“數字城市是一個靜態的物理空間，如果將城市中流動的人、車、物和水、電、氣等要素裝進電腦，就可以達到數字孿生的水平。借助北斗系統、物聯網、云計算、大數據以及人工智能的加持，就可以到達智慧城市的階段。”
近日，中國科學院院士、中國工程院資深院士李德仁在接受中國科技新聞網專訪時，談及北斗系統在智慧城市中的運用，他首先說明了智慧城市的演進過程。
李德仁是攝影測量與遙感學家，同時也是中國科學院院士、中國工程院院士、國際歐亞科學院院士。
他長期從事以遙感（RS）、全球衛星定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS）為代表的空間信息科學與技術的科研、教學與產業化發展工作，提出了地球空間信息科學的概念和理論體系，致力于推進數字城市與數字中國、智慧城市與智慧中國的建設。
北斗與四大衛星導航系統在競爭中合作
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2020年6月23日，北斗三號最后一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。據悉，北斗三號全球衛星導航系統正式開通以來，運行穩定、持續為全球用戶提供優質服務，系統服務能力步入世界一流行列。
作為應用北斗和遙感技術的科學家，已過朝枚之年的李德仁，提起我國對地觀測與衛星導航系統的發展與應用時依舊神采奕奕、滔滔不絕。
4月27日，在2021百家號鯤鵬大會上，李德仁發表了名為《論遙感的社會學應用》的主題演講。
演講中，他表示航天遙感已經成為我國經濟、軍事跨越式發展的重要基石，而星載光學、SAR則是全天候目標探測和遠程精確打擊保障的主要手段。
北斗系統除滿足國防需要外，亦在抗疫救災、城市建設和交通管理等領域發揮著重要作用。
近年來，隨著北斗系統應用普及程度的逐漸提升，已經應用于我們生產、生活的方方面面，由此也將北斗推向大眾的視野。
不久前，一則“北斗掉線，貨車司機自殺”的新聞事件引起公眾的廣泛關注，那么北斗是否真的會“掉線”呢？
“北斗衛星導航真正掉線的可能性幾乎為零。因為北斗導航的工作原理是利用四星定位原理，向用戶提供定位、授時和導航服務。用戶端始終能接收到大于四顆北斗衛星發射的導航信號，北斗導航系統的定位授時服務是連續且穩定的。”李德仁說道。
對于真正“掉線”的原因，李德仁解釋道：“北斗衛星定位行車記錄儀和北斗衛星導航系統是不同的概念，北斗衛星定位行車記錄儀屬于北斗衛星導航系統的終端產品。北斗衛星導航本身不會掉線，因為我國對北斗衛星進行實時監測，會及時保障系統的可靠性。但是市面上的北斗衛星定位行車記錄儀良莠不齊，各個價位都有，質量無法得到保證，所以可能會出現無信號區的掉線情況。如果終端做得好，可自動補償。”
畢竟與美國的GPS相比，北斗的發展的確晚了一步。談及北斗與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐洲的伽利略的區別時，李德仁用一句話進行了概括：“相互借鑒，各有特色，合作而競爭。”
他表示這4個系統是互補的、有先后的，先推出的占領了市場，但是北斗目前也在奮起直追。并且北斗與其他導航系統相比，也有一些顯著的優勢。
“GPS只有兩個頻率，我們有三個頻率，更有利于補償系統誤差。還有短報文通訊功能，直接為用戶服務。并且GPS是假定地球上人類活動處處相同，實際上，在南極北極等地人類不怎么活動，所以中國的衛星在赤道上加了三個靜止軌道，還有三個大橢圓同步軌道，使中國北斗在低緯地區的精度比GPS更高，滿足了人類活動的需求。”李德仁向中國科技新聞網表示。
圖片來源：中國科技新聞網/攝
但是，如何確保我們的優勢得以延續？美國持續對華為的制裁，讓我們更加認識到芯片制造的重要性，那么目前我國的芯片制造能力如何？是否會因某些技術依賴國外而遇到“卡脖子”問題？
對此，李德仁表示：“我們最初在做北斗系統時就考慮過這個問題，基于自主創新來開發的，在這個過程中，我們的自主能力也在慢慢提高，已經超過90%了。目前，我們已經完全擺脫對國外的依賴，實現自主化，我對未來北斗芯片實現完全自主研發很有信心。”
2020年，馬斯克的SpaceX提出了宏大的星鏈計劃，準備發射12000顆低軌通信衛星（目前已發射衛星約1500顆），占據了頻譜資源以及稀缺的低軌資源。
對此李德仁表示，美國在速度和技術上的確已經搶先一步，但是中國也在有計劃地追趕。實際上，在遙感衛星和導航衛星方面，通過中長期規劃，到2020年十三五計劃完成的時候，“我國基本已經趕上了世界先進水平。在低軌的通信衛星我們雖然落后了一步，但是未來必會奮起直追。”李德仁信心滿滿的說道。
北斗引領智慧城市建設
未來將走進室內、水下等服務區域
近年來，北斗已經強勢賦能智慧城市，助力智慧中國的建設。隨著北斗三號全球組網的開啟，“北斗+智慧城市”在國內外都已經開始大施拳腳。
北斗導航技術使得新型智慧城市得以網格化，高精空間信息使得智慧城市像素化，高精時間信息使得智慧城市坐標軸化。
“智慧城市可以讓老百姓辦事更加便捷，無論是結婚生子的登記，還是房屋買賣，甚至日常買菜，未來，足不出戶就可以在手機上完成，并且更加智能化。北斗還可以加強城市的公共管理，比如下水道、路燈、井蓋都可以智能化，我們稱之為智慧城管。”提到北斗與智慧城市的結合，李德仁舉例道。
此外，李德仁還提到了基于高精度室內外一體化位置服務的智慧交通與智慧養老。
“利用大數據把每個汽車、每個自行車、每個人的流動數據都裝進電腦，用云計算處理數據，這就叫做智慧交通。”據悉，武漢交通管理“智慧大腦”通過構建的系統化、精細化、智慧化的現代交通管理模式讓城市交通治理變得更聰明。
智慧養老方面，李德仁指出，可以將65歲以上的老人與其保健醫生關聯起來，保健人員可以了解老人的具體情況，老人手上佩戴手環之后，血壓、血糖、心率等信息就會一目了然。
同時李德仁強調，若想實現智慧養老，那么北斗導航系統一定要可以在室內運用。武漢大學發明了一個音頻發射器，在房間里放置四個音頻發射器，手機即可接收到相應的信號，實現亞米級室內定位。
而醫生即可通過老人每日的行動軌跡、睡眠時間等進行心理學和生理學的分析。同理，北斗導航系統還可以運用于大健康領域。
“現在許多年輕人生活習慣不健康、作息不規律，如果手機對其進行實時監測，并及時給予反饋，可以有效的實行健康管理。”李德仁向中國科技新聞網說道。
李德仁還表示，北斗目前只解決了室外定位問題，在未來，地下、深海定位還有很多難題需要攻破，從而實現無所不在的定位、導航、授時服務。
談及北斗未來的發展趨勢與愿景，李德仁表示，首先北斗的十四五規劃已經提出，在通訊鏈路、通信力度、通信和測量方面都將提升進度。
其次北斗在星上做單點高精度實時定位技術，一直在提高精度，目前是2米到5米，很快就會提高到0.2米到0.5米，加上天上、地上的導航增強，在全球能夠讓其根據用戶需求進行服務，做到分米級、厘米級、甚至毫米級，之后再解決水下、地下的導航定位問題，完全能滿足各行各業的要求。
