我国导航定位高精度位置服务领域需重视软件和算法研究

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目前,高精度导航定位已广泛应用于测量测绘、地理信息收集、灾害监测、气象预测、飞行器控制等专业领域,并形成了卫星导航气象学等新型交叉学科。同时,该技术也逐步向位置服务、高精度汽车导航、智能交通、船舶导航等大众应用领域渗透。到 2020 年,我国将建成旨在服务全球的北斗卫星导航定位系统,届时用户规模将达到世界第一。作为卫星导航定位产业的发展趋势,高精度导航定位技术市场空间将得到空前拓展。因此,将导航定位高精度技术作为自主创新突破点,及时抢占技术及产业高地,对于加速我国卫星导航产业发展,实现高新领域弯道超车意义重大。

北斗系统推广应用的基本情况

目前,北斗导航定位系统已经展开大规模部署,并在国防建设、资源勘查、能源开发、测绘工程、安全监测、交通运输等各领域发挥着重要作用。随着国家不断加大产研投入,北斗系统的性能取得全面提升,并在多个应用层面得以持续推广。未来我国将进一步完善该系统的覆盖能力和服务能力,着力于向民用领域推广。

北斗基础产品现已实现自主可控,质量和产销量均获得大幅提升。北斗新一代芯片已经达到 40 纳米级,而芯片的尺寸与价格、能耗直接相关,更小的芯片意味着更低的价格和能耗。国内新一代基带射频一体化芯片在设计和工艺水平方面得到显著提升,并以更好的性能、更低的功耗、更低的价格,赢得国际竞争优势,成功迈进世界高端产业行列。截至2017 年底,BDS/GNSS 导航型基带、射频芯片 / 模块销量突破 4000 万片;高精度板卡和天线销量分别占到国内市场份额的 30%和 90%;应用于移动通信芯片的国产自主卫星导航 IP核数量近 1800 万。

我国正在全力建设北斗卫星导航系统应用示范区。目前在交通运输、海事搜救、气象、渔业、公安、民政减灾救灾、林业等部门部署 11 个行业示范,并在珠三角、京、陕、湘、贵、鄂、苏等 17 个行政区全力实施区域示范。其中,在交通运输领域,北斗系统有效支撑了中国交通运输部的“两客一危”项目。通过在危险品运输车、长途客车、旅游包车上安装北斗卫星导航终端设备,可以使用卫星导航系统的技术手段对其进行有效监管,对超速、疲劳驾驶等交通违章行为提出警告,进而有效降低了交通安全事故的发生。项目实施后,根据交通运输部 发布的数据,2016 年全年道路运输领域重大事故发生次数和伤亡人数同比分别下降 50%和 51.6%。

面向大众化应用的新功能和新产品蓬勃发展。近年来,北斗导航定位系统积极融合可穿戴设备等各种智能硬件及其它新兴技术,涌现出北斗时空表、北斗约车、北斗放牛、“北斗菜”、“货车帮”等新业态,推动了供给侧结构改革,让系统应用从传统走向智能。随着芯片小型化、低功耗、低成本、射频基带一体化等技术的发展,以及卫星导航与移动通信等领域的广泛集成,北斗正在融入大众应用,服务大众生活。

高精度技术应用全面展开,并将迈入新的发展阶段。我国卫星导航高精度服务在测绘、地震等专业领域起步较早,测绘行业根据应用需求已经形成了单站点高精度测量的解决方案,国家地震局也已部署专用的高精度监测网络,专业应用领域的高精度导航定位服务已经较为成熟。

目前北斗地基增强系统已经覆盖到 17 个省份,标志着我国卫星导航定位高精度技术应用即将迎来新的发展阶段,特别是实时定位精度可达到一米以内的米级导航定位服务,以及经过定位数据处理将定位精度提升到一毫米以内的后处理毫米级导航定位服务,正成为下一步北斗技术发展应用的重点方向。

导航定位高精度发展需关注的问题

目前,我国高精度位置服务行业发展迅速,系统建设蓬勃发展,但在实际应用方面依然存在诸多问题,比如,软硬件发展不平衡、行业服务对接不精准、产业生态环境待改善等问题,正严重阻碍着技术创新和应用市场的进一步拓展,是当前高精度位置服务推广应用的瓶颈。其具体成因如下。

我国早在 2000 年就采用进口检测接收机设备建设了卫星导航增强系统,用以推动卫星导航定位高精度服务的发展。但系统建成后的使用效果并不理想,根本问题是对于配套软件和算法没有理解透彻,相关研究没有获得突破,导致硬件系统的性能无法得到充分利用。其实,高精度位置服务行业发展的关键在于推进建站和硬件开发进度时,应优化配套软件和算法,使软硬件协同改进,全面发展,从而充分发挥系统的整体效能。然而,相关行业并没有吸取过去的经验教训并重新规划发展路径,而是继续将工作重点放在建站上,争相建设各类增强系统, 却没有给予软件和算法开发以足够重视,在总体建设思路中仍然“重硬轻软”,以至于大量资源集中在建站、硬件研发等方面,对高精度算法和软件开发的投入严重不足,严重拖累了系统的整体发展进度。

卫星导航定位高精度服务的发展起步于测绘、地震监测等专业领域,在发展初期着重解决的是科学问题和特定行业内的专业问题,并未从源头上考虑和兼顾其它行业中的普适性规模化应用。加之早期对国外高精度技术的依赖而产生的附加成本,导致高精度位置服务长期以来对应用成本不敏感,服务价格居高不下,不能适用于大众应用领域。如今随着技术的发展和社会的进步,高精度位置服务成本得到优化,各行各业对高精度位置服务应用均表现出极大热情,大众应用领域的市场日见广阔。但由于高精度位置服务企业和特定应用行业之间缺乏合作经验和高效的沟通机制,导致位置服务企业所提供的解决方案和具体行业需求之间缺乏精准对接,没能借助高精度位置服务的先进技术满足特定用户期望并提升服务对象的使用体验,致使落地效果欠佳。综上所述,专业程度过高,应用场景局限以及服务方案偏离行业需求的问题在很大程度上阻碍了高精度位置服务的推广应用。

当前,导航定位领域同质化竞争严重,芯片、终端、系统、平台等各产业环节还没有形成良好的生态。部分企业受限于传统思想观念和行为习惯,对版权未能给予足够的尊重,导致软件和核心算法开发环境不佳,各相关软件、核心定位算法研发单位之间相互模仿甚至抄袭的现象时有发生,从而严重损害了版权方的利益。

为了保护产品及方法不被窃取,各单位均对自己的核心算法和开发过程持隐晦态度,倾向于独自发展核心技术,保守对待技术交流和统筹合作。这种闭门造车的开发模式不仅效率低下,还造成普遍的技术资源重复投入和低水平复制现象。此外,由于缺乏产业规划和政策引导,我国高精度位置服务没有形成统一有效的行业标准,无法为系统运营商、开发商、高校研究院所等研发和应用单位提供统一、开放的平台,高精度位置服务行业的整体健康发展也就无法营造良好的生态环境。

几点建议

对导航定位高精度软件和算法研究应加大投入力度。导航定位算法和配套软件是高精度位置服务的核心,直接关系到卫星导航增强系统能 否充分发挥性能优势、提高应用效能,必须高度重视软件和算法这一核心问题。建议加速推进算法研制、算法测试、算法评估等领域的规范化、标准化建设工作,对开展算法测评、算法优化、应用软件开发等工作的专业机构和企业加大支持和扶植力度,并联合企业、科研机构与高校,对相关领域加大教育投入,力求在深刻理解核心技术的基础上做到自主研发,积极抢占产业高地。中国软件评测中心和全图通卫星网络有限公司已率先在此方面进行了实践,对推动我国卫星导航定位高精度应用必将起到重要作用。

针对行业应用需求,设计软硬件综合解决方案。卫星导航技术应用的特点是服务环境、服务场景与行业的需求和使用环境关系密切,各应用行业均要根据具体需求和特定运行场景对位置服务提出个性化要求,因而需要行业应用方和服务方案提供方进行积极有效的交流,避免镌空妄实或削足适履的情况发生。为实现这一目标,就要以应用软件和算法为切入点,与下游终端和上游系统进行深入对接与和磨合,提出软硬件一体的综合解决方案,最终使需求和能力相匹配,方案和痛点相契合,针对各行业应用实际逐步形成适应不同场景、不同使用条件的综合解决方案。同时,通过比对导航定位核心技术在不同场景应用下的优劣,设计出最优的导航定位软硬件集成方案,进一步提升我国在卫星导航定位算法方面的自主创新能力和竞争力。

打造贯通导航定位高精度产业链的生态环境。导航定位高精度这一高新技术领域因其广阔的市场和丰富的应用场景吸引了诸多企业投入,各企业的发展目标和技术水平等良莠不齐。通过构建公开、公正、公平的高精度软件与算法测试评估和注册管理平台,鼓励并扶植原创企业,打击盗版和剽窃行为,可以为知识产权保护提供充分保障。继而打通大专院校、科研机构、芯片企业、终端厂家等单位之间的合作通道,整合算法、软件、芯片、终端等产业链条,构建一个产学研一体的高精度产业链商业模式。建设高精度软件与算法库、行业综合解决方案库、高精度产品超市,形成算法、软件、硬件统筹开发、广泛合作、互利共赢的全产业链生态环境。建立导航定位高精度的评测体系,从人机料法环等方面逐步实现规范化、校准化,最终形成产业、企业、行业认可的评测标准和技术规范,为高精度位置服务行业高速、健康发展提供指引。

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