堅定北斗報國心 織就時空服務網(wǎng)
——記中國科學院國家授時中心研究員涂銳及其科研團隊

李明麗

涂銳

2021年9月16日，國家主席習近平在首屆北斗規(guī)模應用國際峰會致賀信。他指出，自去年7月“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)開通服務以來，北斗系統(tǒng)在全球一半以上國家和地區(qū)推廣使用，北斗規(guī)模應用進入市場化、產(chǎn)業(yè)化、國際化發(fā)展的關鍵階段。同時，習近平主席強調(diào)，北斗系統(tǒng)造福中國人民，也造福世界各國人民。中國愿同各方一道，推動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設、推進北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共享北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)成果，促進全球衛(wèi)星導航事業(yè)進步，讓北斗系統(tǒng)更好地服務全球、造福人類。

北斗不僅是中國的北斗，也是世界的北斗。在全球數(shù)字化發(fā)展日益加快，時空信息、定位導航服務成為重要的新型基礎設施現(xiàn)狀下，中國科學院國家授時中心研究員涂銳就擔負起這一國家使命，和研究團隊一起將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的相關技術，服務于“一帶一路”沿線國家。2021年10月8日，由中國科學院國家授時中心牽頭，中國科學院中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心、塔吉克斯坦科學院、塔吉克斯坦緊急情況與民防委員會等單位共同參與的研究項目取得了圓滿成功。作為項目的總負責人，涂銳領導團隊在塔吉克斯坦的薩雷茲湖大壩上建成首個基于北斗技術的大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)，可提供實時毫米級變形監(jiān)測服務。這項成果，也是北斗系統(tǒng)高質(zhì)量服務全球、造福人類的成功案例。

國際援助——北斗走進塔吉克斯坦

隨著我國北斗導航衛(wèi)星的強勢崛起，越來越多的國家選擇與中國進行合作，中國國產(chǎn)北斗基礎產(chǎn)品更是出口到了120多個國家和地區(qū)。塔吉克斯坦位于絲綢之路的十字路口，幾千年以來一直是歐亞經(jīng)貿(mào)、文化和人文合作的重要組成部分，在“一帶一路”的目標倡議下，中國和塔吉克斯坦多年來進行了一系列密切交流與合作。而涂銳及其科研團隊的研究項目就是基于我國在北斗系統(tǒng)研究中所積累的技術優(yōu)勢，為塔吉克斯坦的薩雷茲湖大壩的安全監(jiān)測開展國際技術援助。

薩雷茲湖位于塔吉克斯坦東部海拔3263米的帕米爾地區(qū)，是1911年2月18日該地區(qū)發(fā)生強烈地震后形成的天然湖泊，也是世界上海拔最高的堰塞湖。近年來，因地震及其他原因引發(fā)薩雷茲湖山巖崩塌現(xiàn)象時有發(fā)生，湖區(qū)右岸沿著穆茲科爾山脈有一條長約2公里的構(gòu)造裂縫，也存在山體崩塌危險。英國媒體在2007年將薩雷茲湖的可能潰決列為全球十大潛伏致命自然災害之一，聯(lián)合國秘書長古特雷斯也曾前往塔吉克斯坦視察該湖的情況。

據(jù)地震學家研究，塔國境內(nèi)再次發(fā)生類似1911年大地震的間隔期為80～120年，目前已有進入地震活躍期的跡象。根據(jù)聯(lián)合國的說法，如果發(fā)生潰壩，這會是歷史上最嚴重的自然災害。受害的不僅是塔吉克斯坦，還有其下游的阿富汗、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦等國共600多萬人口，并會嚴重破壞中亞地區(qū)生態(tài)環(huán)境，損失不可估量。

薩雷茲湖一直是塔吉克斯坦歷屆政府和聯(lián)合國重點關注的國際生態(tài)問題，其安全問題急需國際援助。在這一背景下，涂銳肩負起這一重任，在研究團隊十多年來進行北斗攻堅的基礎上，結(jié)合薩雷茲湖惡劣環(huán)境條件，開始了薩雷茲湖變形監(jiān)測系統(tǒng)的研制工作。

攻堅克難——成功建立薩雷茲湖變形監(jiān)測系統(tǒng)

擺在涂銳團隊面前的任務遠比想象中艱巨。薩雷茲湖位于塔吉克斯坦軍事禁區(qū)，最大困難就是沒有交通，沒有供電，沒有網(wǎng)絡，如想建立相關的監(jiān)測系統(tǒng)，必須要自行解決電的問題以及網(wǎng)絡的問題。除此之外，所研發(fā)的硬件系統(tǒng)還要便于運輸與安裝，才能在惡劣的自然環(huán)境下，順利完成相關科研任務。在準確分析團隊所面臨的科研難題之后，涂銳便領導團隊開始了一系列科研攻關。

2021年4月初，薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)項目組在我國新疆阜康站建設部署模擬測試系統(tǒng)。4月26日，該系統(tǒng)正式運行，進入集成測試階段。期間，涂銳團隊模擬了長時間斷電、通信鏈路丟失與自動恢復、供電系統(tǒng)遠程監(jiān)測、數(shù)據(jù)實時傳輸與精密解算等，分析測試期間故障原因，改進、升級與完善監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件。

通過不斷探索，涂銳團隊實現(xiàn)了基于薩雷茲湖變形監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件的自主創(chuàng)新，其硬件系統(tǒng)具備低功耗且重量很輕的特性，十分便于運輸。而針對供電問題，他們結(jié)合薩雷茲湖大壩光照較強的特性，采取光伏供電以及電池長期存儲的方式，保證系統(tǒng)在3個月的陰雨或冰雪期保持連續(xù)供電。經(jīng)過一個多月的野外運行，項目組驗證了監(jiān)測系統(tǒng)實施方案的可行性，完成了測試工作目標。

硬件和軟件設備準備完好之后，下一步便是運輸工作。因為新型冠狀病毒肺炎疫情，涂銳團隊研發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)必須在國內(nèi)完成設計和測試工作，在滿足安裝簡單、無人值守、穩(wěn)定運行等要求后，需將設施郵寄到塔吉克斯坦進行實地安裝集成。當時塔吉克斯坦國內(nèi)只有一架可以使用的直升機進行設備運輸，但是因為這架直升機忙于國內(nèi)的應急救援，一直抽不出時間安排，因此涂銳團隊不得不采取人工運輸。

為了配合設備的運輸工作，塔吉克斯坦動用了40頭軍驢、30名軍人、10位科學家，歷時10天才將相關裝備成功運輸?shù)酱髩紊稀！爱敃r已經(jīng)到了冬季的9月份，薩雷茲湖已經(jīng)進入了冰凍期，浩浩蕩蕩的隊伍向山上進軍，人和牲畜都經(jīng)歷了巨大考驗。”涂銳說。因為無法親臨現(xiàn)場指導設備的安裝，涂銳團隊為保證項目順利完成，設計了詳細的實施方案和故障排除預案，并在中國科學院新疆阜康荒漠生態(tài)國家野外科學觀測研究站進行了全面、系統(tǒng)的真實野外環(huán)境測試。在這一過程中，他們只能通過北斗短報文的功能了解到相關項目的進展，最終在他們的精心部署以及不斷努力下，成功建成了基于薩雷茲湖的變形監(jiān)測系統(tǒng)。

涂銳介紹道：薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)是針對塔吉克斯坦薩雷茲湖Usoi大壩特殊惡劣環(huán)境定制的大壩變形實時監(jiān)測系統(tǒng)，由北斗一體化監(jiān)測終端、太陽能光伏供電模塊、區(qū)域網(wǎng)絡傳輸和VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡通信模塊、實時數(shù)據(jù)精密解算模塊4部分構(gòu)成，具備北斗數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、解算與分析功能，進而實現(xiàn)壩區(qū)基準站的穩(wěn)定性監(jiān)測和壩體監(jiān)測點的變形監(jiān)測服務，為大壩的安全提供重要科學參考。

為進一步推進和推廣北斗應用，結(jié)合橋梁、尾礦、滑坡、樓宇、大壩等廣泛的變形監(jiān)測需求，涂銳團隊還基于薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)研制并推出“一帶一路”北斗泛在變形監(jiān)測服務平臺，可為用戶提供北斗實時高精度變形監(jiān)測數(shù)據(jù)解算技術服務。而薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)的建成，不僅是北斗走向國際的成功案例，更是助推中國與中亞國家合作全面深化發(fā)展的里程碑。

結(jié)緣北斗——十年磨一劍的成長積淀

作為薩雷茲湖大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)的項目總負責人，涂銳負責著與塔方的交流溝通、項目的方案設計及具體的技術攻關和實際落地。談及項目的成功，涂銳頗為感慨：“其實技術攻關并不是今年這么短的時間內(nèi)就一蹴而就的，這是我們十年來技術積累的集中發(fā)力。”不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江海。如今，回想起自己與北斗領域的研究結(jié)緣、成長的歷程，涂銳仍十分感慨這份際遇的神奇。

涂銳出生于20世紀80年代，在他的中學時期，社會網(wǎng)絡信息資源仍不太發(fā)達，因此在大學選專業(yè)時并沒有很多有效的信息參考。因為憧憬于西安古都的美好，又被長安大學的名字所吸引，涂銳報考了長安大學，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)被調(diào)劑到了并不是自己首選的測繪工程專業(yè)，而衛(wèi)星導航技術作為測繪工程中一個新的空間技術，涂銳在循序漸進的學習探索中，逐漸對其產(chǎn)生了濃厚的興趣。

本科畢業(yè)后，本想?yún)⒓庸ぷ鞯耐夸J，獲得了學校的研究生推免名額，品學兼優(yōu)的他，以復試第一名的成績脫穎而出，順利拿到了推免資格，開始在長安大學繼續(xù)攻讀碩士學位。在導師的引領下，涂銳在碩士三年級時就已經(jīng)在研究領域發(fā)表了10多篇科研論文，展現(xiàn)了極高的研究天賦。碩士畢業(yè)后，涂銳得到了國家留學基金委的公派資格，前往德國攻讀博士學位。涂銳僅用3年就完成了原本4年制的學業(yè)，并于2014年11月順利獲得了德國波茨坦地學中心和波茨坦大學博士學位。在高精度、高質(zhì)量、高安全的時空信息智能化感知與創(chuàng)新應用方向積累了大量研究經(jīng)驗的背景下，涂銳最大的愿望就是用自己掌握的科研技術盡快回報祖國。

中國科學院國家授時中心從2002年就開始承擔北斗一期、二期的建設工作，承擔了我國北斗很多大項目、大技術攻關工作。在導師的推薦下，涂銳來到了中國科學院國家授時中心，投身于我國北斗項目的技術攻關中，開展了一系列創(chuàng)新性科研探索。

為國而研——扎根北斗的無止境探索

“我們身處在最好的時代中，剛好碰到國家大力發(fā)展北斗的時期。”涂銳時常這樣感慨。在涂銳看來，北斗系統(tǒng)是我國迄今為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務性能最高、與百姓生活關聯(lián)最緊密的巨型復雜航天系統(tǒng)。能夠親身參與到這項世界級工程中，涂銳深感自豪。在中國科學院國家授時中心，涂銳參與了多項國家級科研項目。

北斗地基增強系統(tǒng)是一套可以使北斗定位精度達到厘米級的系統(tǒng)，于2014年9月正式啟動研制建設。其成功建設對提升北斗系統(tǒng)服務質(zhì)量，加速推進北斗衛(wèi)星導航應用與產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。在2015年回國之后，涂銳就全身心參與到了這一項目研究中。“這個項目是北斗系統(tǒng)中的一個重大專項，其中所涉及的一些關鍵技術，都是我們展開科研攻關的核心。”涂銳說。而他所參與的北斗地基增強系統(tǒng)，現(xiàn)如今已經(jīng)基本上覆蓋了中國的每一寸土地。

近年來，中國、美國等主要衛(wèi)星導航國家瞄準更高服務精度、更加多樣功能、更加可靠服務，正在著手開展新一代系統(tǒng)建設和新一輪競技。低軌衛(wèi)星（LEO）以其星座和信號的獨特優(yōu)勢，逐步受到世界衛(wèi)星導航領域的關注和青睞，有望成為新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展的新增量。“低軌衛(wèi)星可以作為通信衛(wèi)星，幫我們轉(zhuǎn)發(fā)一些增強信息。除此之外，它也能發(fā)射導航信號，增加我們的導航信息。其將‘導’和‘通’的優(yōu)勢相結(jié)合，會使北斗的性能越來越好。”涂銳說。

在北斗低軌增強系統(tǒng)研制中，涂銳及團隊主要在地面應用部分進行研究探索。在這一領域中，他們將研究低軌增強北斗測量型接收機終端技術，研制原型樣機；攻關信息增強和信號增強融合定位技術，實現(xiàn)快速精密定位；研制云端/終端低軌增強北斗的工程化定位軟件，實現(xiàn)實時定位解算處理等，立志在這一領域中為祖國作出更多突出的科研貢獻。

團隊合影

薪火相傳，生生不息。科研精神、北斗精神需要代代傳承。2020年，習近平總書記在出席“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成暨開通儀式時，曾指出：26年來，參與北斗系統(tǒng)研制建設的全體人員迎難而上、敢打硬仗、接續(xù)奮斗，發(fā)揚“兩彈一星”精神，培育了新時代北斗精神，要傳承好、弘揚好。在這一背景下，涂銳也堅定承擔起了人才培養(yǎng)的使命。

在涂銳看來，人才的培養(yǎng)也要與時俱進。“現(xiàn)在的時代對學生的要求已經(jīng)不只是考試能力強、動手能力強，其解決問題的實踐能力以及交流適應能力也十分重要。”他說。身處于信息時代，學生們獲取的資訊比之前更多，思想也更加成熟，老師不能用傳統(tǒng)方式去給學生灌輸思想，而是要更多體會到學生的需求，挖掘?qū)W生的天賦，把他們培養(yǎng)成社會需要的人才，讓他們在各行各業(yè)發(fā)揮自己所長，將北斗精神傳播到各個領域中。

“積力之所舉，則無不勝也；眾智之所為，則無不成也。”北斗這項世界級工程，必須充分發(fā)揮集中力量辦大事的制度優(yōu)勢。在“十四五”的發(fā)展背景下，涂銳團隊還將面向低軌增強的精密定位定時技術及應用這一方向，將自己的研究生根，立志在低軌增強地面應用系統(tǒng)的核心軟件研制中打造屬于中國科學院國家授時中心的團隊顏色，實現(xiàn)“1分鐘1分米1納秒”的精準時空信息服務，最終得到社會的認可。時空令人遐想，未來更加可期。今后，涂銳還將和團隊成員一起以奮發(fā)有為的精神狀態(tài)、不負韶華的時代擔當，將北斗這張“國家名片”打造得更為閃耀。