北斗技术将与人工智能、5G通信深度融合 催生新业态
  • 时间:2019-10-09
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  北斗卫星导航系统是我国着眼于和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。我国高度重视北斗系统建设发展,自20世纪80年始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,形成了“三步走”发展:2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;计划 2020年前后,建成北斗三号系统,向全球提供服务。2035 年前,将以北斗系统为核心,建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系。

  北斗卫星导航系统是我国重要工程全面创新的典范,北斗工程从自身的科技创新出发,引领了企业的创新以及行业的创新。从技术角度,我们可以将创新分为自主创新、协同创新和开放创新等多种模式,北斗系统的发展恰恰涵盖并体现了以上所有创新。

  自主创新代表了技术研发过程中取得的原始性创新。自主可控的北斗系统有很多技术都是我国的原始创新,从北斗一号的短报文到北斗三号的星间链路,这些都是前沿创新的典型代表。

  协同创新代表了利用群体的力量,实现了关键技术方面的突破。北斗系统在卫星轨道设计、星载原子钟、火箭发射、地面运控、卫星测控等多个方面实现了关键技术突破,各分系统建设的顺利进行也保障了工程总体的稳健发展。

  开放创新代表了技术对产业的赋能和多系统的跨界融合。北斗系统为行业应用提供了便捷的精准时空信息,北斗+物联网为产业赋能的理念已经深入到了各个行业,而行业应用也从传统的交通物流、应急救援等行业扩展至市政管网、数字化施工等新兴领域。同时,它又代表了技术的可持续发展。北斗系统正是通过持续创新,才能按照当初“三步走”的战略规划不断前进,跻身为受到国际认可的全球卫星导航系统,并成为今后国家综合PNT体系的核心。

  与其他全球卫星导航系统相比,北斗系统在星座设计、信号体制和短报文通信等多个层面独具优势,在建设速度方面也快于GPS、GLONASS和Galileo系统,尤其是2018年10箭19星的成功发射,为北斗三号基本系统建成、服务覆盖“一带一路”国家和地区奠定了基础。

  在北斗系统快速、稳健发展时,面对国内巨大的应用市场,北斗的创新性应用也层出不穷,例如驾考驾培、管网巡检等。

  北斗的创新性应用来源于需求的牵引,也来源于对行业痛点的挖掘。例如,在驾驶员培训和考试中,针对驾驶人考训设备不统一、信息不共享、考试效率低、重复投资大、考试不透明、设备故障多等问题,以北斗高精度定位定向技术为核心,建设新一代驾驶人考训系统,能够实现驾驶人考试、训练全过程数字化和可视化,显著提升驾驶人考试、训练的效率和科学性。

  又例如,在燃气管网应用中,在北斗精准位置服务的基础上,将地理信息系统、互联网、物联网、大数据等技术与燃气管网业务相融合,利用北斗精准时空数据,在管网建设及运行过程中实现施工管理、智能巡检、防腐检测、泄漏检测、应急开挖等精准管控,达到及时发现管网设备和管理流程中的安全隐患,预防管网安全事故发生的目的。

  从用户的需求出发,从为用户带来价值的创新设计出发,置身用户的应用环境,通过深度分析业务流程,由用户参与提出设计方案、技术研发、验证与应用的全过程,发现并解决用户的现实与潜在需求,通过各种创新的技术与产品应用,也推动了北斗系统的技术创新。

  从2003年建成的试验系统“北斗一号”,到2012年服务亚太地区的“北斗二号”,到2018年服务“一带一路”沿线年覆盖全球的“北斗三号”,北斗系统的发展历程与全球的技术发展趋势能够很好地结合在一起。

  从上世纪末到本世纪初,互联网浪潮深入到了每家每户,网络成为社会生产服务中必不可缺的一部分,移动通信业务也开始走入千家万户,这个时期恰好“北斗一号”建成并开始服务。除了军事用途以外,北斗在渔业领域广泛应用,尤其是短报文服务,极大的降低了渔民的通信成本。移动通信与网络监控平台和北斗系统的行业应用有机结合,使得北斗的民用化开始起步。

  本世纪第一个十年到第二个十年是移动互联网的快速发展时期,随着2G通信向3G、4G的发展,智能手机和各类App层出不穷,便捷的无线连接方式促使各类智能终端和后台监控平台广泛应用到智慧城市的建设中。此时“北斗二号”系统开始覆盖亚太地区,区别于“北斗一号”的主动式导航定位授时方式,“北斗二号”的被动式导航定位授时与GPS一致,可以更加广泛地应用到民用领域。随着“北斗二号”的成熟,北斗/GNSS多模芯片、模组和终端的价格不断下探,国产的多模芯片价格也已经与国外的单一GPS芯片价格达到同样水平甚至更便宜。成本上的优势对北斗的民用化推广起到了至关重要的作用,随着天基与地基等多模增强系统带来的更为精准的时空信息,北斗的行业应用和区域应用也开始不断深化。

  在这个时期,物联网也开始了快速的发展,多种类型的传感器、便捷的无线传输、基于云计算大数据的后台分析平台,促使物联网向着万物互联的方向发展。结合了北斗时空信息的物联网使得各类业务信息在一个统一的时空框架内感知、传输、分析与服务。需要注意的是,时空信息只是抓手,更重要的是如何与不同应用中的业务属性信息结合,并由分析平台提供决策,需要协同发展。没有具体内容的时空信息,仅仅只是一串数字。所以,北斗系统需要与物联网结合,时空大数据落地在各种行业应用上,才是真正的时空信息与万物互联的协同发展。

  人工智能的应用包括准确的分析决策和精准的执行操作,两者一软一硬相辅相成,共同促进人工智能的发展。执行操作需要在精准的时空框架下完成,因此能够为各类应用提供精准时间和空间位置信息的北斗系统是执行操作的基础所在。准确的分析决策在于基础数据的质量,高质量的数据不仅能够准确反映对象的特征,还包含有可追溯的时空信息。因此,北斗时空智联是解决实际工程应用问题的有力手段。

  北斗系统提供精准统一的时空基准,相应的感知信息通过5G通信传输至管理平台,利用人工智能进行决策与分析,由具体的执行机构形成闭环。北斗、人工智能、5G通信所构成的技术共同体与其他产业深度融合,可以催生出更大的产业应用。不仅可以对传统行业进行赋能与拓展,还可以对新兴产业进行辅助与提升。

  以传统的城市管理行业为例,数字孪生城市将成为解决城市管理中各类问题的有力支撑,以北斗为核心的综合PNT(定位、导航、授时)体系将提供统一的时空基准,以5G为核心的低时延、低功耗、高并发通信技术将提供实时万物互联的传感器网络,以人工智能为核心的深度学习、精准执行能力将提供从自动到自主的提升。因此,在人工智能视角下,数字孪生城市应用可以被视为多种分类、识别、检测、决策问题的集合。泛在精准定位、自驱动数据获取、知识型大数据服务等核心技术起到了提取特征的作用,国家北斗精准服务网、行业专用设备和软件平台、数据分析平台等基础设施起到了聚合特征的作用,精准定位授时、跨行业全过程智能感知协同计算、知识驱动型城市运营综合决策等数据集合起到了匹配特征的作用,最终在数字孪生城市的管网、电力、水务、环卫、交通、应急、养老等应用场景中得以实现。

  2018年底,“北斗三号”基本系统已经建成,能够为全球大部分地区提供有效的定位导航授时服务。2020年,“北斗三号”完整系统将正式服务全球。时空信息是智能感知的刚性需求,是未来智能服务发展的核心技术,融合创新是产业发展的必然选择,我国卫星导航与位置服务产业正全面迈向技术融合和产业融合发展的新阶段。北斗技术与通信、室内定位、汽车电子、人工智能、移动互联网、物联网、地理信息、遥感、大数据等先进技术融合,将通过终端产品和系统服务的集成化应用,呈现出创新化发展的新形态。产业链各个环节将与高端制造业、先进软件业、综合数据业和现代服务业各环节相互融合,形成集合化发展的新业态。而这种技术融合与产业融合发展的新形态与新业态,能够实现在北斗时空智联下的人、财、物有序流动,最终将为人们带来真正意义上“天上好用、地上用好”的服务体验。

  (原标题:“强国梦,参北斗”——北斗权威专家系列观察之二 北斗技术将与人工智能、5G通信深度融合,催生新业态)

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