基于北斗衛星的PNT體系應用評價指標體系的研究與構建

李光濤

(陜西電子工業研究院，陜西 西安 710075)

1 概述

北斗衛星導航系統(下稱“北斗系統”)是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施[1]。2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統正式開通，向全球提供服務，以定位(Positioning)、導航(Navigation)、授時(Timing)組成的時空PNT體系全面建成[2]。隨著人類文明的發展，對位置和時間的信息需求日益增長，定位導航授時PNT技術的重要性越發凸現。定位導航授時PNT技術水平的高低，成為考量綜合國力的重要戰略標志。以北斗系統為核心的定位導航授時PNT體系已經上升為國家戰略，預計在2035年前后，將構建國家綜合PNT體系，為全球用戶提供更為優質的服務。

2 北斗衛星導航系統應用現狀

據《中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》數據顯示，我國衛星導航產業上游比重為10.9%，中游產值比重為47.5%，下游產值比重為41.6%，表明衛星導航產業的產業化效用愈發明顯，用戶端和市場端應用程度不斷提高。截至2019年底，國產北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1億片，國內衛星導航定位終端產品總銷量突破4.6億臺，其中具有衛星導航定位功能的智能手機銷售量達到3.72億臺。目前，含智能手機在內的采用北斗兼容芯片的終端產品社會總保有量已超過7億臺(套)[3]。隨著北斗系統的普遍應用，如何評價區域民用北斗衛星導航系統PNT體系應用效果和效益，通過評價結果進一步提升PNT系統的服務范圍和服務性能，保證PNT服務的可用性、連續性和可靠性，成為一個需要考慮的重要問題。在些背景下，亟待建立一套評價指標體系和評價方法。

3 北斗衛星導航PNT體系應用效益評價指標體系

我國北斗衛星導航PNT體系在民用方面涉及到的用戶十分廣泛，在導航定位方面涉及交通、農業、氣象、環境監測、漁業、救災等多個領域，我國北斗衛星導航在區域和行業中的示范應用極大地推動了北斗應用，特別是高精度服務更是能夠滿足國土測繪、精準農業、自動駕駛等領域用戶高精度服務需求[4]。授時則能提供全球性、全天候、快速、高精度的標準時間信息，高精度授時的應用領域有電網同步(作為電力系統的同步時鐘系統)、移動通信(通信系統的時間同步)、金融網絡(銀行計算機時間同步)、國防領域(單個裝備、武器系統時間同步、協同作戰)等方面。目前，各個行業和領域各自發展，需要有一個更高層面的統籌引領，在一個統一的體系架構下協同研究，同時界定北斗導航PNT建設應用效益評價的內容，運用產業生態理論，構建北斗衛星導航PNT建設應用效益評價指標體系，并對評價結果進行分析[5]。

由于北斗衛星導航應用系統是一個復雜的工作，北斗衛星導航PNT體系應用效益評價工作可以從工作組織、計劃任務落實、目標任務完成情況、效益評價4個方面對區域北斗衛星導航應用效果進行評價，分為15個指標項，采用加權評分法，所有二級指標基于定量數據進行評分，可先確定該定量數據的最大理想閾值和最小可能閾值，分別參考行業最優、最劣值，最大、最小閾值，評分采用德爾菲法(Delphi)等進行輔助決策，由專家直接打分得到指標分值，評估采用百分制，分值限定在[0，100]區間范圍內。具體評價指標體系如表1所示[6]。

4 評估框架

基于指標體系指標所采集的評估數據，可以對北斗PNT應用從水平與能力評估和效能與效益評估兩方面進行評估(見圖1)，評估方法可以采用加權評分方法和綜合評估分析方法。其中加權評分方法可用于對各級評估指標進行定量評分，以支持開展綜合評估分析。 綜合評估分析方法用于北斗PNT應用水平與能力評估分析、效能與效益評估分析，以及在此基礎上的綜合評估分析框架和步驟。

表1 北斗衛星導航PNT體系應用效益評價指標體系

圖1 評估框架

根據評估階段，北斗衛星導航系統PNT體系區域推廣應用評價可以劃分為4個階段，即基礎建設階段、行業應用階段、融合應用階段、創新應用階段。

1)基礎建設階段。本地區已經開始建設基于北斗的PNT體系基礎設施建設，但其行業應用剛剛起步，行業覆蓋面僅限于最基礎應用階段。

2)行業應用階段。本地區具備了一定的兩化融合基礎設施和條件，行業應用覆蓋和滲透逐漸加強，發揮了一定作用，但其融合集成尚未有效實現。

3)融合應用階段。本地區北斗基礎設施建設水平進一步提高，行業應用基本成熟，融合應用集成有效實現，但與行業交互協同與創新尚未有效開展。

4)創新應用階段。本地區北斗基礎設施建設趨于完備，行業應用和融合應用集成趨于成熟，且協同與創新得到有效實現。

5 評估結論

為了對通過體系評估得出的量化結果有更直觀的理解，從北斗PNT應用的程度階段來考慮，可以以百分制來衡量，可以將評分結果分為4個階段。

1)基礎建設階段(0～40分)。該階段需要加快北斗基礎設施(定位、導航、授時)在社會、民生、行業等各個方面的建設與應用，提高北斗基礎軟硬件支撐條件。

2)行業應用階段(41～60分)。該階段需要加快北斗PNT體系在社會、民生、行業等各個方面的應用推廣，特別是更大范圍地提高北斗相關設備和終端的普及率。

3)融合應用階段(61～80分)。該階段北斗PNT體系較好融入社會各行各業及工農業生產之中，信息基礎設施、相關投入增長穩定、有關產業發展勢頭良好；北斗與5G、智慧城市、車聯網、工業互聯網等應用向集成化方向發展，北斗PNT體系已成為各方面在認識、管理和操作上成為企業和產業發展的基礎性戰略資源。

4)創新應用融合(81～100分)。該階段已經形成較為全面的北斗PNT應用發展的局面，區域能夠根據本地區特點開展特色和創新應用，區域北斗產業創新體系初步建成，北斗產業深度應用環境已經形成，北斗產業發展與區域產業發展高端融合。

6 目標及意義

通過北斗衛星導航PNT體系應用效益評價可以基本摸清本地區基于北斗的PNT應用總體現狀、所處的發展水平及階段分布情況，明確北斗系統在不同行業、不同地區、不同產業的發展重點和目標，提高政府在推進北斗行業應用和區域應用決策的科學性和有效性，加速“北斗+”在各行業的落地和融合創新，提升我國北斗相關服務能力和產品多樣化和國產化水平，更多地積累北斗行業應用典型案例，挖掘和提煉先進應用經驗，進而全面促進我國北斗衛星導航系統的應用廣度和深度。