堅(jiān)定北斗報(bào)國(guó)心 織就時(shí)空服務(wù)網(wǎng)
——記中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心研究員涂銳及其科研團(tuán)隊(duì)

李明麗

涂銳

2021年9月16日，國(guó)家主席習(xí)近平在首屆北斗規(guī)模應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)致賀信。他指出，自去年7月“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)通服務(wù)以來(lái)，北斗系統(tǒng)在全球一半以上國(guó)家和地區(qū)推廣使用，北斗規(guī)模應(yīng)用進(jìn)入市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化、國(guó)際化發(fā)展的關(guān)鍵階段。同時(shí)，習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào)，北斗系統(tǒng)造福中國(guó)人民，也造福世界各國(guó)人民。中國(guó)愿同各方一道，推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)、推進(jìn)北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共享北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成果，促進(jìn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)進(jìn)步，讓北斗系統(tǒng)更好地服務(wù)全球、造福人類。

北斗不僅是中國(guó)的北斗，也是世界的北斗。在全球數(shù)字化發(fā)展日益加快，時(shí)空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)成為重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀下，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心研究員涂銳就擔(dān)負(fù)起這一國(guó)家使命，和研究團(tuán)隊(duì)一起將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，服務(wù)于“一帶一路”沿線國(guó)家。2021年10月8日，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心牽頭，中國(guó)科學(xué)院中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心、塔吉克斯坦科學(xué)院、塔吉克斯坦緊急情況與民防委員會(huì)等單位共同參與的研究項(xiàng)目取得了圓滿成功。作為項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人，涂銳領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)在塔吉克斯坦的薩雷茲湖大壩上建成首個(gè)基于北斗技術(shù)的大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可提供實(shí)時(shí)毫米級(jí)變形監(jiān)測(cè)服務(wù)。這項(xiàng)成果，也是北斗系統(tǒng)高質(zhì)量服務(wù)全球、造福人類的成功案例。

國(guó)際援助——北斗走進(jìn)塔吉克斯坦

隨著我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的強(qiáng)勢(shì)崛起，越來(lái)越多的國(guó)家選擇與中國(guó)進(jìn)行合作，中國(guó)國(guó)產(chǎn)北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品更是出口到了120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。塔吉克斯坦位于絲綢之路的十字路口，幾千年以來(lái)一直是歐亞經(jīng)貿(mào)、文化和人文合作的重要組成部分，在“一帶一路”的目標(biāo)倡議下，中國(guó)和塔吉克斯坦多年來(lái)進(jìn)行了一系列密切交流與合作。而涂銳及其科研團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目就是基于我國(guó)在北斗系統(tǒng)研究中所積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為塔吉克斯坦的薩雷茲湖大壩的安全監(jiān)測(cè)開(kāi)展國(guó)際技術(shù)援助。

薩雷茲湖位于塔吉克斯坦東部海拔3263米的帕米爾地區(qū)，是1911年2月18日該地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈地震后形成的天然湖泊，也是世界上海拔最高的堰塞湖。近年來(lái)，因地震及其他原因引發(fā)薩雷茲湖山巖崩塌現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，湖區(qū)右岸沿著穆茲科爾山脈有一條長(zhǎng)約2公里的構(gòu)造裂縫，也存在山體崩塌危險(xiǎn)。英國(guó)媒體在2007年將薩雷茲湖的可能潰決列為全球十大潛伏致命自然災(zāi)害之一，聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)古特雷斯也曾前往塔吉克斯坦視察該湖的情況。

據(jù)地震學(xué)家研究，塔國(guó)境內(nèi)再次發(fā)生類似1911年大地震的間隔期為80～120年，目前已有進(jìn)入地震活躍期的跡象。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的說(shuō)法，如果發(fā)生潰壩，這會(huì)是歷史上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。受害的不僅是塔吉克斯坦，還有其下游的阿富汗、烏茲別克斯坦、土庫(kù)曼斯坦等國(guó)共600多萬(wàn)人口，并會(huì)嚴(yán)重破壞中亞地區(qū)生態(tài)環(huán)境，損失不可估量。

薩雷茲湖一直是塔吉克斯坦歷屆政府和聯(lián)合國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的國(guó)際生態(tài)問(wèn)題，其安全問(wèn)題急需國(guó)際援助。在這一背景下，涂銳肩負(fù)起這一重任，在研究團(tuán)隊(duì)十多年來(lái)進(jìn)行北斗攻堅(jiān)的基礎(chǔ)上，結(jié)合薩雷茲湖惡劣環(huán)境條件，開(kāi)始了薩雷茲湖變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制工作。

攻堅(jiān)克難——成功建立薩雷茲湖變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

擺在涂銳團(tuán)隊(duì)面前的任務(wù)遠(yuǎn)比想象中艱巨。薩雷茲湖位于塔吉克斯坦軍事禁區(qū)，最大困難就是沒(méi)有交通，沒(méi)有供電，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，如想建立相關(guān)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必須要自行解決電的問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題。除此之外，所研發(fā)的硬件系統(tǒng)還要便于運(yùn)輸與安裝，才能在惡劣的自然環(huán)境下，順利完成相關(guān)科研任務(wù)。在準(zhǔn)確分析團(tuán)隊(duì)所面臨的科研難題之后，涂銳便領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了一系列科研攻關(guān)。

2021年4月初，薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目組在我國(guó)新疆阜康站建設(shè)部署模擬測(cè)試系統(tǒng)。4月26日，該系統(tǒng)正式運(yùn)行，進(jìn)入集成測(cè)試階段。期間，涂銳團(tuán)隊(duì)模擬了長(zhǎng)時(shí)間斷電、通信鏈路丟失與自動(dòng)恢復(fù)、供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與精密解算等，分析測(cè)試期間故障原因，改進(jìn)、升級(jí)與完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件。

通過(guò)不斷探索，涂銳團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了基于薩雷茲湖變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件的自主創(chuàng)新，其硬件系統(tǒng)具備低功耗且重量很輕的特性，十分便于運(yùn)輸。而針對(duì)供電問(wèn)題，他們結(jié)合薩雷茲湖大壩光照較強(qiáng)的特性，采取光伏供電以及電池長(zhǎng)期存儲(chǔ)的方式，保證系統(tǒng)在3個(gè)月的陰雨或冰雪期保持連續(xù)供電。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的野外運(yùn)行，項(xiàng)目組驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案的可行性，完成了測(cè)試工作目標(biāo)。

硬件和軟件設(shè)備準(zhǔn)備完好之后，下一步便是運(yùn)輸工作。因?yàn)樾滦凸跔畈《痉窝滓咔?，涂銳團(tuán)隊(duì)研發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須在國(guó)內(nèi)完成設(shè)計(jì)和測(cè)試工作，在滿足安裝簡(jiǎn)單、無(wú)人值守、穩(wěn)定運(yùn)行等要求后，需將設(shè)施郵寄到塔吉克斯坦進(jìn)行實(shí)地安裝集成。當(dāng)時(shí)塔吉克斯坦國(guó)內(nèi)只有一架可以使用的直升機(jī)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)輸，但是因?yàn)檫@架直升機(jī)忙于國(guó)內(nèi)的應(yīng)急救援，一直抽不出時(shí)間安排，因此涂銳團(tuán)隊(duì)不得不采取人工運(yùn)輸。

為了配合設(shè)備的運(yùn)輸工作，塔吉克斯坦動(dòng)用了40頭軍驢、30名軍人、10位科學(xué)家，歷時(shí)10天才將相關(guān)裝備成功運(yùn)輸?shù)酱髩紊??！爱?dāng)時(shí)已經(jīng)到了冬季的9月份，薩雷茲湖已經(jīng)進(jìn)入了冰凍期，浩浩蕩蕩的隊(duì)伍向山上進(jìn)軍，人和牲畜都經(jīng)歷了巨大考驗(yàn)?！蓖夸J說(shuō)。因?yàn)闊o(wú)法親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)設(shè)備的安裝，涂銳團(tuán)隊(duì)為保證項(xiàng)目順利完成，設(shè)計(jì)了詳細(xì)的實(shí)施方案和故障排除預(yù)案，并在中國(guó)科學(xué)院新疆阜康荒漠生態(tài)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的真實(shí)野外環(huán)境測(cè)試。在這一過(guò)程中，他們只能通過(guò)北斗短報(bào)文的功能了解到相關(guān)項(xiàng)目的進(jìn)展，最終在他們的精心部署以及不斷努力下，成功建成了基于薩雷茲湖的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

涂銳介紹道：薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)塔吉克斯坦薩雷茲湖Usoi大壩特殊惡劣環(huán)境定制的大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由北斗一體化監(jiān)測(cè)終端、太陽(yáng)能光伏供電模塊、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)傳輸和VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精密解算模塊4部分構(gòu)成，具備北斗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、解算與分析功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壩區(qū)基準(zhǔn)站的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和壩體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形監(jiān)測(cè)服務(wù)，為大壩的安全提供重要科學(xué)參考。

為進(jìn)一步推進(jìn)和推廣北斗應(yīng)用，結(jié)合橋梁、尾礦、滑坡、樓宇、大壩等廣泛的變形監(jiān)測(cè)需求，涂銳團(tuán)隊(duì)還基于薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制并推出“一帶一路”北斗泛在變形監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái)，可為用戶提供北斗實(shí)時(shí)高精度變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解算技術(shù)服務(wù)。而薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建成，不僅是北斗走向國(guó)際的成功案例，更是助推中國(guó)與中亞國(guó)家合作全面深化發(fā)展的里程碑。

結(jié)緣北斗——十年磨一劍的成長(zhǎng)積淀

作為薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，涂銳負(fù)責(zé)著與塔方的交流溝通、項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)及具體的技術(shù)攻關(guān)和實(shí)際落地。談及項(xiàng)目的成功，涂銳頗為感慨：“其實(shí)技術(shù)攻關(guān)并不是今年這么短的時(shí)間內(nèi)就一蹴而就的，這是我們十年來(lái)技術(shù)積累的集中發(fā)力?！辈环e跬步，無(wú)以至千里；不積小流，無(wú)以成江海。如今，回想起自己與北斗領(lǐng)域的研究結(jié)緣、成長(zhǎng)的歷程，涂銳仍十分感慨這份際遇的神奇。

涂銳出生于20世紀(jì)80年代，在他的中學(xué)時(shí)期，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)信息資源仍不太發(fā)達(dá)，因此在大學(xué)選專業(yè)時(shí)并沒(méi)有很多有效的信息參考。因?yàn)殂裤接谖靼补哦嫉拿篮?，又被長(zhǎng)安大學(xué)的名字所吸引，涂銳報(bào)考了長(zhǎng)安大學(xué)，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)被調(diào)劑到了并不是自己首選的測(cè)繪工程專業(yè)，而衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)作為測(cè)繪工程中一個(gè)新的空間技術(shù)，涂銳在循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)探索中，逐漸對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣。

本科畢業(yè)后，本想?yún)⒓庸ぷ鞯耐夸J，獲得了學(xué)校的研究生推免名額，品學(xué)兼優(yōu)的他，以復(fù)試第一名的成績(jī)脫穎而出，順利拿到了推免資格，開(kāi)始在長(zhǎng)安大學(xué)繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位。在導(dǎo)師的引領(lǐng)下，涂銳在碩士三年級(jí)時(shí)就已經(jīng)在研究領(lǐng)域發(fā)表了10多篇科研論文，展現(xiàn)了極高的研究天賦。碩士畢業(yè)后，涂銳得到了國(guó)家留學(xué)基金委的公派資格，前往德國(guó)攻讀博士學(xué)位。涂銳僅用3年就完成了原本4年制的學(xué)業(yè)，并于2014年11月順利獲得了德國(guó)波茨坦地學(xué)中心和波茨坦大學(xué)博士學(xué)位。在高精度、高質(zhì)量、高安全的時(shí)空信息智能化感知與創(chuàng)新應(yīng)用方向積累了大量研究經(jīng)驗(yàn)的背景下，涂銳最大的愿望就是用自己掌握的科研技術(shù)盡快回報(bào)祖國(guó)。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心從2002年就開(kāi)始承擔(dān)北斗一期、二期的建設(shè)工作，承擔(dān)了我國(guó)北斗很多大項(xiàng)目、大技術(shù)攻關(guān)工作。在導(dǎo)師的推薦下，涂銳來(lái)到了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，投身于我國(guó)北斗項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)中，開(kāi)展了一系列創(chuàng)新性科研探索。

為國(guó)而研——扎根北斗的無(wú)止境探索

“我們身處在最好的時(shí)代中，剛好碰到國(guó)家大力發(fā)展北斗的時(shí)期。”涂銳時(shí)常這樣感慨。在涂銳看來(lái)，北斗系統(tǒng)是我國(guó)迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能最高、與百姓生活關(guān)聯(lián)最緊密的巨型復(fù)雜航天系統(tǒng)。能夠親身參與到這項(xiàng)世界級(jí)工程中，涂銳深感自豪。在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，涂銳參與了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目。

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是一套可以使北斗定位精度達(dá)到厘米級(jí)的系統(tǒng)，于2014年9月正式啟動(dòng)研制建設(shè)。其成功建設(shè)對(duì)提升北斗系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，加速推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。在2015年回國(guó)之后，涂銳就全身心參與到了這一項(xiàng)目研究中?！斑@個(gè)項(xiàng)目是北斗系統(tǒng)中的一個(gè)重大專項(xiàng)，其中所涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)，都是我們展開(kāi)科研攻關(guān)的核心?！蓖夸J說(shuō)。而他所參與的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，現(xiàn)如今已經(jīng)基本上覆蓋了中國(guó)的每一寸土地。

近年來(lái)，中國(guó)、美國(guó)等主要衛(wèi)星導(dǎo)航國(guó)家瞄準(zhǔn)更高服務(wù)精度、更加多樣功能、更加可靠服務(wù)，正在著手開(kāi)展新一代系統(tǒng)建設(shè)和新一輪競(jìng)技。低軌衛(wèi)星（LEO）以其星座和信號(hào)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，逐步受到世界衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的關(guān)注和青睞，有望成為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的新增量。“低軌衛(wèi)星可以作為通信衛(wèi)星，幫我們轉(zhuǎn)發(fā)一些增強(qiáng)信息。除此之外，它也能發(fā)射導(dǎo)航信號(hào)，增加我們的導(dǎo)航信息。其將‘導(dǎo)’和‘通’的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，會(huì)使北斗的性能越來(lái)越好?！蓖夸J說(shuō)。

在北斗低軌增強(qiáng)系統(tǒng)研制中，涂銳及團(tuán)隊(duì)主要在地面應(yīng)用部分進(jìn)行研究探索。在這一領(lǐng)域中，他們將研究低軌增強(qiáng)北斗測(cè)量型接收機(jī)終端技術(shù)，研制原型樣機(jī)；攻關(guān)信息增強(qiáng)和信號(hào)增強(qiáng)融合定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速精密定位；研制云端/終端低軌增強(qiáng)北斗的工程化定位軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位解算處理等，立志在這一領(lǐng)域中為祖國(guó)作出更多突出的科研貢獻(xiàn)。

團(tuán)隊(duì)合影

薪火相傳，生生不息。科研精神、北斗精神需要代代傳承。2020年，習(xí)近平總書(shū)記在出席“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成暨開(kāi)通儀式時(shí)，曾指出：26年來(lái)，參與北斗系統(tǒng)研制建設(shè)的全體人員迎難而上、敢打硬仗、接續(xù)奮斗，發(fā)揚(yáng)“兩彈一星”精神，培育了新時(shí)代北斗精神，要傳承好、弘揚(yáng)好。在這一背景下，涂銳也堅(jiān)定承擔(dān)起了人才培養(yǎng)的使命。

在涂銳看來(lái)，人才的培養(yǎng)也要與時(shí)俱進(jìn)?！艾F(xiàn)在的時(shí)代對(duì)學(xué)生的要求已經(jīng)不只是考試能力強(qiáng)、動(dòng)手能力強(qiáng)，其解決問(wèn)題的實(shí)踐能力以及交流適應(yīng)能力也十分重要。”他說(shuō)。身處于信息時(shí)代，學(xué)生們獲取的資訊比之前更多，思想也更加成熟，老師不能用傳統(tǒng)方式去給學(xué)生灌輸思想，而是要更多體會(huì)到學(xué)生的需求，挖掘?qū)W生的天賦，把他們培養(yǎng)成社會(huì)需要的人才，讓他們?cè)诟餍懈鳂I(yè)發(fā)揮自己所長(zhǎng)，將北斗精神傳播到各個(gè)領(lǐng)域中。

“積力之所舉，則無(wú)不勝也；眾智之所為，則無(wú)不成也?！北倍愤@項(xiàng)世界級(jí)工程，必須充分發(fā)揮集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì)。在“十四五”的發(fā)展背景下，涂銳團(tuán)隊(duì)還將面向低軌增強(qiáng)的精密定位定時(shí)技術(shù)及應(yīng)用這一方向，將自己的研究生根，立志在低軌增強(qiáng)地面應(yīng)用系統(tǒng)的核心軟件研制中打造屬于中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心的團(tuán)隊(duì)顏色，實(shí)現(xiàn)“1分鐘1分米1納秒”的精準(zhǔn)時(shí)空信息服務(wù)，最終得到社會(huì)的認(rèn)可。時(shí)空令人遐想，未來(lái)更加可期。今后，涂銳還將和團(tuán)隊(duì)成員一起以?shī)^發(fā)有為的精神狀態(tài)、不負(fù)韶華的時(shí)代擔(dān)當(dāng)，將北斗這張“國(guó)家名片”打造得更為閃耀。