北斗，為用戶提供豐富廣泛的應(yīng)用服務(wù)

余建斌 馮華 趙展慧 劉詩瑤 谷業(yè)凱

2020年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式建成開通。這意味著，在世界任何一個地方，都能夠獲得北斗系統(tǒng)的開放、免費、高質(zhì)量的導(dǎo)航、定位和授時服務(wù)。

從北斗一號、北斗二號到北斗三號，從區(qū)域到全球，北斗作為貼近百姓生活的大國重器，越來越深入人心，目前全世界一半以上的國家都開始使用北斗系統(tǒng)。

有意思的是，由于GPS的先行組網(wǎng)和應(yīng)用，多年來人們習(xí)慣將全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)稱為GPS。北斗的能力毫不遜色，它的“全球模式”開啟后，將為世界提供更加豐富而廣泛的應(yīng)用服務(wù)。

? 我國入網(wǎng)的智能手機(jī)中，70%以上提供北斗服務(wù);共享單車定位精度從1米至10米提高到10厘米至1米

每天清晨，北京市民趙女士都會在小區(qū)樓下解鎖哈啰單車，騎行4公里到單位，這種出行方式已持續(xù)一年。今年3月底開始，她感覺用車體驗有點不一樣。

“以前找車，明明手機(jī)APP上顯示圍墻外有輛空車，等我跑過去，發(fā)現(xiàn)那輛車其實在圍墻里。上班著急，只好索性不騎了?，F(xiàn)在指哪兒，哪兒就有車。”趙女士感受的變化，來自“北斗高精度導(dǎo)航定位+單車”的技術(shù)更新——在每輛單車的智能鎖內(nèi)都安裝了北斗定位裝置。從3月底起，哈啰單車陸續(xù)分批次通過智能鎖固件升級接入北斗定位，定位精度從1米至10米提高到10厘米至1米。

“單車上的智能鎖能夠接收北斗衛(wèi)星信號，哈啰大數(shù)據(jù)中心每天會從路面單車收到數(shù)億次車輛定位信息。把車輛定位信息與路面上數(shù)量眾多的電子圍欄進(jìn)行亞米級匹配映射，就能引導(dǎo)用戶輕松找到車、規(guī)范還好車，解決‘找不到車‘還不了車的問題?！惫鲂袌?zhí)行總裁李開逐說，這既破解了“定位漂移”的行業(yè)痛點，也幫助解決了共享單車無序停放的城市治理難題。

從行業(yè)應(yīng)用拓展到大眾應(yīng)用，北斗服務(wù)遍及生活方方面面。目前，北斗導(dǎo)航定位服務(wù)已被電子商務(wù)、移動智能終端制造、智能可穿戴設(shè)備、位置服務(wù)等廠商采用，廣泛進(jìn)入大眾消費和民生領(lǐng)域。我國入網(wǎng)的智能手機(jī)里面，有70%以上的手機(jī)提供了北斗服務(wù)。這反映出，北斗來到了更多普通老百姓的身邊。

手機(jī)用戶對導(dǎo)航定位具體是使用了GPS還是北斗的信號，其實無感。以手機(jī)導(dǎo)航為例，用戶打開導(dǎo)航軟件輸入目的地，導(dǎo)航軟件向手機(jī)“發(fā)出”需求，手機(jī)中的芯片搜索北斗、美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略這四大導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號，并進(jìn)行優(yōu)化運算后“返回”給導(dǎo)航軟件。也正因如此，有專家指出，相互兼容是全球?qū)Ш降囊淮筇厣?，一些?biāo)榜北斗導(dǎo)航專用或是以北斗命名的導(dǎo)航軟件，更多是噱頭。

北斗三號正式開通前夕，華為榮耀手機(jī)的技術(shù)團(tuán)隊使用最新一款手機(jī)進(jìn)行測試，一共接收到85顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號，其中有35顆是北斗二號和北斗三號的衛(wèi)星。“北斗真的很厲害?！惫こ處焸兏惺軓?qiáng)烈。

信號強(qiáng)，還要看具體實用。以往使用手機(jī)打車軟件站在一座大樓邊打車，容易出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確甚至把車導(dǎo)航到對面樓的情況。工程師實測，北斗衛(wèi)星數(shù)量增加后，最直觀的體驗就是定位精度更高，打車定位更準(zhǔn)確。北斗三號的加入，也使得在高架橋上開車導(dǎo)航的誤差大大降低。

這和北斗系統(tǒng)的特點吻合——與其他導(dǎo)航系統(tǒng)都基本分布在單一高度軌道上不同，北斗系統(tǒng)采用3種軌道衛(wèi)星組成了混合導(dǎo)航星座，用戶能同時使用中、高軌道導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)。這些衛(wèi)星仰角高、抗遮擋能力強(qiáng)，在多層立交、城市峽谷、樹木遮蔽的環(huán)境，都能讓用戶獲得連續(xù)的導(dǎo)航服務(wù)。

華為手機(jī)較早“接入”北斗，從2013年起支持北斗二號系統(tǒng)。但相比GPS，北斗當(dāng)時主要是輔助角色。2017年后，手機(jī)能收到的北斗衛(wèi)星信號越來越多，系統(tǒng)也越來越穩(wěn)定。目前，最新的榮耀30pro手機(jī)已支持使用北斗三號衛(wèi)星的信號。手機(jī)工程師們并不十分熟悉北斗系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)展，只是從信號的變化感受到北斗系統(tǒng)的變化。而北斗三號正是從2017年開始，進(jìn)入了高密度發(fā)射和組網(wǎng)的階段。

北斗信號被手機(jī)芯片算法調(diào)用的順序變化，顯示著北斗地位的提高。華為榮耀的工程師介紹說，以往某些國外芯片優(yōu)先搜索使用GPS信號，但華為目前是將GPS和北斗采用同等乃至高優(yōu)水平的使用策略。

“對手機(jī)廠商來說，算法對信號沒有偏向性。手機(jī)極其看重用戶體驗，因此肯定會選擇最好的信號?！边@位工程師說，北斗的地位是自己贏來的，算法也是“用腳去投票”。

? 第一時間感知地質(zhì)災(zāi)害隱患細(xì)微變化并發(fā)出預(yù)警;是海上漁民口中的“千里眼”“順風(fēng)耳”

“今年在我的家鄉(xiāng)湖南石門縣，北斗監(jiān)控系統(tǒng)提前預(yù)警，保障了人民群眾生命財產(chǎn)安全。”中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹說，“在形變監(jiān)測、提前預(yù)警、轉(zhuǎn)移人員方面，北斗發(fā)揮了很好的科技支撐作用?！?/p>

今年6月底的一天，石門縣南北鎮(zhèn)潘坪村暴雨如注?！斑@幾天會一直下雨，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)剛剛預(yù)警，雷家山有山體滑坡風(fēng)險。”鎮(zhèn)黨委書記覃浩和村支書許波急匆匆趕到村民陳金蘭家里，勸他們一家轉(zhuǎn)移到老村部去住。

7月6日14時11分，當(dāng)?shù)亟拥奖倍沸l(wèi)星高精度地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布的第三次橙色預(yù)警。3小時后，雷家山發(fā)生大型山體滑坡，為當(dāng)?shù)亟?0年來規(guī)模最大，造成省道部分路段損毀，一個小型電站毀壞，5棟房屋垮塌。

“幸運的是，這次滑坡中，所有人員成功避險。”覃浩說，靠著監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的“通風(fēng)報信”，山體滑坡發(fā)生前，所有危險區(qū)居民均已提前撤離。

覃浩介紹，將北斗衛(wèi)星傳感器分布在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地區(qū)的風(fēng)險隱患點，對隱患點的土壤含水、裂縫等細(xì)微變化進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。再經(jīng)由北斗地質(zhì)監(jiān)測站將數(shù)據(jù)傳入高精度地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警云平臺與數(shù)據(jù)匯總站，進(jìn)行智能地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評估，從而實現(xiàn)對暴雨引發(fā)的滑坡、泥石流等災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警。坡體哪怕微小位移，系統(tǒng)也能感知并第一時間發(fā)出預(yù)警。

山洪災(zāi)害是洪澇災(zāi)害中導(dǎo)致人員傷亡的主要原因，準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)報能為轉(zhuǎn)移贏得時間，因此“預(yù)警”成為重中之重。目前，江蘇、貴州、廣西、四川等多地也建立了基于北斗的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，能夠24小時對隱患點變化進(jìn)行自動化實時監(jiān)測。北斗這種能力，讓防災(zāi)減災(zāi)能夠未雨綢繆。

北斗在搶險救災(zāi)中的獨特作用，還在于它有一項“獨門絕技”，也就是短報文功能，這在全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中絕無僅有。短報文好比是導(dǎo)航終端的短信功能，目前北斗三號的短報文已從以前的120字升級到1000字，所能傳遞的信息更加豐富。對于原本只能被動接受導(dǎo)航定位信息的用戶來說，主動上報自己的精準(zhǔn)位置和災(zāi)情信息，可以為搶險救援帶來重要的信息支撐。在2008年汶川地震救援中，在地面通信癱瘓的情況下，進(jìn)入災(zāi)區(qū)的搶險救援隊伍正是利用北斗的短報文功能第一時間發(fā)出信息，點亮生命的信號。

尤其在通信手段有限的海上，這門“絕技”深受海洋漁業(yè)部門和廣大漁民的歡迎。

今年8月初，隨著臺風(fēng)“黑格比”步步逼近，福建霞浦縣三沙鎮(zhèn)柳州灣海上刮起陣陣大風(fēng)。近百艘漁船在灣內(nèi)停泊得整整齊齊，500多艘漁船早已全部返港避風(fēng)或就近避風(fēng)。

“目前在港漁船共有4467艘，轉(zhuǎn)移漁船1290艘，臺風(fēng)影響海域無作業(yè)船只?！痹诟＝ㄊO業(yè)減災(zāi)中心值班室內(nèi)，工作人員正通過北斗漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實時監(jiān)控臺風(fēng)可能經(jīng)過海域的船只動態(tài)，及時通知提醒外海漁船回港避風(fēng)。電腦屏幕上，密密麻麻地布滿了代表漁船的三角符號，點擊符號，就跳出該漁船的具體位置、大小、型號、船主姓名及電話等詳細(xì)信息。

臺風(fēng)侵襲頻頻的福建，已有1萬多艘捕撈漁船安裝北斗示位儀，實現(xiàn)了船舶自動識別、定位、報警等功能。24小時不間斷掌握船只動向，精準(zhǔn)定位……漁船的海上狀況都在北斗系統(tǒng)“視線”內(nèi)。

就在“黑格比”登陸前夕，福建閩中漁場海域一艘漁船突然間失去動力，情況十分危急。福建省海洋與漁業(yè)局接到報警信息后，通過船載北斗示位儀迅速掌握求助漁船的定位及周邊漁船信息，第一時間組織周邊作業(yè)漁船進(jìn)行救助，船上4人最終成功獲救。

出海作業(yè)能實時監(jiān)控，遇險可隨時報警，在海上能收聽天氣預(yù)報和預(yù)警通知……在我國渤海、黃海、東海、南海等海域，北斗導(dǎo)航終端已成為漁船的出海標(biāo)配，北斗成了漁民口中的“千里眼”“順風(fēng)耳”。據(jù)統(tǒng)計，全國7萬余只漁船和執(zhí)法船安裝北斗終端，累計救助1萬余人。

? 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為北斗應(yīng)用的“忠實用戶”;貨車接入北斗數(shù)據(jù)后，實際位置、運行路線、載貨量、油耗、里程等數(shù)據(jù)都一目了然

“您好，歡迎使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)！”清晨5點來鐘，在江蘇興化糧食產(chǎn)業(yè)園區(qū)，創(chuàng)優(yōu)農(nóng)機(jī)合作社的農(nóng)機(jī)手倪新桃坐進(jìn)聯(lián)合收割機(jī)駕駛室，第一件事就是打開中控臺上一個小盒子的按鈕。甜美的女聲隨即響起，收割機(jī)自動點火，開始行走、作業(yè)。倪新桃把手習(xí)慣性地搭在方向盤上，但不用任何操作。

當(dāng)了十幾年的農(nóng)機(jī)手，倪新桃覺得這個麥?zhǔn)占咀钶p松。一趟下來，收割機(jī)走到地頭，連拐彎、調(diào)頭這樣復(fù)雜的操作都不用他上手。三五下的工夫，收割機(jī)就調(diào)轉(zhuǎn)機(jī)頭，繼續(xù)沿直線奔跑在麥田中，人坐在駕駛室里看著就行?！斑@個小盒子真神奇，干農(nóng)活省心。而且精確播種，用種量也節(jié)省了?！蹦咝绿疫B連贊嘆。

小盒子其實是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)領(lǐng)銜研發(fā)的“北斗導(dǎo)航支持下的智慧麥作技術(shù)”的“智慧大腦”。2019年下半年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)研究院副院長田永超帶著團(tuán)隊，給合作社的每臺農(nóng)機(jī)都裝上了這個小盒子。

“北斗導(dǎo)航滿足了農(nóng)機(jī)裝備精確作業(yè)、農(nóng)藝處方精準(zhǔn)實施的需求?！碧镉莱f，農(nóng)業(yè)科研人員在智慧麥作的技術(shù)體系上有不少研究積累，根據(jù)區(qū)域的氣候條件、土壤肥力、品種特性、植物長勢等開具不同的農(nóng)藝處方。以前這些技術(shù)、處方的推廣，精確播種、精準(zhǔn)施肥等操作，還需要技術(shù)人員手把手教農(nóng)機(jī)手怎么設(shè)定參數(shù)。將北斗導(dǎo)航與智慧麥作系統(tǒng)結(jié)合起來，只需開發(fā)出一套嵌入式系統(tǒng)，自動接收系統(tǒng)指令并獲取空間位置信息，再規(guī)劃好作業(yè)路線，直接給農(nóng)機(jī)下達(dá)播種、施肥、灌溉、收獲等各項作業(yè)指令，農(nóng)機(jī)就能自己跑起來。

在新疆阿克蘇市，借助北斗系統(tǒng)，盤旋于棉田上空的植保無人機(jī)精準(zhǔn)有序地噴灑著農(nóng)藥，省時省力的同時還節(jié)約了成本;在廣東湛江，北斗無人插秧機(jī)自動作業(yè)，不到10天就完成了往常至少需要3個人15到20天才能完成的550畝水田插秧作業(yè)……目前，國內(nèi)北斗農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)部署超過2萬臺/套，可節(jié)約50%的用工成本;基于北斗的農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管平臺對10萬多臺農(nóng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與精準(zhǔn)作業(yè)服務(wù)，有效提高產(chǎn)量5%，農(nóng)機(jī)油耗節(jié)約10%。北斗“技能”深度融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成了北斗應(yīng)用的“忠實用戶”。

交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象測報、通信時統(tǒng)、電力調(diào)度、公共安全……北斗系統(tǒng)的行業(yè)應(yīng)用早已如火如荼，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

交通運輸是北斗應(yīng)用的典型行業(yè)。GPS系統(tǒng)在1995年完成了24顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，形成全球服務(wù)能力，應(yīng)用更早，也更為成熟。作為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的后來者，北斗系統(tǒng)建設(shè)之初，如何先用起來，在當(dāng)時面臨不小難題。交通領(lǐng)域作為北斗最早的示范應(yīng)用行業(yè)之一，立下了“汗馬功勞”，同時也受益無窮。

湖南鴻勝物流有限公司總經(jīng)理廖熙寧最關(guān)心的，是在城市配送、危險品運輸過程中，如何防范超速和疲勞駕駛，提升安全管理水平。談及北斗給貨運行業(yè)帶來的變化，他深有感觸。

“去年，京港澳高速衡陽段發(fā)生一起追尾事故，肇事司機(jī)逃逸。交管部門通過北斗車載終端，追蹤到我們公司的車輛當(dāng)時正好經(jīng)過事發(fā)路段，又通過我們貨車上安裝的攝像頭，很快鎖定了肇事車輛?！绷挝鯇幙谥械谋倍奋囕d終端，是交通物流領(lǐng)域數(shù)字化典型應(yīng)用。

“危險品運輸車限速每小時80千米，當(dāng)速度即將達(dá)到這個值的時候，北斗終端就會自動發(fā)出提醒。連續(xù)行駛3個半小時以上，也會提示司機(jī)休息?！绷挝鯇幷f，通過北斗系統(tǒng)實現(xiàn)主動管理，大大降低了超速、疲勞駕駛的發(fā)生率。

在湖南伊愛衛(wèi)星監(jiān)控科技有限公司董事長彭科群看來，北斗系統(tǒng)提供真實、實時、有效的“貨物軌跡流”，對于強(qiáng)化貨運數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用有不小的幫助?！翱罩寐矢哒f明訂單不夠，運載量超過一定的值，車輛維修保養(yǎng)的成本比其他車要高?！迸砜迫赫f，接入北斗數(shù)據(jù)后，實際位置、運行線路、載貨量、油耗、里程等數(shù)據(jù)都一目了然，有助于實現(xiàn)高效率的“車貨匹配”。

“相比以前使用的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗定位信號的精準(zhǔn)度有了明顯提升，軌跡繪制更精準(zhǔn)，定位的速度也比過去更快，抗干擾性也更好?！迸砜迫赫f。隨著北斗應(yīng)用向智能化方向發(fā)展，未來有望實現(xiàn)自動優(yōu)化線路、無人駕駛等新功能，讓物流變得“智慧”起來。

截至2019年底，國內(nèi)超過650萬輛營運車輛、4萬輛郵政和快遞車輛、36個城市的約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施已應(yīng)用北斗系統(tǒng)。

隨著北斗高精度和人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、5G通信等新技術(shù)的結(jié)合，北斗應(yīng)用從衛(wèi)星導(dǎo)航定位延伸到了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用領(lǐng)域。北斗已不僅僅是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，更是泛在、融合、智能的綜合時空服務(wù)體系。

以我國自主研發(fā)的北斗加速輔助定位為例，服務(wù)用戶數(shù)已突破5億。北斗加速輔助定位服務(wù)的主要功能，是將終端硬件30秒以上的初始定位時間縮短至3秒，幫助終端用戶獲得更加流暢的定位體驗。目前，多家國內(nèi)外芯片廠商在其生產(chǎn)的手機(jī)芯片中集成了這項服務(wù)，為全球用戶提升定位體驗。

冉承其表示，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通，并不意味著系統(tǒng)建設(shè)的結(jié)束，而是服務(wù)全球的起點。