“北斗+5G”相互賦能的應(yīng)用前景

摘要：利用載波相位差分定位的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全球、全天候的精準(zhǔn)定位和授時(shí)服務(wù)，在距離電磁場(chǎng)較近、室內(nèi)、橋梁隧道中沒(méi)有穩(wěn)定信號(hào)，5G具有容量大、速率高、功耗低、毫秒級(jí)低延時(shí)、高可靠、海量連接的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有5G 信號(hào)的地方通訊功能也無(wú)法保證，北斗的短報(bào)文通信功能可以彌補(bǔ)沒(méi)有5G信號(hào)到達(dá)不了的區(qū)域，5G助力北斗衛(wèi)星導(dǎo)航解決“最后一公里”問(wèn)題。北斗、5G二者融合應(yīng)用，將打造一個(gè)從天上到地下全范圍覆蓋的信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展，兩者技術(shù)融合應(yīng)用在交通、公共安全、工農(nóng)機(jī)械、無(wú)人系統(tǒng)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等多個(gè)領(lǐng)域，為我們打開(kāi)智慧生活的大門(mén)，社會(huì)民生的各種服務(wù)水平與能力也將大幅度提升。

關(guān)鍵字：北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng);5G;自動(dòng)駕駛;地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

2020年疫情特殊時(shí)期，政府和企業(yè)使用無(wú)人機(jī)、無(wú)人柜等新技術(shù)做保障，希望解決人與人免于親密接觸還能夠?qū)崿F(xiàn)物品送遞的問(wèn)題。但是實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，位置精度和速度上并沒(méi)有達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，相關(guān)服務(wù)頻頻“卡殼”，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)、無(wú)人柜投送服務(wù)體驗(yàn)不好。隨著科技的發(fā)展和投送需求的增長(zhǎng)，對(duì)位置的精度、時(shí)間上的傳輸速度都提出了更高要求，若無(wú)法保障，肯定會(huì)導(dǎo)致智慧匹配不佳。而利用載波相位差分定位的北斗導(dǎo)航目前突破厘米級(jí)定位精度，這種高精度定位需要有大量密集的基準(zhǔn)站支持，距離基準(zhǔn)站越近，附近基準(zhǔn)站越多，定位精度越高越穩(wěn)定。實(shí)際情況是目前北斗基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)覆蓋不夠密集，甚至有的地方基準(zhǔn)站與終端用戶的距離超過(guò)10公里，如火如荼的5G能和北斗相互賦能將發(fā)揮巨大作用。

1.“北斗+5G”技術(shù)融合

1.1北斗和5G優(yōu)缺點(diǎn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)從深空到深海、從個(gè)人到萬(wàn)物的基準(zhǔn)導(dǎo)航定位，從2020年組網(wǎng)完成后可提供面向全球的高精度時(shí)空基準(zhǔn)。北斗獨(dú)樹(shù)一幟的短報(bào)文功能，能夠?qū)崿F(xiàn)其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，即便在沒(méi)有地面通信信號(hào)，北斗也能夠通過(guò)短報(bào)文發(fā)送位置數(shù)據(jù)到服務(wù)中心，汶川地震發(fā)生時(shí)這一功能起到了重大作用。裝有北斗的戶外終端現(xiàn)在都有防水、防摔功能，有利于用戶在遇險(xiǎn)時(shí)隨時(shí)都可正常使用。

盡管北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，也存在定位盲區(qū)的缺陷，目前還無(wú)法突破室內(nèi)、橋洞等信號(hào)被遮擋也能夠精確定位的問(wèn)題。除了信號(hào)遮擋外，受到惡劣的電磁環(huán)境、陰雨天氣等外部環(huán)境干擾的時(shí)候，衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量和定位跟蹤的穩(wěn)定性都不可避免受到很大影響。

5G具有容量大、速率高、功耗低、毫秒級(jí)低延時(shí)、高可靠、海量連接的優(yōu)點(diǎn)，我們都知道沒(méi)有5G 信號(hào)的地方通訊功能也無(wú)法保證。截至2021年6月底，中國(guó)移動(dòng)己開(kāi)通5G基站超50萬(wàn)個(gè)，全國(guó)通信基站數(shù)超過(guò)500萬(wàn)個(gè)。

1.2 “北斗+5G”相互賦能優(yōu)勢(shì)

依托豐富的移動(dòng)通信基站資源，融合建成的數(shù)千國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航基準(zhǔn)站，就能構(gòu)建全球最大的高精度定位網(wǎng)。北斗+5G的融合創(chuàng)新應(yīng)用，可以互相彌補(bǔ)北斗和5G各自的缺陷，隨著5G建設(shè)如火如荼地推進(jìn)，越來(lái)越多的基準(zhǔn)站遍布全國(guó)各地各個(gè)角落，可為高精度測(cè)量提供支撐，從而有效彌補(bǔ)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航室內(nèi)場(chǎng)景覆蓋不足、傳輸不力的問(wèn)題。北斗+ 5G發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，北斗可解決5G“遠(yuǎn)傳不足”瓶頸，通過(guò)北斗的短報(bào)文通信功能可以覆蓋 5G 信號(hào)到達(dá)不了的區(qū)域，5G助力北斗解決“最后一公里”問(wèn)題，二者融合應(yīng)用，將打造一個(gè)從天上到地下全范圍覆蓋的信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)——北斗彌補(bǔ)5G信號(hào)到達(dá)不了的高山、大海區(qū)域;5G則提高北斗在室內(nèi)、地下定位的信息傳輸能力[1]。

1.3“北斗+5G”應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

我國(guó)5G移動(dòng)基站建設(shè)將全面使用北斗授時(shí)，北斗授時(shí)比其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度高。5G使用更大的帶寬、多天線、組網(wǎng)密集，為高精度室內(nèi)定位提供了有利支撐。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與5G通信技術(shù)融合，定位技術(shù)的核心是數(shù)據(jù)集聚分析和支持多場(chǎng)景的綜合應(yīng)用，面向高精度時(shí)空數(shù)據(jù)收集、組織、管理和分析的方法、原理和軟硬件工具方面都將有所突破，比如“北斗+5G”的融合定位導(dǎo)航架構(gòu)、5G增強(qiáng)型基站與北斗的協(xié)同定位、兩個(gè)技術(shù)融合的一體化應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)和構(gòu)建融合位置服務(wù)平臺(tái)[2]。

2.“北斗+5G”的融合應(yīng)用

北斗系統(tǒng)作為建設(shè)的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，5G與北斗精準(zhǔn)協(xié)同來(lái)向用戶提供高可靠性的時(shí)空信息，未來(lái)幾年內(nèi)一定能夠?qū)崿F(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)互通。兩者結(jié)合助力人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展，也為信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域賦予創(chuàng)新力，一些新興科技領(lǐng)域也將擁有新的發(fā)展空間。

2.1導(dǎo)航定位和自動(dòng)駕駛應(yīng)用

通過(guò)5G加速北斗定位、增強(qiáng)北斗信息，用戶可以實(shí)現(xiàn)高精度定位，定位精度達(dá)到秒級(jí).在車庫(kù)、隧道、室內(nèi)等衛(wèi)星信號(hào)受影響的地方，借用5G通信網(wǎng)絡(luò)和慣導(dǎo)技術(shù)，仍然可繼續(xù)為用戶提供導(dǎo)航定位服務(wù)。自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)等新興行業(yè)對(duì)高精度定位、精準(zhǔn)導(dǎo)航要求很高，為推進(jìn)車輛管理、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛、自動(dòng)泊車等交通領(lǐng)域發(fā)展，為了提升用戶體驗(yàn)，構(gòu)建全天候、全天時(shí)、全地理的精準(zhǔn)時(shí)空服務(wù)體系就顯得十分重要。當(dāng)前的北斗定位技術(shù)能夠解決車輛的精準(zhǔn)路徑識(shí)別，加入5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入，車輛行駛的路徑信息可以高效識(shí)別和高清數(shù)據(jù)快速上傳，解決了通行費(fèi)實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)通知駕車人，所以越來(lái)越多的高速路收費(fèi)站ETC被取代。

2.2地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

利用5G移動(dòng)基站資源和邊緣計(jì)算技術(shù)，結(jié)合北斗衛(wèi)星的短報(bào)文功能，大大解決了窄帶物聯(lián)網(wǎng)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中覆蓋率不足的問(wèn)題，達(dá)到邊遠(yuǎn)地區(qū)也能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的目的，根據(jù)試點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示在降低成本的同時(shí)，全面服務(wù)、全面覆蓋地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)成為可能。針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，結(jié)合運(yùn)營(yíng)商信息實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)，可對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害情況實(shí)時(shí)模擬，有利于提前預(yù)判預(yù)警，對(duì)災(zāi)區(qū)人員信息進(jìn)行精準(zhǔn)分析，并將預(yù)警及時(shí)推送有關(guān)部門(mén)，降低人員傷亡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置信息和人員信息動(dòng)態(tài)管理，尤其有效避免二次人員傷亡[3]。

2.3社會(huì)民生

北斗+5G是以“導(dǎo)航十通信”服務(wù)一體化為切入點(diǎn)，未來(lái)將高精度定位和實(shí)時(shí)信息服務(wù)推廣應(yīng)用到所有的手機(jī)終端和物聯(lián)網(wǎng)終端。終端硬件逐漸向小型化、輕量化、低功耗、低成本發(fā)展，北斗+5G應(yīng)用正在逐漸走入社會(huì)民生。高精度定位和通信基站定位相結(jié)合，在手機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)位置服務(wù)，所以導(dǎo)航、位置分享等變得更加高效精準(zhǔn)，以后不會(huì)出現(xiàn)車找人、人找車的情況。5G為核心的高并發(fā)通信技術(shù)將提供實(shí)時(shí)萬(wàn)物互聯(lián)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度不斷提升以及芯片性能價(jià)格進(jìn)一步穩(wěn)定，兩者技術(shù)融合將廣發(fā)應(yīng)用在交通、公共安全、工農(nóng)機(jī)械、無(wú)人系統(tǒng)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域。各種新技術(shù)的加持，為我們打開(kāi)智慧生活的大門(mén)[4]。

5G帶來(lái)虛擬空間的拓展，北斗作為物理空間的拓展，通過(guò)虛擬空間與物理空間的融合，只要人們所能夠想象到的服務(wù)，都能夠隨時(shí)觸手可及，帶來(lái)的是有智慧、有溫度的城市和生活，在人工智能的加持下兩者技術(shù)融合不斷加深過(guò)程中，社會(huì)民生的各種服務(wù)水平與能力也將大幅度提升[5]。

3.“北斗+5G”應(yīng)用挑戰(zhàn)與發(fā)展建議

3.1解決信息孤島

盡管我們已經(jīng)處在高度信息化時(shí)代，“應(yīng)用孤島”現(xiàn)象還是普遍存在。比如當(dāng)疫情突襲時(shí)，我們國(guó)家或政府急需建立一個(gè)地理信息系統(tǒng)，由于運(yùn)營(yíng)商之間的數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，信號(hào)和數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法整合。原因是行政部門(mén)還是產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域用的寬帶來(lái)自不同通信運(yùn)營(yíng)商，難以整合在一起。我們知道三大運(yùn)營(yíng)商運(yùn)用5G的條件、標(biāo)準(zhǔn)都有所不同，這樣的“信息孤島”不利于“北斗+5G”深入推廣應(yīng)用。除此之外，還有一個(gè)問(wèn)題存在：北斗衛(wèi)星應(yīng)用地面站的信號(hào)開(kāi)放程度在各個(gè)地方存在差異。有些經(jīng)濟(jì)落后的偏遠(yuǎn)地區(qū)，和大城市相比，5G布網(wǎng)和衛(wèi)星導(dǎo)航條件都差距較大，在開(kāi)展數(shù)字化建設(shè)時(shí)需要關(guān)注到偏遠(yuǎn)地區(qū)，最后是一些政策對(duì)民用市場(chǎng)開(kāi)放程度不夠，企業(yè)進(jìn)入北斗導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)受限。

3.2保證用戶隱私與數(shù)據(jù)安全

人們往往比較關(guān)注技術(shù)的變革和發(fā)展，而忽略了地理位置數(shù)據(jù)和用戶信息數(shù)據(jù)的管理與保護(hù)，比如面對(duì)有些應(yīng)用要求用戶上報(bào)高精度定位信息，無(wú)法保證用戶隱私與數(shù)據(jù)安全。尤其是全面開(kāi)放定位服務(wù)后，必然會(huì)涉及到用戶隱私問(wèn)題，與數(shù)據(jù)安全、用戶隱私有關(guān)的工作，應(yīng)該格外慎重。

參考文獻(xiàn)

[1]吳勇毅.北斗+5G開(kāi)啟產(chǎn)業(yè)融合新紀(jì)元[J].上海信息化，2020（09）.

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[3]蔣杰.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)+NB-IoT技術(shù)在5G時(shí)代的應(yīng)用前景[J].中國(guó)科技信息，2020年第16期.

[4]馬繼華.北斗與5G的天作之合將成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展新引擎[J]，通信世界，2020（07）.

[5]黃剛.中國(guó)移動(dòng)發(fā)布全球最大的“5G+北斗高精定位”[J].中國(guó)測(cè)繪，2020（10）.

作者簡(jiǎn)介：

王曉芳，女（1978.08-），漢族，山東菏澤人，陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院教師，教授，研究方向：工程測(cè)繪技術(shù)。