“北斗”突破核心技術瓶頸六大典型產業應用推廣

文 魏 路

“北斗”突破核心技術瓶頸六大典型產業應用推廣

文 魏 路

作為“十三五”開局之年的2016年，上海市科學技術取得重大突破，首次同時誕生兩項特等獎。上海交通大學郁文賢教授主持的“北斗導航與位置服務關鍵技術及其產業化”項目（以下簡稱“北斗”）榮獲2016年度上海市科技進步特等獎，是其中之一。

自2012年恢復設立特等獎以來，除了有1項前沿基礎研究、1項重大發明創造和1項大科學工程的成果榮獲特等獎外，特等獎時有空缺。

上海交通大學科學技術發展研究院常務副院長關新平激動地說：“這也是上海交大獲得一等獎后，時隔多年首次獲得科學技術進步特等獎。希望未來上海交大能為國家戰略發展作出更大貢獻。”

起步再晚也要打破技術壟斷

我國北斗系統比美國GPS起步晚20年，目前國內95%的民用市場被GPS壟斷。北斗衛星導航系統關乎國家安全和經濟發展核心利益，是我國參與全球科技競爭的重大戰略方向。為打破美國GPS壟斷，我國建立重大科技專項，自主建設北斗衛星導航系統，計劃到2020年提供全球供應。郁文賢教授主持的“北斗”主要以“長三角衛星導航應用綜合示范工程”等國家重大科技專項課題和上海市系列配套創新課題為支撐，集聚上海衛星導航產業技術創新戰略聯盟主要技術力量，以共性基礎技術定位算法為核心，以芯片/板卡/地圖基礎導航產品關鍵技術為重點，以行業跨界融合為特色，整合創新鏈，開展全產業鏈的技術創新與應用創新。

郁文賢教授告訴《華東科技》記者，“現階段，我國北斗導航技術已在汽車導航、民用導航等技術方面打破了GPS的壟斷，并在核心算法、基礎產品和特色應用三個層面協同開展系統深入的技術攻關，推動了我國導航技術集群創新與產業集聚發展。”

核心技術瓶頸突破 創新成果豐碩

由于地理環境因素的復雜性，使得城市、峽谷等環境存在信號不當、多徑反射等干擾，導致衛星導航定位精度嚴重惡化。而建筑結構復雜性對室內場景進行低成本、高精度、高可信的定位也成為世界性難題。

“北斗”創新成果之一——高精度定位算法，即高精度衛星定位算法與高精度室內定位算法，提出了基于載波相位的多模多頻單點定位、結合運動情景感知的多源信號融合定位等算法，實現了復雜環境下單點定位精度優于0.8米，動態PTK定位精度優于5厘米，室內定位精度優于1米，有效提升了高精度定位產品的應用性能，成功解決了城市環境下的高精度定位難題以及室內高精度定位的需求。

據郁教授介紹，該項技術在開闊環境下的定位精度和穩定性方面與代表國際最高水平的加拿大NovAtel公司、美國Trimble公司產品性能處于同一水平，在多徑干擾環境下定位精度改善優于20%。

高性能導航芯片關鍵技術，是針對星載/彈載/單兵等武器裝備高性能導航芯片信號捕獲耗費時間長，集成難度大等難題，所取得的另一項創新成果。該項目突破了低功耗CMOS導航射頻芯片設計瓶頸技術，研制出面向軍用手持/車載終端的高性能多模衛星導航基帶芯片，實現了高集成、低功耗軍用導航領域核“芯”產品的國產化。

對于專業測繪領域PVT（載波相位實時差分）定位收斂速度慢、集成度低等難題，三系統八頻點高精度板卡的研制成功，集成了多徑誤差抑制等先進算法，提高了載波相位模糊度固定率，使基于雙核異構的板卡運行功耗降至1.26W，成功實現了核心部件國產化，性能位居國際前列。

我國傳統室內地圖主要采用人工方法，存在著標準規范趨勢、制圖效率低下等問題。“北斗”提出了12類室內空間要素抽象與關聯模型，研制了標準化快速室內地圖采集與建模工藝，建立了行業領先的標準化快速與發展室內地圖采集與建模工藝，見圖效率提高了一倍。

“目前，該項目已建成全國最大規模的室內地圖數據庫，擁有18000套、330萬個POI信息，實現了每人每天1萬平方米的分米級室內地圖建圖效率，而美國Google、Micello等國際公司的室內建圖效率為每人每天0.2萬平方米。”郁教授向《華東科技》記者透露。

創新成果落地 六大典型產業應用推廣

“北斗”所取得突破性創新成果順利實現了科學技術轉化為生產力惠及于民。目前，北斗智能公交系統已部署浦東3600多輛公交，覆蓋300多條線路，實現了公交車輛的精確到站預報和智能化管理，平均到站時間預報誤差小于1分鐘。每天服務上百萬次群眾出行，幫助公交企業降低了10%的運營成本，形成了貼近百姓需求的浦東公交模式，使得北斗交通服務成為老百姓喜聞樂見的應用。

北斗精準農業應用系統采用高精度導航+農機精準控制技術，已經在十多家大型農場使用2000多套，實現了農機作業的自動化，作業效率提高了30%以上。

北斗海洋漁業智能信息服務系統利用北斗的定位導航與特有的短報文通信功能，實現了導航、漁訊、遙感、生命久遠等綜合服務能力。現階段，該系統已裝備漁船終端2萬余臺套，年均服務3億人次，為管理部門遠洋執法、海洋資源保護提供了決策支持。

在上海青浦示范區開展的面向學生、老人以及游客等不同受眾群體的，校車安全管理服務系統、社區醫生APP、北斗賽事服務系統等位置服務系統，實現了低功耗無縫北斗大眾定位終端服務，目前已推廣北斗個人終端27164套。

除此之外，宇通客車等國內主流車廠已經采用了北斗車載終端，商用車前裝市場占有率達到30%以上；無線電指向標-差分北斗船載導航系統應用于我軍新型主力驅逐艦；室內地圖數據庫也已經被高德、騰訊等公司采用，日訪問量達到千萬人次。

“北斗”用數據來說話

“69項中國專利、2項國際專利、69篇SCI/EI論文、35項軟件著作權、1項行業標準。”北斗導航與位置服務關鍵技術及其產業化項目不僅在知識產權方面碩果累累，經濟效益方面也可圈可點。

近三年，“北斗”帶來新增產值16.4億元，利稅3億元，帶動間接產值約100億元，并孵化了4家新三板上市導航企業，1家進入創業板IPO導航企業，支撐上海導航產業以超過30%的高增長率快速發展，并直接催生了中國北斗產業技術創新西虹橋基地的發展，企業集聚效應顯著。目前，西虹橋已成為我國最有影響力的北斗產業園，以上海為首的長三角北斗導航產業區域綜合競爭優勢已經位居國內前列。為上海建設具有全球影響力的高精度導航位置服務科技創新中心和產業發展高地奠定了重要基礎。

在我國國防裝備建設與武器研制方面，該項目也發揮了重要作用，基帶多模導航芯片軍用板卡采用率超過40%；北斗CMOS射頻芯片應用于重大國防工程與武器裝備；國產高精度板卡市場占有率超過70%，并遠銷海外60多個國家和地區，未來還將計劃在非洲建立科研平臺。

“北斗”的未來更精彩

從基礎研究到核心技術難題的攻克，最后到項目成果落地形成產業化惠及于民，上海努力構建科創中心的定位和產業布局同時為科研發展與科研成果產業化提供了的時代環境。上海全產業鏈創新的介入，一起推動資源整合優勢，為科研發展提供了豐富的資源。除了上海衛星導航產業技術創新戰略聯盟為“北斗”提供了有利的技術支持，在上海市科學技術委員會的牽頭作用下，上海交通大學創新轉化功能型平臺也正在為固化加快人才流動不斷努力。

“北斗”取得如此重大的創新成果，關院長表示贊賞：“郁老師是從基礎研究、到技術研發到項目成果落地，擁有全產業鏈設計的人才。目前，上海交通大學與20家大型企業建立了產學研合作模式，實現人員互聘，完成從高校到企業的融合。希望解決科學技術與市場間無縫對接，形成技術支撐產業，產業化支撐科研的格局。”

郁教授卻謙虛地表示：現在的世界競爭太激烈，我們的研究成果只是階段性的。室內定位技術，如室內地下車庫定位技術或將于今年年內有力解決。未來，核心導航產品技術是未來研究創新的重點，核心的利民的天線技術、低功耗技術、高精度空間位置數據分析等是未來研究的主要方向。