北斗系統(tǒng)正在為您導(dǎo)航

老局長

多年前我來北京的時候，有段時間住在望京。這是一個出租車司機聽了都會撓頭的目的地，因為里面像個迷宮，對望京不熟悉的司機師傅，為了不耽誤自己拉活的時間，都不愛往里扎，以至于當(dāng)年望京街道辦為了“指路”，還專門建過一批造型頗受爭議的雕像。有人為此去采訪望京街道辦，街道辦宣傳科的員工接受采訪時心態(tài)無比平和，說嗨呀，能指路就行。

在國內(nèi)移動互聯(lián)網(wǎng)剛剛起步的2012—2013年，我們手機里的地圖導(dǎo)航軟件基本都用美國的GPS系統(tǒng)，精度只到道路級。這個精度用在美國的道路規(guī)劃和密集水平之下，或許并沒有太大的問題，但在望京這樣的“迷城”里，它能告訴你哪里有路，但有時可能會讓你走得“不是那么爽快”。

類似的情況，近些年越來越少了。望京不再是“迷城”，像我們手機里的高德地圖已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)車道級的定位精度，不僅能告訴你哪里有路，甚至能知道你在第幾車道，告訴你該不該換道、過馬路。

過去的10年里，國人習(xí)慣了科技進步給我們的生活帶來的變化，但絕大多數(shù)人不知道的是，今天中國的導(dǎo)航定位，已經(jīng)從曾經(jīng)的由美國的GPS 主導(dǎo)，逐漸變?yōu)橛晌覀兊谋倍分鲗?dǎo)了。越來越精確、越來越先進、越來越方便，優(yōu)化我們生活的，不再只是美國的GPS 系統(tǒng)，更多是來自中國的北斗系統(tǒng)。

這看似尋常的一點點改變，是中國幾代航天人、幾代北斗人，用畢生努力，傾盡熱情與青春換來的技術(shù)成果。中國北斗，已經(jīng)將整個民用導(dǎo)航系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)，牢牢掌握在自己手中。

潤物無聲的崛起

2020年6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭成功發(fā)射北斗系統(tǒng)的第55顆導(dǎo)航衛(wèi)星，這是北斗三號的最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。

衛(wèi)星定位導(dǎo)航的原理，是由衛(wèi)星先向地面發(fā)出信號，地面上的設(shè)備接收到信號后，計算信號從發(fā)出到接收所用的時間，再乘以光速，就是地面設(shè)備和這顆衛(wèi)星的距離。計算3個衛(wèi)星和同一個設(shè)備之間的距離，就可以實現(xiàn)對該設(shè)備的定位。

但在光速的參與下，只要出現(xiàn)20～30納秒的誤差，測距的精準(zhǔn)度就會變得非常離譜，所以還需要引入1顆衛(wèi)星單獨保證天地之間時間數(shù)據(jù)的同步，4顆衛(wèi)星就最終構(gòu)成了一個精準(zhǔn)的“時空定位系統(tǒng)”。

對普通人來說，我們最常用的就是手機和車載導(dǎo)航。2020年6月2 3日北斗正式完成組網(wǎng)后不久，高德就曾和華為一起發(fā)布了業(yè)內(nèi)第一個智能手機上的車道級導(dǎo)航服務(wù)，服務(wù)由北斗支持。在那之前，國內(nèi)的地圖導(dǎo)航基本都還只能實現(xiàn)道路級導(dǎo)航。

車道級導(dǎo)航的出現(xiàn)，意味著中國民用導(dǎo)航系統(tǒng)在北斗的支持下，精度已經(jīng)從5～10米的道路級，提高到了1米以內(nèi)的車道級。再直觀一點，就是從只能告訴你這里有路，但搞不清楚你走的是哪個車道，精確到了不僅知道哪里有路，還能知道你走在哪個車道，是否應(yīng)該變道，甚至是在什么時候變道。

支撐車道級導(dǎo)航的是北斗亞米級的高精度定位，這是GPS 達不到的精度水平。到了2022年，高德甚至已經(jīng)可以基于北斗穩(wěn)定精準(zhǔn)的定位能力，通過算力幫助用戶預(yù)測當(dāng)前路口紅燈的倒計時讀秒，從而估計出你需要等待的輪次數(shù)了。

共享單車是另一個國民級別的應(yīng)用案例。相信大家都看過共享單車投放無序、滿街都是的場景，但真到了要找車的時候，經(jīng)常走了半天發(fā)現(xiàn)定位不準(zhǔn)，顯示有車的地方空空如也。你找不到車，維護人員也找不到車，于是運維變成了巨大的難題。后續(xù)在監(jiān)管政策的推動下，整個共享單車行業(yè)都采用了基于北斗系統(tǒng)的高精度電子圍欄，加裝了支持北斗的定位芯片，在城市路況下，定位精度達到3米以內(nèi)，從而規(guī)范了整個共享單車行業(yè)，讓城市回歸了整潔有序，也為大眾提供了更加便利的用車環(huán)境和條件。

另一個車道級定位的重要應(yīng)用，離我們的日常生活也很近。我不知道大家有沒有在高速公路上堵過車，當(dāng)年我有個項目在郊區(qū)，每天去現(xiàn)場都要開4 0分鐘的高速路，過兩個收費站。一旦趕上周末或者早晚高峰，閘口等收費就要花2 0分鐘，兩個收費站的等待時間要比實際車程還長，來回就要多花1個多小時。

而交通運輸部目前已經(jīng)基于北斗的車道級定位，推動開發(fā)了高速公路的自由流項目，精確計量道路使用費用，實現(xiàn)車輛無感收費，首次規(guī)模化應(yīng)用將在海南自貿(mào)區(qū)實現(xiàn)。

說到中國基建，有人會問，能建設(shè)一個系統(tǒng)，把中國的零散貨運（比如長途汽車）、長江及其支流的水運統(tǒng)一起來管理嗎？事實是，中國已經(jīng)有類似系統(tǒng)正在運行。

2011年左右，交通運輸部和原總裝備部聯(lián)合啟動了重點運輸過程監(jiān)控管理示范系統(tǒng)工程，通過與北斗合作，建立“全國道路貨運車輛公共監(jiān)管與服務(wù)平臺”，提升中國道路的貨運安全水平。

這個平臺要求“兩客一?！保糜伟?、三類以上班線客車和危險品運輸車）加裝北斗終端，并接入全國重點營運車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)，進而實現(xiàn)精準(zhǔn)識別重載貨車的實時位置和運行狀態(tài)，將北斗交通大數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合，對危險駕駛行為進行提示糾正，最終有效降低交通事故的發(fā)生概率。截至2021年12月，貨運平臺入網(wǎng)車輛超過700萬輛，是交通領(lǐng)域最大的北斗民用示范工程。

類似的案例可以舉出無數(shù)個。比如金融市場的交易，需要極為精準(zhǔn)且統(tǒng)一的時間，國內(nèi)很多交易系統(tǒng)都在由北斗的導(dǎo)航衛(wèi)星進行精準(zhǔn)授時，從而保證交易的即時性。比如高鐵的時空管理系統(tǒng)，也已經(jīng)完成了北斗對GPS的全面替代。我們普通人的每一次出行，都有北斗導(dǎo)航在無聲無息地為我們保駕護航。

一項技術(shù)真正成熟，并開始大規(guī)模投入應(yīng)用的時候，往往是悄無聲息的。據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布消息說，北斗衛(wèi)星在高德地圖的日均調(diào)用率已超GPS。在不知不覺間，中國的導(dǎo)航定位已經(jīng)從原先的GPS 主導(dǎo)，變?yōu)榱吮倍分鲗?dǎo)。但在了解北斗的過程里，我卻總是希望把北斗的成就喊得大聲一點，再大聲一點。

因為英雄不該無名，英雄就該得到獎賞。

幾代航天人的北斗夢

1985年4月15—18日，在美國華盛頓召開了一個“GPS 全球定位系統(tǒng)國際運用研討會”。在會上，美國軍方宣布了3條GPS可能出現(xiàn)的限制應(yīng)用措施：隨時可能進行區(qū)域性管理，可以降低導(dǎo)航精度，必要時會變更編碼。參會的時任總參謀部測繪局局長卜慶君回來后就向上報告，希望能做中國自己的定位系統(tǒng)，避免以后在關(guān)鍵時刻被卡脖子。

但對當(dāng)時的中國來說，這幾乎是個不可能完成的任務(wù)。要知道，美國1973年開始著手組建GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到1993年系統(tǒng)基本建成時，已經(jīng)花費了200多億美元。而20世紀(jì)8 0年代的中國，經(jīng)濟發(fā)展尚處于起步階段，哪里有多余的錢撥給全球?qū)Ш较到y(tǒng)這種“吞金獸”呢？

做，沒有錢，沒有人，也沒有技術(shù)；不做……1990年海灣戰(zhàn)爭，被美國的總結(jié)報告稱為“GPS 的勝利”；1993年“銀河號”事件，又讓中國經(jīng)歷了巨大的沖擊?！般y河號”事件使當(dāng)時的中國清楚地意識到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的巨大價值。

1994年2月，一份名為《關(guān)于印發(fā)< 雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工程立項報告> 的通知》，宣告了北斗一號的正式立項。

55歲的卜慶君在努力了9年后，終于等來了北斗的上馬；65歲的孫家棟，翻過作為東方紅一號衛(wèi)星技術(shù)總負責(zé)人的人生一頁，被任命為北斗一號工程的總設(shè)計師；而78歲的陳芳允，于5年前完成了“雙星定位”理論的實際驗證，成為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的理論奠基人。

從1994年立項，到2000年發(fā)射北斗一號所需的兩顆衛(wèi)星，第一代北斗人完成的是中國全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)從無到有的突破，讓我國成為世界上第三個擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

如果說北斗一號最難的是立項，那么北斗二號就是一場與時間的賽跑。

因為起步較早，美國和俄羅斯占用了8 0% 的黃金導(dǎo)航頻段，剩下的一小段頻率，在2000年6月被聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟放出來供世界各國平等申請，啟用時限7年，先到先得。簡言之，中國必須在2007年4月17日之前發(fā)射衛(wèi)星，并成功播發(fā)信號。否則，這僅剩的導(dǎo)航頻段使用權(quán)就會被取消，此前的一切努力皆成泡影。

而此時，北斗二號工程才剛剛啟動，導(dǎo)航衛(wèi)星上的“心臟”銣原子鐘還遠遠沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，卻先一步迎來了極為嚴苛的國際禁售。留給中國人攻克這項技術(shù)的時間只有兩年。2007年4月14日4時1 1分，首顆北斗二號衛(wèi)星發(fā)射升空，卻幾乎沒有歡呼聲傳來。因為此時距離頻段使用權(quán)被收回的4月17日，只剩下88小時，而在軌調(diào)試通常需要7天。

信號沒有傳回，誰也沒有歡呼的心情。焦灼的等待持續(xù)到了4月17日晚上8點，控制中心的接收機界面突然跳動，北斗二號衛(wèi)星在發(fā)射80多個小時之后，終于傳回了第一組清晰的信號。此時距離國際電聯(lián)規(guī)定的頻率啟用最后期限，還不到4小時。北斗幾乎是在大門關(guān)閉的最后一刻，擠進了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的俱樂部。

10年后，另一個人也經(jīng)歷過同樣焦灼的等待，那個人就是北斗三號的總設(shè)計師林寶軍。

那一天，衛(wèi)星在太空只用了16秒就穩(wěn)住了姿態(tài)，林寶軍卻說，這么多年都等了，不在乎這幾分鐘，于是一直等到原計劃的第8分鐘，才向衛(wèi)星發(fā)出了帆板展開指令。導(dǎo)航設(shè)備開機的時候，林寶軍給接收信號的陜臺打電話，說：“咱那個開（機）了嗎？”對方答：“開了?！绷謱氒娪謫枺骸靶盘栂聛砹藛?？”“下來了。”“星呢？”（衛(wèi)星信號呢？）“星也下來了，很好。”沒有人看到，林寶軍的眼淚在那一刻嘩地流了下來。

因為，直到聽到那句“很好”，林寶軍才終于確定：不會不成了，北斗三號首發(fā)星的一切都成了。

從2017年11月開始，中國以100% 的成功率，在32個月中，發(fā)射了30顆北斗三號組網(wǎng)星、2顆北斗二號備份星，以月均1顆衛(wèi)星的速度，創(chuàng)造了世界導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射的新紀(jì)錄。

北斗三號完成全球組網(wǎng)的時候，很少有人知道，全國有400多家單位、30余萬名科研人員參與其中。那一天距離卜慶君赴美參加那場GPS研討會，已經(jīng)過去了35年；距離陳芳允先生提出的雙星定位構(gòu)想，過去了37年；距離北斗一號工程立項，過去了26年。中國終于建成了屬于我們自己的自主全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

終端遷移里的時代機遇

在中國之前，美國與俄羅斯的全球?qū)Ш较到y(tǒng)都是按照一步到位的方式建立的，但中國考慮到自身所能投入的有限的資源，以及自身的人才和技術(shù)儲備，最終選擇了分階段進行系統(tǒng)的上線，簡稱“三步走”戰(zhàn)略：

第一步，北斗一號完成從無到有，在中國實現(xiàn)區(qū)域衛(wèi)星定位零的突破；

第二步，北斗二號完成進階任務(wù)，覆蓋亞太，實現(xiàn)定位、導(dǎo)航、測速、授時、通信等綜合功能；

第三步，北斗三號完成全球組網(wǎng)，進一步實現(xiàn)上述功能的完善和進階。

上線的過程，也伴隨著地面應(yīng)用的不斷發(fā)展。一個系統(tǒng)不用，就沒有了其存在的意義，只有用起來，才能真正體現(xiàn)價值。

而地面應(yīng)用的基礎(chǔ)，首先需要定位芯片的支持。智能手機作為使用最廣泛的導(dǎo)航定位終端，在其中起到了巨大作用。在芯片不占主導(dǎo)地位的情況下，過去20年，中國手機市場的大爆發(fā)，以及消費電子產(chǎn)業(yè)與華為、小米、OPPO、VIVO 等一大批手機終端廠商突飛猛進的發(fā)展，推動了三星、高通等基帶芯片廠商對北斗系統(tǒng)的硬件支持，為北斗系統(tǒng)地面應(yīng)用的順利鋪開帶來了巨大的時代機遇。

2014年1月，三星電子宣布GALAXY Note 3國行版的兩個型號（N9006 和N9008V）正式支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這也是首款支持全球三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯和中國的北斗）的智能手機，奠定了導(dǎo)航系統(tǒng)在智能手機上的競爭基調(diào)：各憑本事，誰強用誰。世界四大全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)：美國的GPS，俄羅斯的格洛納斯，歐洲的伽利略和中國的北斗，哪個系統(tǒng)的信號質(zhì)量更好、反應(yīng)更快，你的手機就會優(yōu)先調(diào)用哪個系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。

而在中國，乃至整個亞太，北斗系統(tǒng)無論是衛(wèi)星數(shù)量，還是信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，都有著明顯的優(yōu)勢。

根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布的高德地圖基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)：截至2022年11月，高德地圖調(diào)用北斗衛(wèi)星日定位量已超過2100億次，北斗調(diào)用率在所有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中居于首位。

而高德地圖發(fā)布的車道級導(dǎo)航服務(wù)，應(yīng)用北斗系統(tǒng)亞米級的高精度定位技術(shù)，結(jié)合參考站修正信息，經(jīng)過融合和解算后，實現(xiàn)定位精度從5～10米的道路級，精確到1米以內(nèi)的車道級。這也是國內(nèi)首個可完全在智能手機上實現(xiàn)的車道級導(dǎo)航服務(wù)。在同時支持北斗和其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的手機用戶中，高德地圖平均每次定位所調(diào)用的衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星的數(shù)量占比最高，比排名第二位的GPS多出了30%。

曾經(jīng)不支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的蘋果手機，因為只依賴GPS和格洛納斯，在中國市場上以導(dǎo)航不準(zhǔn)而飽受詬病，最終在2020年的iPhone12上宣布支持北斗。2022年上半年，我國境內(nèi)申請入網(wǎng)的智能手機中，有128款支持北斗定位，其出貨量占上半年總出貨量的98% 以上。

可以說，至少在中國，我們已經(jīng)通過最公平的競爭，奪回了中國民用導(dǎo)航系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)。今天，在中國范圍內(nèi)，手機地圖導(dǎo)航定位已經(jīng)全面實現(xiàn)了北斗主導(dǎo)。而在國際上，北斗也正逐步取得舉足輕重的地位，相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)已輸出到120余個國家和地區(qū)。

北斗地面應(yīng)用的初步推廣，得益于上一輪以手機為主要節(jié)點的終端遷移；而北斗未來的廣闊前景，必將來自以智能汽車為主要節(jié)點的新一輪的終端遷移。

以特斯拉為例，當(dāng)年剛進入中國時，自動駕駛的表現(xiàn)飽受詬病，主要原因就是其導(dǎo)航定位依賴谷歌地圖和GPS，精度和準(zhǔn)度不能滿足自動駕駛的需要。而中國新一代車企，如蔚來、小鵬、理想，則大多使用的是高德等中國的地圖軟件，調(diào)用的是北斗的車道級精度導(dǎo)航數(shù)據(jù)。這種高精度的定位，有著極為廣闊的應(yīng)用前景。

比如青島港，在偌大的碼頭上，無人駕駛的全自動引導(dǎo)車、全自動空軌運輸系統(tǒng)，都由北斗提供定位支持，最高定位精度可以達到2厘米，全程自動進行集裝箱的裝卸和運輸。在青島港，只需要9個遠程操控的技術(shù)工人，就可以取代傳統(tǒng)碼頭需要80多個工人才能完成的工作。

全球80% 的貿(mào)易都是通過海運來完成的，而世界上最忙碌的10個港口里，有6個都在中國。而未來港口發(fā)展的智能化解決方案，基礎(chǔ)就在于導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精度和反應(yīng)速度。北斗在青島港的應(yīng)用，和對無人駕駛引導(dǎo)車提供的導(dǎo)航支持只是一個縮影，終端遷移帶來的下一個時代機遇，被北斗牢牢地抓在了我們自己手里。

中國北斗，仁者之劍

就像手機的主流操作系統(tǒng)，有安卓和iOS兩大系統(tǒng)并存一樣，我們認為，中國未來努力的方向，是在世界上促進形成更加多元的操作系統(tǒng)模式。

在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，已經(jīng)有了這種模式的雛形，比如美國有Meta，中國有騰訊；美國有亞馬遜，中國有阿里巴巴；美國有谷歌，中國有百度；美國有Uber，中國有滴滴。中國的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，在美國之外形成了一套獨立的產(chǎn)業(yè)體系，并且頗有獨到之處，在國際上也相當(dāng)有競爭力。

而在其他領(lǐng)域，中國正在建立一套獨立的普適性標(biāo)準(zhǔn)，比如美國有GPS，中國有北斗，而且性能優(yōu)異，甚至在某些領(lǐng)域、某些功能上，具有很強的不可替代性。

對中國來說，就是要堅持高水平對外開放，同世界分享發(fā)展機遇，以更高質(zhì)量的發(fā)展為全球注入更多發(fā)展動能，推動建設(shè)開放型世界經(jīng)濟，從而更好地惠及世界各國人民。

中國古代十大名劍里，排名第一的是軒轅，并不是湛盧，但林寶軍用湛盧來形容北斗，因為湛盧是仁者之劍。他說，中國人建造北斗，并不是為了稱霸，而是為了造福。這句話或許正好印證了這一寫入中國人骨血的文化精神內(nèi)核——

窮則獨善其身，達則兼濟天下。

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