姜衛(wèi)平
武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心主任，長期致力于衛(wèi)星大地測量學(xué)理論及工程應(yīng)用研究。
在萬物互聯(lián)驅(qū)動下，北斗通過與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通信等新技術(shù)的跨界融合，其應(yīng)用范圍從衛(wèi)星導(dǎo)航定位延伸到了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用領(lǐng)域?！霸谌f物互聯(lián)時代，北斗的應(yīng)用只受限于想象力。通過應(yīng)用，北斗能讓萬物更互聯(lián)?！蔽錆h大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心主任姜衛(wèi)平教授在接受《定位》雜志專訪時說道。
數(shù)字化加速跨界融合
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與人類活動息息相關(guān)的信息，簡單概述就是“到哪里去”“什么時間走”“干什么事兒”這三個問題，而這三個問題離不開時間和位置，因此衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而它的跨界融合對人們的科技方式和生活方式帶來了深刻的變革。
2020年7月31號北斗三號系統(tǒng)正式為全球提供服務(wù)，這對北斗來說是一個非常重要的里程碑事件。在此背景下，姜衛(wèi)平認(rèn)為北斗的跨界融合是當(dāng)前智能化時代基礎(chǔ)性、顛覆性的技術(shù)，其服務(wù)功能是為全球提供精準(zhǔn)時空信息。在此之前，北斗的服務(wù)功能經(jīng)歷了兩個演變：最初的功能是提供區(qū)域高精度定位與授時服務(wù)，隨后功能進(jìn)化為為大眾提供高精度位置服務(wù)。
北斗服務(wù)功能的演變，是社會需求驅(qū)動的結(jié)果。而北斗提供精準(zhǔn)時空服務(wù)則為數(shù)字化建設(shè)所驅(qū)動。
目前全世界都在發(fā)展數(shù)字化，數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會、數(shù)字 *** 是數(shù)字化發(fā)展的重要組成部分，三者互為支撐，彼此滲透，相互交融。那么，時空信息跟數(shù)字化有什么關(guān)系？姜衛(wèi)平回答道：“任何實(shí)體目標(biāo)或事件都具有空間、時間和專題三大特征。時空信息就是描述目標(biāo)或事件三大特征的信息，反映了地理實(shí)體或目標(biāo)狀態(tài)和變化過程的空間位置及其自然社會屬性?！被诖?，可以提出“時空信息是數(shù)字化發(fā)展的新事物、新思維、新技術(shù)”這一概念。
對于這個新概念，姜衛(wèi)平給出了詳細(xì)的解釋：時空信息是數(shù)字化發(fā)展的新思維。目標(biāo)或事件的數(shù)字化描述、分析、決策是數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)，時空信息是在統(tǒng)一的時間和空間基準(zhǔn)下描述目標(biāo)或事件存在狀態(tài)與變化過程的時序數(shù)據(jù)。
時空信息是數(shù)字化發(fā)展的新資源。數(shù)據(jù)正逐漸成為驅(qū)動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的關(guān)鍵生產(chǎn)要素和新引擎，時空信息是驅(qū)動實(shí)時化、知識化信息服務(wù)和信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)和資源。
時空信息是數(shù)字化發(fā)展的新技術(shù)?！皶r空信息+”，同“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)+”“人工智能+”等，成為“物聯(lián)、數(shù)聯(lián)、智聯(lián)”數(shù)字科技的重要組成。時空信息是實(shí)現(xiàn)精確控制、精準(zhǔn)分析的基礎(chǔ)和 *** ，例如位置信息被列為“工業(yè)4.0”的基礎(chǔ)。
2021年9月16日，國家主席 *** 向首屆北斗規(guī)模應(yīng)用國際峰會致賀信時指出，“當(dāng)前，全球數(shù)字化發(fā)展日益加快，時空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)成為重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施?！边@意味著北斗對國計(jì)民生、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要，這也是驅(qū)動北斗跨界融合的重要因素。同時當(dāng)前數(shù)字經(jīng)濟(jì)和智慧社會發(fā)展建設(shè)都需要時空信息來做支撐，這也進(jìn)一步推動了北斗與各行各業(yè)進(jìn)行跨界融合。
“就智慧城市建設(shè)來說，我認(rèn)為有四大基礎(chǔ)設(shè)施，通信 *** 、大數(shù)據(jù)分析、傳感器 *** 和時空信息。倘若要預(yù)警防控，沒有時空信息又怎么智能化防控？所以現(xiàn)在要跟蹤所有人、所有事物的目標(biāo)軌跡。但是光有軌跡還不行，還需要時間信息。比如你從廣州到武漢，若是2018年來的，那沒關(guān)系，因?yàn)槟悄隂]有疫情。若是2019年發(fā)生疫情后來的武漢，那就要打上時間標(biāo)志，這個時間標(biāo)志就會傳達(dá)更多的信息，這些時空信息才能更好地實(shí)現(xiàn)智能化?！苯l(wèi)平舉例道。
多維度融合，產(chǎn)生“化學(xué)反應(yīng)”
“劉經(jīng)南院士在2018年就明確提出了北斗的跨界融合。”姜衛(wèi)平說道。在劉院士看來，北斗的跨界融合可以按北斗“+”服務(wù)、“+”功能、“+”產(chǎn)業(yè)、“+”技術(shù)四個維度進(jìn)行歸納。
首先，“+”服務(wù)。北斗與傳統(tǒng)的服務(wù)業(yè)等行業(yè)深度融合，創(chuàng)造出基于時空位置的新商態(tài)、新業(yè)態(tài)，如電子商務(wù)物流、移動互聯(lián)網(wǎng)金融、移動在線共享娛樂、移動在線共享教育、共享交通等。
其次，“+”功能。北斗+物聯(lián)網(wǎng)/輸電網(wǎng)，不僅是傳統(tǒng)意義上的信息 *** ，更是一個集物質(zhì)、能量和信息互相交融的泛在網(wǎng)，所傳遞的不僅僅是傳統(tǒng)意義上的信息，還包括人類需求相關(guān)的物質(zhì)和能量的傳輸信息。人類活動的實(shí)體空間與虛擬的 *** 空間要實(shí)現(xiàn)融合。
再次，“+”產(chǎn)業(yè)。北斗為制造業(yè)向無場所經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型提供時空位置服務(wù)，可以從設(shè)計(jì)生產(chǎn)銷售到售后服務(wù)，以及產(chǎn)品的遠(yuǎn)程感知運(yùn)控的全流通，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行空間共享和時間分享，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)則可無需固定場所支撐。
最后，“+”技術(shù)，就是北斗與傳感器、多種無線通訊，微機(jī)電及其他定位方式等技術(shù)集成融合，室內(nèi)室外多傳感器融合，為各行各業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)提供泛在智能的時空位置服務(wù)。
圍繞以上四個維度，姜衛(wèi)平帶領(lǐng)的武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心開展了很多工作，并取得了成效，尤其是在“+”技術(shù)和“+”功能方面。
在“+”技術(shù)方面，武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心跟中國移動成立了5G北斗精準(zhǔn)定位聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，共同在5G北斗高精定位技術(shù)測試及應(yīng)用、智慧校區(qū)、遠(yuǎn)程教育、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域開展創(chuàng)新性研究。在“+”功能方面，武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心與國家電網(wǎng)合作，共同推動北斗在國家電網(wǎng)的應(yīng)用；與中國移動合作，共同推進(jìn)高精度衛(wèi)星定位基準(zhǔn)站建設(shè)，并助推北斗跳出測繪行業(yè)應(yīng)用的范圍，向通信、水利、交通、電力、氣象等多個行業(yè)延展。姜衛(wèi)平以氣象行業(yè)為例，傳統(tǒng)觀測氣象的做法是放氣球。此 *** 更大的問題難以做到實(shí)時、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，主要在于探空氣球施放采樣需要隔一段時間（如一日三放），這會導(dǎo)致天氣預(yù)報(bào)無法做到精準(zhǔn)?！袄帽倍犯呔然鶞?zhǔn)站可實(shí)現(xiàn)連續(xù)地、實(shí)時地監(jiān)測對流層，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來做氣壓、氣溫、時度等反演分析，最后通過水汽含量變化來服務(wù)于災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)，使預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)?！?/p> 同時，姜衛(wèi)平強(qiáng)調(diào)，幾乎所有的行業(yè)都要用到位置和時間，因此各行各業(yè)都離不開北斗。尤其是當(dāng)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)發(fā)展越深入，北斗的跨界融合就會越廣泛?！氨确秸f電力行業(yè)，氣候?qū)﹄娏ζ谪浭袌鲇兄苯佑绊?，若干旱或者高溫，用電量就大，那么電力期貨價格就會上漲。而對氣候、氣溫及其持續(xù)時間等因素的預(yù)判，我們可以通過北斗高精度基準(zhǔn)站與氣候、氣象結(jié)合研究，這不就是經(jīng)濟(jì)嗎？以后這樣深入應(yīng)用的例子還會更多。”姜衛(wèi)平舉例說道。
推動北斗在各行各業(yè)的應(yīng)用，是武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心的新使命。作為不僅是國家衛(wèi)星定位系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，也是國際公認(rèn)的國際全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)組織（IGS）三大數(shù)據(jù)與分析中心之一，同時還是國家科技部指定的導(dǎo)航與位置服務(wù)全國科技服務(wù)業(yè)行業(yè)試點(diǎn)單位，全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)（IGMAS）分析中心和北斗數(shù)據(jù)與分析中心的武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，在成立之時的使命是解決衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)難題?！澳壳拔覀冎行脑谥铝τ诎研l(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，涉及芯片、硬件、軟件、應(yīng)用等方面，從產(chǎn)業(yè)的上中下游全方位推動包括北斗在內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用。”
萬物互聯(lián)激發(fā)挑戰(zhàn)和機(jī)會
在姜衛(wèi)平看來，驅(qū)動北斗的跨界融合還有一個重要因素就是萬物互聯(lián)。“在萬物互聯(lián)的概念中，首先是物與物相連，然后物與人相連，再人與人相連，最后是人與物相連。人也好，物也好，最后都成為了一個目標(biāo)，通過時空信息去告訴大家怎么用。舉個例子，如果人與車都進(jìn)入了交通管理系統(tǒng)，每人都能同時收到相關(guān)信息就可以想辦法避免堵車。據(jù)我們研究，同一個路段，若這樣管理能提高20%～30%效率。”姜衛(wèi)平解釋道。
在萬物互聯(lián)到來之前，北斗的跨界融合面臨著四大挑戰(zhàn)。
一是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)，解決在沒有信號或衛(wèi)星條件受限的情況下北斗高精度時空信息的獲取難題。北斗定位精度通常在10米到5米之間，其更高的精度主要通過地基增強(qiáng)系統(tǒng)或星基增強(qiáng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)?！叭欢行┑胤讲贿m合建地基增強(qiáng)系統(tǒng)，又或是在有少量的地基增強(qiáng)系統(tǒng)的情況下，特別是在沒有信號的情況下，怎么獲取高精度時空信息，這是需要從技術(shù)上進(jìn)行解決的?！?/p>
二是應(yīng)用層面的挑戰(zhàn)。“要把北斗應(yīng)用到人們的生活中，這會涉及到成本控制問題。因此如何在低成本、低功耗的北斗接收機(jī)上實(shí)現(xiàn)厘米級甚至毫米級高精度服務(wù)，這是需要解決的問題。因?yàn)榈统杀镜谋倍方邮諜C(jī)噪聲大、定位精度差。因此我們需要通過硬件和軟件技術(shù)，把噪聲去掉來提高精度，這將是一個挑戰(zhàn)?！苯l(wèi)平說。
三是思想認(rèn)識層面的挑戰(zhàn)。隨著北斗在各行各業(yè)得到應(yīng)用，很容易在一些人的心中樹立“萬能”的意識，但這不利于北斗的應(yīng)用推廣。姜衛(wèi)平以北斗變形監(jiān)測應(yīng)用為例，目前變形監(jiān)測主要分兩大類，一類是土木工程監(jiān)測，如大橋、大壩、高層建筑物等監(jiān)測；另一類是地面沉降、滑坡等自然災(zāi)害監(jiān)測，這種監(jiān)測要求精度高，很多需要毫米級的監(jiān)測精度?！氨倍芬龅綆讉€毫米甚至一個毫米是非常困難的，但如果問北斗能不能做？答案是能！”姜衛(wèi)平指出，北斗要做到毫米級監(jiān)測必須有三個前提條件：非常好的硬件設(shè)備、非常好的軟件技術(shù)、非常好的工程化。“如果隨隨便便拿個設(shè)備和技術(shù)去做，只會斷送北斗在變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前途。所以跨界融合時，我們要本著實(shí)事求是的精神去推動北斗應(yīng)用?！?/p>
四是政策層面的挑戰(zhàn)。由于時空信息涉及國家安全，因此國家采取了較嚴(yán)的時空信息管理政策。隨著自動駕駛行業(yè)的發(fā)展，呼吁出臺更寬松的時空信息政策的聲音變得強(qiáng)烈，因?yàn)樽詣玉{駛需要北斗提供高精度的時空信息來引路?！叭绻麜r空信息全部保密，就會限制自動駕駛等行業(yè)的發(fā)展；如果時空信息不保密，又會侵犯隱私，甚至危及國家安全，那么要如何制定相應(yīng)的政策法規(guī)，這個很重要，也具有很大挑戰(zhàn)。”姜衛(wèi)平認(rèn)為，四大挑戰(zhàn)一旦解決，北斗未來的跨界融合應(yīng)用范圍會更加廣闊。
如果說萬物互聯(lián)是北斗跨界融合的應(yīng)用愿景，那么人才是實(shí)現(xiàn)這一愿景的加速器。因此，做好人才培養(yǎng)尤為重要。
對此，姜衛(wèi)平對衛(wèi)星導(dǎo)航定位學(xué)科的人才培養(yǎng)有自己的想法。“我覺得學(xué)科要朝兩個方面發(fā)展，一個是基礎(chǔ)性方向，另一個是交叉方向。畢竟位置服務(wù)不僅僅需要測繪技術(shù)，也需要通信、計(jì)算機(jī)、人工智能等技術(shù)。”為此，他認(rèn)為衛(wèi)星導(dǎo)航定位學(xué)科的人才培養(yǎng)一方面要加強(qiáng)測繪技術(shù)教育，另一方面要培養(yǎng)交叉型人才，這樣才能實(shí)現(xiàn)更有效、更科學(xué)、更先進(jìn)的時空信息服務(wù)，才能把技術(shù)推廣或者跨界到各行各業(yè)去。值得一提的是，為了培養(yǎng)好人才，武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心設(shè)立了時空基準(zhǔn)、北斗導(dǎo)航、位置服務(wù)、導(dǎo)航物聯(lián)網(wǎng)和多源智能導(dǎo)航五個研究所。“其中時空基準(zhǔn)和北斗導(dǎo)航偏重本學(xué)科，位置服務(wù)偏重學(xué)科交叉范疇，導(dǎo)航物聯(lián)網(wǎng)和多源智能導(dǎo)航則屬于學(xué)科完全交叉范疇。我們中心之所以這么設(shè)置，其中一個目的就是為了培養(yǎng)更多能滿足萬物互聯(lián)需求的人才?！?/p> 盡管當(dāng)前衛(wèi)星導(dǎo)航定位為二級學(xué)科（隸屬于控制科學(xué)與工程、測繪科學(xué)與技術(shù)兩門一級學(xué)科），但姜衛(wèi)平相信，在北斗跨界融合的推動下，導(dǎo)航定位有機(jī)會發(fā)展成為一級學(xué)科，與測繪科學(xué)與技術(shù)、遙感科學(xué)與技術(shù)形成三足鼎立的局面?！耙患墝W(xué)科會更有利于導(dǎo)航定位學(xué)科的人才培養(yǎng)，只有培養(yǎng)出好的人才，萬物互聯(lián)才能更好、更快地實(shí)現(xiàn)?！?/p>
在展望北斗跨界融合的未來前景時，姜衛(wèi)平認(rèn)為，在數(shù)字化建設(shè)和萬物互聯(lián)的驅(qū)動下，北斗的跨界融合會更加深入到社會的方方面面中，讓人們的生活更便捷、更美好。
