惠泽天下的“北斗”之光

报告船只位置和船上人员的情况。目前，我国已经有近10万艘出海渔船都安装了“北斗”用户机，使用它可以在手机信号不好的茫茫大海上，免费发送短信，极大地保障了渔船出海安全，巩固和发展了渔业生产。

对渔民来说，“北斗”的短报文功能至少有四大好处。一是与家人联络，满足情感需要；二是与国内市场联络，打了什么鱼，有多少斤，可以提前通知预售，提高收入；三是与周边渔船联络，遇险时及时自救互救；四是有了准确定位，可以避免打鱼越境的纠纷。

截至2012年2月底，通过“北斗”已先后向渔民发送了12500余次热带气旋等危险气象信息警报，指挥救助9起，救助渔船6艘、旅游船1艘、危重病人1人、渔民27人、游客6人，有效避免涉外事件4起，挽回经济损失上亿元。

目前，“北斗”海洋渔业综合信息服务的海上用户量已达数万，短信量月高峰可达70万条。也难怪会有渔民夸张地形容，现在渔船上只供奉两样东西，一样是妈祖，另一样是“北斗”。

金融电力的保障

卫星导航系统定位的精度取决于时间的精度，其授时功能对国民经济的发展也有重要作用，所以导航卫星都装有时间精度极高的原子钟，其每300万年～2000万年相差1秒。“北斗”导航卫星上的国产原子钟稳定程度也相当高，每天变化只有十亿分之一秒，其已用于金融、电力、通信、邮电、铁路等网络的时间同步，准确时间的授入，准确频率的授入。

现在，网络已经成为现代金融业的重要基础，例如，基于网络的服务已经成为银行和证券服务最为重要的手段。可以说没有网络，就没有现在的金融体系与现代金融服务。然而，在网络条件下的金融服务体系中，时间的同步是至关重要的，用全球卫星导航系统提供的精确授时服务可使现代金融体系实现网络时间同步段，保证现代金融系统安全运行。如果没有卫星导航系统提供的准确的时间同步，现代金融体系的安全运行将受到严重威胁，从而威胁国家的金融安全，威胁国家的经济安全与发展。

电力系统的安全运行需要在很大的范围内，实现较高精度的时间同步。导航卫星系统提供的高精度授时服务具有全球覆盖、全天候、高精度的特点，是电力系统理想的时间同步方式。采用导航卫星系统进行时间同步，可实现整个电网高精度的时间同步，实现同步相位测量、运行稳定性判断、故障定位、高可靠性的电流纵差保护、继电保护等，从而提高电力网络运行的稳定性、可靠性和安全性。

为了统一内部时钟，以前我国电力系统把美国的GPS作为主要的授时手段，通过GPS的民用信号向电力系统的电力自动化设备、微机监控系统、安全自动保护设备、故障及事件记录等智能设备提供授时信号，以实现电力系统的“同步”运行。“北斗”卫星导航系统的“北斗电力全网时间同步管理系统”投入使用，结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS的历史，解决了电力系统时间同步应用中的三个难题：可靠的时钟源、全网时间同步管理、远程集中实时监测维护，有效保障了我国电力安全和国家安全。这套系统的单向授时精度为100纳秒，双向授时达到20纳秒，指标均优于国外同类系统。

我国早已成为全球最大的通信市场，仅手机用户就达10亿以上。然而，通信业务所涉及的安全、认证和计费等都是以一个共同的标志“时间”为基础的，即需要精确的“时间”和“时间同步”。所以，卫星导航系统提供的精确的授时服务是现代通信网络获取精确的“时间”与进行高精度“时间同步”的重要途径与手段，是保证通信安全的重要基础。从安全性和可靠性角度考虑，在国家关键经济部门使用我国自主的“北斗”的授时，比GPS　的授时要好得多。

防灾救灾的大腕

在紧急救援上，基于“北斗”卫星导航系统的导航定位、短报文通信以及位置报告等功能，已实现全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务功能，极大地提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。在2008年南方冰冻灾害、汶川抗震救灾，2010年玉树抗震救灾、舟曲泥石流救灾中，“北斗”卫星导航系统都大显身手。例如：

2008年汶川地震时，震区通信中断，中国卫星定位应用管理中心为救援部队配备了1000多台“北斗”用户机。“北斗”的短报文功能，让救援部队和指挥部的联系保持顺畅。借助“北斗”用户机，灾区的各重灾乡镇甚至村社都建立了通信联系，并使后方指挥部实现了“看得见”的救援指挥，前方救援部队实现了实时的短报文通信。指挥命令及时下达，灾情信息也实时上报，前后方之间架起了有效的信息沟通桥梁，保证了整个救灾的指挥调度，在决策、搜救、医疗等工作中发挥了关键作用。期间，我国自主研发的“基于北斗的救灾应急指挥调度系统”为灾区搜救工作提供了诸多帮助，成为抢险救灾过程中最有力的通信手段。

该地震造成了2000余座水库受到不同程度的损坏，随时可能发生重大洪灾，所以急需对堰塞湖和众多水库进行实时监测和灾害预警。然而，当地仍然余震不断，人工勘测十分危险，采用无人值守的“北斗远程自动数据采集系统”代替人工值班便成为了最佳的方式。

地震时，四川的三个国家级和多个省级气象数据采集站通信链路中断，无法上报气象数据，而灾区天气又连日多雨，对受灾群众的安置和救灾工作极为不利。我国研制的“基于北斗的自动气象监测系统”较好地解决了气象数据的远程测报问题。近年来，国内不少地区建设了自动气象站，但其中一些自动气象站处于通用分组无线业务/码分多址等网络的通信盲区或通信信号不稳定的地带，无法保证稳定的数据传输，造成部分资料的丢失。用“北斗”能有效弥补原有通信网络的不足，因为“北斗”可以提供全天候、全天时和大范围的实时短报文通信，上下行频率采用S、L频段，这不仅能有效避免地面各种噪声的影响，而且易穿透对流层、平流层、电离层等外层空间，穿透衰减小，再加上采用扩频调制和卷积编码，进一步保证了数据的可靠传输。“北斗”通信机体积小，安装灵活方便，其天线为小型全向天线，天线的架设调整极为简单，无需天线地基，且不存在雷击的威胁。整机功耗低，方便使用电池组和太阳电池供电。另外，系统不需建设中继站，可以大大节省系统的维护费用。因此，将“北斗”引入自动气象站，增强了自动气象站的适应性。

我国将“北斗”技术与井下监测技术相结合，实现了对井下瓦斯浓度、风机转停等关键参数的实时监测，数据流从矿井口的监测站（PC机+“北斗”用户机），通过“北斗”卫星导航系统数据链路传送到“北斗”卫星运营服务平台，经平台转发，通过有线或无线网络传到各级监测中心，实现对矿井瓦斯、风压和设备工作状态等数据的远程监测，为我国的煤矿安全生产提供了又一种有效的监测监控手段。

由于“北斗”可实现全国范围的无缝覆盖，具有定位、授时、短报文等功能，所以为森林防火、扑火的指挥调度提供了新的技术，有效解决了火场定位、侦察、引导扑救、后勤保障、损失评估等问题。目前，全国各地森林防火系统已经配备200多台套“北斗”用户机，森林武警指挥部及所辖总队共配备500多台套“北斗”用户机。基于“北斗”研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等应用示范工程，已取得了明显的经济和社会效益。

物联网业的主力

“北斗”可作为物联网的一个重要组成部分，应用在感知、网络两个层面。

在物联网感知层的精准时间信息和位置信息感知中，用“北斗”可完成位置感知的任务，成为感知层不可或缺的重要组成部分。在感知层面上，“北斗”实现精准时间信息和位置信息的感知，主要应用在物流、航空、铁路、电网等行业。

物联网的网络层主要实现感知信息和控制信息的传输，可采用从无线到有线的多种传输手段，卫星短报文通信是重要的传输手段之一。物联网要成为一个无处不在、无时不在的无缝隙的智能物联网络，卫星通信手段必不可少，“北斗”的短报文通信功能就是非常适合物联网应用的卫星通信手段。在网络层面，“北斗”实现感知信息和控制信息的全天候、全天时、无缝隙传递，主要应用在水文、水利、气象、地质、地震等行业，以及作为其他行业的应急数据传递手段。

为了用于物联网，“北斗”的地面设备应该针对物联网不同的应用领域采取不同的形式。对于感知层应用，应提供专门的授时型设备或定位型设备；对于网络层应用，可仅提供通信型设备；对于某些综合应用领域，需提供定位、授时、通信复合型设备。同时，“北斗”的地面设备也应该根据物联网应用的特点，努力实现模块化、小型化、芯片化、多模化、低功耗，尤其要注重模块化，设计开放的、方便的软硬件接口，以便比较容易地嵌入到其他物联网设备中。

其实，卫星导航在水文、水利、气象、林业、电力、石油、地质、车辆运输和船舶等行业的应用，不外乎位置报告、授时和短报文通信，这些均属于物联网感知层和网络层的应用范畴。“北斗”未来的应用模式更可以归结为物联网的应用。因此，“北斗”除了是一个独立的卫星导航系统，可以支撑起卫星导航产业外，还将是物联网系统的重要组成部分。

只受想象力的限制

随着卫星导航接收机的集成微小型化，人们可以将其嵌入到通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加扩展。卫星导航系统与消费类电子产品的融合是目前导航系统在社会中最广泛应用的一种方式，如在MP3、MP4、笔记本、手机和数码相机等电子产品中集成导航功能，提供一种基于位置的服务。

在科学研究上，“北斗”已用于电离层和中性大气反演以及气象学研究，卫星跟踪地球重力场和大气探测，以及航天器或地球卫星精密定轨、导航与对接等科学目的，为科学发展服务。

在水利上，基于“北斗”卫星导航系统的水文监测系统已建设完成，实现了多山地域水文测报信息的实时传输，大大提高了灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供重要的保障；气象观测预报上，研制成功了一系列气象测报型“北斗”用户设备，提出了实用可行的系统应用解决方案，解决了国家气象局和各地气象中心气象站的数字报文自动传输和可视化问题……

它还用于飞船和低轨道卫星等航天器的定位和导航，提高了航天器定位精度，并简化了相应的测控设备。

卫星导航的用途远不只如今的车辆导航、手机定位、电子地图……由于智能产业与时空信息密切相关，能提供位置和时间信息的卫星导航技术必将被用于智能网络、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网等所有智能产业中，并形成各种前所未有的新型商业模式。

有关“北斗”应用的例子不胜枚举。它还能干什么？当它与云计算等新技术结合时，“只受想象力限制”就成为一个老套而准确的答案。

（作者单位：中国空间技术研究所）

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