何 慶,敖敏思,靳文憑
(湖南省測(cè)繪科技研究所,湖南長(zhǎng)沙 410007)
2020 年7 月北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開(kāi)通,北斗邁進(jìn)全球化應(yīng)用和服務(wù)的新時(shí)代。北斗導(dǎo)航作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,與衛(wèi)星遙感、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)迅速融合與深化,成為新型基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分。由北斗導(dǎo)航衍生或帶動(dòng)形成的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)持續(xù)保持較高速度增長(zhǎng),逐步成為戰(zhàn)略新興行業(yè)發(fā)展新的支撐點(diǎn)[1-3]。
在認(rèn)真貫徹落實(shí)自然資源部“三深引領(lǐng)”“四位一體”精神,大力踐行湖南“三高四新”戰(zhàn)略定位和使命任務(wù)的大背景下,本文通過(guò)梳理和分析湖南省北斗在自然資源的應(yīng)用現(xiàn)狀和新要求,從完善基礎(chǔ)設(shè)施、推動(dòng)共享融合、統(tǒng)籌全面應(yīng)用以及創(chuàng)新監(jiān)管體系4 個(gè)方面提出若干舉措,為行政主管部門(mén)決策提供參考。
自然資源領(lǐng)域的北斗應(yīng)用總體呈現(xiàn)定位精度高、科技含量高、應(yīng)用需求廣的特點(diǎn)。近年來(lái),湖南省自然資源領(lǐng)域北斗應(yīng)用主要聚焦于基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用推廣以及政策法規(guī)等方面。
截至2021 年,湖南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站(原湖南省連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng),HNCORS)共建成130 座野外臺(tái)站,完成了硬件兼容北斗三號(hào)升級(jí)改造,全面提升了系統(tǒng)服務(wù)效率和服務(wù)能力。HNCORS 建成國(guó)內(nèi)省級(jí)基準(zhǔn)站網(wǎng)中首個(gè)跑零次互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)“問(wèn)北位置”。系統(tǒng)已支持12 個(gè)省份漫游服務(wù),可提供米/分米/厘米/毫米級(jí)精密定位和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等基準(zhǔn)服務(wù),在智能駕駛、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)等[4-5]方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
HNCORS 應(yīng)用已經(jīng)初步形成以測(cè)繪地理信息為主,若干新行業(yè)高精度應(yīng)用共同發(fā)展的“1+N”格局。HNCORS 替代了傳統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量模式,極大地提高了外業(yè)測(cè)繪生產(chǎn)效率[6],為自然資源、氣象監(jiān)測(cè)、水利水電、交通導(dǎo)航等20多個(gè)行業(yè)700 余家企事業(yè)單位,提供高精度位置服務(wù),日均訪問(wèn)超130 萬(wàn)次。
湖南省委省政府先后出臺(tái)了《湖南衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展五年行動(dòng)計(jì)劃》《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施意見(jiàn)》等政策文件,描繪了北斗產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的藍(lán)圖。省人民政府辦公廳發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》明確了自然資源領(lǐng)域發(fā)展北斗高精度導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的支持政策和詳細(xì)舉措。2020年,省自然資源廳為規(guī)范衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)應(yīng)用、促進(jìn)高精度北斗導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展,進(jìn)一步創(chuàng)新地提出了“一套機(jī)制、一部規(guī)劃、一個(gè)平臺(tái)”的建設(shè)思路。
一是要求更加完善的基礎(chǔ)設(shè)施。新領(lǐng)域、新應(yīng)用、新業(yè)態(tài)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求,只有更加完善的基礎(chǔ)設(shè)施與快速發(fā)展的5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)相融合,才能提供“時(shí)間上分秒不斷、精度上毫厘不差”的高精度衛(wèi)星定位服務(wù)[7-8]。二是對(duì)應(yīng)用推廣和宣傳提出了更高的要求。在“三高四新”戰(zhàn)略實(shí)施的背景下,北斗高精度衛(wèi)星定位服務(wù)必須主動(dòng)走出熟悉的自然資源領(lǐng)域,主動(dòng)與行業(yè)需求相結(jié)合,還需充分利用極具特色的湖湘?zhèn)髅疆a(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)打造宣傳品牌。
一是要求更強(qiáng)的自主創(chuàng)新和可控能力?;鶞?zhǔn)站接收機(jī)、芯片和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)等方面,國(guó)產(chǎn)品牌性能仍然與國(guó)外產(chǎn)品存在一定的差距。測(cè)量型終端設(shè)備的板卡仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全方位自主可控,“有機(jī)無(wú)芯”已經(jīng)成為北斗領(lǐng)域卡脖子的技術(shù)之一。二是要求整合搭建更高質(zhì)量的科技創(chuàng)新平臺(tái)。省自然資源領(lǐng)域已搭建北斗高精度衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)湖南省工程研究中心、省自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中心和長(zhǎng)沙市北斗高精度導(dǎo)航定位工程技術(shù)研究中心等北斗科技創(chuàng)新平臺(tái),還需進(jìn)一步整合高校、科研院所以及企業(yè)優(yōu)勢(shì)資源,充分發(fā)掘平臺(tái)在支持產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方面的潛力。
通過(guò)全方位和多領(lǐng)域的北斗深度應(yīng)用,推動(dòng)帶動(dòng)湖南本土企業(yè)和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,是“三高四新”戰(zhàn)略定位與使命任務(wù)的重要目標(biāo)之一。一是要求以全方位應(yīng)用帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。通過(guò)一系列面向多行業(yè)的主動(dòng)服務(wù),為湖南省北斗高精度定位終端制造提供廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。二是要求建立健全政策法規(guī)體系給予制度保障。一方面可通過(guò)進(jìn)一步出臺(tái)政策統(tǒng)籌推動(dòng)自然資源領(lǐng)域全方位的北斗應(yīng)用,另一方面可利用合理有效的監(jiān)督管理制度來(lái)保障產(chǎn)業(yè)高速健康發(fā)展。三是要求打造具有國(guó)際國(guó)內(nèi)影響力的產(chǎn)業(yè)發(fā)展交流平臺(tái)。利用交流平臺(tái),集聚國(guó)際國(guó)內(nèi)專家和企業(yè)家共同探討北斗科技前沿趨勢(shì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,提升我省創(chuàng)新資源整合能力,擴(kuò)大湖南北斗導(dǎo)航新的服務(wù)和產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)國(guó)際的影響力。
(1)基準(zhǔn)站維護(hù)及網(wǎng)型優(yōu)化。一是加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施常態(tài)化運(yùn)維。提高基準(zhǔn)站故障處理效率,提高系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)穩(wěn)定性,全方位提升運(yùn)維信息化水平。二是更新升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施。針對(duì)設(shè)備老化,計(jì)算能力、并發(fā)能力等問(wèn)題,開(kāi)展基準(zhǔn)站搬遷落地改造、設(shè)備更新?lián)Q代,升級(jí)網(wǎng)絡(luò)帶寬,避免因基礎(chǔ)設(shè)施差導(dǎo)致服務(wù)穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。三是優(yōu)化基準(zhǔn)站空間布局。分析評(píng)估應(yīng)用需求,通過(guò)優(yōu)選、改造、升級(jí)、補(bǔ)充等方式整合資源或加密基準(zhǔn)站,將基準(zhǔn)站網(wǎng)的平均間距縮短至25 km。
(2)提升通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。高精度衛(wèi)星定位服務(wù)依賴移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。一是建立盲區(qū)解決方案。利用用戶位置大數(shù)據(jù),分析通信盲區(qū)和薄弱區(qū),協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)商部門(mén)增加通信基站或應(yīng)急通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信全覆蓋。二是建設(shè)衛(wèi)星通訊備份網(wǎng)絡(luò)。在基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)故障多發(fā)區(qū)域,建設(shè)專用寬帶衛(wèi)星通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)據(jù)通信方案。三是推動(dòng)GNSS 與5G基站的融合。通過(guò)GNSS 與5G 基站基礎(chǔ)設(shè)施的集成融合,共同支撐各行業(yè)應(yīng)用。
(3)兼容北斗三號(hào)全面升級(jí)。結(jié)合自然資源部開(kāi)展的“全球空間基準(zhǔn)軍民融合工程”,完成HNCORS 系統(tǒng)GNSS 硬件、數(shù)據(jù)處理軟件國(guó)產(chǎn)化,全面兼容北斗三號(hào)衛(wèi)星信號(hào)頻段,推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化和自主可控進(jìn)程。當(dāng)前,該工程的接收機(jī)設(shè)備部分已經(jīng)逐步按計(jì)劃完成了備份部署。
(4)高程定位基準(zhǔn)精化。利用衛(wèi)星定位直接獲取的高程均為地球橢球高度,而實(shí)際應(yīng)用需求均為海拔高度。似大地水準(zhǔn)面模型是將橢球高轉(zhuǎn)化為海拔高的關(guān)鍵基礎(chǔ)模型,以自然資源部發(fā)布的新一輪一等水準(zhǔn)測(cè)量成果為基礎(chǔ),進(jìn)一步開(kāi)展似大地水準(zhǔn)面精化,可有效地提升高程定位精度和現(xiàn)勢(shì)性。
(1)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)共享。目前,湖南省境內(nèi)共有基準(zhǔn)站734 座,存在重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)問(wèn)題。一是落實(shí)自然資源基準(zhǔn)站網(wǎng)融合。開(kāi)展自然資源系統(tǒng)各市州基準(zhǔn)站的質(zhì)量評(píng)估,對(duì)于符合建設(shè)規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)站納入省級(jí)站網(wǎng),不符合要求的基準(zhǔn)站予以關(guān)停。二是推進(jìn)行業(yè)基準(zhǔn)站網(wǎng)融合。通過(guò)有效整合電力、移動(dòng)等行業(yè)以及商業(yè)公司建設(shè)的基準(zhǔn)站網(wǎng),以自然資源基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的主動(dòng)共享為基礎(chǔ),促進(jìn)不同行業(yè)之間資源的互補(bǔ)共享。
(2)跨區(qū)域服務(wù)融合。由于當(dāng)前各省的北斗導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站均為各省獨(dú)立服務(wù),尚未完全實(shí)現(xiàn)跨省漫游。湖南在自然資源部指導(dǎo)下,提出了省際協(xié)同服務(wù)解決方案,聯(lián)合江西、湖北、廣東等十省區(qū)共同發(fā)起省際協(xié)同服務(wù)共享。區(qū)別于直接數(shù)據(jù)共享,服務(wù)共享兼顧各省實(shí)際情況,以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的省際協(xié)同服務(wù)體系,實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域高質(zhì)量位置服務(wù)。下一步,湖南繼續(xù)牽頭為九省完善跨區(qū)域服務(wù)平臺(tái),為構(gòu)建全國(guó)基準(zhǔn)站服務(wù)“一張網(wǎng)”探索經(jīng)驗(yàn)。
(3)導(dǎo)航與遙感創(chuàng)新融合。導(dǎo)航定位技術(shù)與遙感技術(shù)融合是發(fā)展趨勢(shì)[9]。在平臺(tái)融合方面,HNCORS移動(dòng)端高精度位置服務(wù)技術(shù),集成高分辨衛(wèi)星遙感影像,自主研發(fā)“易測(cè)”APP,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)村建房規(guī)劃建設(shè),后續(xù)將推廣到自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、違法違規(guī)用地督察、耕地保護(hù)“田長(zhǎng)制”等場(chǎng)景。在技術(shù)集成方面,HNCORS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收GNSS 衛(wèi)星數(shù)據(jù),建立全省范圍內(nèi)的水汽快速時(shí)空變化模型,提升短臨降雨監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力,為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警提供技術(shù)支撐,對(duì)于減少地質(zhì)災(zāi)害損失具有重要的意義。我省在GNSS遙感融合方面取得了一定進(jìn)展,未來(lái)將進(jìn)一步深化平臺(tái)融合,技術(shù)集成,擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
(4)軍民融合協(xié)同創(chuàng)新。在湖南省人民政府、國(guó)防科技大學(xué)及原國(guó)家測(cè)繪地理信息局簽訂的《測(cè)繪地理信息軍民融合創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略合作協(xié)議書(shū)》框架下,加強(qiáng)以北斗基準(zhǔn)站接收機(jī)和定位終端為代表的軍用技術(shù)民用化。推動(dòng)省自然資源廳HNCORS、與國(guó)防科技大學(xué)國(guó)際GNSS 監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)(iGMAS)之間的數(shù)據(jù)共享,推進(jìn)軍民共用基準(zhǔn)站建設(shè),加強(qiáng)地方標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),推動(dòng)軍民融合戰(zhàn)略深入實(shí)施。
(1)自然資源領(lǐng)域深度應(yīng)用。一是推進(jìn)“北斗+測(cè)繪”支撐自然資源日常采集業(yè)務(wù),全面支撐基準(zhǔn)維持、地圖測(cè)制、執(zhí)法取證、采礦探礦、應(yīng)急測(cè)繪、不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記等日常地理信息采集業(yè)務(wù)場(chǎng)景。二是推進(jìn)“北斗+調(diào)查監(jiān)測(cè)”助力自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)。完善結(jié)合北斗終端的調(diào)查技術(shù),開(kāi)展三條紅線預(yù)警監(jiān)測(cè)、違法用地監(jiān)測(cè)等示范應(yīng)用,構(gòu)建全天候、空天地一體化的自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)體系。三是“北斗+地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)”規(guī)?;瘧?yīng)用。推動(dòng)北斗、合成孔徑雷達(dá)(InSAR)及技術(shù)融合,為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、多發(fā)區(qū)、重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)和評(píng)估提供決策支撐。四是充分挖掘“北斗+位置大數(shù)據(jù)”應(yīng)用。利用北斗實(shí)時(shí)定位服務(wù)中產(chǎn)生的軌跡數(shù)據(jù)與規(guī)劃的生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田和城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界進(jìn)行疊加分析,發(fā)現(xiàn)各類(lèi)違反規(guī)劃管控的行為,發(fā)掘北斗在自然資源精細(xì)化管理中的應(yīng)用潛力。
(2)新行業(yè)新業(yè)態(tài)應(yīng)用拓展。以點(diǎn)帶面利用若干新興領(lǐng)域促進(jìn)全方位的社會(huì)化應(yīng)用新局面。一是智慧交通。在智能駕駛方面,主動(dòng)對(duì)接“長(zhǎng)沙智能駕駛第一城”的戰(zhàn)略實(shí)施,同時(shí)加強(qiáng)高精度定位與導(dǎo)航電子地圖的支撐保障。在智慧航道方面,不斷完善航標(biāo)厘米級(jí)監(jiān)測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)航標(biāo)管理的精細(xì)化,提升航道管理效率與能力。在道橋設(shè)施監(jiān)測(cè)方面,發(fā)掘北斗在結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)中的作用,利用高頻率的北斗監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)橋梁及類(lèi)似高層建筑開(kāi)展振動(dòng)頻率監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范。二是智能機(jī)械。智能化已成為工程機(jī)械的主要趨勢(shì)和發(fā)展方向。通過(guò)與中聯(lián)重科、三一重工、山河智能等企業(yè)合作,為工程機(jī)械和通航設(shè)備提供高精度的北斗定位服務(wù),助力打造國(guó)家先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)高地。三是智慧農(nóng)業(yè)。實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度智能播種與撒藥精細(xì)管理,為我省“智慧農(nóng)業(yè)”的自動(dòng)化管理提供地理信息數(shù)據(jù)支撐。四是氣象監(jiān)測(cè)。利用北斗/GNSS 衛(wèi)星信號(hào)穿透大氣層產(chǎn)生折射的特點(diǎn),精確提取大氣層中的水分含量和分布,對(duì)可能出現(xiàn)的降水時(shí)間和強(qiáng)度作出更精確預(yù)報(bào),為氣象預(yù)報(bào)提供技術(shù)支持。
(3)構(gòu)建規(guī)?;瘧?yīng)用交流平臺(tái)。一是舉辦高層次北斗應(yīng)用科技交流論壇。邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外院士專家開(kāi)展專題講座,開(kāi)拓學(xué)術(shù)視野。組織開(kāi)展需求對(duì)接、行業(yè)應(yīng)用交流、典型示范應(yīng)用等形式的會(huì)展或交流會(huì),促進(jìn)不同行業(yè)需求對(duì)接。二是加強(qiáng)北斗科普宣傳。通過(guò)全國(guó)土地日、測(cè)繪法宣傳日等各類(lèi)主題活動(dòng),利用抖音、微博等新媒體創(chuàng)新方式、豐富內(nèi)容,促進(jìn)北斗科普進(jìn)社區(qū)、進(jìn)企業(yè)、進(jìn)校園。三是舉辦應(yīng)用研發(fā)競(jìng)賽。聯(lián)合高校和企業(yè)挖掘一批有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用案例進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)、推廣和宣傳,進(jìn)一步擴(kuò)大北斗基準(zhǔn)站網(wǎng)的影響力,推動(dòng)北斗高精度技術(shù)應(yīng)用。
(1)健全落實(shí)基準(zhǔn)站管理制度。在《湖南省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)與服務(wù)管理辦法(試行)》基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善和細(xì)化基準(zhǔn)站的備案制度和管理要求,建立雙隨機(jī)監(jiān)管工作機(jī)制,對(duì)全省基準(zhǔn)站的建設(shè)運(yùn)行情況進(jìn)行規(guī)范監(jiān)督。
(2)制定基準(zhǔn)站空間布局規(guī)劃。統(tǒng)籌各行業(yè)、領(lǐng)域需求,結(jié)合前期基礎(chǔ)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),編制發(fā)布《湖南省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站布局國(guó)土空間專項(xiàng)規(guī)劃》,逐步消除重復(fù)和無(wú)序建設(shè),引導(dǎo)全省基準(zhǔn)站資源統(tǒng)籌,優(yōu)化全域空間覆蓋,統(tǒng)一建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)公共資源高效利用。
(3)組建高精度北斗服務(wù)聯(lián)盟。集聚北斗高精度產(chǎn)業(yè)上中下游主要機(jī)構(gòu)組建湖南省北斗高精度應(yīng)用服務(wù)聯(lián)盟,打破信息和資源壁壘,促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源高效整合,規(guī)范行業(yè)市場(chǎng)秩序,積極支持和培育重點(diǎn)頭部企業(yè),推動(dòng)省內(nèi)北斗高精度產(chǎn)業(yè)健康、有序、高質(zhì)量發(fā)展。
“三高四新”戰(zhàn)略定位和使命任務(wù)對(duì)湖南省北斗導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)提出新要求,從完善基礎(chǔ)設(shè)施、推動(dòng)共享融合、統(tǒng)籌推進(jìn)應(yīng)用以及創(chuàng)新監(jiān)管體系4 個(gè)方面提出多項(xiàng)舉措,可全面支撐全省“三高四新”戰(zhàn)略實(shí)施中的高精度衛(wèi)星定位需求。如何推進(jìn)自然資源、工業(yè)與信息化、交通運(yùn)輸、網(wǎng)絡(luò)信息安全辦公室以及其他行業(yè)主管部門(mén)之間的協(xié)同配合,共同統(tǒng)籌推進(jìn)北斗在全社會(huì)的應(yīng)用,有待更加深入的研究。