北斗横空:触手可及且无处不在

来源:科普时报 作者:庞之浩 2020-08-08 14:11

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。习近平总书记铿锵有力地宣布:“北斗三号全球卫星导航系统正式开通!”此后,最重要的就是如何用好北斗。那么,北斗都有哪些用途呢?

可能很多人马上想到用于交通导航。确实,北斗最显著的应用就是交通运输,已成为现代交通运输的“大脑”,不过,由于在当今的信息社会,80%以上的信息都与空间和时间有关,所以其用途无所不在,已经渗透到国家安全、经济建设与发展,以及百姓日常生活中的几乎所有领域。

由于我国北斗具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务与众不同的五大功能,所以其应用更广,确实只受人的想象力限制。

在工程建造方面,用北斗系统可为建筑、挖掘、路基、规划设计、物理勘探、石油钻探、地壳运动监测等许多工程提供高精度定位,定位精度甚至可以达到厘米级,因此能大大提高工程建设的生产力,并提升相关活动的精度和效率,比传统测量方法的效率高3倍以上。

在今年我国新冠疫情防控中,北斗高精度测量装备火线驰援武汉火神山、雷神山医院建设,提高工地放线测量效率;北斗无人机、无人配送车纷纷应用到疫区医疗物资配送,减少了人与人的直接接触;基于北斗的道路货运车辆公共监管与服务平台,向650余万入网重点运输车辆持续推送疫情信息、防疫物资运输信息、道路运输服务信息,保障防疫救援物资一路畅通。

在农业方面,北斗的精确定位功能可广泛用于农场规划、田间测图、土壤取样、拖拉机引导、作物田间检测、播种速度选择,以及肥料、杀虫剂和产量检测系统等。它能使不同地区、不同条件下的作物增产3%~50%,大大降低农业生产的投入占总成本1%~50%不等。

现在,新疆、黑龙江等许多农业地区已广泛使用北斗系统,突尼斯等国利用北斗系统,已开展了自动拖拉机测试,取得了可喜的效益。基于北斗的农机作业监管平台,已实现农机远程管理与精准作业,服务农机设备超过5万台,精细农业产量提高5%,农机油耗节约10%。

渔业是北斗卫星导航系统应用最早、也是最为广泛的行业之一。安装了北斗用户机,不仅可以为船只导航,还能通过北斗独有的短报文技术,报告船只位置和船上人员的情况。通过北斗三号系统,每次可以发送1000个汉字的短信,这对渔民来说至少有四大好处: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,遇险时及时自救和互救。四是有了准确定位,可以避免越境捕鱼的纠纷。

我国通过北斗已先后向渔民发送了数万余次热带气旋等危险气象信息警报,救助了多艘渔船、渔民、病人等,累计救助1万余人,有效避免涉外事件多起,挽回经济损失上亿元。有渔民形容,现在渔船上只供奉两样东西,一样是妈祖,另一样是北斗终端。

北斗三号上的原子钟已达到每300万年误差1秒的水平,这不仅有利于提高导航定位精度,还可以提供高水平的授时服务。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,用北斗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,因为全国各金融单位的1秒钟误差,就有可能带来巨资的损失。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授时比GPS的授时要好得多,安全得多。

电力系统的安全运行也需要在很大的范围内实现较高精度的时间同步,这样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。基于北斗卫星导航系统的“北斗电力全网时间同步管理系统”投入使用后,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,有效地保障了我国电力系统安全。

在紧急救援上,基于北斗系统的导航定位、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,极大地提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。2008年汶川地震时,震区通信中断,救援部队通过北斗的短报文功能,让救援部队和指挥部的联系保持顺畅,从而指挥命令可及时下达,灾情信息也实时上报,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。

另外,汶川地震造成了2000余座水库不同程度的损坏,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,于是采用无人值守的“北斗远程自动数据采集系统”代替人工值班便成了最佳的方式。

我国已把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,还将北斗引入自动气象站,增强了自动气象站适应性。

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多台(套)北斗用户机,取得了明显的经济和社会效益。

关于北斗可以应用的领域实在数不胜数,无法细说。例如,它将成为物联网业的主力,在水文、水利、气象、地质、地震、林业、地质等行业发挥重要作用。它可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中,使其应用领域更加扩展。在去年10月1日天安门广场的盛大阅兵式上,通过“北斗阅兵训练考核辅助系统”,保障了32个方队整体车速控制在10千米/小时,骑线偏差不超过1厘米,厘米级的定位精度已赶超世界先进水平。

北斗在国际上也发挥了重要作用,已广泛应用到印度尼西亚土地确权、科威特建筑施工、乌干达国土测试、缅甸精准农业、马尔代夫海上打桩、泰国仓储物流、巴基斯坦机场授时以及俄罗斯电力巡检等多国不同领域。

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北斗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。

北斗的真正价值是它所带来的生产力的提升,可赋予相关系统新的能力和高效率,已成为经济发展的强大发动机。

(作者系全国空间探测技术首席科学传播专家)