北斗:悄然改变我们生活

　　提要：2013年开始，北斗将正式向亚太用户提供免费的无源定位、导航、授时服务。这标志着我国北斗区域卫星导航系统即将建成，正式迎来了北斗导航时代 　　北京时间2012年10月25日23时33分，在西昌卫星发射中心，“长征三号丙”运载火箭划破夜空，成功地将中国第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。 　　这是一颗地球静止轨道卫星，它将与先期发射的15颗北斗导航卫星组网运行，形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。根据计划，北斗卫星导航系统将于2013年初向亚太大部分地区提供正式服务。 　　北斗卫星导航系统对于提高我国的国际地位、促进经济社会的发展、保障国家安全等许多方面，无疑都具有十分重大的意义。但是，对于老百姓来说，北斗距离我们的生活是远还是近？其影响又有几何呢？ 　　具有特殊意义 　　从定义上来说，卫星导航是利用导航卫星发射的无线电信号，求出载体相对卫星的位置，再根据已知的卫星相对地面的位置，计算并确定载体在地球上的位置的技术。简单地说，就是利用天上的卫星，准确地知道地球上某地某物的位置。就我们的生活而言，常用的百度地图、驾驶路线导航、大众点评的美食定位等等都是基于卫星导航系统的应用。 　　对于古代皇帝来说，管理疆土可不是一件容易的事情，就算有日行千里的宝马通风报信，但是广袤疆土上发生的大小事情还是很难及时传达到皇帝那里，并及时进行处理和回复。但是现在卫星导航系统的发展和应用，就让我们可以随时知道世界另一端发生的事情了。 　　全球第一个卫星导航系统由美国建立，在1967年开始民用。卫星导航系统概念的提出已有30年，但卫星导航全球性大众化民用刚刚开始，真正应用只有十来年。 　　通常卫星导航的应用市场可以分为三大方面：专业市场、批量市场和安防市场。而有很多应用是和我们生活息息相关的，比如徒步旅行者、野外工作人员和户外活动者现在常应用袋式GPS定位器，配上电子地图，可以在草原、大漠、乡间、山野或无人区内找到自己的目的地。还有城市中车辆的监控管理、汽车导航与信息服务、行驶路线规划等都是日常生活中的应用。再比如，我们现在使用的车载报警装置、车载防盗装置、车载导航装置等等，都使用了卫星导航系统。 　　也许有人要问：现在我们出门用手机搜地区、搜路线这么方便，已经有可以使用的系统了，为什么还要花大力气研究北斗卫星导航系统呢？ 　　殊不知，虽然现在的卫星导航系统应用上已经成熟，但使用的都是外国的技术和设备，在中国国内导航市场，美国的GPS更是占据了95%以上的市场份额。而北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。建设北斗卫星导航系统，对于提高我国的国际地位，促进经济社会的发展，保障国家安全等许多方面，都具有十分重大和特殊的意义。 　　短短8年时间，中国完成了16颗导航卫星密集发射的壮举。经过一段时间组网调试运行后，系统将具备稳定连续地覆盖包括中国在内的绝大部分亚太地区的服务能力，为用户提供定位、导航、授时以及短报文通信等服务。 　　应用十分广泛 　　在北斗卫星导航系统加紧布网建设的同时，北斗应用及其产业化步伐也在加快推进。而这些应用已经在某些方面便利了我们的生活。经过多年发展，北斗卫星导航系统已应用到交通运输、基础测绘、工程勘测、资源调查、地震监测、公共安全与应急管理等众多国民经济领域，在应急救灾中也发挥了重要作用。 　　像我们出门旅行、乘坐交通工具的时候，已经不知不觉地享受到基于北斗系统的“公路基础设施安全监控系统”、“港口高精度实时定位调度监控系统”等应用的便利。新出的多家公司的多款汽车也已经配备了北斗便携式、嵌入式车载终端，完善汽车电子与导航系统。比如广东基于北斗的公务车辆管理服务示范，为公务用车监管提供了新的途径，也取得了明显的效益。 　　北斗的授时功能目前已经在科学、金融和电力及通信中得到应用，为经济生活提供有力的支撑。比如，金融的贸易都要有时间点，错了时间点，可能原来是赚的，后来就亏了。所以，公众利用我们国家掌控的精准的金融时间，也是保障经济投资的途径之一。 　　北斗的定位和通信功能，在渔业、森林防火、水域及海洋信息监测、大气环境监测等方面已经取得了广泛的应用。 　　观察者可以实时看到千里之外海上渔船的精确动态位置，正是得益于北斗系统自主研发的“船舶安全保障集中监控管理平台”和安装在渔船上的北斗船载终端，它们也是北斗系通在海洋渔业精心打造“船联网”应用模式的核心。在渔业上面利用北斗系统的定位来寻找将要到某个点的鱼群，渔船和鱼群交会就可以捕到大量的鱼。渔民通过渔船上安装的北斗导航仪，不仅可以知道渔船的行进航线以及周围渔场的位置，还可以发送短信与陆地上的渔船管理部门联系，一旦遇到台风或患疾病需要求救时，一条短信就可以实现。 　　不仅在日常的经济生活中，北斗系统在救灾过程中也发挥了特别重要的作用。在汶川和舟曲地震灾区，当时的救灾人员就是用北斗接收机来进行救灾的。因为北斗有定位和特有的短报文通信功能，可以及时把位置报给救灾指挥部，而当地在灾害的情况下，作为生命线的通信设施已经完全被破坏，唯一有用的就是北斗系统。 　　另外，现在还开发了基于北斗的森林防火系统，在防火车上装了具有通信功能的北斗定位接收机，可以引导车辆和消防人员到火灾点救灾，或者进行一些人员的调度指挥。 　　未来生活受益 　　2013年上半年，北斗将正式向亚太用户提供免费的无源定位、导航、授时服务，范围覆盖东至日本、西至印度东部、南到澳大利亚、北至蒙古国的区域。这标志着我国北斗区域卫星导航系统即将建成，正式迎来了北斗导航时代。 　　在此背景下，北斗将会怎样改变我们的生活呢？ 　　首先，现在我们使用GPS所带来的便利，使用北斗卫星导航系统也一样能够实现。 　　其次，北斗将会为我们带来这样的未来智能交通：繁忙的城市中，车辆在智能交通网络的指挥下迅速而有序地穿梭移动，即便是盲人，也能自如地驾驶，实现零交通事故率；未来汽车具有了感知能力，车与车之间、车与建筑物之间，以及车与城市基础设施之间能够实现互联互通，随时随地获得即时资讯，做出与交通出行有关的明智决定；智能的车联网，甚至可以帮助司机订票、寻找停车场，以及自己找到充电站完成充电。 　　车联网的意义还远不止于此。城市的应急救援和行业车辆运行监控，同样是智能交通发展的重点领域，不但可以提高商用车的运营效率，更可以增强危险车辆的监管力度。 　　这些构想都不是科幻电影中的情节，而是20年以后可能实现的生活，是将无线通信、卫星导航及传感技术联姻重新定义的智能交通。这些将会依赖北斗导航系统的使用打破GPS在我国卫星导航领域的垄断地位，以及显著降低导航地图和动态交通信息服务公司的成本。 　　如果说智能交通离我们还很远，那么，以导航定位基础服务为核心的创新服务产业将在近几年融入百姓生活。 　　未来几年，上海市民将率先可以借助智能手机的出租车呼叫系统，搜索并对接附近的出租车；此外，公交电子站牌、特殊人群健康预警等项目也在研制中；通过卫星导航产生的位置服务到2012年底，导航精度能达到10米左右；完全建成时，定位精度能达到厘米。 　　甚至，重庆将提供的基于北斗的车载导航，可精确到1～2毫米。同时，人们关心的客运班车、旅游包车、长途危险品运输车，在运输过程中的监管和服务问题也将得到有效解决，可以提高监管效率，减少道路交通事故，保障出行安全。 　　卫星导航定位与位置服务离我们并不遥远。北斗，正在悄然改变我们的生活…… 　　（来源：工人日报） 　　延伸阅读 　　卫星定位基本原理 　　以GPS卫星定位系统为例，24颗GPS卫星在离地面2万200千米的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 　　由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X，Y，Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 　　事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 　　由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策（2000年5月1日取消），使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差GPS，定位精度可提高到5米。