我國(guó)導(dǎo)航定位高精度位置服務(wù)領(lǐng)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(dǎo)航定位已廣泛應(yīng)用于測(cè)量測(cè)繪、地理信息收集、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)測(cè)、飛行器控制等專業(yè)領(lǐng)域，并形成了衛(wèi)星導(dǎo)航氣象學(xué)等新型交叉學(xué)科。同時(shí)，該技術(shù)也逐步向位置服務(wù)、高精度汽車導(dǎo)航、智能交通、船舶導(dǎo)航等大眾應(yīng)用領(lǐng)域滲透。到2020年，我國(guó)將建成旨在服務(wù)全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。作為衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，高精度導(dǎo)航定位技術(shù)市場(chǎng)空間將得到空前拓展。因此，將導(dǎo)航定位高精度技術(shù)作為自主創(chuàng)新突破點(diǎn)，及時(shí)搶占技術(shù)及產(chǎn)業(yè)高地，對(duì)于加速我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高新領(lǐng)域彎道超車意義重大。

北斗系統(tǒng)推廣應(yīng)用的基本情況

目前，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)已經(jīng)展開大規(guī)模部署，并在國(guó)防建設(shè)、資源勘查、能源開發(fā)、測(cè)繪工程、安全監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸?shù)雀黝I(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著國(guó)家不斷加大產(chǎn)研投入，北斗系統(tǒng)的性能取得全面提升，并在多個(gè)應(yīng)用層面得以持續(xù)推廣。未來我國(guó)將進(jìn)一步完善該系統(tǒng)的覆蓋能力和服務(wù)能力，著力于向民用領(lǐng)域推廣。

（一）基礎(chǔ)產(chǎn)品性能實(shí)現(xiàn)跨越式升級(jí)，產(chǎn)銷量快速增長(zhǎng)。北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)自主可控，質(zhì)量和產(chǎn)銷量均獲得大幅提升。北斗新一代芯片已經(jīng)達(dá)到40納米級(jí)，而芯片的尺寸與價(jià)格、能耗直接相關(guān)，更小的芯片意味著更低的價(jià)格和能耗。國(guó)內(nèi)新一代基帶射頻一體化芯片在設(shè)計(jì)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(jià)格，贏得國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，成功邁進(jìn)世界高端產(chǎn)業(yè)行列。截至2017年底，BDS/GNSS導(dǎo)航型基帶、射頻芯片/模塊銷量突破4000萬(wàn)片；高精度板卡和天線銷量分別占到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的30%和90%；應(yīng)用于移動(dòng)通信芯片的國(guó)產(chǎn)自主衛(wèi)星導(dǎo)航IP核數(shù)量近1800萬(wàn)。

（二）行業(yè)/區(qū)域示范應(yīng)用穩(wěn)步推進(jìn)。我國(guó)正在全力建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用示范區(qū)。目前在交通運(yùn)輸、海事搜救、氣象、漁業(yè)、公安、民政減災(zāi)救災(zāi)、林業(yè)等部門部署11個(gè)行業(yè)示范，并在珠三角、京、陜、湘、貴、鄂、蘇等17個(gè)行政區(qū)全力實(shí)施區(qū)域示范。其中，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，北斗系統(tǒng)有效支撐了交通運(yùn)輸部的“兩客一危”項(xiàng)目。通過在危險(xiǎn)品運(yùn)輸車、長(zhǎng)途客車、旅游包車上安裝北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，可以使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)管，對(duì)超速、疲勞駕駛等交通違章行為提出警告，進(jìn)而有效降低了交通安全事故的發(fā)生。項(xiàng)目實(shí)施后，根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年全年道路運(yùn)輸領(lǐng)域重大事故起數(shù)和傷亡人數(shù)同比分別下降50%和51.6%。

（三）面向大眾化應(yīng)用的新功能和新產(chǎn)品蓬勃發(fā)展。近年來，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)積極融合可穿戴設(shè)備、智能制造等各種智能硬件及其它新興技術(shù)，涌現(xiàn)出北斗時(shí)空表、北斗約車、北斗放牛、“北斗菜”、“貨車幫”等新業(yè)態(tài)，推動(dòng)了供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，讓系統(tǒng)應(yīng)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(shù)的發(fā)展，以及衛(wèi)星導(dǎo)航與移動(dòng)通信等領(lǐng)域的廣泛集成，北斗正在融入大眾應(yīng)用，服務(wù)大眾生活。

（四）高精度技術(shù)應(yīng)用全面展開 并將邁入新的發(fā)展階段。我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航高精度服務(wù)在測(cè)繪、地震等專業(yè)領(lǐng)域起步較早，測(cè)繪行業(yè)根據(jù)應(yīng)用需求已經(jīng)形成了單站點(diǎn)高精度測(cè)量的解決方案，國(guó)家地震局也已部署專用的高精度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)已經(jīng)較為成熟。目前北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋到17個(gè)省份，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位高精度技術(shù)應(yīng)用即將迎來新的發(fā)展階段，特別是實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)到一米以內(nèi)的米級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)，以及經(jīng)過定位數(shù)據(jù)處理將定位精度提升到一毫米以內(nèi)的后處理毫米級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)，正成為下一步北斗技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的重點(diǎn)方向。

導(dǎo)航定位高精度發(fā)展需關(guān)注的問題

目前，我國(guó)高精度位置服務(wù)行業(yè)發(fā)展迅速，系統(tǒng)建設(shè)蓬勃發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)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(wù)對(duì)接不精準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境待改善等問題，正嚴(yán)重阻礙著技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用市場(chǎng)的進(jìn)一步拓展，是當(dāng)前高精度位置服務(wù)推廣應(yīng)用的瓶頸。其具體成因如下。

（一）系統(tǒng)建設(shè)側(cè)重硬件開發(fā)而忽視軟件和算法研究。我國(guó)早在2000年就采用進(jìn)口檢測(cè)接收機(jī)設(shè)備建設(shè)了衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，用以推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位高精度服務(wù)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(duì)于配套軟件和算法沒有理解透徹，相關(guān)研究沒有獲得突破，導(dǎo)致硬件系統(tǒng)的性能無法得到充分利用。其實(shí)，高精度位置服務(wù)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于推進(jìn)建站和硬件開發(fā)進(jìn)度時(shí)，應(yīng)優(yōu)化配套軟件和算法，使軟硬件協(xié)同改進(jìn)，全面發(fā)展，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體效能。然而，相關(guān)行業(yè)并沒有吸取過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并重新規(guī)劃發(fā)展路徑，而是繼續(xù)將工作重點(diǎn)放在建站上，爭(zhēng)相建設(shè)各類增強(qiáng)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(shè)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(duì)高精度算法和軟件開發(fā)的投入嚴(yán)重不足，嚴(yán)重拖累了系統(tǒng)的整體發(fā)展進(jìn)度。

（二）高精度位置服務(wù)企業(yè)未能與應(yīng)用行業(yè)精準(zhǔn)對(duì)接。衛(wèi)星導(dǎo)航定位高精度服務(wù)的發(fā)展起步于測(cè)繪、地震監(jiān)測(cè)等專業(yè)領(lǐng)域，在發(fā)展初期著重解決的是科學(xué)問題和特定行業(yè)內(nèi)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?yīng)用。加之早期對(duì)國(guó)外高精度技術(shù)的依賴而產(chǎn)生的附加成本，導(dǎo)致高精度位置服務(wù)長(zhǎng)期以來對(duì)應(yīng)用成本不敏感，服務(wù)價(jià)格居高不下，不能適用于大眾應(yīng)用領(lǐng)域。如今隨著技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，高精度位置服務(wù)成本得到優(yōu)化，各行各業(yè)對(duì)高精度位置服務(wù)應(yīng)用均表現(xiàn)出極大熱情，大眾應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)日見廣闊。但由于高精度位置服務(wù)企業(yè)和特定應(yīng)用行業(yè)之間缺乏合作經(jīng)驗(yàn)和高效的溝通機(jī)制，導(dǎo)致位置服務(wù)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(zhǔn)對(duì)接，沒能借助高精度位置服務(wù)的先進(jìn)技術(shù)滿足特定用戶期望并提升服務(wù)對(duì)象的使用體驗(yàn)，致使落地效果欠佳。綜上所述，專業(yè)程度過高，應(yīng)用場(chǎng)景局限以及服務(wù)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(wù)的推廣應(yīng)用。

（三）缺乏引導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的健康生態(tài)。當(dāng)前，導(dǎo)航定位領(lǐng)域同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，芯片、終端、系統(tǒng)、平臺(tái)等各產(chǎn)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(xí)慣，對(duì)版權(quán)未能給予足夠的尊重，導(dǎo)致軟件和核心算法開發(fā)環(huán)境不佳，各相關(guān)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(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，從而嚴(yán)重?fù)p害了版權(quán)方的利益。為了保護(hù)產(chǎn)品及方法不被竊取，各單位均對(duì)自己的核心算法和開發(fā)過程持隱晦態(tài)度，傾向于獨(dú)自發(fā)展核心技術(shù)，保守對(duì)待技術(shù)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(shù)資源重復(fù)投入和低水平復(fù)制現(xiàn)象。此外，由于缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和政策引導(dǎo)，我國(guó)高精度位置服務(wù)沒有形成統(tǒng)一有效的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，無法為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、開發(fā)商、高校研究院所等研發(fā)和應(yīng)用單位提供統(tǒng)一、開放的平臺(tái)，高精度位置服務(wù)行業(yè)的整體健康發(fā)展也就無法營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境。

幾點(diǎn)建議

（一）對(duì)導(dǎo)航定位高精度軟件和算法研究應(yīng)加大投入力度。導(dǎo)航定位算法和配套軟件是高精度位置服務(wù)的核心，直接關(guān)系到衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)能否充分發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)、提高應(yīng)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(jìn)算法研制、算法測(cè)試、算法評(píng)估等領(lǐng)域的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，對(duì)開展算法測(cè)評(píng)、算法優(yōu)化、應(yīng)用軟件開發(fā)等工作的專業(yè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)加大支持和扶植力度，并聯(lián)合企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)與高校，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域加大教育投入，力求在深刻理解核心技術(shù)的基礎(chǔ)上做到自主研發(fā)，積極搶占產(chǎn)業(yè)高地。中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心和全圖通衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有限公司已率先在此方面進(jìn)行了實(shí)踐，對(duì)推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位高精度應(yīng)用必將起到重要作用。

（二）針對(duì)行業(yè)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)軟硬件綜合解決方案。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)是服務(wù)環(huán)境、服務(wù)場(chǎng)景與行業(yè)的需求和使用環(huán)境關(guān)系密切，各應(yīng)用行業(yè)均要根據(jù)具體需求和特定運(yùn)行場(chǎng)景對(duì)位置服務(wù)提出個(gè)性化要求，因而需要行業(yè)應(yīng)用方和服務(wù)方案提供方進(jìn)行積極有效的交流，避免鐫空妄實(shí)或削足適履的情況發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就要以應(yīng)用軟件和算法為切入點(diǎn)，與下游終端和上游系統(tǒng)進(jìn)行深入對(duì)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(diǎn)相契合，針對(duì)各行業(yè)應(yīng)用實(shí)際逐步形成適應(yīng)不同場(chǎng)景、不同使用條件的綜合解決方案。同時(shí)，通過比對(duì)導(dǎo)航定位核心技術(shù)在不同場(chǎng)景應(yīng)用下的優(yōu)劣，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的導(dǎo)航定位軟硬件集成方案，進(jìn)一步提升我國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法方面的自主創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力。

（三）打造貫通導(dǎo)航定位高精度產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)環(huán)境。導(dǎo)航定位高精度這一高新技術(shù)領(lǐng)域因其廣闊的市場(chǎng)和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景吸引了諸多企業(yè)投入，各企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)水平等良莠不齊。通過構(gòu)建公開、公正、公平的高精度軟件與算法測(cè)試評(píng)估和注冊(cè)管理平臺(tái)，鼓勵(lì)并扶植原創(chuàng)企業(yè)，打擊盜版和剽竊行為，可以為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)提供充分保障。繼而打通大專院校、科研機(jī)構(gòu)、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(chǎn)業(yè)鏈條，構(gòu)建一個(gè)產(chǎn)學(xué)研一體的高精度產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)模式。建設(shè)高精度軟件與算法庫(kù)、行業(yè)綜合解決方案庫(kù)、高精度產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境。建立導(dǎo)航定位高精度的評(píng)測(cè)體系，從人機(jī)料法環(huán)等方面逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、校準(zhǔn)化，最終形成產(chǎn)業(yè)、企業(yè)、行業(yè)認(rèn)可的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，為高精度位置服務(wù)行業(yè)高速、健康發(fā)展提供指引。