【按】北斗卫星导航系统是我国自主可控的时空基准，自2020年全球系统正式开通以来已经在各个行业得到了广泛的应用。本报告首先分析了2021年我国北斗卫星导航系统行业应用现状，并以城市安全领域的应用为例阐述了北斗系统的行业应用案例。其次针对存在问题进行分析，认为北斗时空信息与新技术融合深度需进一步加强，“北斗+新技术”与传统行业的融合需更深更广。最后给出了北斗卫星导航系统行业应用发展的对策建议，建议从技术角度推动北斗优先战略，从产业角度推动北斗融合发展。中国卫星导航定位协会牵头“科创中国”北斗卫星导航创新技术产业化与国际合作产业科技服务团，在服务云南昆明等中国科协“科创中国”试点城市过程中，梳理了北斗卫星导航系统行业应用中的共性问题，组织专家调研论证，形成建议报告。现予编发，供参阅。

一、2021年我国北斗卫星导航系统行业应用现状

2020年7月31日，习近平总书记在人民大会堂庄严宣布：北斗三号全球卫星导航系统正式开通，这标志着北斗事业进入到全球服务新时代。开通以来，系统运行稳定，持续为全球用户提供优质服务，开启全球化、产业化新征程。

（一）北斗行业应用持续发展

卫星导航系统是当今国民经济和国防建设不可或缺的重要空间基础设施，在国民经济众多领域应用非常广泛，已形成庞大的卫星导航产业，带动交通、通信等基于时空定位的现代信息服务业的发展，产生巨大的效益；在军事领域是实现武器平台精确导航定位和制导武器远程精确打击的关键支撑，是现代高技术信息化战争的重要保障，对世界新军事变革具有积极推动作用，已成为影响国计民生的重要基础设施之一。为摆脱在导航定位授时领域受制于人的被动局面，我国建设了独立自主的北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统是我国自主建设独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的卫星导航系统。

伴随北斗卫星导航系统的发展，北斗导航应用已在交通运输、测绘、电力、林业、海洋渔业、减灾救灾、高精度授时、科学研究等领域获得了广泛的发展，显示出广阔的产业市场空间。近年来卫星导航产业迅速发展，卫星导航领域新产品、新服务、新业态大量涌现，不断激发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。根据中国卫星导航定位协会统计，2020年我国卫星导航与位置服务产业规模达到4033亿元，其中，北斗卫星导航系统及其兼容产品对国内卫星导航应用市场的贡献率将超过80%，在全球市场具有较强的竞争力。我国卫星导航与位置服务的产业分布集中度高并有显著的区位特点，当前已形成环渤海、珠三角、长三角、华中鄂豫湘、西部川陕渝等五大产业聚集区，并形成了北京、上海、深圳、广州、武汉等十五大产业聚集重点城市。2021年我国卫星导航与位置服务产业比2020年将继续增长，其中北斗行业应用的发展将再上新台阶。

（二）传统行业已经与北斗广泛融合

除了天上的北斗卫星能够提供实时的定位和授时服务外，北斗地基增强系统也是北斗系统拓展应用服务的重要延伸。为更好地拓展北斗应用，提供北斗精准服务，全国各地也以不同的方式建起形形色色的北斗地基增强网，能够向公众提供实时的亚米级导航定位服务，并向专业用户提供厘米级乃至毫米级的定位服务以及纳秒级的授时服务。目前已经在国土、交通、水利、农业等多个领域得到了广泛应用，并且逐步深入广大的公众生活当中。

服务系统利用大量卫星导航定位基准站接收卫星信号并通过专网实时发送至数据中心，经过计算后生产高精度的卫星轨道、钟差和电离层数据，将这些数据通过有线或无线网络播发给终端用户，用户利用这些数据能够有效削弱卫星信号传播过程中的误差，从而起到大幅提高定位精度的效果。系统目前可提供3种精度的定位服务以及授时服务。

（三）北斗为城市安全领域提供重要支撑

2021年城市燃气爆燃事故频发，尤其是2021年6月13日湖北十堰市发生燃气爆燃，党和国家领导人高度重视并作出重要指示。习近平总书记对湖北十堰市张湾区艳湖社区集贸市场燃气爆燃事故作出重要指示，李克强总理就救援工作作出批示。2021年11月24日国务院安全生产委员会印发了《全国城镇燃气安全排查整治工作方案》，方案中所述今年以来全国城镇燃气事故多发频发，燃气安全形势严峻。为认真贯彻落实习近平总书记关于安全生产重要论述，特别是今年以来针对燃气安全作出的重要指示精神，按照李克强总理等领导同志批示要求，系统整治燃气安全问题，有效防范化解重大燃气安全风险，坚决遏制群死群伤事故发生。

天然气埋地管网泄漏情况不易获知，目前，燃气企业利用检测设备沿着管线进行泄漏检测，及时发现泄漏隐患，是保障管网运营安全的重要手段。因此利用北斗精准时空信息、大数据分析等先进技术，针对我国燃气输送的特定场景，可以形成燃气管网检测模型，建立燃气行业系统化的安全检测解决方案及管理模式，实现区域内燃气管网健康状态及其变化趋势的量化评估，新型的检测模式可以对燃气行业的经营和管理进行认证考核，能够有效提升城市燃气管网精细化管理和风险管控水平，保障城市安全稳定运行。

北斗高精准时空信息结合燃气物联网，基于多手段融合的燃气多组分高灵敏度检测系统，能够建立大数据分析、多元信息融合的智能化模型，构建地下燃气管道泄漏风险灾害识别和泄漏动态扩散推演技术，满足典型工况与大气条件下城市燃气快速检测需求，突破性的实现最高ppb微量级的检测精度，评估辨识城市地下燃气管道可燃介质泄漏事故风险等级。通过优化城市燃气系统运行工况状态监测分布，构建物联网感知网络、燃气设施故障智能感知与泄漏防控系统，实现泄漏源的精准定位和危险程度的快速判别。在重点城市典型区域开展应用示范工作，能够为我国城市燃气安全战略顺利实施，提供技术和数据支撑。

2021年12月起，中国检验认证集团公司已经联合北京理工大学、北京控股有限公司、北京讯腾智慧科技有限公司等单位，利用北斗精准服务网提供的精准时空信息以及高精度泄漏检测车为北京控股集团旗下的北京燃气集团、中国燃气集团等单位的城镇燃气管网提供服务，并对北京冬奥会和冬残奥会的比赛场馆及周边地区进行了保障性检测。该成果可广泛应用于燃气泄漏检测、燃气管线常规巡检、管线建设规划和管理、管线隐患排查、应急抢修、大型活动及重要会议保障、恶劣天气或灾后快速巡查等多种场景，可以有效地控制城市燃气管网灾害事故的发展和蔓延。

二、存在问题

从2012年年底北斗二号系统开始正式服务亚太地区开始，包含基础器件、基础软件和基础数据的产业链上游环节与包含终端集成和系统集成的产业链中游环节的产值占比在逐年下降，下游运营服务环节的占比在逐年增长，虽然产业链产值仍然主要集中于中游，但是产值重心已经呈现出向下游转移的趋势，行业应用正成为卫星导航与位置服务产业的重点。北斗研发创新活跃，国产产品和应用系统门类齐全，自主研制的北斗兼容芯片，总体性能达到甚至优于国际同类产品，并且北斗信号被全球绝大多数的卫星导航芯片方案支持，大众消费、智慧城市、交通运输、公共安全、减灾救灾、农业渔业、精准机控、气象探测、通信、电力和金融授时等众多领域，利用北斗为行业赋能，也为全球经济和社会发展注入了新活力。

（一）北斗时空信息与新技术融合深度需进一步加强

北斗卫星导航定位系统可以直接提供用户的当前位置和时间信息，当它独立工作时，可以被看作是提供空间和时间信息的传感器。因此，北斗需要被当作一个要素去和其他的要素组合，共同为陆海空天的载体导航、辅助土地勘探测绘、规划农业精准作业等。

物联网传感器与行业应用有着紧密的联系，每一种行业应用均需要传感器提供准确有效的第一手数据，如环境监测和农业作业中的土壤温湿度、燃气管网内的流量压力信息、地质灾害监测中的雨量和位移等。这些数据通过5G等移动通信网络、专用网络等传输至云计算平台。平台在汇总数据以后，又将应用人工智能和大数据方法分析处理并形成决策。

时间和位置信息，或者广义上的时空信息，是人类所有活动中必不可少的两个基本要素。在全球卫星导航定位系统出现之前，人们获取时间信息的手段主要有长波授时、短波授时、网络授时等方式，获取空间信息的手段主要有天文导航、惯性导航、无线电导航等方式。全球卫星导航定位系统的出现和不断发展，从成本、精度等方面极大地提高了人们生产生活中获取时空信息手段的便捷性。北斗卫星导航系统，尤其是星基或地基增强信号，能够达到实时米级、亚米级、厘米级的定位精度，后处理达到毫米级的定位精度，并且能够方便且低成本地提供纳秒级的授时精度。

物联网传感器所提供的数据是当前时刻测量的业务信息，必须要根据其位置和测量时刻对这些原始测量信息进行进一步分析和融合，也就是利用各种传感器获取的数据进行预处理，对同类数据做相关整合处理，对不同类数据利用时空转换等技术进行同质转化。此时，需要将北斗提供的时空信息与物联网传感器提供的属性信息进行融合，即“北斗+物联网”。北斗所代表的时空信息与物联网所代表的行业信息，可以在不同的组合中匹配在一起，为不同的行业应用提供基础性的定量感知手段。带有时空标签的物联网数据又可以被行业应用进一步整合，在业务链的不同环节中作为基础功能，从深度融合和广泛应用两个维度为业务链的各个环节提供支撑。同样的，通信领域的5G技术、负责分析和计算的云计算技术、人工智能和大数据等分析决策技术等，均能够和北斗进行深度融合，即“北斗+新技术”，从而赋能行业、拓展应用。

（二）“北斗+新技术”与传统行业的融合需更深更广

无论是北斗卫星导航技术还是物联网、云计算、人工智能、大数据等技术，本质上都是行业应用中模块化、单元化的基础性要素，是可以结合行业特点进行组合并递归发展的技术。“北斗+新技术”不仅是行业应用中独立的生产方式，而且通过近年来卫星导航和其他新技术的不断发展，已经进化成为创造经济结构与功能的开放性技术。这种模块化技术不仅能将一系列原本松散的技术串联在一起形成固化的基础性单元，而且随着时间的推移和应用的不断深入，也将会变为行业应用的标准化组件。例如，目前在城市燃气行业，北斗精准服务与物联网信息融合技术已经深入业务链的各个环节，地下管网的焊接建设、防灾减灾、泄漏检测、预警控制及智能化决策均需要精准的时空信息和业务信息进行融合，从而形成覆盖“建、防、检、控、智”的整体解决方案。这种变化实质上是由普适性的精准时空信息与专业化的传感器业务信息深度融合带来的，也就是“北斗+新技术”对行业应用产生的变革性作用。

技术具有层级结构和递归性，整体性技术相当于树干，主要的技术集成是次一级的枝干，基本的技术要素是更小的分枝，并且在这一结构中包含有某种程度的自相似组件，即技术是由不同等级的模块化技术构建而成的。对于行业应用，“北斗+新技术”中所有的技术均是为了解决某些问题而被有目的地集成进来的，模块化的技术聚集在一起是为了实现共同的目标。但是随着技术的不断发展及人们对行业应用认识的不断深入，原有的行业痛点被逐个解决，新的行业痛点也会不断涌现。因此，“北斗+新技术”并不是一劳永逸的解决方案，而是要面对更多的问题，去不断地进行内部替换和结构深化。内部替换是指用更好的部件（子技术）更换某一形成阻碍的部件；结构深化是指寻找更好的部件，或者加入新部件。

三、对策建议

时空信息是智能感知的刚性需求，是未来智能服务发展的核心技术，融合创新是产业发展的必然选择，中国卫星导航与位置服务产业正全面迈向技术融合和产业融合发展的新阶段。

（一）从技术角度推动北斗优先战略

2022年，国内外形势更加错综复杂，我国对自主可控的新技术的需求更加迫切。应进一步推动北斗优先战略，并将北斗技术与通信、室内定位、汽车电子、人工智能、移动互联网、物联网、地理信息、遥感、大数据等先进技术融合，将通过终端产品和系统服务的集成化应用，呈现出创新化发展的新形态。

（二）从产业角度推动北斗融合发展

卫星导航与位置服务产业链各个环节需要与高端制造业、先进软件业、综合数据业和现代服务业各环节相互融合，形成集合化发展的新业态。2022年将是这种技术融合与产业融合发展的新形态与新业态蓬勃发展的一年，能够实现在精准时空关联下的人、财、物有序流动，最终将为人们带来真正意义上“天上好用、地上用好”的服务体验。

专家名单

王  博中国卫星导航定位协会副秘书长，北京理工大学教授
张  璋国际技术转移协作网络秘书长
刘沛佳郑州大学博士后
王  帅同方工业有限公司总工程师
吴  刚华为技术有限公司企业网场景创新中心总监
赵忠厚深圳智能交通行业协会秘书长
王世军昆明行天下科技有限公司总经理

图文来源：中国卫星导航定位协会