北斗系統在交通運輸領域的應用與展望

文|劉玉梅 劉麗嬌

中國交通通信信息中心

北斗衛星導航系統是我國重要的空間基礎設施，對國家安全和經濟社會發展至關重要。北斗系統建設實施“三步走”戰略，先后為北斗一號、北斗二號和北斗三號三個階段，分別實現覆蓋我國周邊、亞太地區和全球服務。2020年6月，我國按計劃發射最后一顆地球靜止軌道衛星，完成了北斗三號全球星座部署。北斗系統已廣泛應用于交通運輸領域，隨著全球組網的全面建成，北斗系統將以全新姿態和嶄新面貌為交通運輸行業提供更加優質的星基增強、短報文通信、精密單點定位等特色服務。

一、交通運輸行業應用現狀

交通運輸行業是北斗系統最大的民用行業之一，其自身點多、線長、面廣的特點對位置服務提出了更高需求。近年來，北斗系統已廣泛應用于交通運輸各領域，包括道路運輸監管、水上航運監管與搜救、列車定位與指揮調度、航班定位與追蹤、郵政監管與調度等，為交通運輸各種業務提供安全保障和精準定位等服務。

1.公路領域

2011年，北斗重大專項第一個民用應用示范工程“重點運輸過程監控管理服務示范系統工程”啟動建設，項目已在全國超650萬輛重點運營車輛上安裝北斗兼容終端，形成全球最大的營運車輛動態監管系統，構建了集測試、審查、數據接入、管理、考核等于一體的營運車輛動態監控管理體系，顯著提升了道路運輸監管能力，降低了道路運輸事故發生率，提高了道路運輸安全水平。此外，全國36個中心城市8萬輛公交車安裝了北斗導航終端，實現了車輛導航、數據采集自動語音報站和實時監控等功能，有效提高了公交車輛的準點率、工時利用率、運行速度和單車產出收入等運營指標，進而提升了公交企業的運營管理水平和乘客服務水平。

2.水路領域

在水路領域，北斗系統在水上搜救、航運等業務領域走深走實，并獲得廣泛認可。在海上搜救方面，2014年，第二個北斗示范工程“基于北斗的中國海上搜救信息系統示范工程”啟動建設，項目已在參與搜救的海事、救助船舶上安裝了北斗短報文智能船載終端，面向涉海用戶推廣了40萬臺/套海上遇險報警手機和3000套具有RDSS通信功能的手機終端或配件，初步構建了基于北斗的海上遇險報警體系，提高了海上遇險對象搜尋效率，減少了海上遇險傷亡人數，保障了海上作業的人身和財產安全，海上搜救平臺如圖1所示。示范應用系統已在所有參與海上搜救的相關單位進行部署，并逐步納入各單位的業務體系。在航運安全方面，借助北斗終端和相關產品，實現了對航道海域的高精度、全天候、自動化監測和安全分析。北斗系統在航運管理中的成功應用，為航運企業和管理部門提供了信息查詢、狀態監控、航標遙控、航線跟蹤等功能，有效提高了我國航運安全管理水平，達到了航運安全管理網絡化、自動化、數字化的要求。

圖1 基于北斗的中國海上搜救信息系統示范工程平臺

3.鐵路領域

移動列車與調度室之間借助衛星通信進行雙向信息傳遞，同時北斗為列車運行提供了精準定位的導航功能，極大地提高了行車安全和運輸效率。目前，“北斗高精度定位技術”信號應用產品和系統開發已在鐵路領域相關試點通過測試，并實現了鐵塔健康安全的遠程監測[1]。我國京沈高鐵試驗運行采用了基于北斗衛星列控定位技術，在試驗階段經分析，北斗系統已完全覆蓋京沈試驗段，可穩定接收到8顆北斗衛星信號，單北斗定位精度優于10 m。京張高鐵作為我國首條智能化高鐵，首次采用北斗衛星導航系統，實現了有人值守的無人駕駛，時速高達350km。

4.民航領域

2019年12月底，民航局正式發布《中國民航北斗衛星導航系統應用實施路線圖》，提出“中國民航大力推進北斗系統應用，積極構建以北斗為核心的GNSS技術應用體系，積極推動以星基定位、導航與授時技術為核心的新一代空中航行系統建設與運行”[2]。目前，“北斗衛星導航系統在運輸飛機應用示范項目”取得實質性進展，首次在運輸飛機波音737-800安裝北斗設備。以北斗為主要定位信息源（兼容GPS），利用北斗短報文通信鏈路實現運輸飛機與地面的自動信息下傳，實現了對運輸飛機在飛行過程中的全程定位與追蹤。此外，北斗系統還助力機場監控和管理，通過北斗差分+慣導定位，為機坪車輛和飛機提供亞米級定位精度和高精度地圖服務，實現對飛行區和終端區內航空器和車輛的精確監控，提高場面運行安全和效率[3]。

5.郵政領域

近年來，中國郵政將北斗系統應用與郵政服務轉型升級相結合，自主建設了中國郵政車輛運行管控平臺，在運輸車輛上安裝使用北斗車載終端，接入了2.3萬輛自有干線車輛和社會運郵車輛數據，通過實時采集車輛運行位置、速度、線路、裝載情況、路況信息、駕駛行為等運輸數據，并進行大數據分析，實現了線路、駕駛員、車輛、郵件協同管理，有力提高了全網車輛指揮調度的精度和準度[4]。郵政長途干線車輛日均行駛里程提高了40%，郵政包裹全國縣及縣以上城區全程傳遞時長縮短至57個小時，達到行業時限平均水平。

二、存在問題與形勢

1.存在的問題

一是北斗基礎設施建設能力有待加強。雖然在交通運輸行業開展了北斗基礎設施相關系統建設，但是現有基礎設施的服務能力和覆蓋范圍，尚無法滿足交通運輸行業對北斗高精度、高可靠和保安全的實際需求。

二是北斗應用的深度和廣度有待加深。在行業部分領域，北斗系統應用的絕對數量雖然形成了一定規模，但與總數相比，應用率仍然不高，與業務系統結合的不夠緊密，行業服務能力有待進一步提升。

三是單北斗應用規模小且缺乏驗證。當前在市場力量和國家政策主導下，行業用戶尚未完全擺脫對GPS的依賴，主要使用北斗/GPS雙模兼容定位終端。由于北斗系統目前在基礎設施能力、服務產品開發等方面尚有不足，單北斗的用戶接受度和市場認知度較低，應用效果不夠明顯。

四是北斗國際地位有待進一步提升。雖然我國在國際海事、搜救、民航和道路等領域開展了一系列北斗國際化工作，但由于北斗系統能力和國際業務等多方因素影響，北斗加入相關國際組織和開展國際合作等工作仍面臨很多困難，國際地位有待進一步提升。

2.面臨的形勢

一是服務國家交通戰略，需要把握交通機遇。交通運輸行業現處于基礎設施發展、應用領域擴展、服務水平提高的黃金時期。《交通強國建設綱要》明確提出“大力發展智慧交通，推進北斗衛星導航系統應用”。《數字交通發展規劃綱要》提出“到2025年，交通運輸成為北斗導航的民用主行業，第五代移動通信（5G）等公網和新一代衛星通信系統初步實現行業應用”。在國家戰略的新形勢下，北斗在交通運輸領域的應用發展面臨前所未有的戰略機遇期，相關部門要把握機遇，順應交通發展形勢，切實做好新一代北斗系統的應用推廣，助力數字交通發展和交通強國建設。

二是順應北斗全球組網，需要開展交通先行。“十三五”收官之年，北斗三號全球系統全面建成，全球覆蓋和服務能力進一步完善，成為我國首個面向全球提供公共服務的空間基礎設施。作為北斗導航的民用主行業，交通運輸承擔著北斗三號系統試用先行的重擔，做好北斗三號的應用驗證是推廣北斗應用的形勢所需。在北斗全球組網新背景下，為提高北斗系統的服務能力，相關部門要抓住交通運輸關鍵環節，完善北斗基礎設施、拓展北斗應用領域、增強北斗服務能力，開展創新性應用，推進北斗全球化，使交通運輸領域真正成為北斗系統民用行業的“主用戶”和“先行者”。

三、北斗系統在交通運輸領域的需求展望

北斗系統在交通運輸領域的需求可以從完善基礎設施建設、拓展北斗應用深度與廣度、開展單北斗驗證與應用、深入開展北斗國際合作等方面展開（圖2）。

圖2 北斗系統在交通運輸領域的需求

1.完善北斗基礎設施建設

建設覆蓋全國的北斗精準時空公共服務網絡和北斗高精度多源時空數據專題地圖生產服務平臺，面向交通行業用戶提供衛星導航增強信息分發和專屬高精度位置等服務。通過建設北斗地基增強系統等方式，形成覆蓋行業重點領域的高精度服務網，再逐步形成全面覆蓋、無縫銜接、穩定運行的行業北斗高精度服務體系，率先推動交通運輸行業北斗系統服務能力全面超過GPS。

2.拓展北斗應用深度與廣度

針對交通運輸行業業務需求，繼續發揮示范引領作用，在海上搜救、道路運輸等領域持續擴大北斗應用規模。同時，應加速北斗與新業態的融合發展，開展北斗導航在自由流收費、自動駕駛、車路協同、海上搜救、港口自動化作業、集疏運調度和出行及服務等領域的創新性應用。堅持創新性應用試點先行的策略，開展區域性創新試點，實現北斗系統助力公路里程費改革、保障自動駕駛和車路協同駕駛安全、提供海上搜救應急通信服務、提升港口自動化作業水平、實現貨運調度“一站式”追蹤和為旅客提供“門到門”的定制出行服務，初步滿足北斗在新時代背景下的智慧交通使用需求。

3.開展單北斗驗證與應用

以交通運輸行業用戶體驗為核心，在全國范圍內選擇覆蓋交通運輸領域應用場景，在相關設備上安裝單北斗終端，開展單北斗系統在交通運輸行業動態監管、預警報警、信息服務領域的示范應用，實際驗證單北斗系統行業服務能力，推動實現公務執法、應急救援及航海保障等領域定位導航通信自主可控，形成單北斗系統綜合應用方案，為后續單北斗系統應用推廣提供基礎支撐。

4.深入開展北斗國際合作

在國際海事組織（IMO）、國際搜救衛星組織（COSPAS-SARSAT）、國際民航組織（ICAO）和國際道路運輸聯盟（IRU）等國際組織框架下，深入參與國際政府間合作、國際標準制定和北斗國際化應用等工作。在“一帶一路”倡議引領下，穩步推動北斗走出去，加深與國內外的中國企業的合作，讓北斗系統融入他們的實際業務與工程建設中，使北斗逐步融入海外人民的生活，實現北斗海外規模化和產業化應用。

四、結語

在國家新的戰略和北斗系統全球組網背景下，北斗系統在交通運輸領域的行業應用面臨前所未有的機遇和挑戰。本文總結了北斗系統在交通運輸各領域應用情況，分析了北斗系統在交通運輸領域應用存在的問題，指出在基礎設施建設、應用深度和廣度拓展、單北斗驗證與應用、北斗國際化等方面精準發力，力爭實現交通運輸行業應用與北斗系統建設發展同頻共振。