北斗服务400多座智慧城市 中国标准标配全球市场

http://www.sina.com.cn 2017年09月30日 11:23 21世纪经济报道

  定位精度从米级到亚米级,也将引发北斗渗透各行各业的商业变革。亚米级的定位,意味着认不清路的导航仪,能清晰分辨车道;意味着乱停乱放的共享单车,放进“电子围栏”已有技术基础;意味着无人机编队表演,不会因定位误差相撞。

  这个时代,人们对生活的品质有着越来越高的追求。科技的进步,带给城市中的人们更多美好体验。移动支付、共享单车、无人机送货,大数据驱动的新经济形态,正融入城市的日常生活,人们的生活变得越来越“智慧”。

  近年来,中国至少有400座城市提出建设智慧城市的愿景。智慧城市赖以运转的“能源”是无处不在的海量数据。绝大部分数据都至少包含两大坐标——时间与空间。时空大数据的需求,考验着超级工程北斗卫星导航系统的实力。

  接下来的三、四个月,中国将发射四颗“北斗三号”卫星,开启北斗卫星导航系统的全球组网时代。

  “北斗三号”将在2018年率先服务“一带一路”沿线,2020年完全覆盖全球。相比5年前完成的“北斗二号”工程,“北斗三号”覆盖地域更广,定位精度更高,服务质量更好。太空中的二三十颗导航卫星,将连同数千座地面增强基站,组成全球时空大数据的“天罗地网”。这张超级网络,将形成“城市大脑”的神经中枢。

  美国花了近20年,让GPS服务普及大半个星球。近些年,北斗系统的服务已悄然进入交通运输、市政工程、安全监测等民用领域,维系着城市生活的运行。

  “北斗+智慧城市”的组合,未来有多大的想象空间?

  时空大数据“组网”

  2008年,IBM公司在美国纽约提出“智慧地球”理念,期待人类社会中的万物都整合接入互联网,使得人类精细、动态地管理生产生活。这一过程就如同管理计算机中的数据。这一理念随后衍生出全球范围的智慧城市建设热潮。2013年至今,中国政府先后批复三批次国家智慧城市,加上地方各级的规划,中国至少有400座城市提出智慧城市的规划和愿景。

  中国工程院院士杨元喜的理解是,智慧城市,就是基于统一的时空基准,将传感器装备到城市生活的各种物体上,通过超级计算机和云计算进行实现物联网整合。

  中国有大规模推动智慧城市建设的理由。随着经济进入新常态,中国一方面需要提升城市的运作效率,以推动产业尤其是第三产业的转型换挡;另一方面则需要提供更多的新业务、新服务,以满足中产阶层的消费升级需求。近些年表现可圈可点的大数据、云计算等新兴产业,恰好提供“智慧”的技术支撑;而2012年覆盖亚太地区的北斗系统,则负责供应“智慧”的数据原料。

  两院院士李德仁的公式简单明了:智慧城市=时空信息+大数据+云计算。这也就是说,北斗与大数据、云计算技术的搭配,将能发生美妙的化学反应。

  罗进是这种化学反应的操作者之一。身为北京北控京奥建设有限公司总经理,他实现的是建设“智慧场馆”的小目标。公司名称中的“京奥”,表明他们是北京2020年冬奥会场馆的运作方。

  “智慧”的起点,是搭建云端的“数字场馆”。依托国家北斗精准服务网提出的时空坐标信息,工程师们将赛事区的地面设施及地下管线在计算机上“还原”出来,建立赛事地区的地理信息系统(GIS)和建筑信息模型(BIM)。“数字场馆”和建成的物理场馆将一一对应,处在物理场馆中的人和物,都可以转化为“数字场馆”中的坐标和参数。冬奥会召开后,观众与车辆都能够通过移动终端将实时的时空坐标信息上传至云端;而装备北斗导航芯片的智能灯杆,同时能捕捉监测附近车辆、人流信息,从而丰富云端数据,使其接近现实。

  这是智慧城市得以运作的关键——将城市内一切人和物转化为数据,组成神经系统般精细的网络,并将其运作纳入智能的计算机控制系统之中。有了丰富的数据,计算机的云计算技术能更精准维系场馆和赛事的运行。

  9月17日,罗进告诉记者,“智慧场馆”能满足精准导航、人员管理、物品管理等需求。比如,结合北斗室内外一体化精准定位,为观众、体育爱好者提供根据座位区域就近的停车位、坐席、公共服务设施、商户、应急设施及通道等的智慧导航和引导;通过室内外精准定位及电子围栏的划定,在场地及场馆区域周边对观众及工作人员进行活动范围的安全防护,在超出安全活动区域时进行现场和后台的警报提醒,避免危险观赛行为的发生。

  不仅如此,“智慧场馆”还能满足人们的个性化需求。比如,根据观众历史位置和现实位置,向潜在顾客推送针对性、个性化的新品导购信息及优惠、团购等营销信息。

  值得注意的是,冬奥室外雪场多为山地,是滑坡等地质灾害的潜在威胁区域。通过北斗精准服务,结合各种传感器数据,“智慧场馆”可实现毫米级山体、建筑结构安全监测。

  这样的尝试很有必要。冬奥场馆既是体育赛事举办的场所,又涵盖着城市生活的方方面面,可视为略缩版的“城市”。“智慧冬奥”的背后,是中国智慧城市建设的综合测评。

  值得注意的是,“智慧场馆”描述的北斗应用案例,已在中国的现实中发生。“智慧场馆”依托的国家北斗精准服务网,截至目前已经进入全国400多座城市,广泛应用在城市燃气、城镇供热、电力电网、供水排水、智能交通、智能养老等领域。统计数据显示,2006年,中国卫星导航与位置服务产业总产值仅为126亿元,这一数据在2016年达到2118亿元,较2015年增长约22.06%。其中,北斗对产业核心产值的贡献率已达到70%,表现可圈可点。

  欧洲伽利略管理局于今年5月发布的《卫星导航市场报告2017》认为,物联网或智慧城市等新兴技术范式,将已经形成的卫星导航细分市场联系在一起,创造了混合和交叉应用的机会窗口,将产生新的用户需求和要求。

  亚米级精度引发新业态

  美国的GPS经历近20年的市场历练,才俘获中国消费者的心。时至今日,GPS的定位导航服务已能对付大部分的城市生活场景。但是,当您的爱车进入高楼林立的广州天河CBD,或者经过北京西直门复杂的立交桥,GPS的定位精度将大打折扣。“GPS 信号弱”、“您已偏航”、“请行驶到开阔地带”等提示音,往往在这时从地图软件中冒出来。在城市日常生活中,这样的尴尬场景时常出现。

  要让城市生活更美好,就要提高定位的精度,告别“定位失准”。这是北斗系统的拿手好戏。2016年,随着两颗在轨备份卫星的发射,北斗系统的民用定位精度从小于10米缩小到小于8米。

  “北斗三号”在设计之初,就将目标放在比肩尚未发射的第三代GPS导航卫星以及伽利略导航系统的设计指标上,定位精度大幅提升。“北斗三号”卫星可以利用星间链路,实现相互间的通信和数据传输,还能相互测距,自动“保持队形”。全球组网后,北斗系统的定位精度将优化至2米甚至1米之内。

  这还仅仅是天上北斗卫星们(目前在轨运行15颗)的功劳。加上地面基站、参考站的帮助,北斗卫星能够有效实现分米级乃至毫米级的定位精度。卫星信号在传输过程中天然会有不同程度的时延和误差,通过设立地面增强基站能消除部分误差,从而实现高精度。

  近些年,超过20颗北斗卫星送往太空,超过2000座地面参考站进入全国许多城市。以首都北京为例,全市已完成22个北斗卫星定位服务参考站(CORS)的建设,建成的北斗CORS系统将提供覆盖全国的米级定位增强服务和覆盖北京区域的厘米级高精度增强服务。

  就像位置服务从无到有引发变革一样,定位精度从米级到亚米级,北斗渗透各行各业将引发商业变革。亚米级的定位,意味着认不清路的导航仪,能清晰分辨车道;意味着乱停乱放的共享单车,放进“电子围栏”已有技术基础;意味着无人机编队表演,不会因定位误差相撞。

  改善原有的新业态体验的同时,高精度同时催生不少新增市场。燃气管道检修、电力维护、山体安全监测等守护城市安全的场景,都有赖于北斗高精度定位的实现。

  第一次见识到北斗高精度的威力,深圳市燃气集团经理张林有些惊讶。地底下密布的各类市政管道,就像每座城市的毛细血管一般,要维护起来并不容易。燃气管道太细,以往的卫星导航系统根本分辨不清。

  “以往工人师傅们出去检修,看哪里漏气仅凭经验。遇到漏气的位置还要守到维修人员过来才能走,一旦走开又就难找到漏气的准确位置。”张林在9月17日对记者说,“现在依靠数据分析可以很快分析出漏气位置,传完位置后就可以检修了。”

  相类似的案例还出现在电力检修上。据国家电网信息通信产业集团副总工程师李朝阳介绍,国家电网正在使用电力专用地基增强技术,修正卫星参数,提高定位精度;同时,北斗系统独有的“短报文”功能,能让国家电网监测点即时传输监测数据,而并不担心偏远山区通信不畅,从而保障城市的能源安全。

  9月26日,湖北省智慧城市时空信息工程中心主任华中雄提到,伴随我国北斗技术的迅猛发展,北斗高精度应用的成本,正在迅速降低。2016年之前,厘米级地基差分定位的终端,年服务费用在8000-9000元;这一数据在2017年已调低到3000-4000元。这将会大幅度推动北斗在各行各业的深入渗透。

  不过,山东大学信息科技与工程学院邢剑平也告诫企业,不能只把眼光盯在芯片研制上,也不能就北斗搞北斗。真正从产业的应用来讲,还需要温度、湿度、视频和其它信息,芯片的高精度算法要落到具体应用领域,北斗技术必须和物联网、车联网、智能感知产业紧密结合,才能降低风险。

  “标配”全球市场

  IBM提出的“智慧地球”,并不局限于一国一域。中国的“北斗+智慧城市”,能复制推广到海外国家,从而真正构建“智慧地球”吗?要实现这一构想,首先要实现北斗标准的国际化——就像不同国家和地区的插座接口各不相同一样,北斗产品要实现“标配”全球市场,就必须有与全球市场联动的“转换头”。

  9月5日,中国发布《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号B1C、B2a(测试版)》。在此之前,中国先后发布《北斗系统公开多功能规范(1.0版)》和《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(2.0版)》,后者包括北斗系统第二个民用信号B2I。(B1C、B2a、B2I均代表一段频率编码)这一次,B1C和B2a服务信号对应的两个频点,同时也是GPS、格洛纳斯、伽利略星座等全球卫星导航系统民用互操作中心频率。依据公开的信号接口控制数据,国内外企业能够开发兼容北斗和GPS、格洛纳斯等其它卫星导航系统信号的高精度接收机。

  事实上,当人们谈论北斗高精度应用时,谈论的并不是北斗系统实现的高精度。在天地互联组网的同时,北斗系统还选择探索和GPS、格洛纳斯系统的兼容互操作,以共建、共享的姿态来实现更高精度。这既是北斗系统对GPS、格洛纳斯进入中国市场的回应,也是北斗系统“走出去”的重要策略。

  类似的国际合作案例已有不少。从8月初开始,中国和俄罗斯专家进行了两国导航卫星的联合在轨试验,用两周时间研究评估北斗和格洛纳斯系统沿“丝绸之路经济带”的导航条件,测试的便是兼容、互操作。

  业内人士告诉记者,中俄的联合试验非常成功,沿西北的古代丝绸之路出发,北斗、格洛纳斯兼容终端的定位精度稳定在1-2米,质量非常高。

  这份抢在“北斗三号”启动前公开的文件,意义重大。中国卫星导航协会首席专家曹冲的理解是,这份新文件的发布,是“北斗系统真正迈向全球化的重大步骤”。

  在曹冲看来,中国拥有世界上最大的消费市场,目前全球智能手机和导航定位芯片厂商均把北斗功能设置为其产品的必配功能。只有推动北斗与其它卫星导航系统的兼容、互操作,才能吸引更多的厂家将北斗功能作为产品的标准配置,从而推动中国的北斗产品走向全球。

  据曹冲测算,北斗兼容互操作标配化全面推进,将在2020年实现近100%国内市场覆盖率,包含北斗功能的智能移动终端销量接近5亿台,社会持有量达到近14亿台,中国导航定位市场成为世界第一大用户群体,产值达到4000亿元,占有全球20%左右的份额。

  华中雄表示,此番新文件的发布,将推动北斗民用领域的开放,吸引更多企业、人才尤其海外的企业、人才进入北斗应用开发领域,从而扩大行业规模。

  “国外企业对北斗高精度服务有着迫切的需求。” 华中雄告诉21世纪经济报道记者。他同时从事智慧城市企业运营,两三年前到伊朗考察。当地企业对北斗颇有兴趣,已联合他的企业组建了伊朗的北斗高科技产业园区。

  这样开放的姿态,事实上也是 GPS系统当年进入中国市场采取的策略。在GPS、格洛纳斯等群雄环伺中,北斗系统的开放意味着将“中国标准”对接先进的“国际标准”。

  不过,真正对接“国际标准”并不像国内那般容易,国外的政策环境、文化环境都和国内优势差异。例如高精度地面参考站建设的问题。

  “有的土地是私有的,有的政府出于安全保密的考虑,海外地面参考站建设就会遭受一些障碍,这些都需要慢慢博弈解决。”华中雄说。

  依托认证好的国际标准,中国的摩托车企业准备在2018年年底前装标配北斗芯片,出口海外市场,预计年出口超过1000万台。

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