我國導航定位高精度位置服務領域需重視軟件和算法研究

路鵬飛 薛曉卿 藺陸洲

目前，高精度導航定位已廣泛應用于測量測繪、地理信息收集、災害監(jiān)測、氣象預測、飛行器控制等專業(yè)領域，并形成了衛(wèi)星導航氣象學等新型交叉學科。同時，該技術也逐步向位置服務、高精度汽車導航、智能交通、船舶導航等大眾應用領域滲透。到2020 年，我國將建成旨在服務全球的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，屆時用戶規(guī)模將達到世界第一。作為衛(wèi)星導航定位產業(yè)的發(fā)展趨勢， 高精度導航定位技術市場空間將得到空前拓展。因此，將導航定位高精度技術作為自主創(chuàng)新突破點，及時搶占技術及產業(yè)高地，對于加速我國衛(wèi)星導航產業(yè)發(fā)展，實現高新領域彎道超車意義重大。

北斗系統(tǒng)推廣應用的

基本情況

目前，北斗導航定位系統(tǒng)已經展開大規(guī)模部署，并在國防建設、資源勘查、能源開發(fā)、測繪工程、安全監(jiān)測、交通運輸等各領域發(fā)揮著重要作用。隨著國家不斷加大產研投入，北斗系統(tǒng)的性能取得全面提升，并在多個應用層面得以持續(xù)推廣。未來我國將進一步完善該系統(tǒng)的覆蓋能力和服務能力，著力于向民用領域推廣。

北斗基礎產品現已實現自主可控，質量和產銷量均獲得大幅提升。北斗新一代芯片已經達到40納米級，而芯片的尺寸與價格、能耗直接相關，更小的芯片意味著更低的價格和能耗。國內新一代基帶射頻一體化芯片在設計和工藝水平方面得到顯著提升，并以更好的性能、更低的功耗、更低的價格，贏得國際競爭優(yōu)勢，成功邁進世界高端產業(yè)行列。截至2017年底，BDS/GNSS導航型基帶、射頻芯片/模塊銷量突破4000萬片；高精度板卡和天線銷量分別占到國內市場份額的30%和90%；應用于移動通信芯片的國產自主衛(wèi)星導航IP核數量近1800萬。

我國正在全力建設北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用示范區(qū)。目前在交通運輸、海事搜救、氣象、漁業(yè)、公安、民政減災救災、林業(yè)等部門部署11個行業(yè)示范，并在珠三角、京、陜、湘、貴、鄂、蘇等17個行政區(qū)全力實施區(qū)域示范。其中，在交通運輸領域，北斗系統(tǒng)有效支撐了中國交通運輸部的“兩客一?！表椖?。通過在危險品運輸車、長途客車、旅游包車上安裝北斗衛(wèi)星導航終端設備，可以使用衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術手段對其進行有效監(jiān)管，對超速、疲勞駕駛等交通違章行為提出警告，進而有效降低了交通安全事故的發(fā)生。項目實施后，根據交通運輸部發(fā)布的數據，2016年全年道路運輸領域重大事故發(fā)生次數和傷亡人數同比分別下降50%和51.6%。

面向大眾化應用的新功能和新產品蓬勃發(fā)展。近年來，北斗導航定位系統(tǒng)積極融合可穿戴設備等各種智能硬件及其它新興技術，涌現出北斗時空表、北斗約車、北斗放牛、“北斗菜”、“貨車幫”等新業(yè)態(tài)，推動了供給側結構改革，讓系統(tǒng)應用從傳統(tǒng)走向智能。隨著芯片小型化、低功耗、低成本、射頻基帶一體化等技術的發(fā)展，以及衛(wèi)星導航與移動通信等領域的廣泛集成，北斗正在融入大眾應用，服務大眾生活。

高精度技術應用全面展開，并將邁入新的發(fā)展階段。我國衛(wèi)星導航高精度服務在測繪、地震等專業(yè)領域起步較早，測繪行業(yè)根據應用需求已經形成了單站點高精度測量的解決方案，國家地震局也已部署專用的高精度監(jiān)測網絡，專業(yè)應用領域的高精度導航定位服務已經較為成熟。

目前北斗地基增強系統(tǒng)已經覆蓋到17個省份，標志著我國衛(wèi)星導航定位高精度技術應用即將迎來新的發(fā)展階段，特別是實時定位精度可達到一米以內的米級導航定位服務，以及經過定位數據處理將定位精度提升到一毫米以內的后處理毫米級導航定位服務，正成為下一步北斗技術發(fā)展應用的重點方向。

導航定位高精度發(fā)展

需關注的問題

目前，我國高精度位置服務行業(yè)發(fā)展迅速，系統(tǒng)建設蓬勃發(fā)展，但在實際應用方面依然存在諸多問題，比如，軟硬件發(fā)展不平衡、行業(yè)服務對接不精準、產業(yè)生態(tài)環(huán)境待改善等問題，正嚴重阻礙著技術創(chuàng)新和應用市場的進一步拓展，是當前高精度位置服務推廣應用的瓶頸。其具體成因如下。

我國早在2000年就采用進口檢測接收機設備建設了衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)，用以推動衛(wèi)星導航定位高精度服務的發(fā)展。但系統(tǒng)建成后的使用效果并不理想，根本問題是對于配套軟件和算法沒有理解透徹，相關研究沒有獲得突破，導致硬件系統(tǒng)的性能無法得到充分利用。其實，高精度位置服務行業(yè)發(fā)展的關鍵在于推進建站和硬件開發(fā)進度時，應優(yōu)化配套軟件和算法，使軟硬件協同改進，全面發(fā)展，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體效能。然而，相關行業(yè)并沒有吸取過去的經驗教訓并重新規(guī)劃發(fā)展路徑，而是繼續(xù)將工作重點放在建站上，爭相建設各類增強系統(tǒng)，卻沒有給予軟件和算法開發(fā)以足夠重視，在總體建設思路中仍然“重硬輕軟”，以至于大量資源集中在建站、硬件研發(fā)等方面，對高精度算法和軟件開發(fā)的投入嚴重不足，嚴重拖累了系統(tǒng)的整體發(fā)展進度。

衛(wèi)星導航定位高精度服務的發(fā)展起步于測繪、地震監(jiān)測等專業(yè)領域，在發(fā)展初期著重解決的是科學問題和特定行業(yè)內的專業(yè)問題，并未從源頭上考慮和兼顧其它行業(yè)中的普適性規(guī)?；瘧?。加之早期對國外高精度技術的依賴而產生的附加成本，導致高精度位置服務長期以來對應用成本不敏感，服務價格居高不下，不能適用于大眾應用領域。如今隨著技術的發(fā)展和社會的進步，高精度位置服務成本得到優(yōu)化，各行各業(yè)對高精度位置服務應用均表現出極大熱情，大眾應用領域的市場日見廣闊。但由于高精度位置服務企業(yè)和特定應用行業(yè)之間缺乏合作經驗和高效的溝通機制，導致位置服務企業(yè)所提供的解決方案和具體行業(yè)需求之間缺乏精準對接，沒能借助高精度位置服務的先進技術滿足特定用戶期望并提升服務對象的使用體驗，致使落地效果欠佳。綜上所述，專業(yè)程度過高，應用場景局限以及服務方案偏離行業(yè)需求的問題在很大程度上阻礙了高精度位置服務的推廣應用。

當前，導航定位領域同質化競爭嚴重，芯片、終端、系統(tǒng)、平臺等各產業(yè)環(huán)節(jié)還沒有形成良好的生態(tài)。部分企業(yè)受限于傳統(tǒng)思想觀念和行為習慣，對版權未能給予足夠的尊重，導致軟件和核心算法開發(fā)環(huán)境不佳，各相關軟件、核心定位算法研發(fā)單位之間相互模仿甚至抄襲的現象時有發(fā)生，從而嚴重損害了版權方的利益。

為了保護產品及方法不被竊取，各單位均對自己的核心算法和開發(fā)過程持隱晦態(tài)度，傾向于獨自發(fā)展核心技術，保守對待技術交流和統(tǒng)籌合作。這種閉門造車的開發(fā)模式不僅效率低下，還造成普遍的技術資源重復投入和低水平復制現象。此外，由于缺乏產業(yè)規(guī)劃和政策引導，我國高精度位置服務沒有形成統(tǒng)一有效的行業(yè)標準，無法為系統(tǒng)運營商、開發(fā)商、高校研究院所等研發(fā)和應用單位提供統(tǒng)一、開放的平臺，高精度位置服務行業(yè)的整體健康發(fā)展也就無法營造良好的生態(tài)環(huán)境。

幾點建議

對導航定位高精度軟件和算法研究應加大投入力度。導航定位算法和配套軟件是高精度位置服務的核心，直接關系到衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)能否充分發(fā)揮性能優(yōu)勢、提高應用效能，必須高度重視軟件和算法這一核心問題。建議加速推進算法研制、算法測試、算法評估等領域的規(guī)范化、標準化建設工作，對開展算法測評、算法優(yōu)化、應用軟件開發(fā)等工作的專業(yè)機構和企業(yè)加大支持和扶植力度，并聯合企業(yè)、科研機構與高校，對相關領域加大教育投入，力求在深刻理解核心技術的基礎上做到自主研發(fā)，積極搶占產業(yè)高地。中國軟件評測中心和全圖通衛(wèi)星網絡有限公司已率先在此方面進行了實踐，對推動我國衛(wèi)星導航定位高精度應用必將起到重要作用。

針對行業(yè)應用需求，設計軟硬件綜合解決方案。衛(wèi)星導航技術應用的特點是服務環(huán)境、服務場景與行業(yè)的需求和使用環(huán)境關系密切，各應用行業(yè)均要根據具體需求和特定運行場景對位置服務提出個性化要求，因而需要行業(yè)應用方和服務方案提供方進行積極有效的交流，避免鐫空妄實或削足適履的情況發(fā)生。為實現這一目標，就要以應用軟件和算法為切入點，與下游終端和上游系統(tǒng)進行深入對接與和磨合，提出軟硬件一體的綜合解決方案，最終使需求和能力相匹配，方案和痛點相契合，針對各行業(yè)應用實際逐步形成適應不同場景、不同使用條件的綜合解決方案。同時，通過比對導航定位核心技術在不同場景應用下的優(yōu)劣，設計出最優(yōu)的導航定位軟硬件集成方案，進一步提升我國在衛(wèi)星導航定位算法方面的自主創(chuàng)新能力和競爭力。

打造貫通導航定位高精度產業(yè)鏈的生態(tài)環(huán)境。導航定位高精度這一高新技術領域因其廣闊的市場和豐富的應用場景吸引了諸多企業(yè)投入，各企業(yè)的發(fā)展目標和技術水平等良莠不齊。通過構建公開、公正、公平的高精度軟件與算法測試評估和注冊管理平臺，鼓勵并扶植原創(chuàng)企業(yè)，打擊盜版和剽竊行為，可以為知識產權保護提供充分保障。繼而打通大專院校、科研機構、芯片企業(yè)、終端廠家等單位之間的合作通道，整合算法、軟件、芯片、終端等產業(yè)鏈條，構建一個產學研一體的高精度產業(yè)鏈商業(yè)模式。建設高精度軟件與算法庫、行業(yè)綜合解決方案庫、高精度產品超市，形成算法、軟件、硬件統(tǒng)籌開發(fā)、廣泛合作、互利共贏的全產業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境。建立導航定位高精度的評測體系，從人機料法環(huán)等方面逐步實現規(guī)范化、校準化，最終形成產業(yè)、企業(yè)、行業(yè)認可的評測標準和技術規(guī)范，為高精度位置服務行業(yè)高速、健康發(fā)展提供指引。