；二是与国内市场联络，打了什么鱼，有多少斤，可以提前通知预售，提高收入；三是与周边渔船联络，遇险时及时自救和互救；四是有了准确定位，可以避免打鱼越境的纠纷。

　　我国已通过“北斗”先后向渔民发送了数万余次热带气旋等危险气象信息警报，救助了多艘渔船、渔民、病人等，累计救助1万余人，有效避免涉外事件多起，挽回经济损失上亿元。

　　目前，“北斗”海洋渔业综合信息服务的海上用户量已达数万，短信量月高峰可达约百万条。有的渔民夸张地形容，现在渔船上只供奉两样东西，一样是妈祖，另一样是“北斗”。

　　七、物联网业当主力

　　智能重卡利用北斗系统技术实现精准入库

　　物联网是未来社会的发展方向。“北斗”系统可作为物联网的一个重要组成部分，应用在感知、网络两个层面。

　　在物联网感知层中，用“北斗”可实现精准时间信息和位置信息的感知，从而应用在物流、航空、铁路和电网等行业。物联网要想成为一个无处不在、无时不在的无缝隙的智能物联网络，卫星通信手段是必不可少的，“北斗”的短报文通信功能就是非常适合物联网应用的卫星通信手段。

　　在网络层面，“北斗”可实现感知信息和控制信息的全天候、全天时、无缝隙传递，能应用在水文、水利、气象等行业，以及作为其他行业的应急数据传递手段。

　　其实，卫星导航在林业、电力、石油、地质等行业的应用，不外乎位置报告、授时和短报文通信，这些均属于物联网感知层和网络层的应用范畴。“北斗”未来的应用模式更可以归结为物联网的应用。因此，“北斗”除了是一个独立的卫星导航系统，也正在成为物联网系统的重要组成部分。

　　近年来，我国不少物流车辆上都安装了“北斗”设备，进行了物流智慧管理。比如，结合“北斗”系统的地理位置数据，进行数据分析和挖掘，定制服务线路，提高物流效率，管控成本，从而让信息更透明。

　　八、大众应用更广泛

　　北斗车载预警终端

　　随着“北斗”芯片的集成微小型化，它已被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加扩展。国内外主流芯片厂商均推出了兼容“北斗”的通导一体化芯片。

　　在中国市场申请入网的手机有几百款具有定位功能，其中大部分支持“北斗”定位。它与消费类电子产品的融合是目前导航系统在社会中最广泛应用的一种方式，如在MP3、MP4、笔记本、手机和数码相机等电子产品中集成导航功能，提供一种基于位置的服务。

　　“北斗”正悄然改变着大众生活方式。共享单车定位、外卖小哥“北斗”导航送餐、智慧养老的救助警报……据悉，在中国新入网的智能手机里，已经有70%以上的手机提供了“北斗”服务。

　　基于“北斗”的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域。现有多款支持“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。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。

　　随着5G商用时代的到来，“北斗”正在与新一代移动通信、区块链、人工智能等新技术加速融合，因此，“北斗”应用的新模式、新业态、新经济会不断涌现，它将深刻改变着人们的生产生活方式。

　　九、功能拓展不受限

　　应用北斗技术送外卖的无人配送车

　　“北斗”的应用只受想象力的限制。在2019年10月1日天安门广场的盛大阅兵式上，来自32个装备方队的580台车辆，以整齐划一的速度行进。这背后的“秘密武器”就是“北斗阅兵训练考核辅助系统”，它可保障32个方队整体车速控制在10千米/小时，骑线偏差不超过1厘米。

　　在今年抗疫前线，“北斗”无人机消毒防疫，可以抵达很多防疫车无法抵达的地方进行防疫消毒，让防疫无死角；利用“北斗”医疗终端，有效实现患者的“智慧管理”，减少医院人力成本投入，实现“智慧防疫”。

　　在科学研究上，“北斗”已用于电离层和中性大气反演以及气象学研究，卫星跟踪地球重力场和大气探测，以及航天器或地球卫星精密定轨、导航与对接等科学目的，为科学发展服务。

　　在水利上，基于“北斗”卫星导航系统的水文监测系统已建设完成，实现了多山地域水文测报信息的实时传输，大大提高了灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供了重要的保障。

　　目前，全国40余万部“北斗”警用终端联入警用位置服务平台；通过“北斗”警用授时，统一了公安信息网时间基准。“北斗”系统在2019年亚太经济合作组织会议、二十国集团峰会等重大活动安保中发挥了重要作用。

　　有关“北斗”应用的例子举不胜举。它还能干什么？当它与云计算等新技术结合时，“只受想象力限制”就成为一个老套而准确的答案。

　　十、走向世界威力显

　　中俄卫星导航战略合作

　　已建成的北斗三号系统是全球卫星导航系统，而且性能十分优异，有与众不同的特点，其应用正在全世界“开花结果”。

　　“北斗”系统相关产品已输出到100余个国家，为用户提供了多样化的选择和更好的应用体验。基于“北斗”的土地确权、精准农业、数字施工、车辆船舶监管、智慧港口解决方案，在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地区得到成功应用。

　　它已广泛应用到印度尼西亚的土地确权、科威特的建筑施工、乌干达的国土测试、缅甸的精细农业、马尔代夫的海上打桩、泰国的仓储物流、巴基斯坦的机场授时以及俄罗斯的电力巡检等多国的不同领域。印尼、马来西亚、菲律宾、泰国、柬埔寨、越南也正纷纷上马各自的智慧城市项目，这对于卫星定位导航技术有着庞大的刚需。

　　“北斗”系统服务于缅甸的农业后，通过“北斗”/GNSS接收机采集统计的各地农业数据，减少了缅甸土地管理成本；基于“北斗”的高精度接收机应用于科威特国家银行总部大厦300米高摩天大楼建设中，保障了垂直方向毫米级测量误差要求；柬埔寨开始应用基于“北斗”/GNSS的无人机，并通过“北斗”在测绘测量、机械控制、GIS数据采集等方面的广泛应用，助力柬埔寨基础设施建设。

　　我国先后与巴基斯坦、阿尔及利亚等国合作，建设了地基增强系统，标志着“北斗”地基增强系统与产品已成体系地走向海外。

　　十一、未来前景广又宽

　　所以，“北斗”的用途远不只车辆导航、手机定位、电子地图……由于智能产业与时空信息密切相关，能提供位置和时间信息的“北斗”，必将被用于智能网络、智能交通、智能通信、智能物流、智能电网等所有智能产业中，并形成各种前所未有的新型商业模式。

　　其实，卫星导航的真正价值并不是设备的销售，而是它所带来的生产力的提升，它可赋予相关系统新的能力和高效率，成为经济发展的强大发动机。

　　拥有独立的卫星导航系统，可以分享巨大的卫星导航市场，并在产业价值链的任何环节上都具备全球竞争力，提高各行各业的效率，增加高技术高智能人员的就业岗位；它能为居民大众提供更好的新的服务，改进运输系统的安全性，有利于降低环境污染；在技术上使相关产业在国际上居于技术领先地位，并实现一系列技术的综合探索和发展。

　　我国卫星导航产业有强大无比的应用和服务市场，特别是大众化市场，主要依托汽车制造业和移动通信及网络产业。“北斗”的卫星导航和监控功能正逐步成为移动通信终端和汽车电子信息系统的标准配置。以“北斗”为核心主体的中国卫星导航产业已逐步实现从战略性新兴产业向战略性支柱产业转变。2020年，我国卫星导航产业的规模将超过4000亿元人民币。（作者：中国卫星应用产业协会首席专家 庞之浩）