我國高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展與前景

文|鮑志雄

中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司

高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是采用GPS、北斗、GLONASS和Galileo四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對地面、海洋、空中和空間用戶進(jìn)行高精度導(dǎo)航定位的技術(shù)，具有全球、全天候、高精度的特點(diǎn)。

高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)始于美國GPS。近年來，隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，中國高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的變化非常大，特別是測繪裝備行業(yè)，可以說經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的過程。

一、我國高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備起步于測繪地理信息領(lǐng)域

國內(nèi)最早的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于測繪地理信息領(lǐng)域。

以前，測繪工作一般使用全站儀、經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀，然而這些光學(xué)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用中面臨著無法克服的問題，比如，設(shè)備作用距離較短，易受天氣影響，在海洋等一些特殊地方不能使用等。高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備具有全天候的特點(diǎn)，且作用距離比較長。即使在高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用的初期，其作用距離就可以達(dá)到十幾千米，在精度要求不高的情況下，甚至可以達(dá)到幾十千米、上百千米，而同時(shí)期最好的全站儀的作用距離也只能達(dá)到1000m。國家的大型控制網(wǎng)也主要是以衛(wèi)星導(dǎo)航裝備為主，這也是高精度衛(wèi)星導(dǎo)航裝備起步于測繪地理信息領(lǐng)域原因。整個(gè)測繪行業(yè)逐步從光學(xué)測繪時(shí)代發(fā)展到以高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)為主的數(shù)字測繪時(shí)代。

二、我國高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主化發(fā)展

與國內(nèi)其他行業(yè)一樣，測繪地理信息行業(yè)中高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展也經(jīng)歷了從進(jìn)口貿(mào)易到自主研發(fā)的過程。

2000年左右，國內(nèi)測繪地理信息行業(yè)還沒有自主研發(fā)的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備，大部分企業(yè)都是通過代理的方式引進(jìn)國外設(shè)備在國內(nèi)銷售。起初，最核心的部件——板卡，基本上來自于國外廠商，如摩托羅拉公司、JAVAD公司、NovAtel公司等，國內(nèi)雖有些科研院所進(jìn)行過這方面的研發(fā)，但并沒有將其產(chǎn)品化。除了核心部件之外，國內(nèi)的手簿、天線和電臺也基本從國外采購。國內(nèi)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航的研發(fā)更多的是從國外采購器件，在國內(nèi)組裝、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模具、開發(fā)軟件，最后打包出售。這種情況甚至持續(xù)到2010年左右。

隨著中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司、廣州南方測繪科技股份有限公司等國內(nèi)企業(yè)相繼開始自主研發(fā)，國內(nèi)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)逐漸變強(qiáng)。目前我國企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)的自主化。

近幾年，國產(chǎn)板卡經(jīng)過市場的驗(yàn)證和磨合，已經(jīng)能與國際水平相媲美，也得到了國內(nèi)市場的認(rèn)可（圖1）。

圖1 中海達(dá)BX220低功耗高精度導(dǎo)航板卡

目前，國產(chǎn)板卡銷量占國內(nèi)市場份額50%左右。國產(chǎn)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的國內(nèi)市場份額也從不到10%升至90%以上，徹底扭轉(zhuǎn)了國外品牌壟斷國內(nèi)市場的局面，甚至影響了全球市場。在這個(gè)過程中，很多中國企業(yè)逐漸發(fā)展了起來，還培育出了中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司、上海華測導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司、北京北斗星通導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司等上市企業(yè)，它們都是中國高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的受益者。

隨著國內(nèi)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航核心技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也不再局限于測繪領(lǐng)域，而是更廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、駕考駕培、農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛、汽車自動(dòng)駕駛等諸多領(lǐng)域。目前，國內(nèi)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航核心技術(shù)發(fā)展趨勢是機(jī)器和定位相結(jié)合，成本更低、應(yīng)用更廣，普及化成為可能。

三、高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.三大機(jī)遇

促使國產(chǎn)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)由小變大、由弱變強(qiáng)的機(jī)遇可以從以下幾個(gè)方面展開。

第一，市場機(jī)遇。中國在過去幾十年中，對整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入非常大，比如鐵路、港口、碼頭、公路、機(jī)場，帶動(dòng)了測繪裝備市場和高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場龐大才能讓眾多企業(yè)生存下來并不斷發(fā)展壯大，這是國家政策層面的大環(huán)境。

第二，國家的北斗。2012年以后，國家開始對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)加大投入，從政府層面出臺政策對企業(yè)進(jìn)行扶持，包括產(chǎn)業(yè)扶持、政策扶持，還有一些科研項(xiàng)目等定點(diǎn)扶持，從而加速了國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航企業(yè)的發(fā)展。

第三，“一帶一路”。目前，國家正在把基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)往“一帶一路”沿線國家和地區(qū)推廣，國內(nèi)企業(yè)可以通過“借船出?！钡姆绞?，將設(shè)備和技術(shù)解決方案推廣和普及到東南亞地區(qū)、俄羅斯等歐洲國家和地區(qū)（圖2）。從一些市場數(shù)據(jù)來看，最近幾年，亞洲很多國家高鐵、港口、碼頭建設(shè)過程中都需要用到衛(wèi)星導(dǎo)航定位設(shè)備，很多中國企業(yè)（如中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司、中國建筑集團(tuán)有限公司等）的大量工程建設(shè)工作已轉(zhuǎn)移到國外，帶動(dòng)了中國產(chǎn)業(yè)技術(shù)包括設(shè)備走出國門。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的布局及其在國際上的影響越來越大，中國的產(chǎn)品裝備企業(yè)將會(huì)收到國家?guī)淼募t利。

圖2 北斗高精度接收機(jī)應(yīng)用于新加坡施工打樁

2.四大挑戰(zhàn)

高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也面臨著挑戰(zhàn)。

第一，國內(nèi)某些地方仍存在風(fēng)險(xiǎn)，比如各地興建的北斗產(chǎn)業(yè)園等可能會(huì)產(chǎn)生泡沫，使得真正做產(chǎn)品的企業(yè)在未來市場競爭中受到影響。

第二，經(jīng)過二三十年的高速發(fā)展，中國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)未來可能會(huì)進(jìn)入平緩期，市場增量有限。在這種情況下，應(yīng)該考慮尋找新的行業(yè)應(yīng)用、新的突破口來保證企業(yè)持續(xù)發(fā)展。從國內(nèi)外環(huán)境來看，目前中國衛(wèi)星導(dǎo)航裝備企業(yè)90%的市場來源于國內(nèi)，而在國際市場上，與國際大型企業(yè)（如天寶、徠卡、拓普康等）相比，在國際布局、經(jīng)銷網(wǎng)點(diǎn)、售后服務(wù)中心的鋪設(shè)等方面還有一定距離。

第三，隨著國內(nèi)企業(yè)走出國門，在國外會(huì)出現(xiàn)非良性的市場競爭行為，如互相壓低價(jià)格，一旦價(jià)格低，中國企業(yè)很難保證售后服務(wù)。如果一家中國品牌出現(xiàn)了這種情況，在當(dāng)?shù)貢?huì)對中國整體品牌造成負(fù)面的影響。此外，部分國內(nèi)企業(yè)對品質(zhì)和品牌缺乏自我保護(hù)和管理的長遠(yuǎn)意識。

第四，與國外相比，國內(nèi)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和產(chǎn)業(yè)仍存在一定的差距，但隨著中國市場需求的增加，越來越多上市公司的涌現(xiàn)，以及更多資本的介入，這個(gè)差距將會(huì)被不斷縮小。

四、高精度衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢

1.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來看，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模會(huì)越來越大。當(dāng)前高精度衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用范圍是較窄，應(yīng)用點(diǎn)還不是特別多，隨著技術(shù)成熟，價(jià)格和市場門檻將持續(xù)降低，未來的應(yīng)用領(lǐng)域無法想象?！癎PS的應(yīng)用只受想象限制”，每年都有新的領(lǐng)域在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，例如近幾年熱門的無人駕駛已經(jīng)應(yīng)用了高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備。

另外，高精度衛(wèi)星導(dǎo)航在新的領(lǐng)域未來還會(huì)有新的龍頭企業(yè)脫穎而出，衛(wèi)星導(dǎo)航在某一個(gè)行業(yè)的新應(yīng)用就可能催生一個(gè)新的大市場，進(jìn)而誕生新的上市企業(yè)。這種機(jī)會(huì)未來還有很多，這主要在于企業(yè)自身是否做好了準(zhǔn)備。

2.技術(shù)發(fā)展趨勢

從技術(shù)角度而言，高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已進(jìn)入相對成熟期，區(qū)域性增強(qiáng)系統(tǒng)以及組合導(dǎo)航技術(shù)將會(huì)成為未來高精度衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的兩大主要趨勢。

（1）區(qū)域性增強(qiáng)系統(tǒng)

從基本形態(tài)來看，衛(wèi)星數(shù)量會(huì)越來越多，GPS、北斗、GLONASS以及Galileo四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)速度越來越快，到2020年基本建成且良好應(yīng)用。未來全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航建設(shè)將會(huì)減少，區(qū)域性增強(qiáng)系統(tǒng)會(huì)成為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。

目前，多國在區(qū)域性增強(qiáng)系統(tǒng)領(lǐng)域已投入發(fā)展。星基增強(qiáng)系統(tǒng)最初是美國聯(lián)邦航空局廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）以及歐洲的地球靜止衛(wèi)星導(dǎo)航重疊服務(wù)系統(tǒng)（EGNOS）在航天航海領(lǐng)域的應(yīng)用；現(xiàn)在日本建設(shè)的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS），通過發(fā)射傾斜軌道衛(wèi)星、同步衛(wèi)星專門搭載高精度增強(qiáng)系統(tǒng)，從而解決交通的高精度導(dǎo)航問題。這些衛(wèi)星不僅提供導(dǎo)航，同時(shí)也用來增強(qiáng)信號，在覆蓋區(qū)域內(nèi)可隨時(shí)隨地獲得高精度的定位，這樣高精度衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用就不受地域限制，即使在沙漠里、海洋中、飛機(jī)上或是無人區(qū)也可使用。

關(guān)于發(fā)展星基增強(qiáng)系統(tǒng)，無論在國家還是企業(yè)層面都已經(jīng)形成共識，國外很多公司已經(jīng)商業(yè)化發(fā)展了很多年。過去的星基增強(qiáng)系統(tǒng)主要服務(wù)于海洋和農(nóng)業(yè)，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)區(qū)和海洋沒有基站和網(wǎng)絡(luò)通信，必須通過這種方式來獲取實(shí)時(shí)精度。網(wǎng)絡(luò)條件越缺乏的地方，星基系統(tǒng)越容易得到推廣和使用。

（2）組合導(dǎo)航技術(shù)

與其他導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展組合導(dǎo)航技術(shù)將成為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的又一重要方向。

首先，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)自身不斷發(fā)展，核心元件的升級，將有效減少功耗、降低成本。另外，衛(wèi)星導(dǎo)航可以與慣性導(dǎo)航技術(shù)做更深入的結(jié)合，彼此優(yōu)勢互補(bǔ)。衛(wèi)星導(dǎo)航要接收天空信號，在信號中斷的地方無法定位，而慣性導(dǎo)航技術(shù)不受外界影響，可以自主定位。但隨著時(shí)間增長，慣性導(dǎo)航定位的誤差會(huì)逐漸變大，這又需要衛(wèi)星導(dǎo)航的實(shí)時(shí)定位來消除誤差積累——這兩種定位技術(shù)的有效融合能解決實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。例如，無人機(jī)噴灑農(nóng)藥時(shí)，在樹林等接收不到信號的地方可能會(huì)出現(xiàn)噴灑錯(cuò)誤或墜機(jī)，這時(shí)就需要憑借慣性導(dǎo)航技術(shù)獲取定位。又如，汽車通過隧道或高架橋時(shí)沒有信號，可以憑借手機(jī)里的慣性導(dǎo)航技術(shù)來導(dǎo)航，但時(shí)間不能太長。在備受關(guān)注的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，一定要解決衛(wèi)星導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航的深入融合問題，提供實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位，同時(shí)還需要將導(dǎo)航技術(shù)與視覺識別、影像識別相互融合，實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境的感知。

隨著國家北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)完成，中國相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇、積極探索，結(jié)合行業(yè)熱點(diǎn)和趨勢，尋找更廣闊的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)企業(yè)也要以維護(hù)中國品牌形象為己任，以自信從容的姿態(tài)走向國際舞臺，開拓發(fā)展新空間。