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“羲和”之路——访科学技术部国家遥感中心副主任景贵飞
作者: 发表时间:2014年12月17日

 

  本刊记者:国家遥感中心主要的工作方向包括哪些方面?你们在导航定位和卫星通信方面做了哪些战略布局,启动了哪些重点项目?

  景贵飞:国家遥感中心业务上主要有六大块的工作,按专业分为遥感、导航定位、卫星通信、空间探测、地理信息系统和一些空间科技实验性的工作。科技部把涉及到空间和地理位置的科研事务性管理工作委托给遥感中心,我们做得更多的是涉及到国家层面的新技术的推动和推广。

  在卫星通信领域,我们中心着重在卫星移动通信,主要目标是通过手机来直接接收卫星的通信服务,国际上有静止轨道和低轨道两套体制。静止轨道不需要很多的卫星,只要3~5颗星就能实现,我们一直在推动这方面的事情。科技部通过军民结合,启动了一系列的项目,工作进展很快也很好。我希望未来在中国能有一套自主的全球卫星移动通信系统。

  在导航定位这块,我们主要做的就是牵头研制了羲和系统。作为“十二五”科技专项的主要成果之一,羲和系统是一套与卫星导航系统能无缝对接的系统,它以北斗/GNSS、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础,融合广域实时精密定位和室内定位等技术,实现室内外协同实时精密定位,具备室外亚米级、城市室内优于3米的无缝定位导航能力和业务可控的亿级甚至是几十亿级用户在线位置服务能力。

  从2006年开始,我就跟刘经南院士、施闯等专家讨论过:卫星导航发展这么多年,国际上除了美国全球定位系统GPS,像欧洲GALILEO系统、俄罗斯GLONASS系统,以及我国自行研制的北斗卫星导航系统都在做,但到底能够为社会公众提供商业服务的系统最后是什么样子还不清晰。我们通过许多的分析,做了各种坐标图、框架图,认为卫星导航定位的精度不够,信号强度太弱带来可用度不行,就开始琢磨能否把卫星导航定位服务做得精细化,并一定要面向公众服务。

  本刊记者:室内外结合的位置服务一直是一个国际难题。请您详细谈谈羲和系统启动的背景,主要内容和它要实现的目标。

  景贵飞:欧洲人希望通过伽利略卫星星座来做商业服务,虽然他们进展很好,但目标太难,还没有拿出最后的系统。我们能不能有别的路径完成高精度无缝信号服务?比如先在室外做高精度定位,也就是广域精密实时定位系统,再做到室内。我很佩服刘经南院士,在没有国家经费支持的情况下,他一直在坚持做这方面的研究。到2009年,得到863计划项目支持后,他就在全国做实验,通过互联网支持能做到1米左右的精密定位,接着还做了一个卫星传输方面的实验,孙家栋院士看完后,提出把北斗的地基增强系统也加进去。

  科技创新就是要做别人没有做过的。而那时,北斗系统已经立项。室内定位除了带来日常生活中的便利,对于地震火灾、矿井事故等灾害应急救援都至关重要。于是,我们提出的定位就是做室内外高精度定位系统,那时还不叫羲和系统。在“十一五”期间,高精度室内外定位服务系统前期的研究和系统的示范得到了国家科技部的支持,此后一直得到国家863计划的支持。羲和系统的总体目标就是形成我国自主可控的位置服务即室内外定位服务能力,促进北斗系统应用与产业化,提升北斗的竞争力和在大众市场的占有率,从定位、增强、地图和位置服务网这几个方面来全面提升北斗的应用。2013年初,我们在湖北做了非常成功的示范,在室外能做到1米的高精度定位服务。

  如我以前所说,羲和系统是基于协同实时精密定位技术(CRP)构建的广域室内外高精度定位导航系统,瞄准解决卫星导航全方位服务到手机用户“最后一公里”问题,是北斗系统之后导航服务产业的延伸和扩展。我跟你打个比方吧,卫星导航系统就像是现在的大房地产商,他们把精装修的商品房做好进行销售,我们就像是住户的日用品供应商,给房子里的业主提供柴米油盐酱醋茶等日用消费品。如果把北斗系统比成国家高速公路网的话,那么羲和系统就是通向每家每户的乡村小径。按照这个路子走,我们希望通过羲和系统解决这最后一公里的问题,并把北斗的信号服务提供到每家、每户、每个人。

  本刊记者:羲和系统如何解决卫星导航服务到用户手机的问题?它的工作原理是什么?现在进展如何?

  景贵飞:最后一公里的问题如何解决,这中间有阻力,也有辛酸。人们一天中有大部分的时间是在室内度过的,公众信息消费的时间和应用场景近80%也是在室内。可当我们提出要做室内定位时,业内经过多次讨论,意见并不统一。但为公众服务一直就是我们的目标,而且必须要做。国际上包括诺基亚、谷歌等也都在做室内定位。基于这种理念提出的羲和系统是在使用了北斗、GPS等卫星定位功能的基础上,结合了基站、Wi-Fi等多种不同信号,去实现范围更广、精度更高的定位功能。我们基于Wi-Fi的局域室内定位系统已能实现精度3米的定位服务,像进行指纹识别的室内定位服务的智慧图公司,相关手机软件也在为包括首都机场在内的11个机场提供服务,下一步将拓展到大型商场室内导航服务领域。尽管他们做得很好,但一直没有做宣传,是因为我们希望能做更好的、广域的、低成本的室内室外的精密定位。

  我们的现有科技体制,能够提供更多的不同学科的专家进行交叉合作机会,我们是从通信的角度来获得突破的。由北京邮电大学邓中亮教授牵头,与国家天文台的施浒立研究员、卫星通信的吕子平研究员合作,他们提出了一套TC-OFDM方案,并成功研制了TC-OFDM定位与通信融合的新型信号体制。T是时分,C是码分,代表导航体制,OFDM代表通信体制,中间加了一杠,表示两者进行组合。TC-OFDM技术构建了由通信卫星和地面移动通信网组成的北斗卫星地基增强室内外高精度无缝定位系统,通过通信卫星向地面移动基站发出通信信号,移动基站播发通信信号的同时承载了目标的定位信息,当用户手机端接收到三个以上基站信号的时候,就可以实现手机的定位解算,计算出目标所在的位置。依靠这种技术,将大大节约室内定位成本,把现在的移动通信网变成既是通信网,又是高精度定位网,同时使我们的手机变得更加智能——既能打电话,又能定位。这是我个人比较认可的,在我个人有限的视野里,我认为这也是到目前为止最好的一套系统,它能广域、低成本地解决一个城市的室内定位问题。目前,该技术形成了几十项的自主知识产权,完成了室内外高精度无缝定位原型系统研制,实现了基于基站的水平优于3米,垂直优于1米的高精度室内外无缝定位,率先解决了北斗卫星导航系统的“最后一公里”瓶颈。我个人因为参与国际会议也了解到国外这方面的一些进展,澳大利亚的LOCATA公司和美国高通公司的方案用得也很好,但我们更有成本上的优势,像北京这样的城市只要投入1~2亿的基础改造费用就能实现。

  从TC-OFDM出现,到现在羲和高精度室内外定位服务系统所涉及的核心关键技术已取得重大突破,在北京、天津、湖北和上海等地构建了原型示范系统,室外1米无缝技术和示范应用都解决了。我们正在做3米无缝的小范围示范,后面就按照3米无缝室内室外推广,现在有很多用户在应用。4月25日,我们与中关村海淀园管委会签署合作协议,宣布羲和系统向社会各界提供自主知识产权的高精度室内外定位信号,并支持相关芯片、模块、终端及关键设备的研制生产,让公众享受像车道级导航、米级室内定位等服务。尽管现在接收终端的用户很多,但羲和直接瞄准的用户就是手机,只要等智能手机做出来我们就可以宣传推广,我估计年底应该有结果出来,这是一个革命性的进展。北斗、GPS等星座只能做到10米量级的定位,而羲和高精度系统能支撑国产手机、国产芯片并提供北斗系统1米的定位服务。

  记得移动互联网里有一个规律,价值和用户的数量平方成正比,我国拥有超过100万的移动基站,手机用户超过11亿,车辆用户超过2亿。位置服务将成为移动互联网的标准配置,这是大家正在逐步达成的共识。羲和系统将目标瞄向了这一庞大用户群体,以手机为终端的一切活动均可以通过羲和系统信号来实现。从当初室外定位的一个概念,到现在的网上买电影票、打车软件、大众点评这些应用。羲和首创了3米无缝定位,信号做完后,国内各大企业纷纷支持羲和系统的建设和应用推广,得益于羲和系统的先进性、稳定性、可用性和好维护的前景,像百度、高德、智慧图、四图维新等优秀企业都在与我们合作做位置信息服务的应用,他们的支持和应用起决定性作用。现在羲和系统面向公众服务的应用面细化到了车道级导航,米级室内定位。

  我们后续的目标是:2015年前,将在10个城市、3个行业开展羲和系统示范工程建设,并逐步向全国推广,力争在2020年实现“百城亿户”的应用推广目标。我们对1米无缝技术很有信心,中国的手机用户太活跃了,我们做3米无缝示范的效果比预期要好得多,实现了当时预期的所有技术目标,而且转化成为现实的速度太快了。现在国内用户已达到了5亿,国内一天定位请求的点击量能达到近两百亿次。

  星座这条路,美国人走了20多年,当他们将所有星都打上去后把星座建完,又用了10年的磨合时间才让星座稳定地运行,直到1991年才提供服务,可到2011年美国的星座还在出问题。如果按照这个速度,中国再沿着这条路走,只能一直跟在美国人的后面。科技部曹健林副部长提出要重新开辟一条路,换个坐标系走。正因为我国地面通信网络拥有最大量的基础设施资源、最多的基站和最大的手机用户消费群体,于是我们提出了针对手机和面向公众服务这个方案。从2006年提出方案,反对的声音一直延续到2011年,因为做手机是最难的,它对能耗要求、对价格要求都很苛刻,手机芯片的生产成本每增加一毛钱就会产生很大的影响。现在在公众服务方面,我们主要解决的难题就是智能手机的问题。如今,卫星已经解决了室外导航定位问题,对于室内导航定位来说,目前手机所用的无线通讯网在城市中已经基本覆盖,且绝大多数人都在使用,这张网作为卫星定位的补充,就能实现室内外定位服务的对接。羲和恰到好处地弥补了包括格洛纳斯、全球定位系统等星座系统不能进行室内应用的缺陷。

  对未来羲和系统的推广应用以及所带来的社会辐射效应,让室内外实时定位为大众提供更便捷的服务,我们的信心是越来越足,一是技术难关已经开始取得突破,关键技术做出来了;二是企业和用户的产业化热情比我们更高,大规模应用将会带来更大的商机。

  本刊记者:这么多年来,您一直致力于卫星导航在中国的产业化应用。您认为中国的羲和系统在推进过程中,最大的难点和关键点在哪里?

  景贵飞:我认为最大的难点还是思维模式的突破。人是有思维惯性,有路径依赖的,美国人、欧州人、俄罗斯人一直走的就是做完星座做芯片,做好接收终端再做服务这条路径。在这一点上,我要夸夸我的直接领导,本身就是做科研出身的曹健林副部长,正是他,高屋建瓴地提出要换个坐标系,让不管是领先20年的美国,还是像中国这样的新手,大家都能站在同一起跑线上。到现在我才体会到,有求变的意识,还能找到一个对的路径,这就是难点。这种意识和大思维、大视野是最难的。现在大家都在强调创新的思维,首先自己要有意识地去创新,而且还要拿得出新东西。我们的思路一改,羲和系统就做成功了。

  要说关键点,羲和系统到现在为止的成功是典型的学科交叉系统。原来做卫星导航的人有搞卫星的、搞大地测量、搞授时、搞无线电的,还有搞制造、搞产业的,虽然也有交叉,但他们大多一直沿着传统思路的惯性往前走。羲和系统尽管也是交叉,但它引进了像邓中亮、施浒立等这些导航外围的通信专业人才的加入,用的是另外的思维来干这件事情。在执行层面上,我们引入电信级的应用这是关键点,也带来了不同的思维和应用,这一点我非常感谢在高新司信息处工作的经历。电信每年大量更新它们的系统,就是要保证运营非常完美,我们做位置服务的时候,可参考电信的服务思路,瞄准几亿用户来做,电信做3G推广从零走到大规模应用的路径就是我们做羲和系统的参照系。可以说,羲和系统的运气很好,它就像是个幸运的孩子,每一步都走对了。

  本刊记者:整个卫星导航产业的GNSS服务会朝哪个方向发展?羲和系统将给我们的生活带来哪些便利、产生怎样的影响?

  景贵飞:卫星导航产业服务才刚刚开始。在今年9月11日的卫星导航定位协会召开的年会上,我做了《卫星导航服务市场和技术驱动分析》报告。预期干好三件事情:首先要把信号做成1米无缝定位,解决涉及应用上九成的问题,可以形成为万亿终端服务的能力。有人预计到2020年,羲和系统将打造上千亿元的产业链,从而牵动1万亿的经济发展动力。

  在信息方面,我们主要是希望真正实现O2O,把虚拟世界与现实世界形成一个镜像。O2O不是我们想干不想干的事情,是不以人的意志为转移的,现实世界与互联网营造的虚拟世界成为一个镜像关系,这是发展的大势趋。公众更为关注的不是宏观尺度的信息,而是微观信息,这时信息的更新速度、更新频率变得更加重要,现实发生变化,虚拟世界也得赶快作出反应,这样才能把信息消费出来。

  时间和空间是消费者决策策略支持最基本的两个物理量,每个人随时随地都在用,为什么要应用位置服务?我想任何人都希望能得到预见出自己要做的一件事情的收益结果的支持,想知道当我采用了你给我的建议后,在目前情况下,我该怎么做才能投入更少,获益更多,这就要求我们一定要能提供博弈的策略。不管是实时交通,还是团购信息,实际上都是这个模式。

  在羲和系统的引导下,人们将享受到精确位置服务所带来的方便、快捷和舒适。人们可以在地下停车场快速找到合适的停车位、在小区里方便地找到朋友的家门、在医院帮助患者找到空余的床位、在会议中心找到该去的会议室、在展览馆找到感兴趣的展品,甚至在安全事故中,快速部署救援力量。它未来将给我们的生活带来怎样的变化和产生什么样的影响我还不知道,我们现在瞄准的就是这个方向。

  本刊记者:据我所知,早在2003年,您就曾参与过中国和欧洲的“伽利略”计划的合作,谈谈您对卫星导航系统产业化发展路线的思考。

  景贵飞:中国与“伽利略”计划的合作十分重要,对于未来与“伽利略”计划的合作我充满信心,我们前期的合作也比较愉快,只是现在“伽俐略”计划的建设比较慢,中国北斗的建设进展快,以后肯定还会有更加紧密的合作,可能会形成天上卫星系统之间你帮我、我帮你的交互操作关系。现在的北斗、伽利略卫星导航系统一定是全球的,也变成了一个大产业,星座是它一个最重要的支撑,虽然它不会直接赢利,就像高速公路一样,它自己不直接赢利,而是带动了高速公路上每天跑的客车、货车形成产业效益。卫星星座支撑着类似于羲和这样的系统应用在上面跑,它的全球性和薄弱性都要求彼此合作。但具体到高精度定位,羲和主要还是为国内和周边地区提供服务应用,目前优先考虑的主要是支持中国企业赢利,其他的国家、地区就得看他们自己的选择,我当然希望他们能采用羲和系统的标准,这样全世界都能漫游起来,毕竟羲和系统的高精度室内定位可以达到万亿级用户,未来的影响面会很广,产业规模会很大,有着很好的国际合作前景。

  最后我还想说:高技术与产业化之间是有鸿沟的。高技术是按照技术指标来评价,而产业化是按照货币来评定的。从产品到商品这中间有差距,真正做产业就要涉及生产、投资、金融这一整套东西,对于科技人员来说是不可思议的,这是截然不同的两种体系。我一直在说,我们干羲和系统就是通过科技成果货币化的试验而取得良好进展的。

  高科技成果一定要货币化。知识产权的重要性可以有各种衡量、评价的指标,而做产业化一定要与货币挂钩。只有让科技成果与经济系统同属一个话语体系,科研人员才会用产业化的观点来做事情。这个问题正是我们面临的重大问题,现在国家提出创新驱动发展战略,发展面临着增长和就业的问题,真正要实现技术创新驱动发展,对技术的评价指标就必须要与货币挂钩。这样做有三个好处:一是能很容易地把科研投入转化为市场上的知识产权,与经济的货币考核放在同一个话语体系内来量化;二是很容易让高科技与产业化挂钩,充分调动科研人员及资本方的积极性,能评价出资本跟技术结合的价值;三是通过计算每年产出了多少货币量化的科研成果,能够从宏观和微观两个视角来回答技术驱动发展中技术带来的GDP的增长率,而现在的科研投入到产出的贡献率是不好计算出来的。

  

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