北斗综合信息服务技术应用思考

◎战略支援部队信息工程大学 陈明剑

2019年11月15日，在长沙举办的第十九期钱学森论坛上，战略支援部队信息工程大学陈明剑教授作了题为《北斗综合信息服务技术应用思考》的主题报告，深入分析了北斗卫星导航系统的发展现状、信息服务、产业化应用及发展趋势。本文由《网信军民融合》杂志根据现场演讲整理。

一、北斗卫星导航系统的发展

卫星导航系统是国家重大空间基础的支撑，是国防安全的重要支撑，也是国际战略博弈的重点。同时，也是国家经济社会发展的主要支撑，受到高度关注。全球主要卫星导航系统的发展现状如下：

美国的GPS在轨卫星有35颗，健康卫星31颗。GPS已经提出了三代，2018年12月23日，SPACE公司使用“猎鹰”发射首颗三代卫星GPSⅢ，共发射32颗卫星，具备高速上行/下行通信机制，精度号称达到0.3m，抗干扰能力提高8倍，延续到2025年。该卫星远远提高了GPS的精度、性能和指标。

俄罗斯一直在发展自己的格洛纳斯系统。2019年5月27日，GLONASS-M卫星发射，目前在轨26颗，预计2034年前发射46颗卫星。2025年，GLONASS-M卫星将退役，2030年全部使用GLONASS-K2卫星（9个信号，10年寿命）。目前在轨26颗卫星，全球服务覆盖率达99.99%。

陈明剑教授

欧盟方面一直在发展伽利略系统，共有26颗在轨卫星，22颗处于运行状态，2颗进行飞行试验，2颗无法使用，预计2020年发射完毕30颗。2019年7月11日开始，伽利略系统导航和计时服务中断，2019年8月18日恢复正常。服务中断的原因最初考虑可能是导航对抗的影响，后来发现是下面地基、地面运控出现了问题。这也敲响了警钟，在对卫星导航系统研究以及应用过程中，地面系统是很重要的，其实质是对数据的分析研究。

我国的北斗发展态势良好，目前已发射49颗，有39颗卫星提供服务，已超30个国家实际使用北斗系统。我国的北斗卫星导航技术处于世界领先地位，军事价值和民用价值极高。

二、北斗信息综合服务系统

随着北斗卫星导航系统全球部署，北斗卫星导航系统服务模式发生了根本改变。从以前仅仅用于卫星导航系统定位、导航扩展到现在各种社会应用，如位置感知的综合数据云智慧城市、战场自动化感知及战场自动化指挥等。这些系统都是基于PNT体系及各种综合数据信息，在计算机网络时间和空间上被高度浓缩存储、分析、应用。

北斗综合信息服务系统是基于北斗卫星导航定位技术，利用计算机网络、大数据、通信、电子等多种技术，综合多种位置服务应用，提供导航定位、动态框架基准等综合信息的服务系统。而基于地基增强系统的综合信息服务是近几年发展起来的一种为用户提供与位置相关的信息服务的新兴产业。其中，北斗综合信息服务云平台能为核心服务和应用提供统一的运行、计算和存储支撑，形成北斗导航大数据能力。导航大数据能力是一个体系，是一种新的大数据，也是一种专题大数据。导航大数据是由导航定位技术产生，具有泛在PNT性质，以智能技术为载体且具有大数据5V特征的数据集合。比如，手机导航的数据全部是导航大数据，是由北斗应用系统产生。基于数据挖掘方法技术，可以从海量导航大数据中获取具有价值的知识、信息，进而为实际应用提供决策支持。

（一）数据特点

（1）获取实时化、动态化。目前已综合应用航天、航空、地面和水上等一切可使用的对地观测技术，如卫星导航快速定位定向技术、航天航空遥感遥测技术等北斗地基增强数据。

（2）获取综合化、种类多样化。随着大规模的视频传感器三维激光、GNSS定位、视频与GIS的融合。资源接入GIS平台后，将能极大地发挥视频传感器实时影像数据采集与GIS数据管理的优点，提供智慧的基础服务。

（3）导航数据交换网络化。从面对面的直接服务转向网络化、流程化信息服务，信息流通更快速，获取更方便。任何人在任何时候、任何地点都可得到权限范围内的导航数据服务。

（4）导航数据应用广泛化。应用对象的转变，从“内部”到“开放”，从“专业”到“公众”。导航数据将从公益性、专业性测绘导航保障向整个社会产业体系的应用方向扩展。面向军队、政府部门、专业领域扩大到面向社会公众。凡与位置信息分布有关的诸多应用领域如环境监测与分析、资源调查与开发、灾害监测与评估、城市管理、应急处理、交通、物流、导航等综合平台，数据可共享应用，真正实现社会化。

（5）导航数据重组及扩展处理化。只有对海量数据尤其是对空间相关的数据的分析和挖掘，才能发挥数据的巨大作用，为各种管理和服务提供支撑。导航的功能也由围绕数字产品的“生产”转向围绕空间信息的全方位“服务”。

（二）开放问题

当前，数据信息依然按行业、地域、企业被隔离成一个个信息孤岛，没有形成“综合效应”，无法对各种不同类型数据的关联进行深度挖掘及再利用。因此，应该把消除单位部门的数据割据，建立一个公开、透明、共享的数据平台作为长期战略。习近平总书记提出的军民融合战略是很好的途径，可以把各个部门的数据进行很好的融合。比如，军地标准的不一致，如何将它们连接在一块儿，就是一个开放问题。

（三）服务安全

由于北斗的应用需要多种定位互补，同时计算、存储都是在网上，所以设备终端做不到绝对安全。如果不放在网上，而放在终端设备（如手机）上实现，是不可能做到的！这也是为什么会一直担心服务安全，位置安全会泄漏也主要源于此。目前还没有有效的手段为PNT提供安全保障。

保护国家层面的数据安全恰恰是以数据开放为基础的。开放是一种态度，也是一种能力。要坚持开放，也要有能力去开放。数据不能无条件的开放，比如说北斗综合系统里面的数据如果无条件开放，会导致丧失数据隐私。现在，数据所有制已经不再是主流，要保证数据可以使用，但不可以看见，即“可用不可见，相交不相识”，保证数据绝对安全。

（四）支撑系统

要解决数据信息的处理和预测，需要建设落地的支撑大数据系统。支撑大数据系统本身涉及到网络安全的系统、计算机服务的系统等，也是智能终端的服务系统。而北斗综合应用大部分都体现在终端上，因此，构建开放、安全、又能够保证舒适使用的终端，将是很好的课题。智能终端导航服务的基础是解决位置和时间，也就是PNT。这些是基于位置的最基本服务。

智能终端导航服务模式

基于北斗地基增强的智慧城市组成

综合信息服务主要是卫星导航的综合服务，有一些区域性的增强，有广域的增强，还有跟其他的系统兼容互操作。卫星导航增强系统的建立和使用，是一种改进措施。通过一些地面、空中或卫星设施，使用差分技术、伪卫星技术、监测手段等，使卫星导航系统总体性能得以提高。卫星导航增强系统按增强系统的组成可划分为星基增强系统（SBAS）、地基增强系统（GBAS）。应用最多的是地基增强系统，星基增强可以解决没有地基的情况，如海外，甚至在没有地基的战场上等。

据不完全统计，我国的地基增强系统有5000多个，呈现东密西疏、南热北冷的状态，主要跟经济发展息息相关。我军也组织开展了相应的全国范围的应用系统建设。通过军民融合，整合利用现有的站网数据资源，建成空间布局合理、基于北斗的精密导航服务系统。

以高精度导航信息公共服务平台为基础，将智慧教育中所涉及到的衣食住行、公共交通、周边环境、教育机构、位置服务等各类图层元数据整合到统一的平台中，产生的效益将比单个导航数据产生的效益合计更有价值。地基增强系统数据结合交通信息、气象信息、地图信息数据等将极大改变人类生活方式，成为智慧城市基础支撑。

北斗数据的安全性包括数据源认证、完整性和机密性。数据安全，尤其是卫星导航系统的安全问题，需要从全链路考虑，包括数据输入、输出到应用数据。数据安全是一个动态的访问，数据不能无条件向公众开放，需要进行云端数据加密技术研究，将传统加密技术与云平台安全机制集成。

三、产业化发展应用及思考

（一）基于地基增强系统技术，升级改造促进产业发展

基于北斗地基增强的智慧城市很多部分都要用到卫星导航这一手段。基于增强系统的升级改造可以有效促进产业发展。目前，在反方向网络RTK技术、格网VRS技术、星基地基融合技术、室内外无缝链接技术、导航大数据应用技术等方面开展了诸多研究。

（二）基于导航综合大数据服务，促进社会化应用

基于导航综合大数据的服务能够促进社会化发展。以城市中出租车导航数据为例，通过研究出租车运动轨迹，可以利用密度聚类算法（DBSCAN）挖掘城市中的热点区域空间分布，分析热点区域之间的关联性特征，有利于做好城市规划。

在黄河滩治理方面，根据黄河滩区生态环境综合整治的需求，依托北斗（河南）综合信息服务平台和无人机巡查、视频监控、遥感、倾斜摄影测量、三维GIS等技术建设黄河滩区生态环境综合监管系统，实现对黄河滩区违法生产经营、违法建筑物和破坏水源地生态环境活动的“空天地一体化”立体式监测监管，有效助力政府针对黄河滩区生态环境的综合整治行动，提高工作效率，节约工作成本。

陈明剑教授在第十九期钱学森论坛上作主旨报告

（三）技术体系综合融合，扩大服务领域

通导遥一体化是国家天基系统的骨干力量，导航与通信的融合应用趋势已是产业发展主流。“高分+北斗”全时空的动态大数据是当今社会实现各行业智能管理、社会智能服务、企业智能生产、公众智能生活的必要支撑。高分、北斗技术也是当今第三次技术革命浪潮的必要支撑。北斗导航定位系统负责提供点位和导航线路信息，高分影像负责提供地面地物信息，二者结合，将点、线、面全方位信息进行深度融合，打造立体时空信息框架。

以“北斗+”为基础，对接国家“高分卫星”应用，使定位和影像信息成为数字化城市最基础信息，推进感知与定位一体化、天地一体化，促进导航卫星、遥感卫星的信息与5G、地基增强网、互联网等信息融合。以智能停车场为例，它可以促进上下游的发展，比如车上导航设备、数据中心设备，还有图形设备等，把整个上下游全部打通，可以构建基于北斗精确定位的车位管理与规划等。

四、发展趋势

未来，卫星导航综合服务发展呈现5大趋势：

（一）大数据发展将继续维持高速增长态势

基础设施建设和数据中心对规模增长的拉动作用减弱，数据价值和应用创造的经济效益更加明显，并在市场规模中占据重要比重，一些企业将会把基于综合信息业务作为单独的营收进行统计。

（二）应用技术创新将成为发展的主要驱动力

技术和产品在应用需求的推动下完成创新和突破，商业模式伴随着连接层次的加深不断创新。

（三）数据资源的开放共享逐步深入

行业应用逐步成熟，推动应用模型加速迭代，综合数据信息应用将成为热门领域。在多种数据的融合过程中，政府应用场景更加丰富，应用也将更加高级，数据挖掘和分析的结果对管理决策的辅助作用开始显现。

（四）数据采集和跨界竞争越发白热化

数据存储和交易呈现平台化竞争趋势，数据分析和可视化呈现多样化、定制化发展，中小企业能够获得更多的市场发展空间。

（五）创业企业不断涌现，融资并购事件频发

成熟地应用或掌握海量数据的公司备受青睐，综合信息服务将成为资本追逐的热点领域。

以数字化装备为主，将BDS、RS、GIS技术、网络技术、通信技术和智能手机有机结合，进入全民参与导航的时代，实现空、天、陆、海一体化导航，是北斗综合服务的主要来源。导航位置服务产品则以北斗位置信息服务为主，借助声音、图片、视频、文字、图表等形式提供信息和服务，为用户提供体验式服务，是建设的主要任务。基于可视化分析、统计分析、数据挖掘算法、预测性分析、自然语言处理等人工智能处理技术是关键。导航围绕信息战、导航战、指挥自动化、智能交通、智慧城市等应用的管理系统则是综合服务应用的核心，以智能技术综合应用体系为标志的新一代服务特点愈发凸显。