北斗赋能万物互联　助推新质生产力发展

——李德仁院士谈“从PNT到PNTRC”

王瑜婷

    2024年6月6日，以“测绘地理信息赋能新质生产力”为主题的莫干山地信研讨会在浙江德清举办。会上，中国科学院院士、中国工程院院士李德仁以“从PNT（定位、导航、授时服务）到PNTRC（定位、导航、授时、遥感、通信服务）”为主题，就测绘地理信息赋能新质生产力进行了详细解读（如图）。

    李德仁院士首先分享了他所理解的新质生产力。他认为，“新”体现在5个方面：新时代，我们正处在一个万物互联、数字孪生的信息化时代；新基建，用信息基础设施来发展、融合、改造传统基础设施，同时为未来发展打造新的基础设施；新能源，更多地利用太阳能、风能、水能、核能、氢能，减少对环境的污染，服务人类社会可持续发展；新产业，大力发展大数据、云计算、网络和人工智能支撑下的未来产业；自主创新，始终坚持独立、自主、安全、可用的创新原则。“质”主要体现在质量上有大的提升，表现为经济社会发展数字化、信息化、人工智能化、网络化、低碳绿色化。

    李德仁院士指出，以北斗为中心的PNT是新质生产力，要努力推进“北斗+”和“+北斗”，实现无所不在的PNT服务，抓紧推进从PNT到PNTRC的“0到1”的创新，建立通导遥一体化的空天信息实时智能服务系统，创造多个万亿级空天信息产业，建设我国软件定义的空天信息全球实时监测网，为我国和全球可持续发展服务。

基于北斗的PNT

    PNT是指以提供时空基准的GPS、北斗等全球卫星定位系统及其增强系统为主体，协同其他辅助定位导航技术，利用互联网和移动互联网等网络通信手段，向用户提供位置、方向、速度、时间信息和时间同步服务。

    与美国GPS相比，我国北斗系统有三大优势。第一，北斗三代保留了北斗一代的通信功能，提供短报文服务，一次可传送多达1000个汉字。第二，北斗采用B1/B2/B3共3个频率调制信号和星基PPP（精密单点定位）技术，对于厘米级以上的高精度导航定位具有重要意义。第三，北斗采用了高轨同步卫星、中轨卫星和倾斜轨道卫星相结合的轨道方案，对于亚太低纬地区和高纬地区的定位均比GPS有优势。

    目前，北斗应用已经走进千行百业、千家万户。比如基于北斗的精准农业，支持农田自动化、智能化的播种、灌溉、面积计算、养分测定、品种分析、病虫害监测、长势分析等，实现了农业信息化和精准化。

    基于北斗单频RTK（实时差分定位）和导航地图的智能电单车运维系统，通过在车辆中控上搭载单频RTK芯片和高精度GNSS（卫星导航定位）天线，结合北斗地基增强系统和物联网设备，实现定位信息秒级上报，能有效对车辆停放、违法行为等进行识别。

    依托北斗与全息感知、时空分析、数据挖掘技术打造的道路交通智慧应急系统，可以满足应急资源接入、一图动态展示、一键视频核查、实时调度导航、重大活动安保、综合研判分析等多样化应用需求。该系统在武汉市得到成功应用，使武汉在全国拥堵排名中从23位降至53位，交通拥堵延时指数从2.34降至1.676，降幅高达30%，拥堵情况大幅缓解。

    李德仁院士认为，北斗是最具通导遥一体化全球性优势的PNT服务基础设施。这不仅标志着中国在全球卫星导航系统领域的自主创新能力得到了进一步提升，也为中国在全球航天领域的地位提升注入了新的动力。

如何实现无所不在的PNT

    目前，北斗卫星导航信号还不能直接覆盖室内、水下、远洋海域、城市峡谷、高山密林等区域。如何实现无所不在的PNT？李德仁院士给出的答案是“着力解决好北斗导航的室内外一体化、地上地下一体化、水上水下一体化问题”。“十四五”期间，我国提出在2035年前建成以下一代北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合时空体系。

    据李德仁院士介绍，在室内外一体化方面，武汉大学提出了音频定位，相关室内音频定位项目已落地南京南站、鄂州顺丰机场和德清未来社区，支撑智慧公安、智慧物流、智慧社区等数字经济建设。武汉大学还和华为合作，推出了北斗+5G室内定位方案，通过利用5G智能终端的下行链路信号进行测量定位。这种方案可实现亚米级定位精度，可感知人体姿态，对室内外行人进行摔倒测试及警告。这在老年人生活起居看护方面有很大的应用市场。

    在自动驾驶方面，利用“北斗惯性导航+智能感知终端”的融合智能感知系统，可以代替人的眼睛、耳朵甚至大脑，通过传感器获取的多源信息数据和云计算、人工智能图像理解等手段，实现城市峡谷、地下车库等复杂条件下“最后一公里”的自动驾驶。

    在智慧电网方面，装配有电力走廊多要素精准定位、识别与建模一体化软硬件系统的电力巡检机器人，能够对变电、输电、配电设备进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护，包括自动巡逻、智能读表、图像识别、红外测温、实时视频回传等，以人工智能手段代替传统人工完成电站巡检及设备查验工作，大大提升了电网智能化巡检技术水平。

    李德仁院士进一步强调，要实现无所不在的PNT服务，低轨导航增强是一个重要实现路径。北斗三号系统实现了我国卫星导航“0到1”的跨越，这不是结束，而是一个新的开始。下一步，通过建设低轨卫星导航增强系统，北斗可以进一步提升导航定位精度，提供全球领先的无缝高精度定位服务，进而提升北斗的国际竞争力。地基增强定位主要服务于我国陆地区域，通过低轨信号增强扩展服务范围；星基增强服务能够覆盖亚太区域，低轨信号增强能够降低收敛时间。

推进从PNT到PNTRC的创新

    李德仁院士指出，我国的PNT体系下一步应把遥感和通信加上，构建通导遥一体化的天基信息实时服务系统——PNTRC体系。

    过去10年，我国遥感卫星经历了从“有”到“好”的跨越式发展，逐步实现业务化、商业化和国际化，特别是高分系列遥感卫星把我国对地观测能力提到了新高度。高分辨率对地观测系统重大专项是《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006—2020年）》确定的16个重大科技专项之一，该系统与其他观测手段结合，形成了全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力，使我国卫星遥感达到亚米级世界先进水平。尤其是高分七号卫星是我国首颗亚米级分辨率光学立体测图卫星，主要用于获取高分辨率立体测绘遥感数据和高精度激光测高数据，实现1∶1万立体测图。此外，利用高分三号卫星影像，完成了我国首个分辨率最高的全球陆地和主要岛屿雷达正射影像“一张图”。

    李德仁院士认为，目前，我国卫星遥感应用领域面临的主要问题是卫星信息应用停留在“大事业、小产业”的局面，难以实现市场化和国际化。用户主要是国土、规划、水利、住建、海洋、气象等政府部门和公益性机构，高精度快速遥感信息服务尚未服务到大众用户的手机和智能终端。同时，我们的通信、导航、遥感卫星系统各成体系，导致系统孤立、信息分离、服务滞后。因此，亟需建设PNTRC体系，助推天基信息从专业服务迈向大众应用，产业发展从内部消化走向市场化、国际化。

    天基信息实时服务系统是由若干颗同时具有遥感、导航与通信功能的低轨卫星组成的天基网与现有地面互联网、移动网的整体集成，与北斗系统密切协同，实现对全球表面分米级空间分辨率、分钟级时间分辨率的数据采集和亚米级精度的导航定位服务，在时空大数据、云计算、人工智能和天基信息服务智能终端支持下，通过天地通信网络全球无缝的互联互通，实时地为国民经济各部门、各行业和广大手机用户提供快速、准确、智能化的PNTRC服务。基于天基信息实时服务系统，可以实现定位、导航、授时、遥感和通信服务的全面升级。实时导航增强，为各类用户提供分米级高精度实时导航定位信息；精密授时，提供纳秒时间信息和时间同步信息；快速遥感，分钟级全天时、全天候、实时获取、处理遥感和视频数据，并将感兴趣的信息及时推送给用户的手机和各类移动终端；天地一体移动宽带通信传输，克服地面通信网络覆盖范围不足的局限，可为全球用户提供安全、可靠、高速的天地一体化通信和数据传输服务。

    2019年，李德仁院士牵头，9位院士联名通过中国工程院向中共中央、国务院呈送《加强军民融合夺取空天制信息权的建议》，建议分3步走建设空天信息实时智能服务系统。

    PNTRC系统的融合应用前景十分广阔，它在智慧管网、智慧电网、智慧港口、智慧社区、智慧城管、国防安全、精准农业、森林防火、资源勘测、形变监测、物流管理、民生关爱、个人位置服务等领域都有很大的应用价值，PNTRC融合应用将是万亿级市场。

    据李德仁院士介绍，围绕PNTRC系统构建，武汉大学在海洋时敏目标智能检测与定位（分钟级）、卫星在轨智能处理（秒级）等方面进行了一些基础研究。研制的卫星在轨处理系统搭载在“吉林一号”光谱01/02星上，具有森林火点自动识别、搜寻和定位功能，哪儿有着火点，在天上花两秒钟检测，再用北斗短消息传回来，十几秒就能把火情信息传到消防队员的手机里，同时保证在5米内就能找到起火点，极大地提升了应急响应的时效性。

    武大研制发射的“珞珈一号”夜光遥感卫星，通过捕捉地表的夜间灯光、火点等辐射源，生成的图像能反映人类社会经济活动，通过数据挖掘与反演，可用于人口、电力能耗、碳排放、城市扩张、环境健康、战争损失等方面的评估以及夜间军事活动侦察等诸多领域，开创了卫星遥感从对地（自然）观测到对人（社会）观测的新纪元。“珞珈二号”01星是一颗用于科学试验的卫星，也是国际首颗遥感成像、气象探测和水利应用一体化卫星，其性能指标高，极具先进性和创新性。2023年海河流域性特大洪水期间，该卫星观测到了堤防决口，卫星图片上水流清晰，电线杆逼真，精度令人惊喜，发布预警当天帮助6300余人安全转移。“珞珈三号”01星是首颗互联网智能遥感科学实验卫星，真正把人工智能送上了天，实现了全球范围遥感数据从获取到应用终端的分钟级高效服务，它能自动发现目标和变化，通过通信卫星和地面互联网，8分钟内将信息送到用户的手机里。该卫星支持了联合国对阿富汗地震灾害的评估工作。今年5月21日，“珞珈三号”02星（武汉一号）发射成功，该卫星具有0.5米分辨率全色成像、10米分辨率高光谱成像、高精度立体测绘、夜光成像等多种任务模式以及在轨智能图像处理等功能，卫星入轨不到12小时，武汉大学遥感卫星地面站就成功接收了该卫星获取的首组影像，影像拍得清、定位准、传输快。

    在“珞珈二号”“珞珈三号”卫星基础上，武大计划到2030年发射200余颗卫星，构建“东方慧眼”智能遥感卫星星座，5天覆盖地球一次，通过建立从全国到全球的服务系统，提高卫星观测效率、时效性和准确度，拓展产业应用范围，实现“看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂、送到位”的目标，为各行各业服务，造福整个人类社会。

    不久的将来，“东方慧眼”星座将闪耀浩瀚星河，人人都可以用手机调用头顶的卫星，3至5分钟就能看到自己想看的地球图片或视频。现在人人“玩微信”，将来人人“玩卫星”。为了这个将来，耄耋之年的李德仁院士还在努力着。

    来源：《中国测绘》2024年第7期；转自：资源中国

    编辑：岳   月

    初审：齐   阳

    审核：马志勇