北斗卫星导航系统行业应用策略研究

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1 北斗卫星导航系统 应用战略及对策研究 武汉理工大学 2014 年 12 月

2 目 录 1 概述 研究背景及意义 主要研究内容 国内卫星导航系统应用概况 GPS 系统应用现状 中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 应用现状 我国卫星导航应用系统 北斗导航系统应用现状与分析 在气象领域的应用 在海洋渔业的应用 在通信行业的应用 在农业领域的应用 在电力行业的应用 北斗应用现状分析 北斗导航系统行业发展影响因素和存在的问题 行业发展影响因素 有利因素 不利因素 存在的问题 标准缺失, 制约应用推广 技术缺失, 制约产品竞争力 竞争无序, 制约企业生存发展 竞争无优, 制约产业全球发展 北斗卫星导航系统行业应用策略 国家监管的管理策略 GPS 管理的启示 北斗的国家监管 产业扶持的政策策略... 25

3 5.2.1 关键基础行业限制国外系统的准入 政府卫星导航项目优先使用北斗导航系统 车辆等交通导航鼓励使用北斗导航系统 个人消费应用充分推广多系统的应用 多模融合的技术策略 与国际标准相容 多系统共存 示范应用的市场策略 新航行系统应用示范工程 全国公众交通出行服务应用示范工程 海上与内河航运应用示范工程 移动位置服务 (LBS) 示范工程 公共安全应用服务和应急联动典型示范工程 旅游位置服务和紧急救助联动服务示范工程 北斗导航系统行业发展趋势与建议 北斗导航系统行业发展趋势 对北斗导航系统的建议 对北斗卫星导航系统管理体制的建议 对北斗卫星导航系统信号体制的建议 对北斗导航服务建设的建议 对北斗卫星导航系统市场开发的建议... 34

4 1 概述 1.1 研究背景及意义 卫星导航在国民经济建设中占有重要的位置, 是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量, 是建设国家信息体系的重要基础设施, 是直接关系到国防安全和经济发展的关键性技术支撑系统 卫星导航系统技术的基本功能是向各类用户和运动平台实时提供准确 连续的位置 速度和时间信息, 具有精度高 实时性强 全天候等特点, 目前已成为全球普遍采用的导航定位技术 卫星导航系统不但是卫星 运载火箭 通信 集成电路等多种高新技术的集合, 同时卫星导航系统高昂的研制 建设 维护费用也对经济实力提出了苛刻的要求 拥有卫星导航的技术和能力, 是一个国家综合实力的重要标志, 并将在军事 外交和经济上占据主动地位, 获取巨大的利益 因此世界上主要大国和商业集团不惜巨资发展卫星导航系统 : 如美国的 GPS 和俄罗斯 GLONASS 在这方面先行一步, 我国的北斗卫星导航系统和欧洲的 GALILEO 系统正在建设, 日本和印度等也在筹备组建自己的系统 自我国于 20 世纪 90 年代开始引进卫星导航定位技术并用于科研 教学等方向, 经过十多年的发展, 卫星导航的应用已十分广泛, 涉及到国民经济的多个领域, 包括海洋 陆地和空中交通运输的导航, 并在工业 精细农业 林业 渔业 土建工程 矿山 物理勘探 资源调查 陆地与海洋测绘 地理信息产业 海上石油作业 地震预测 气象预报 环保研究 电信 旅游 娱乐 管理 社会治安 医疗急救 搜索救援以及时间传递 电离层测量 飞船 空间站和低轨道卫星等航天飞行器的定位和导航等领域已得到大量应用, 或已显示出巨大的应用潜力 它所提供的位置 速度和时间等信息将很快成为现代信息社会的重要信息来源, 成为信息时代的国家基础设施之一 2006 年, 中国政府制定的 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要 和 国家中长期科学和技术发展规划纲要 ( 年 ), 将发展卫星导航及其应用置于重要地位 根据上述两个规划纲要, 中国政府明确了未来五年及稍 1

5 长一段时期的发展目标和主要任务 应该看到与载人航天 月球探测 高分辨率对地观测系统 新一代卫星通信等航天技术相比, 卫星导航与国民经济发展 人民日常生活 军事斗争准备接合的最为紧密 随着卫星导航技术的提高和卫星导航应用范围的扩大, 卫星导航将在我国军事领域和民用领域发挥越来越重要的作用 通过建设为全球提供定位 测速 授时及搜救服务的中国第二代卫星导航系统, 中国可以为航空 海事 生命安全等卫星导航全球性应用提供有力支持, 体现中国作为新世纪大国对全球共同发展所做出的贡献, 表明了中国和平利用外层空间 促进人类文明和社会进步 造福全人类的理念 覆盖全球的自主卫星导航系统同时可以在确保我国全球能源运输线的安全 完善海上突发事件的应急处理机制 开展海洋 极地深入科学研究提供支持以及在能源 资源勘探等诸多领域发挥重要作用 通过卫星导航在我国普及水平的不断提高, 以卫星导航为基础覆盖公路水路运输的数字交通体系, 通过位置信息及实时发布的动态交通流量信息将更加方便人民群众的日常生活, 提高生产活动的效率并降低生产成本, 促进国民经济的可持续发展, 减少能源的使用并有效促进环境的保护 信息技术产业的发展方兴未艾, 依然是经济持续增长的主导力量, 通过卫星导航的发展, 可以为具有自主知识产权的信息技术产业发展奠定基础 卫星导航已经在基础测绘 工程勘测 资源调查 地震监测 气象探测 精细农业 科学造林等诸多领域发挥着越来越重要的作用, 特别是对于减灾 救灾 应急 公安等国家安全领域具有重要意义 1.2 主要研究内容 我国自行研制的 北斗卫星导航定位系统 ( 简称 北斗系统 ) 从 2004 年 4 月正式运营 全面对民用用户开放至今, 整个系统运行稳定, 工作状态良好, 已在测绘 电信 水利 交通运输 勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作用 北斗系统作为一种新的卫星导航定位系统, 有明显的技术优势, 但也有一定的应用缺陷和不足该系统在推广应用过程中受到了许多因素的制约, 在很多领域中的用途还未被认知 目前, 北斗系统的应用水平与国外卫星导航定位系统 ( 如 2

6 GPS 系统 ) 相比, 还明显处于劣势 ; 在民用方面, 还远远未达到产业化 市场化的水平 这与该系统作为世界上第三个投入实际应用服务的卫星导航定位系统的地位不相称 须采取有力措施, 推进北斗系统应用, 使北斗系统更好地为我国的国防和国民经济建设服务, 改变国外的卫星导航定位系统独占我国卫星定位导航应用市场的局面 本文在分析北斗卫星导航定位系统的应用现状的背景下, 主要从国家监管策略 产业政策 技术策略及市场应用策略这些方面研究了北斗卫星导航系统的行业应用策略 最后根据制约该系统应用发展的主要因素, 对如何推进该系统在民用领域的产业化发展提出了一些具体建议 3

7 2 国内卫星导航系统应用概况 从整体上看, 我国卫星导航应用的主要系统是 GPS 系统, 自主知识产权的北斗卫星导航系统尚未达到服务国民经济发展的目标 卫星导航的产业化步伐还不快, 产业链尚未形成, 与扩大内需 便利人民生产生活 加快国民经济信息化进程的要求还有较大的差距 卫星导航主要技术及大部分收益由国外控制 我国政府部门高度重视卫星导航应用产业的发展, 将其作为促进产业结构优化升级的重要途径和手段 各级主管部门和机构针对卫星应用领域的政策陆续出台, 积极推动了卫星应用在我国的发展, 展示了政府对卫星相关应用的支持态度, 为卫星导航及其相关应用产业的发展创造和建立了良好的外部政策环境 国防科工委为中国北斗二号卫星导航系统民用产业化建立专项 ; 国家发改委制定并组织实施 卫星导航应用产业化 专项 ; 科技部运作的中欧 Galileo 合作计划得到了中央政府的支持和授权 ; 在中国政府的 十一五 规划中, 卫星导航作为卫星应用的主要对象明确列入今后五年内的 高技术产业工程重大专项 之一 2.1 GPS 系统应用现状 90 年代中期 GPS 开始在我国开始大规模应用, 应用方式主要为引进国外的 GPS 芯片或终端并与其它通信系统集成, 在汽车防盗 物流运输 车辆监控等方面有相对较高的应用规模 进入 20 世纪后随着家用轿车的普及, 使用 GPS 用于车辆导航的应用模式发展较为迅速, 成为 GPS 在我国应用的主要增长点 由于移动运营商的推广力度 终端厂商的产品更新及用户对于个人导航的需求影响, 基于 GPS 的个人位置服务在我国一直没有得到普及 同时, 在国家和地方的信息化建设中均不同程度地涉及 GPS 应用项目, 如卫星导航定位多功能综合应用网络体系, 智能交通系统项目 数字中国 西部大开发 和 东北老工业基地振兴 等重大工程与项目 涉及国民经济和社会的许多部门和领域, 如通信导航 交通运输 石油地质 精密测量 环保旅行 安全防范 紧急救援等 从我国卫星导航市场来看, 虽然 2013 年总产值突破了 1000 亿元人民币, 但仅仅占全球的 10%, 这和我国经济总量 人口总量 汽车总量 手机总量所占比 4

8 例相比, 都存在较大的差距, 但是其增长速度还是相当可观,2003 至 2010 年期间总产值复合增速达 43.5% 各级政府部门通过利用卫星导航技术开展在其它行业的广泛应用, 也促进了卫星导航在中国的应用, 比如 2010 年国家交通部 公安部 安全生产监督总局 工业和信息部等四部委联合发布的 关于加强道路运输车辆动态监管工作的通知 ( 交运发 [2011]80 号 ) 要求所有两客一危 ( 班线客车 旅游包车和危险品运输车辆 ) 必须安装具有卫星定位功能的汽车行驶记录仪, 所有涉及车辆在 2011 年 12 月 31 日前完成安装工作, 对 2012 年 1 月 1 日起没有安装的涉及车辆提出了制裁措施 目前在运钞车 急救车 危险品及贵重物品运输车等特种车辆领域, 车载 GPS 也被广泛应用 目前卫星导航车辆应用以监控指挥调度管理为主, 车载导航终端市场加速发展车辆应用系统主要分为两类, 监控调度和车载导航 目前, 地方政府管理部门为加强行业管理, 出台了许多相关法律规范, 要求商业运营车辆安装 GPS 监控调度系统, 从而提高管理效率 按照北京交通委 北京出租小轿车 GPS 车载终端功能技术要求 规定, 北京出租车都必须装备 GPS 终端, 其附属设备至少包括 :GPS 天线 通信天线 报警开关 监听麦克 手持式或耳麦式电话 显示屏 能够接收 GPS 卫星定位信息, 并具有双向数据通信功能, 能够按照控制中心指令回传数据, 接收中心传送的数据信息 深圳市出台 公路客运场站功能定位方案, 方案规定, 客运班车必须安装定位系统 (GPS) 或行车记录仪 根据 四川省道路运输管理条例 第二十四条的规定, 凡营运车辆均应安装 GPS 北京市急救中心为迎接奥运, 对指挥调度系统进行扩展, 专门成立 120 奥运医疗急救指挥中心, 与奥组委指挥系统 场馆急救中心等相呼应 逐步完善医疗救援指挥中心的各项设施, 改建卫星定位系统, 加入北京市数字无线集群通讯系统, 在医疗救援指挥中心配备两辆通信指挥车并装备现场图像传输系统, 在所有救护车建立通讯终端并安装 GPS 系统 北京市奥运食品安全系统已经建成, 北京市政府食品安全监督协调办公室确立了 10 大类 345 个品种食品标准, 并在奥运会期间通过 GPS 定位系统对运输车进行全程监控 云南省政府发出 关于预防重特大道路交通事故的通告 强调, 凡运距在 200 公里以上的客运车辆, 必须按规定安装 GPS 车载终端 5

9 2.2 中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 应用现状 应该客观承认中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 系统完全没有达到最初系统设计时的应用效果, 目前正式的民用应用用户不会超过 100 个, 当然由于该系统采用广播式服务 可能还有非正常用户, 但是系统所远远没有达到最初的设计用户容量 这一不正常现象是多方面原因造成的 首先, 中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 在设计之初是要为 GPS 提供增强补充服务, 当时由于 SA 政策 GPS 的民用服务精度一般为 100 米左右, 通过中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 可以把这一精度提高到 10 米左右并提供完好性服务 ; 同时在当时北斗导航卫星试验系统不能马上提供导航定位服务的情况下, 中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 可以只通过一颗北斗卫星为用户提供可靠 相对精确的导航定位服务, 可以缓解当前军用及民用用户对于导航定位的迫切需求 但是随着美国宣布取消 SA, 中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 的优势不再, 尽管当时美国表示取消 SA 是基于对世界负责, 但是应该注意到除了美国在卫星导航技术的进步可以为军用服务提供更高的精度外, 当时 EGNOS CSNAS 等增强系统的出现也加大了美国在卫星导航领域商业竞争的压力 对于竞争对于不具有技术的情况下采用技术封锁 高价掠夺 ; 当竞争对于具有技术能力后采用低价倾销是美国的一贯策略 其次, 在失去了中国卫星导航增强系统 (CSNAS) 的种种技术优势后, 主管部门减少了对该系统的人力和资金投入, 将更多的精力放到了北斗系统的建设上, 也是中国卫星导航增强系统得不到广泛应用的重要原因 由于缺少人力和资金投入, 该系统的建设进展一直缓慢, 中心站的研制工作最少时只有不超过十个人参加 ; 同时随着 GPS 价格的降低并迅速占领市场, 中国卫星导航增强系统也得不到用户厂商的重视, 原有的研制单位纷纷取消或暂停了中国卫星导航增强系统终端的研制计划 同时由于增强系统所有数据是通过北斗链路向用户广播, 用户终端除接收 GPS 信号还要接收北斗信号, 在北斗系统未向民用用户提供服务时民用用户也无法使用中国卫星导航增强系统, 同时军用用户己不允许 ( 不推荐 ) 使用 GPS 系统, 军用用户也得不到大力发展 6

10 最后, 由于中国卫星导航增强系统的少数参考站设备故障率较高, 致使系统参考站采集数据不连续 ; 个别参考站设站环境较差, 干扰因素多, 导致观测数据误差较大 ; 另外, 参考站至中心站数据传输的丢失较严重, 导致系统的差分计算结果一直不理想 整个系统的差分定位精度一直与 GPS 单点定位精度相差不大, 最严重的时候差分定位结果甚至不如单点定位结果 2.3 我国卫星导航应用系统 RBN-DGPS( 近海船舶信标差分 GPS 网 ) 沿海无线电指向标 - 差分全球定位系统 (RBN/DGPS) 是一种新型 高精度 全天候的海上导航定位系统, 是中国海事局 九五 期间的重点建设项目, 截止 2000 年底, 中国沿海 20 个 RBN/DGPS 基准台站已全部建成, 并于 2002 年 1 月 1 日零时起全面开通, 正式向公共用户无偿提供服务 中国沿海 RBN/DGPS 系统工作频率依据国际电联划分的海上无线电指向标频率范围 (283.5~325.0kHz), RBN/DGPS 台站采用单频发射制, 播发差分修正信息 差分全球定位系统识别码依国际灯塔协会 (IALA) 分配给我国的基准台和播发台的识别码范围由北向南按区域进行分配 差分修正信号在海上接收场强在 75μv/m 时, 作用距离 300 公里 我国 RBN/DGPS 向用户播发的差分信息采用最小移频键控 (MSK) 调制方式 ; 播发类别为调相单信道数据传送 (G1D) RBN/DGPS 信号格式采用 RTCM SC-104 信号格式标准, 包括部分卫星组的差分修正 提供台站的特殊信息, 数据传输率为 200 波特 中国沿海 RBN/DGPS 系统基准台坐标采用 WGS-84 坐标系 根据中国沿海 RBN/DGPS 系统建设规划, 为保证海上用户获得高精度助航服务, 首先要求基准台在世界大地坐标系 (WGS-84) 中的坐标位置必须十分准确, 其绝对精度应优于 0.5 米 为此, 中国海事局组织了两次 RBN/DGPS 台站位置联测 为确保系统的定位精度, 专门邀请中国测绘院等单位的专家, 共同拟定 沿海 RBN/DGPS 台站坐标测定技术方案, 对 RBN/DGPS 基准台坐标进行测定 北起长春, 南至三亚, 采用 16 个国家 GPS A 级网点, 共联测了 23 个 RBN/DGPS 基准台位置 (20 个正式台站和 3 个备选台站 ) 通过位置联测, 获得了沿海 23 个 RBN/DGPS 基 7

11 准台在世界大地坐标系中的地心坐标, 使我国 RBN/DGPS 基准台在 WGS-84 坐标系内的位置精度保持在 0.5 米以内 根据中国沿海 RBN/DGPS 系统建设规划, 中国海事局自 1995 年 2000 年分三期完成了沿海 20 个 RBN/DGPS 台站的建设 :1995 年 1997 年, 对大连大三山 秦皇岛 天津北塘 青岛王家麦 上海大戢山 海南抱虎角共 6 座现役指向标站进行改造, 增加播发差分 GPS 信息和辅助信息, 并引进 5 套美国 LEICA 公司 RBN/DGPS 台站设备和 1 套美国 TRIMBLE 公司 RBN/DGPS 台站设备 1997 年 1999 年, 完成连云港燕尾港 温州石塘 厦门镇海角 珠海三灶 湛江硇洲岛 5 座现役指向标站的改造, 新建汕头鹿屿 海南三亚 2 座台站, 播发差分 GPS 信息和辅助信息, 并引进 4 套美国 LEICA 公司 RBN/DGPS 台站设备 ( 含 1 台信息产业部西安二十所产发射机 ) 和 3 套美国 TRIMBLE 公司 RBN/DGPS 台站设备 1999 年 2000 年, 改造了大连老铁山 烟台成山角 连云港蒿枝港 福州天达山 4 座现役指向标站, 新建宁波定海 广西防城 海南洋浦 3 座台站, 播发差分 GPS 信息和辅助信息, 并引进 7 套美国 LEICA 公司 RBN/DGPS 设备 中国地壳运动观测网络 中国地壳运动观测网络 (CRUSTAL MOVEMENT OBSERVATION NETWORK OF CHINA 缩写为 CMONOC) 是中国在 年第九个五年计划期间实施的一项国家重大科学工程 是以全球卫星定位系统 (GPS) 观测技术为主, 辅之已有的甚长基线射电干涉测量 (VLBI) 和人卫测距 (SLR) 等空间技术, 结合精密重力和精密水准测量构成的大范围 高精度 高时空分辨率的地壳运动观测网络 中国地壳运动观测网络是一个综合性 多用途 开放型 数据资源共享 全国统一的观测网络, 具有连续动态监测功能 网络从根本上改善了地球表层固 液 气三个圈层的动态监测方式 网络的科学目标以地震预测预报为主, 兼顾大地测量和国防建设的需要, 同时可服务于广域差分 GPS, 气象和星载干涉合成孔径雷达等领域 网络的关键技术是 ; 高精度和高稳定性的观测技术 大信息量的获取技术 快速准实时的处理技术 8

12 中国数字地震观测网络主要包括基准网 基本网 区域网和数据传输与分析处理系统四大部分, 由二十五个 GPS 连续观测站 五十六个定期复测 GPS 站 一千个不定期复测 GPS 站和数据中心与三个共享子系统组成 中国数字地震观测网络可对基准站之间年变化二毫米的位移进行高精度监测, 同时也可对网络覆盖区域内一千公里内三毫米的距离变化实时监测, 从而通过对地表位移的监测, 科学地判断地震活动趋势 9

13 3 北斗导航系统应用现状与分析 北斗导航卫星试验系统于 2002 年试运行,2004 年 4 月全面对民用客户开放, 在军民两用上发挥了巨大的作用, 迄今为用户提供定位服务超过亿次, 通信服务超过千万条, 在气象 海洋渔业 军事 森林防火 水利防汛 交通运输 安全保卫等领域产生了显著的社会效益 但是, 由于种种原因, 北斗卫星在更多应用领域中的用途还未被认知, 卫星的资源还有大量的闲置, 以卫星在轨寿命 8 年来计算, 每天有 100 万元的折旧在白白消耗, 以卫星设计容量为百万户来计算, 目前在线的终端用户不足千分之一 3.1 在气象领域的应用 气象领域是最早应用我国北斗系统的重要应用领域之一 在边远台站和海岛, 气象实测数据最先通过北斗导航系统试验卫星传到中心预报服务部门 早在北斗导航卫星系统建设之初, 在中国北斗第二代导航卫星系统专项管理办公室的领导下, 中国气象局就开展了基于北斗 MEO 试验卫星的北京上空大气水汽探测试验, 参与了奥运气象保障, 取得了很好的效果 北斗导航卫星的广泛应用推进着我国气象科学技术的发展, 特别对我国气象的基础观测业务具有极其重要的影响, 从定性走向定量, 从陆地走向海洋, 从二维探测走向三维立体探测 北斗导航卫星在气象领域的应用有两个方面 : 1. 直接应用 : 卫星定位测速功能可以直接用在北斗探空系统的高精度测风定位上 ; 移动应急和特殊环境气象数据收集更是对北斗快速通讯功能的直接应用 2. 定量遥感等深层次应用 : 利用导航定位系统可定量遥感水汽和电离层电子浓度, 海洋气象参数定量探测等领域是对导航卫星信号遥感的更深度应用 可以提高暴雨暴雪的预报能力和增强近海大风大雾的预报和服务能力 目前利用卫星导航定位技术测风已成为高空气象探测的发展主流 全国有几百个 GPS 基准站, 实时联网进行导航卫星探测大气水汽和电离层电子浓度业务 10

14 探测 利用导航卫星反射信号探测海风海浪的技术也成为海洋气象探测的重要手段 发展卫星掩星廓线探测已成为未来气象关注的重要领域, 在长期地面试验基础上, 很快会在我国风云三号气象卫星第三颗星上实现 基于北斗导航卫星的大气 海洋和空间监测预警应用, 将通过对台风结构的探测提高台风路径的预报能力, 探测水汽输送, 通过岸基探测海风海浪, 增强近海天气预报的精度 通过卫星探测手段的提升, 提高对关键气象灾害的预报能力 在北斗导航卫星的技术支持下, 近年来我国在气象灾害预报和防灾减灾能力有了较大的提高, 在奥运国庆等重大气象保障中发挥了重要作用 我国是世界上自然灾害最严重的国家之一, 气象灾害就占 70% 以上, 增强防灾减灾, 构筑全方位 全时空 快速反应的气象服务体系, 对于保持经济社会持续快速健康发展具有重要意义 气象部门的行业化应用, 也是对我国北斗产业化的一个重要支撑 我国高空探测系统全面实现用自主的北斗探空系统升级换代后, 每年需要消耗北斗探空芯片近 20 万片, 全国 GNSS 水汽电离层探测站网也需要用我国北斗接收机逐步更换进口设备, 这些在支撑北斗产业化的同时, 反过来还将推进我国对北斗高精度接收机的研发, 提高我国高精度接收机的研制技术 此外, 发展北斗电离层监测系统还可以改善北斗单频接收机的定位效果, 促进北斗接收机的性能改善, 推进北斗应用产业的更大发展 3.2 在海洋渔业的应用 北斗卫星海洋渔业综合信息服务系统主要由北斗卫星及卫星地面站 北斗海洋渔业船载终端 北斗星通运营服务中心 渔业管理部门用户陆地监控台站等组成 北斗卫星海洋渔业综合信息服务系统可为海上渔业生产作业者提供自主导航 遇险紧急报警 船岸短消息互通服务 ; 为各级渔业管理部门 渔业公司提供海上渔船的船位监控 遇险救助联络 渔业资源环境保护等服务 ; 为岸上的相关用户提供随时随地获得亲人的海上位置, 并能够通过互联网络和亲人进行信息交流服务 2005 年, 为提高海洋渔业安全通信保障能力, 农业部建立全国海洋渔业安 11

15 全通信网, 其中渔业船舶船位监测系统就是利用北斗 海事和 ARGOS 卫星通信系统对渔船进行船位监测 2006 年, 农业部投资建设了南沙渔船船位监控指挥管理系统, 项目总投资 1865 万元, 为 900 艘在南沙海域生产作业的渔船安装了北斗卫星船载终端设备, 首开北斗卫星导航系统在海洋渔业应用先河, 在渔业安全监管方面发挥出重要作用 在农业部南沙项目的示范带动下, 地方政府和各级渔业部门高度重视, 舍得投入, 据初步统计, 近几年共为 多艘渔船安装了卫星船位监测终端设备, 其中安装北斗卫星监测终端设备 艘, 占 80% 以上 2008 年, 浙江省投资 3.4 个亿, 共建设 1 个省级监控中心 4 个市级监控中心和 25 个县级监控中心, 为 艘 185 马力以上的渔船安装了卫星船位终端, 其中北斗卫星终端数量为 台 2009 年上海 江苏和山东陆续开展渔船安全救助信息系统建设, 其中上海 334 艘, 江苏 2667 艘, 山东 1663 艘, 共为 4664 艘渔船装备北斗卫星终端设备 2010 年, 海南省投资 7000 万, 为具备安装条件的 6000 艘渔船安装北斗卫星终端设备, 现在已经完成 1956 艘, 余下的 4044 艘预计 2012 年前完成 广西区投资 1840 万元, 为该区 60 马力以上的 2780 艘渔船安装北斗卫星船载终端设备, 目前已完成设备招标采购工作 辽宁 河北和天津也开展了安装北斗卫星终端设备的试点工作 随着北斗卫星通信系统在渔业的应用不断扩大, 农业部根据渔业行业的应用特点, 制定了北斗卫星渔业船载终端设备技术标准, 已作为水产行业标准正式发布 并向财政部申报, 将北斗卫星船载终端设备列为渔船安全机械设备, 享受农机补贴政策 3.3 在通信行业的应用 北斗 /GPS 光纤拉远系统是基于第三代移动通信系统 TD-SCDMA 时间同步的 GPS 替代方案 TD 系统主要采用单一 GPS 授时, 目前具有主流性的替代方案是有线网络时钟的 1588v2 以及我国自主研发的北斗卫星授时系统 但两种替代方案直接应用于 TD 网络存在一些不成熟的因素, 还未大规模应用 北斗 /GPS 光纤拉远方案正是针对传统 GPS 存在的问题, 提出的目前切实可行的 GPS 优化 12

16 解决方案, 同时也给其他使用卫星授时系统行业发展起到了借鉴和示范作用 北斗 /GPS 光纤拉远系统综合采用授时系统光纤拉远 强抗干扰滤波设计以及北斗 /GPS 双系统联合解算技术, 不仅从根本上彻底解决了传统授时系统的问题, 满足现网所有卫星授时的场景需求, 而且可以显著提升授时系统的性能, 大大推进了北斗替代 GPS 的进程 授时系统光纤拉远技术采用北斗 /GPS 天线与接收机一体化设计, 通过光电混合缆可以至少拉远 1 公里, 在就近取电的方式下, 至少可以拉远 10 公里, 完全满足现网北斗 /GPS 长距离拉远的所有需求 北斗 /GPS 光纤拉远方案从根本上解决了传统 GPS 卫星授时系统拉远受限以及增加放大器造成的工程实施问题, 给基站布放以及卫星天线选址提供了极大的灵活性 ; 该系统还采用了强抗干扰滤波设计, 提高了卫星接收系统的抗干扰能力, 增加了共址建设的可操作性 同时消除了其他无线系统对北斗一代绝大部分干扰, 大大加快了移动通信领域中北斗替代 GPS 的速度 北斗 /GPS 光纤拉远系统不仅使用北斗 /GPS 双模设计, 保证了授时安全性, 而且采用了双系统联合解算技术 传统双模系统采用两个独立系统平台方案, 只能单独工作在 GPS 或者北斗模式下, 而双系统联合解算技术, 是在授时信息提取中不再区分授时卫星的差别, 将北斗和 GPS 的信息同时处理 这样可以使得授时系统捕获卫星信号更快速, 授时更可靠, 同时采用统一系统平台也降低了硬件成本, 降低了系统功耗, 提高了整机的可靠性 相比于其它同步拉远解决方案, 北斗 /GPS 光纤拉远方案可以做到自动时延补偿, 授时精度得到了极大保证 除此之外, 特殊的抗高温 防水密封和防雷设计, 保证了室外拉远时钟系统的可靠性和稳定性, 现网 20 个站点规模测试稳定运行达 9 个多月时间 目前, 北斗 /GPS 光纤拉远方案已完成了现网规模测试验证 2010 年 1 月 12 日至 1 月 14 日, 全网基站因美国 GPS 系统升级出现频繁告警问题, 而 20 个北斗 /GPS 光纤拉远系统切换到北斗模式运行完全稳定 从现网测试及外场验证来看, 北斗 /GPS 光纤拉远系统具备较好的可靠性和稳定性, 相比传统 GPS 天线有明显的优势, 是目前可以有效解决 GPS 授时问题切实可行的方案 在移动通信领域的 3G 三大标准中,CDMA2000 和 TD-SCDMA 均为基站同 13

17 步系统, 基站工作的切换 漫游等均需要精确的时间控制, 否则将会带来严重的 系统干扰 该技术方案可以广泛应用于基站授时, 特别适用于高层建筑 地铁隧 道和大型场馆卫星天线与基站距离较远场景 3.4 在农业领域的应用 随着卫星导航技术的发展, 使得农业生产方式由传统粗放式耕作转为精细管理成为可能, 通过将卫星导航和地理信息相结合并应用于农业生产, 可有效提高农业产量 降低成本 保护环境 北斗卫星导航系统的定位服务, 可有效支持现代精细农业生产方式, 充分利用农业资源, 保护生态环境, 产生显著的经济效益和环境效益 2004 年, 北斗系统被用于新疆建设兵团农田墒情数据采集 综合利用远程数据采集技术 北斗定位通信技术 GIS 地理信息技术和卫星遥感技术, 实现了土壤含水量 温湿度和地理位置的实时监测 旱情综合分析 土地面积和距离丈量, 为土壤墒情及地理位置等多维动态信息的实时采集和综合应用提供全面 先进的解决方案 并且与滴灌系统相结合, 用于对农田进行节水灌溉知道, 示范区面积 1066 亩, 布设终端 20 余台 3.5 在电力行业的应用 我国电力企业从电力传输网到电力计算机网络的实践同步, 主要依赖与国外卫星导航系统, 为我国电力安全埋下了重大安全隐患 为此, 国家电网公司高度重视北斗导航系统在电力系统中的应用 于 2009 年确立了 天地互备, 以北斗为主的电力授时体系, 并编制了电力系统北斗授时应用接口技术规范和检验规范 同年 8 月, 在北京华能热电厂和华中电网智能电网调度系统中, 成功展开了北斗电力实践同步应用示范, 为北斗在电力系统全网实践同步中的应用奠定了技术基础, 为电力事故分析 电力预警系统 保护系统等高精度时间应用创造了条件 3.6 北斗应用现状分析 客观上将, 相比其他卫星导航系统, 北斗导航卫星系统的应用还比较落后 14

18 造成北斗导航卫星试验系统的应用落后的原因是多方面的, 在技术方面, 北斗导航卫星试验系统的系统框架为 RDSS 业务, 其设计的主要工作模式要求完成定位 通信或授时服务 ( 高精度双向授时 ) 必须要求与中心站进行数据交换, 是北斗导航卫星试验系统应用推广的先天缺陷 用户终端要求有向高轨道卫星发送数据的能力, 对用户终端功率提出了要求, 高容量的电源也同时制约了用户终端的小型化进程 由于频率与 GPS 等现有卫星导航系统不同, 很难在芯片化等工作中借鉴其它的导航系统终端 RDSS 的工作模式决定了中心站的工作状态是向用户提供服务的先决条件, 如果中心站出现故障, 结果是所有用户都无法得到任何服务 根据北斗导航卫星试验系统的维护单位卫星定位总站的公开数据, 北斗导航卫星试验系统在 2005 年系统中断服务高达 122 分钟, 在北斗导航卫星试验系统的实际使用中, 用户无法预测在什么时间得不到系统的服务, 严酷计划挑战采用北斗导航卫星试验系统用户的信心 同样由于 RDSS 的业务模式, 北斗导航卫星试验系统的用户终端无法产生三维坐标, 自带高程的定位方式大大增加了用户终端的成本, 采用中心高程解算的方式也只能给出理论大地高度, 加上无法适应高动态的定位需求, 实际推广难度较大 北斗导航卫星试验系统采用中心解算的设计模式也对用户容量提出了要求, 根据系统的容量设计, 最大用户容量为百万量级, 也影响更多企业向北斗导航卫星试验系统投入更多人力财力的决心 在产业发展方面, 北斗导航卫星试验系统从系统建设起就充满浓厚的军用色彩 作为 杀手锏 系统, 系统在设计初期主要为考虑系统如何向军用用户服务, 很少或没有考虑民用用户的需求 在系统建成之后, 多名院士联名向国务院建议, 才逐步有限的向民用用户开放, 但是在产业及政策中仍充满了壁垒 作为武器系统立项的北斗导航卫星试验系统, 其宣传推广严重滞后 ; 与 神州 嫦娥 等航天系统具有同样的标志性意义, 但是公开的宣传远远落后于 神州 嫦娥 系统, 除卫星发射 系统建成时的新华稿, 很难看到公开正式的宣传, 更不用说 神州 X 号指定矿泉水 等系统企业共赢的软推广了 除在导航设备展 中央电视台军事频道, 可能只有在网上军事论坛中寻找北斗的身影 与遍 15

19 布各个电子卖场 充斥在电视购物中 甚至是在公共汽车上都可以看到 GPS 身影, 北斗用户终端的知名度很难与其相抗衡 在绝大多数普通用户在 卫星导航 与 GPS 之间概念还难以区别时, 北斗导航卫星试验系统保守的推广运营方式无疑会阻碍北斗导航卫星试验系统的发展 北斗导航卫星试验系统主管单位一直是军方, 军方特殊的使命也从根本上决定了北斗导航卫星试验系统是一个相对封闭的系统, 尽管北斗导航卫星试验系统的设计理念与美国一个主要用户面向北美运输企业的卫星导航系统 GEOSTAR 异曲同工, 但是北斗系统的所有技术细节作为 机密 级资料全部没有公开, 仅有极少数的研制厂家拥有相关的全部资料, 形成了客观上的技术垄断 ; 在北斗开展民用推广后得到技术细节的研制厂家以军工 航天企业为主, 这些厂家的主要客户是国家 军队 航天, 对产品的可靠性 容错性拥有长期的经验, 可对产品的易用性 性价比缺少天生的敏感 在面向普通用户激烈竞争中存活的企业, 特别是没有任何背景的民营企业, 很难进入北斗导航卫星试验系统这个相对封闭的开发体系, 而这些企业往往是最能把产品推向市场的企业 反观 GPS, 在经过多年的发展后,GPS 卫星导航产品已经从高高在上的奢饰品变为普通消费者可以接受的普通电子产品, 从终端的研制 生产 销售 增值服务形成了完整的产业链, 能够吸引更多的社会资金与社会力量参与到 GPS 产业链中 北斗导航卫星试验系统的基本需求是满足在特定历史时期下对敌作战的紧迫需求, 也决定了北斗导航卫星试验系统是以军事用途为主要服务对象的系统 北斗导航卫星试验系统由军队建设 军队维护, 也由军队对用户进行管理, 由于军队的特殊性, 不允许也不适应开展商业运作, 缺少商业规划的能力及相关人才, 导致北斗导航卫星试验系统的运营管理模式充满了计划经济的味道 在终端产品的统一订购 统一制造 集中注册等管理 最后由部队配发至基层使用单位, 整个终端产品的生命周期是典型的军品计划管理 繁琐的审批流程 复杂的注册手续 森严的部队机关削弱了北斗导航卫星试验系统终端的商业竞争力 16

20 4 北斗导航系统行业发展影响因素和存在的问题 中国北斗已进入全球卫星导航系统 (GNSS), 成为当今世界 GNSS 四大系统之一, 卫星导航产业将步入新的发展阶段, 北斗迎来良好的发展机遇 同时, 北斗卫星导航系统由于起步较晚, 国际国内卫星导航市场已基本被 GPS 和 GLONASS 占领, 许多与卫星导航有关的先进设备进口相对困难, 所以北斗卫星导航系统的发展也面临严峻的挑战 4.1 行业发展影响因素 在政策 技术 市场等各个方面, 对于北斗导航系统的行业发展既有有利因 素, 又存在不利因素 有利因素 1) 政府大力支持推动卫星导航定位产业的发展世界各国高度重视卫星导航定位系统建设 卫星导航定位系统是建设国家信息体系的重要基础设施, 是直接关系到国家安全 经济发展的关键性系统技术平台 为打破美国一国垄断全球卫星导航的局面, 许多国家都在努力建设自己的卫星导航定位系统 这些系统在建设过程中, 相互学习, 又不断竞争, 促进了世界卫星导航定位的发展 创新与繁荣 2006 年 8 月国务院发布的 2006 年中国的航天 白皮书中明确提出 : 完善 北斗 导航试验卫星系统, 启动并实施 北斗 卫星导航系统计划 发展卫星导航 定位与授时的自主应用技术和产品, 建立规范的 与卫星导航定位相关的位置服务支撑系统 大众化应用系列终端, 扩展应用领域和市场 ;2006 年 8 月信息产业部发布的 信息产业科技发展 十一五 规划和 2020 年中长期规划纲要 中将 卫星导航地面系统及接收机 用户终端及新一代导航技术和产品的关键技术 导航 测控基础性产品的关键技术 导航 测控技术与其他专业技术融合的关键技术 列为发展重点 同时, 我国 2006 年对外公布建设新一代北斗卫星导航定位系统, 这将为我国卫星导航定位产业的发展提供千载难逢的历 17

21 史发展机遇, 进一步推动我国卫星导航定位产业持续 快速 健康发展 2) 社会巨大需求拉动卫星导航定位的创新发展卫星导航定位技术已成为人们获取位置和时间信息的重要手段, 逐步被人们了解接受 信赖和使用, 特别是专业应用用户对卫星导航的应用从被动接受使用已转化为主动要求应用 人们对卫星导航定位应用与服务的需求也趋于多元化和个性化, 专业应用用户已从简单的位置获取上升至与业务流程的整合优化, 提高工作效率, 推动传统行业信息化建设和产业升级的层面, 这就要求卫星导航定位企业针对不同用户的需求特点, 提供创新的差异化服务, 以满足日益增长和变化的用户需求, 由此优化行业的竞争格局, 挖掘行业的服务潜力, 促进卫星导航定位行业的蓬勃发展 3) 技术创新保障卫星导航定位有效发展卫星导航定位一经问世, 就一直在电子通信 计算机 信息处理等技术推动下快速发展, 由此促进卫星导航定位芯片产品向单芯片 低功耗 小型化 低成本的方向发展, 使卫星导航定位走进千家万户成为可能 同时, 移动通信网络的完善, 互联网络资源的丰富, 地理信息资源的共享, 都为卫星导航定位技术创新与应用奠定了基础 目前, 我国政府正在加大力度完善与构建我国自主知识产权的北斗卫星导航定位系统, 并参与欧盟的 Galileo 系统的合作, 政府与研究机构及企业联动的研发应用局面初步形成, 在卫星导航定位系统建设与维护 产品研究开发 卫星导航定位行业应用技术以及卫星导航定位运营服务技术 基于位置的信息融合技术 卫星导航定位技术标准等方面取得了一系列成果, 正在逐步打破欧美国家的技术垄断, 为我国卫星导航定位行业的发展提供技术保障, 使各种应用与服务成为可能 企业也不断学习 理解用户需求, 通过原始创新 集成创新 引进消化吸收再创新等模式, 研制生产多种多样的卫星导航定位应用级产品, 为用户提供满意的解决方案 不利因素 中国卫星导航产品经过十几年的努力, 在车辆调度和监控方面的发展良好, 已有一定的市场 今年监控系统的车辆可望达到 20 万台 明年将会有更大的发展 汽车自主导航仪今年开始在一些汽车上试装, 这是一种好的势头 我国已开 18

22 始有自己研制的导航软件平台, 自己开发的硬件平台 但是卫星导航产业与国外发达国家相比仍有很大距离, 特别是自主导航市场发展较慢, 主要问题是 : 1) 我国卫星导航定位应用产品的研制与开发尚处于初级阶段, 尚未形成规模化效益, 研发生产上投入分散, 低水平重复 由于在卫星导航定位芯片 中高端产品领域受国外技术垄断的原因, 大部分核心部件例如专用芯片 中高档基板和接收机基本上依赖进口, 产品的价格 产品质量及生产能力尚不具备国际竞争能力 在我国从事卫星导航定位应用必须塑造独特的业务模式 如何与国外的优势资源合作, 引进消化先进技术, 并不断创新, 为用户提供满意的解决方案, 是新进入者要解决的问题, 否则新进入者很难与具有先发优势并占据市场份额的业内主要竞争者开展竞争 2) 我国卫星导航定位行业正在进入全面发展阶段, 对这样的新兴行业, 我国有关政策法规 标准出台相对滞后 卫星导航相关标准也明显远落后于国外 另外, 由于部分高精度的卫星导航定位产品和电子地图涉及国家安全, 市场准入体系尚不健全 3) 作为新兴的高新技术行业, 卫星导航定位行业具有较高的技术门槛, 形成自然的技术壁垒 我国业内从事卫星导航定位的企业有近 1,000 多家, 但从业企业规模都很小, 尚没有大型龙头企业引领参与国际竞争, 企业核心竞争力相对于国际企业明显偏弱 在卫星导航定位产品方面, 核心技术主要被北美企业所垄断, 我国国内企业如果不与国际企业合作, 很难在短期内具有国际竞争能力 ; 在基于位置的信息系统应用业务方面, 一般的卫星导航定位企业不具备相应专业行业的知识和技术, 很难准确理解用户需求, 并在共性需求分析的基础上开发出适合客户需要的专业应用系统 ; 在基于位置的运营服务业务方面, 需要卫星通信 移动通信和互联网等技术的有机融合 所以, 在新兴的卫星导航定位行业, 技术先发优势尤为明显, 新进者很难在短期与先发者在技术水平层面构成竞争 4) 专业技术人才匮乏 卫星导航定位产品是一项高技术产品, 需要对导航定位 电子 通信 地理信息等专业有深入研究的高级复合型人才 由于受我国芯片 通信 导航信号处理及算法等技术水平的制约, 在卫星导航定位基础类产品领域的人才严重缺乏 同时卫星导航市场和管理人才也相对缺乏 管理观念 19

23 信息化意识的培养以及专业人才队伍的建设是一项长期的任务, 目前这仍是制约我国卫星导航定位发展的一个重要因素 要建设一支优秀的管理团队与技术团队需要大量的时间 资金方面的投入 因此, 先发企业的人才优势比较明显, 新进者的人才障碍突出 5) 外资进入市场的影响外国进入者进入我国的车载导航信息服务产业一般有两种方法 第一, 通过直接向我国出口车载导航终端设备 ; 第二, 由于政策上的限制, 只能和我国的企业以合资的形式进行本地化的生产 外资进入者的优势外国进入者具有产品技术 市场运作 售后服务 财务控制等等方面都具有先发的经验优势 此外, 还有说明的一点是, 在以后的竞争市场中, 车载导航终端的前装市场将占据市场的大部分份额, 即直接通过与整车厂商合作一起把产品推向市场, 与整车厂商的合作变得直观重要起来 我国目前很多整车生产商都是中外合资的, 外资的整车厂商在国际市场, 都有着固定的车载终端设备合作伙伴, 已经形成了比较高的转换价值和良好的合作关系, 如果在中国市场他们坚持使用国际市场的合作伙伴, 则我国的企业想在前装市场上占更大的份额将是异常困难的事 此外, 前装市场的日益重要, 使得我国企业本来在后装市场上本土化的经销渠道优势逐渐削弱了 b) 外资进入者带来的威胁外国进入者可以通过直接进口占领我国高端汽车市场, 通过以合资的方法占领中端 更甚至低端市场 这样一来, 会挤缩我国车载导航终端企业的生存空间, 对我国车载终端供给是极为不利的 其实, 对我国企业来说, 在市场上我们都还是有优势的 其一, 我国生产的终端还是具备一定的成本优势的 ( 虽然核心技术产品的价格我们要比国外高, 但我们可以在人力 营销上减少成本, 此外, 我们还可以给消费者让利, 以降低价格 ); 其二, 我们更熟悉我们自己的市场, 在市场上我国的企业可以更灵活 我们可以对市场进行更细的戏份, 对不同的顾客群体提供不同功能 价格的产品, 扩大自己的产品线, 从而不断的壮大自己 但这些都要求我国的企业不但要提高 20

24 自己的技术能力, 也要提高自己管理 市场运作等的能力 4.2 存在的问题 国内卫星定位产业经历了十年的快速发展, 从产业的导入期进入了发展期, 但由于诸多问题, 没有进入产业的成熟期 主要存在的问题有以下四个方面 : 标准缺失, 制约应用推广 标准缺位主要表现在以下三个方面 : 1) 缺乏统一终端通信协议由于终端厂商根据各自情况, 独立设计通信协议, 造成终端之间不能互换, 终端与平台之间相互不兼容 比较典型的例子是某一平台软件接入几十家终端协议, 而每款新终端接入都必须重新调协议 另一方面, 某用户系统安装某厂家硬件, 其他厂家不能直接替换, 极大限制用户对终端的选择 2) 缺乏统一终端技术标准不同厂商的产品性能千差万别, 产品质量良莠不齐 尤其是在产品技术指标 环境指标 产品功能 安装结构 外部接口 线缆等外部特征上没有统一要求 3) 缺乏统一平台通信标准不同厂商的平台与平台之间相互不兼容, 不能互联互通 比较典型的例子是某运营商用几个不同的软件平台管理不同用户和终端 技术缺失, 制约产品竞争力 核心技术缺失主要表现在以下四个方面 1) 卫星系统技术缺失 目前主要使用卫星定位系统是 GPS GLONASS Galileo 和中国北斗还处在完善和建设之中, 在应用中信号完好性不够 2) 卫星定位核心技术和自主专用芯片技术缺失 a) 目前芯片技术主要有 SIRF u-blox Atmel ST MTK 等国外产品 b) 国内目前还没有自主的技术替代, 造成对 GPS 系统的应用受制于模块的 21

25 开放技术 3) 终端产品缺乏创新 a) 目前终端产品主要有导航终端 监控终端 测量终端和 PND 等 b) 目前国内终端产品技术方案大都基于有限的几个技术开发平台, 造成产品功能趋同 服务单一 4) 技术服务单一 a) 目前应用产业的服务主要有位置服务 调度服务 导航服务等 b) 目前行业内技术服务比较单一, 仅限于普通位置服务和调度服务等, 缺乏服务的深度挖掘, 还不能提高系统数据分析和服务能力, 不能优化用户管理和提高效率, 在很大程度上限制了行业发展 竞争无序, 制约企业生存发展 我国卫星定位发展十六年的发展之路, 由早期终端产品的 皇帝女儿不愁嫁, 随着集成度越来越高, 终端产品技术门槛逐渐降低, 发展到今天 酒香也怕巷子深 的境地 无论硬件供应商还是系统服务商, 均迫于生存的压力, 都转向了残酷的价格战, 个别终端制造商和运营商为了维持基本的利润, 简化设计要求 减少质量控制环节 降低服务质量, 导致客户满意度下降 市场缺乏有效的行业监管和行业准入条件, 整个 GPS 应用产业链不能形成良性循环和互动, 进而导致每隔两三年进行一次行业洗牌, 造成全行业处于无序竞争状态 竞争无优, 制约产业全球发展 1) 国内卫星导航企业在技术 市场开发 产业化进程和品牌建设上较欧美和日本企业起步晚, 在专业技术成熟度和规模生产的成本效益上处于劣势, 芯片等关键元器件绝大部分依赖进口, 没有建立完整的产业价值链 2) 长期以来, 我国 GNSS 行业研发 生产投入不足, 行业内以小企业居多, 尚未形成规模化效益, 与 GNSS 国际知名大企业存在明显差距, 无法适应市场爆炸性增长的需要 22

26 3) 大量的中小企业拥挤在终端制造的最低端, 低水平重复, 无序恶性竞争, 价低质次, 造成了资源的极大浪费, 严重影响行业的发展基础 23

27 5 北斗卫星导航系统行业应用策略 卫星导航产业与其它高新技术产业有一定的区别, 卫星导航产业依托于卫星导航系统, 即整个产业严重受卫星导航系统的制约 目前提供全球卫星导航服务的系统只有 GPS 和 GLONASS, 由于两系统的发展策略的不同, 对于整个全球卫星导航产业来说, 所依托的卫星导航系统只有 GPS, 并将在今后一定的时期延续现在的局面 北斗卫星导航系统是国家投入巨大人力物力发展的具有全部知识产权和管理能力的卫星导航系统, 在实际应用中无论出于国家安全考虑 经济效益考虑还是政治影响考虑, 都应尽可能的推广北斗卫星导航系统在我国的广泛应用 为了在未来的卫星导航产业获得一席之地, 新兴的北斗卫星导航系统可以依托管理 政策 技术 市场策略推动自身行业应用的进程 5.1 国家监管的管理策略 推动北斗卫星导航系统行业应用需要加强国家对全行业的监控管理 随着我国综合国力的增强, 经济发展加快, 我国的卫星导航事业持续快速发展, 但是由于卫星导航是一个新兴产业, 现有的部门职能划分中有的负责系统建设维护, 有的负责产业推广 还有更多的部门负责卫星导航在本行业的应用, 导致政策覆盖面有限, 指导力度不够, 北斗卫星导航系统试验系统在民用应用推广不力的重要原因之一也在于此 GPS 管理的启示 美国为促进 GPS 的应用曾两次以总统令的形式颁布了相关政策 在保证军方使用的前提下, 大力鼓励 GPS 的民用 商用和科学应用 通过 GPS 的民用 商用和科学应用, 形成了闭环的 GPS 产业链 : 由国家从税收中以军费支出的形式开展 GPS 的研制 建设 维护以及军事应用, 通过开放民用应用创造新的价值并带动经济发展, 并间接的以国家税收的形式补充系统运行及军事应用的开支, 同时改变民众生活质量, 通过全球其它从事 GPS 民用开发的公司牵制更多 24

28 国家及经济实体的经济战略, 维护美国在卫星导航方面标准既成事实的领导者地位, 同时在人身安全 基础设施上对其它国家造成潜在威胁, 为美国独霸全球的战略提供了支持 为了实现这个战略思想, 美国成立的国防部和运输部副部长兼任主任的 PNT,PNT 由国防部 运输部 国务院 商业部 国土安全部 CIA 乃至总统办工室等许多部门组成, 统一完成对 GPS 的管理 规划 协调等工作, 并直接对总统负责 北斗的国家监管 借鉴 GPS 与 GLONASS 的经验, 一个健康的卫星导航系统从来就不是一个部门一个局部所能左右影响的事情 ; 卫星导航系统关系到国家的重要命脉, 属于国家重要基础设施, 卫星导航系统为多个部门多种领域提供基础性的位置服务 ; 它与国家安全 经济安全息息相关, 应该由国家高层 站在国家高度来研究 决策其发展 部署 ; 应该说这也是美国 GPS 在全世界范围内获得成功的重要原因之一 不能想象这样一个耗资巨大的国家重要基础设施没有足够高度的管理造成的后果, 要么得不到充分的利用造成资源的巨大浪费, 要么杂乱无序影响国家安全和经济发展 因此, 国家监管将是推动北斗卫星导航系统民用领域应用一个重要的策略, 作为一个新兴的跨部门的基础性产业, 建立一个国家层面的 融合多部门职能的 相对松散并有效的长驻管理机构, 负责制定我国基本导航政策 协调各部门各行业在导航应用的关系, 并指定相应的民用用户管理部门 5.2 产业扶持的政策策略 卫星导航产业的应用根据对国家安全 经济影响和提高人民生活品质主要分为三个层次 : 与国家安全 社会安全息息相关的基础行业的应用, 在交通运输 危险品监控 物流监控 渔业管理 关键位置呼叫等国家示范推广性项目的应用, 在汽车导航 个人娱乐等满足人民生活品质方面的应用 根据三个层次应用需求和服务精度要求的不同, 可以制定不同产业扶持政 25

29 策 关键基础行业限制国外系统的准入 授时应用 : 通信 电力 金融等与国家安全 社会安全息息相关的基础行业的应用主要指授时方面的应用, 在通信方面, 现代通信发展到数字通信, 对网同步的要求越来越高, 包括数字同步网 2G 移动通信中的 CDMA 系统 3G 移动通信中的 CDMA2000 系统和 TD-SCDMA 系统等, 都对授时信号提出了要求 电力方面, 高精度的时间同步在电力系统检测和测量中具有极高的利用价值 金融和证券行业应用方面, 金融和证券系统专用计算机网络内的专用时间服务器是整个金融市场的基础性支持要求 在 GPS,GLONASS 等系统先入为主的情况下, 各行业对 GPS 和 GLONASS 的相关应用标准己出台, 但这两个卫星导航系统受其它国家控制, 在涉及国民经济命脉的基础行业使用其终端开展授时应用是具有较大的风险的, 通过制定国家法律来建立限制国外系统的准入制度, 分批次有步骤的完成北斗卫星导航系统对国外卫星导航系统的替代工作, 对维护国家安全 扩大内需 扶持自主卫星导航系统都是有必要的 搜救应用 : 人们生命财产的安全保障是至关重要的 近年来, 我国航海 航空 长途运输 地质勘探 科学考察 登山探险等经济活动发展迅猛, 无论是船舶 飞机或是个人, 在踏入这些领域的同时也意味着随时都可能遇到危险, 特别是在海上 空中, 或是在人迹稀少的边远地区, 一旦遇险, 后果更是无法想象 随着人们对生命安全的重视, 全球卫星导航系统的应用对群体和个人都是紧密相关的 除了航空 航海两大群体外, 个人用户也在不断增加, 进而对系统提出了更严峻的要求 目前国际海事组织己要求在海事终端中加入 GPS 位置模块, GALILEO 也在积极推动在搜救领域的应用, 为保证在我国海 陆 空各个领域, 能够充分利用卫星发出救助信息, 并根据卫星导航系统所提供的位置信息, 使遇险者得到及时有效的帮助, 应当在制定相应法律法规来保证搜救顺利实施的同时, 提出提供位置服务的卫星导航系统应该由我国自主卫星导航系统承担 政府卫星导航项目优先使用北斗导航系统 对于在交通运输管理 危险品监控 物流监控 渔业管理 移动位置服务 26

30 关键位置呼叫等国家示范推广性项目的应用具有一定的国家投入, 同时对人民的正常生产生活都有比较重要的影响, 根据政府采购法当中的明文的规定, 政府采购应当采购本国的货物 工程和服务, 除非是在中国境内无法获取, 或者无法以合理的商业条件来获取 因此, 应在可实现的基础上尽可能采用自主卫星导航系统或具有股权的卫星导航系统的终端 车辆等交通导航鼓励使用北斗导航系统 使用自主卫星导航系统作为汽车国产率的重要组成部分, 并对使用自主卫星 导航系统的整车在税费或政策上的扶持, 对使用自主导航系统也要通过免费提供 实时交通信息 弘扬爱国精神等附加增值手段吸引用户 个人消费应用充分推广多系统的应用 对在旅游导航 个人娱乐等方面的应用要大力加强对卫星导航的使用, 推广 卫星导航系统应用的个人体验, 拓宽个人消费市场 5.3 多模融合的技术策略 在可以预见的将来, 覆盖我国本土的卫星导航系统将包括 GPS GLONASS GALILEO 和北斗卫星导航系统, 各个系统各有优劣,GPS 发展时间长, 应用广泛 胜在成熟, 但出于美国国家安全考虑 GPS 一直没有承诺对民用服务的连续性 ;GLONASS 的抗干扰能力强, 但是系统运行状态不稳, 同时编码方式特殊 ; GALILEO 相对精准, 我国也是 GALILEO 股东之一, 但是目前我国与 GALILEO 的合作仍有不确定性,GALILEO 仍对我国的使用设置了重重障碍,GALILEO 的管理权也完全由其它国家掌握 ; 北斗卫星导航试验系统在一般的导航系统基础上提供了通信能力, 但是相对一段时间覆盖范围只包括我国本土 所以, 推广北斗导航系统应用应当走独立发展 联合生存的道路 与国际标准相容 为避免北斗卫星导航系统研制开发的盲目性和重复劳动, 建立民用系统各研 27

31 制单位的沟通渠道, 提高开发效率 应该开展相关标准的制定工作 同时, 由于卫星导航已经出现了相对较长的时间, 目前在全球各个行业利用卫星导航都基本进入成熟期, 也陆续提出了多种使用卫星导航系统的准则和国际标准, 如 海上人命安全公约 (SOLARS) 等 如何加入 利用 符合目前已经出现的卫星导航国际应用标准而不重新制定北斗专用标准, 是北斗卫星导航系统能否广泛应用的重要决定因素之一 多系统共存 经过多年的建设和发展,GPS 的应用在我国己初具规模, 在民用领域应该继续推动 GPS 的发展应用, 以有利于我国传统产业的改造升级, 提高相关行业的工作效率和效益, 同时有利于为我国自主卫星导航系统的研发和建设积累经验及人才队伍的培养 GALILEO 的应用范围囊括了 GPS 的应用, 特别是在工业和民用市场的具体应用, 通过 GALILEO 的合作协议, 促进我国与欧盟在高科技领域的合作, 推动国内民用卫星导航产业的发展, 都具有重要的现实意义和深远的战略意义 因此正视全球范围内卫星导航系统发展现状, 处理好自主卫星导航系统和国外卫星导航系统间的关系, 应该以有利于我国自主卫星导航系统的发展 多系统多模式共存为原则 5.4 示范应用的市场策略 随着中国第二代卫星导航系统重大专项的开展, 可以预计以自主知识产权卫星导航系统为主的卫星导航应用将进入快速发展期, 通过开展针对中国第二代卫星导航系统典型应用建设的具有示范和带动意义的卫星导航应用工程, 不但可有效验证中国第二代卫星导航系统在特定条件下的应用性能, 还可拓展系统应用领域 推进普及和使用, 尽早发挥系统效能, 提升卫星导航产业化发展, 促进国民经济的可持续发展 卫星导航应用工程应综合考虑典型应用平台和专业领域, 重点考虑应用广泛性和技术带动性 但是应该注意到自主知识产权卫星导航系统在一定时间内仍无法形成服务能力, 满足国内各行业及人民生产生活需要 在重大 28

32 专项开展初期, 可以重点应用成熟卫星导航系统, 同时开展标准化工作, 最终由 国外卫星导航系统的应用平滑过度到自主卫星导航系统的应用 新航行系统应用示范工程 新航行系统应用示范工程系统充分利用卫星导航技术 航空数据通信技术, 是星基系统与现行陆基系统的高度集成, 可以实现飞机与地面 飞机与飞机的相互监视, 使航路规划摆脱了必须依赖地面设施的约束, 从而彻底改变现有的空中交通管理方式 拟以中国民航 十一五 规划中的空域设计与评估系统 全国流量管理中心系统 大型空管中心指挥系统 飞行服务系统等为实际背景, 针对新一代空管系统中的核心问题, 突破空域灵活使用规划技术 协同式流量调配技术 管制数字化技术 基于性能的区域导航技术, 建立具有我国自主知识产权的新一代空管系统核心技术群 建立我国自主的中国民航空域管理系统 全国流量管理中心 大型空管指挥中心 ; 支持缩减最小垂直间隔 ( 由 600 米缩减到 300 米 ) 和低空空域开放, 自主建设我国新航行系统航路 所需导航性能的区域导航 (RNP-RNAV) 航路, 补充完善中国民航空管运行程序和标准体系 至 2010 年, 安全保障飞行架次提高 55%, 空管原因造成的飞行事故征 ; 候万架次率降低 30% 全国公众交通出行服务应用示范工程 在现有交通信息采集 集成 处理和发布平台的基础上, 基于北斗卫星导航系统并兼容其它系统, 通过浮动车交通动态信息采集和处理等多种技术, 建设服务于全国公众交通出行的应用示范工程, 提供实时位置信息与实时交通信息的全国公众交通出行服务应用示范工程, 是满足科学引导运力分配的支撑性系统 集信息采集 监控 导航和实时交通信息传递功能为一体的交通 导航定位信息应用服务系统示范工程, 将对我国交通出行翻开新的篇章 海上与内河航运应用示范工程 立足于为未来整个航运产业信息化建设提供一种应用模式的实践探索, 因此 将从行业管理, 技术应用和服务发播等三方面做应用设计 总的目标是, 以搜救 29

33 协调和船舶调度管理为重点, 依托自主卫星导航系统系统, 建设可应用于行业监 管 信息服务和业务管理的全国统一的船舶动态监控中心 发挥示范作用, 突破 关键技术, 研发应用产品, 编制数据标准, 为后续应用奠定坚实基础 移动位置服务 (LBS) 示范工程 建成 GPS 地面移动网 自主卫星导航系统相结合的移动位置服务基础平台, 构建可覆盖全国的 LBS 运营服务体系, 提出移动位置服务的信息化建设框架和技术架构, 面向全国提供无缝漫游的位置服务, 研究多种定位技术融合 综合信息处理与发布等的技术 从而促进我国 LBS 相关产业的发展 公共安全应用服务和应急联动典型示范工程 探索公共安全应用服务和应急联动系统建设的新模式 通过建立基础的公共安全应用服务和应急联动系统平台, 能够在公用平台上形成资源和信息共享, 实现气象 交通 环保 市政管理等众多部门可公用的平台, 使各行业真正的实现联动, 实现协调整体资源的公共安全应用服务和应急联动系统 建成一套公共安全应用服务和应急联动核心系统 通过示范工程的建设实现拥有完全自主知识产权的公共安全应用服务和应急联动核心系统 旅游位置服务和紧急救助联动服务示范工程 建设基于国外卫星导航系统和自主卫星导航系统的旅游行业导航 监控 旅游综合信息服务和救助服务联动系统, 构建集导航监控 紧急救助和旅游服务联动一体化的信息服务体系框架和应用架构, 提高对旅游集散旅游车辆 导游和游客的导游服务和救助服务信息化管理水平, 满足国内旅游业服务快速发展所带来的社会服务需求 30

34 6 北斗导航系统行业发展趋势与建议 当前我国主要卫星导航的民用需求由覆盖我国本土及周边地区的区域卫星导航系统即可满足, 并且在我国卫星导航系统的发展初期, 为满足扩大内需 扶持我国自主卫星导航系统的要求, 卫星导航系统服务的对象主要的是国内用户 然而, 在与其它卫星导航的竞争中, 由于用户使用成本基本不受导航服务区域的影响, 区域卫星导航系统对民用用户吸引力远远不如全球覆盖的卫星导航系统 6.1 北斗导航系统行业发展趋势 我国通过这二十几年的改革开放, 国家综合实力和经济能力获得突飞猛进的发展, 国家己有发展中国第二代卫星导航系统的物质基础 以北斗卫星导航系统为主并融合其他卫星导航系统的算法研究 二代导航系统民用开发政策和法规推广 接口控制文件以及服务标准的制定 民用产业化建设将最终提供一个繁荣 规范 健康的民用市场 随着我国经济水平的提高和综合国力的增强, 除航海 民航等运输行业对全球卫星导航服务提出了要求, 旅游 科考 探险等新兴个人民用需求也对全球卫星导航服务提出了要求, 同时在大国政治 国民经济可持续发展 出口贸易 品牌意识等诸多领域对全球卫星导航系统提出了迫切需求 覆盖全球的卫星导航系统可以加深我国与其它发达国家进行科技交流的基础 ; 通过吸引研制和生产北斗卫星导航系统的外国公司可以加大我国在世界经济市场的话语权, 并对中国政治 外交提供有利帮助 ; 通过在中国建设并广泛应用卫星导航系统, 可以为第三世界国家广泛应用卫星导航系统提供成功案例, 有利于缩小第三世界国家也发达国家差距 6.2 对北斗导航系统的建议 新一代北斗导航系统建设的管理体制 信号体制 导航服务 市场开发均可 借鉴国内外导航系统的经验 31

35 6.2.1 对北斗卫星导航系统管理体制的建议 从美国的 GPS 管理体制的演进趋势来看, 卫星导航系统作为提供 PNT 信息的最主要设施, 它的管理与运行涉及国家的各个层面 必须由国家的最高管理机构对各部门在处理卫星导航系统相关事务的职责作出明确的界定 民用卫星导航系统相关工作包括 : 民用信号相关状态的监测和信息发布 ; 民用信号电磁环境监测, 干扰情况上报与处理 ; 民用信号增强系统建设与管理 ; 民用终端标准制定与质量检测 现在的 GPS 民用管理格局是在发展中逐渐形成的, 并没有长期的发展规划 北斗的民用管理格局应该在借鉴他国经验的基础上尽早进行顶层规划 对北斗卫星导航系统信号体制的建议 民用信号体制是整个民用卫星导航系统的基础, 应该极其谨慎的设计 根据各卫星导航系统的民用信号设计经验与问题, 提出以下设计建议 : 信号体制设计应结合用户实际需求信号体制是卫星导航系统的核心, 一经确定就很难更改, 一定要广泛征求信号设计专家 终端厂商 使用用户的意见 GPS L1C 信号设计过程中就几个初步设计方案进行了全球范围的调查, 最终综合各方意见确定了较为完美的方案 2) 信号体制设计要考虑与增强系统 其他导航方式的分工未来导航终端具备移动通信系统功能是大的发展趋势, 预计基于移动通信的增强系统将在 2020 年广泛应用 以惯性导航为代表的其他导航方式的成本与精度到 2020 年也将有较大改善 卫星导航信号体制设计必须考虑增强系统与其他导航系统的发展, 进行一体化的设计 应对卫星导航系统 增强系统 其他导航方式的功能作用做出明确界定, 据此确定技术指标 GPS L1C 信号的设计正是考虑到增强系统的作用而采取了低速率电文, 将信号功率集中在导频信号中 3) 信号体制设计要考虑应用模式民用信号的数量和各信号的功能与应用模式密切相关 Galileo 系统中根据 32

36 各种应用模式对 E1 E5a E5b 进行了相应的设计 北斗系统的民用功能应该重点关注行业和专业应用安全, 将信号资源向这方面倾斜 4) 考虑到卫星导航系统的脆弱性, 建议在民用信号中设置一个非公开信号未来基于卫星导航的应用越来越广泛, 深入生产 生活活动中, 民用信号受到干扰导致的损失也会越来越大, 建议北斗借鉴 Galileo 系统的策略设置一个非公开的信号, 以减小恶意干扰和欺骗情况的出现程度 另一方面还可以起到保护国内产业的作用 5) B1 频段信号是民用信号的核心, 决定了性能与市场占有情况, 建议采用与 GPS 和 Galileo 不同的调制方式从 GPS 与 Galileo 关于 L1/E1 频点公开服务信号的谈判过程来看, 信号的调制方式不能相同, 否则将沦为 GPS 的克隆系统 MBOC 调制的实际性能是否能够达到设计指标, 市场是否需要这样的调制方式都是未知数 建议在 BOC(1,1) 和我国自己提出的几种调制方式中进行选择 对北斗导航服务建设的建议 当今世界对卫星导航系统的要求已经从只要可以提供位置发展到需要高精度 高可靠的提供各种精度的服务 随着应用的深入, 未来卫星导航系统的竞争从单纯空间信号的竞争将转变到包括地面增强系统 精密轨道信息 服务信息提供的一整套服务体系的竞争 依据各国的发展过程和趋势, 提出以下建议 : 尽早规划和建设民用增强系统, 提高北斗系统竞争能力在频率资源及运行经验与 GPS 有较大差距的情况下, 加强增强系统建设是北斗系统民用部分性能在中国范围超越 GPS 性能的唯一方法, 也是开发民用市场 保护本国产业最有效的技术手段 2) 建设完善的民用导航服务信息系统民用用户尤其是行业用户对导航服务质量要求很高, 需要及时获得的民用系统服务状态 精密星历等相关信息 建立完善的民用导航服务信息系统对推广北斗应用具有重要的意义 3) 做好电磁环境净化工作 33

37 卫星导航的深入应用对定位性能要求越来越高, 电磁干扰是影响卫星导航使用的主要因素 各国都开始重视干扰的检测和缓解 我国也需要尽早布局, 研制相关仪器, 建立各部门参与的电磁环境检测 干扰处理机制 4) 借鉴美国在市场推广方面的策略, 加强与市场目标国在卫星导航和增强系统研究与建设方面的合作, 为推广北斗系统打好基础 5) 研究 建设可作为北斗备份的其他导航系统, 保证民用安全 对北斗卫星导航系统市场开发的建议 1) 针对各行业应用特点, 统一协调设计 建设相应的增强系统, 避免美国各行业开始各自为政的状态 ; 2) 借鉴美国在市场推广方面的策略, 加强与市场目标国在卫星导航和增强系统研究与建设方面的合作, 为推广北斗系统打好基础 34