北斗推開萬物互聯時空大門

  國務院新聞辦公室2016年6月16日發表的《中國北斗衛星導航系統》白皮書指出，20世紀后期，中國開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路，逐步形成了“三步走”發展戰略。

  在第八屆中國衛星導航學術年會上，中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其介紹，中國北斗衛星導航定位系統已與多個共享單車玩家合作，利用北斗地基增強系統，實現米級，甚至亞米級高精準時空定位。視覺中國供圖

北斗導航定位共享單車

  在如今這個抬起手表就能看到“時間”，打開手機就能知道“位置”的時代，人們獲取時間、空間的方式變得極為簡單，簡單到人們可能都意識不到，在沒有衛星導航系統提供時空基準服務之前，定位“我在哪”是根本無法想象的事情，更不必說步入所謂的萬物互聯時代。

  繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后，北斗系統讓中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家，正是這些衛星導航系統，以廣泛、便捷、廉價的方式連接了時間和空間，為萬物互聯提供最基本的可能。在前不久舉行的第八屆中國衛星導航學術年會（以下稱“北斗年會”）上，有關北斗的最新情況披露：今年下半年將正式開始全球組網，拉開面向全球服務的帷幕。

  屆時，所謂北斗，將不再只是太空中遙遠而又高冷的衛星，通過北斗芯片的研發升級，手機、共享單車等設備的應用，地上的人類和天上的北斗之間將建立一種“穿越大氣層和時間”的聯系，甚至為全球用戶提供高精度、全天時、全天候定位導航授時服務。

  正如北斗系統總設計師楊長風在北斗年會上所說：北斗衛星導航所提供的位置和時間信息，將成為萬物互聯不可或缺的要素，既是至關重要的物品標簽，也是一切經濟活動的記錄，更是世界生生不息的見證。

經緯度定位為何取代不了門牌號

  在北斗年會上，北京大學工學院航空航天工程系教授、北京大學先進技術研究院副院長程承旗連續問了幾個和“經緯度”有關的“位置”問題——“影視作品里通過某個經緯度，可立即查出某個地方的位置，但現實生活中，為何我們家里的門牌號碼沒有用經緯度來標識？”“怎么才能快速計算物體之間的相對位置關系，比如對飛行器進行航路規劃，用經緯度串成組的矢量矩陣就可以嗎？”

  在程承旗看來，經緯度之所以難以解決這些問題，根本原因在于經緯度的“點”特性，對描述空間“區域”存在一定局限。說白了，有了經緯度，可以知道你家在哪個小區甚至哪個樓，但具體到哪一層即三維空間里的“高”，以及你家有多大空間時，就不得而知了。

  程承旗說，幾百年來，人們建立經緯度位置體系，可以方便地確定地球上每一個“點”的位置。但長期以來，人們想描述一個“面”，或一個“體”的區域位置卻十分復雜，通常要用一串經緯度坐標來描述。如此，既不方便報送，也很難標識索引，所以大家干脆用各種代碼來代替，比如ID碼、門牌號、電線桿號、井蓋號，等等。

  在邁向北斗全球導航的今天，科研人員提出了一種新的區域位置編碼體系，支持陸、海、空、天和地下空間的“區域”標識。程承旗所研究的“北斗網格碼”就是在這一背景下提出的。

  事實上，衛星導航的本質就是定位，能否提供高精度的時空基準服務，是驗證其成敗的標準。而所謂“北斗網格碼”，有人比喻稱其是空間大數據的集裝箱，就是北斗系統專門研發的全球區域位置標識編碼。

  程承旗說，未來這一技術一旦走進人們生活，每個人都可能會記住幾個常用的北斗碼，比如家庭門牌北斗碼，單位停車位北斗碼等；而每個城市基礎設施部件上都能見到北斗碼，電線桿、消防栓，甚至是建筑物上的一個螺栓，都有可能擁有專屬的北斗碼。

  “不妨設想一下，當我們的北斗衛星導航終端都能自動輸出北斗網格碼的時候，那將會是一個什么樣的場景？” 程承旗說，這意味著，北斗網格碼有可能作為一個入口，開啟“萬物互聯”。今后任何人走到任何地方，也許就不再需要掃碼，通過北斗網格碼即實現智能推送。

衛星信號走過兩三萬公里削弱了咋辦

  所謂萬物互聯，有一種形象的說法，即將一切還未聯接起來的人、數據、流程和萬事萬物都聯接起來，而目前全球僅有1%的事物與網絡相連。有人就認為，要想實現這一點，“互聯網+”“大數據+”是前提。

  不過，在北斗年會上，中科院院士、北斗系統副總設計師楊元喜卻表示，如果沒有PNT體系即定位(Positioning)、導航(Navigation)、授時體系(Timing)——這三個維度和工具，一切很可能淪為“空中樓閣”。以大數據為例，如果沒有PNT，就是一堆“亂數據”“雜數據”。他說，大數據的挖掘要根據定位、導航、授時來尋找線索、發現規律從而提供決策。

  目前最常見的PNT信息，都是由全球衛星導航系統提供的。不過不管是美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯，還是中國的北斗，都具有一個天然的“脆弱性”，即“信號弱、穿透能力差、易被欺騙、易被干擾”的問題。

  正如中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其所說，一顆距離地球兩三萬公里的衛星，發出的信號抵達地面后不可避免地會有所削弱，而且，空間段衛星的長期安全穩定運行也極具挑戰，衛星本身和衛星的重要載荷可能出現故障，等等，這樣，單靠導航衛星提供PNT服務，很難做到百分之百的保障。

  如此一來，通過多手段建立一個時空領域的綜合PNT體系就顯得十分必要。這次北斗年會上，冉承其也透露，未來中國擬加快推進以北斗系統為核心的國家綜合PNT體系建設，爭取到2030年前后，構建基準統一、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系。

  在楊元喜的設想里，綜合PNT可能的信息源，除了包括北斗系統在內的高低軌天基無線電，還可以包括地基無線電、重力匹配導航、磁力匹配導航以及天文導航，甚至是量子導航等。

  以量子導航為例，楊元喜說，既然量子可以通信，為何不能導航？至少從理論上來看，通過“測站點”發送具有糾纏特性的脈沖信號到“已知點”，測定脈沖到達的時間，即可計算距離。而且，量子導航可能還具有保密性、安全性等方面的優勢。

  在北斗年會上，一位北斗產品廠商代表問楊元喜，“如果說北斗系統的一些芯片是從國外采購的，那么未來即將建設的PNT系統還能稱得上是國產嗎，生產廠商又該如何追求‘國產化’呢？”

  楊元喜說，他只能提出希望，希望我國的科研團隊和相關廠商，花大力氣研究自己的北斗芯片等產品，畢竟這些是北斗系統真正實現自主應用的一個前提。

芯片國產化加速北斗應用邁向物聯網時代

  在北斗年會期間，一款僅有鉛筆尖大小的28納米北斗芯片對外發布，業內專家稱，這款芯片有望讓北斗應用加速步入“物聯網時代”。楊元喜說，這意味著至少在中國生產的全球衛星導航系統終端以及接收機，已經是“中國芯”。

  來自中國衛星導航系統管理辦公室的消息顯示，目前我國已經啟動了北斗三號全球系統建設，而在北斗三號前期論證中，就明確提出元器件和器部件國產化自主可控的目標。

  北斗衛星導航系統副總設計師謝軍說，截至目前，隨著我國元器件生產廠家技術能力和工藝水平的提升，北斗三號關鍵部件目前全部實現國產化。他說，2015年我國發射了幾顆新一代北斗導航衛星，目前在軌運行良好，這也證明我國國產化能力已滿足可靠性要求。

  謝軍說，元器件國產化作為整個北斗工程的一個重要縮影，對我國基礎工業有極大的推動和牽引作用，同時，國家工業基礎的進步也保證了北斗系統的發展，兩者互相促進。

  北斗人流傳著一句話：“國產化我驕傲，國產化我心跳。”前者是說我國自主技術已經涉及北斗系統建設的各個方面，后者則折射出其國產化道路上遭遇的種種不易。

  北斗衛星導航系統衛星系統總設計師楊慧透露，午夜12點是衛星最易出問題的時間段，不同于部分國外成熟的技術，我國國產化是在不斷摸索、不斷歸零中提升的。“曾幾何時，最怕夜間接到來自衛星廠房的電話，因為不知道要面對哪些新的難題。”她說。

  如今，在這次年會上，一家共享單車公司和一家生產北斗芯片的公司正式簽約，對外宣稱要推出北斗智能鎖，實現車輛精細化管理，有望解決當前困擾大家的單車定位不準、人找車、單車亂停亂放難管理等難題。一位專家告訴記者，這種簽約的底氣，正是來自北斗國產定位芯片的研制成功。

  業內有這樣一句名言：“衛星導航定位系統的應用只受想象力的限制。”冉承其說，作為典型的國家重器，北斗將像水、電，還有公路一樣，保障社會的運行發展。

  他告訴記者，目前，公交車、出租車的北斗應用已相當成熟，網約車加入北斗系統、物流電商平臺與北斗對接、北斗自動駕駛汽車誕生、北斗高精度車輛后視鏡應用也已經開展。未來，以北斗時空信息為主要內容的新興產業生態鏈十分可期。