北斗定位系统的发展历程(北斗导航定位系统发展历程)

　　卫星物联网这个概念，应该是被一个日本男人发扬光大的。

　　在今年2月份的MWC 2017上，孙正义发表了演讲，分享了对未来30年人工智能和物联网的看法。其中谈到了他投资的一家公司——OneWeb。

　　OneWeb通过部署大量低地球轨道卫星（计划发射2000颗），代替地面基站铁塔。相当于从天而降的网络，直接连接用户，组成一个可覆盖全球的高速通讯网络。

　　“明天我们就要通过卫星将它们连接起来，不管是城市还是偏远山区。”

　　不过，该项目要在 2019 年之后才全面启动，后期我们会保持关注。关于卫星，咱们的北斗系统可是八万多人干了20多年，才走出了一条绝无仅有的路，目前正逐渐向民用开放。

北斗现状

　　发展情况

　　北斗系统是我国自主研发的全球导航卫星系统（GNSS），根据规划，系统建设一共分为三个阶段。

北斗卫星导航系统发展三阶段

　　北斗一代为试验系统，提供区域连续的导航定位、简短数字报文通信和授时功能。北斗二代为区域服务系统，定位服务区别于一代以无源定位为主。2016 年末到 2017 年初，北斗“三步走”战略完成第二步与第三步接棒。

　　目前是政策密集发布期和卫星密集发射窗口期。预计到 2018 年覆盖“一带一路”国家，2020 年前后完成 35 颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。2017 年下半年北斗将开始全球组网，拉开面向全球服务帷幕， 同时提升系统承载能力。

　　系统组成

　　北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

　　空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。

　　地面段包括主控站、注入站和监测站等 3 种类型地面站。主要工作为追踪及控制北斗导航卫星的运转。

　　用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等，用以满足不同领域和行业的应用需求。

　　北斗优势

　　目前，全球共有四大卫星导航系统：美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国的BDS（北斗系统）、以及欧盟的GALILEO系统。

　　与GPS相比，北斗具备三大优势：

　　1）由中轨道、高轨道和同步卫星组成，比GPS低轨卫星的抗遮挡能力更强；

　　2）不仅具备导航定位功能，而且附带独有的短报文通信功能，即在没有通信和网络的地方仍可以通过同步卫星向外界发布文字信息，该功能在汶川地震救援工作中发挥了巨大的作用；

　　3）比GPS频点多，在精度和稳定性上表现更好。

　　另，单靠卫星导航系统，民用频段的定位精度最多达到米级。为了提高精度，北斗用增强系统来加持，增强系统通过差分校正数据实现定位精度的提高，使得定位精度向毫米级迈进。具体后面会提到。

　　发展趋势

　　全球领先的GPS沿着“军工领域—行业应用—民用领域”的顺序和方向不断渗透。因为导航与位置服务国产化是自主可控的重要方面，北斗在普通精度领域的渗透与发展进度与GPS类似。

　　在高精度领域，随着北斗系统的基础建设逐步成熟，终端设备技术发展水平提升，在“供给”逐渐满足“需求”的情况下，配合国家支持，在高精度领域军工和行业应用同步推进。

　　目前，全球卫星导航产业呈现出从单一GPS应用向多系统兼容应用转变，从以导航应用为主向导航与移动通信、互联网等融合应用转变，从终端应用为主向产品与服务并重转变三大发展趋势。

北斗用户段产业链

　　从用户段的角度讲，卫星导航产业链分为上游、中游、下游三个方面。其中，中游产值最大，2016年中国卫星导航与位置服务的总产值突破2000亿元，中游的产值占比为56%。

　　1）上游包括基础数据、基础器件和基础软件，主要是天线、芯片、板卡、地图、软件等基础类产品，是卫星导航接收设备的核心部件；

　　2）中游是包括终端集成和系统集成两方面，指手持终端、接收机、车载终端、船载终端等完整的卫星导航接收设备产品，及集成软硬件产品的业务应用软件；

　　3）下游则是运营服务，包括为用户提供入网注册、导航定位及基于位置的综合信息服务等。

产业链竞争情况

　　 1 上游领域国产化进程加速

　　上游指零部件生产商，产品主要包括芯片和OEM板卡等。一般按应用对象将导航芯片分类为军事应用、行业应用、大众应用三类。

　　其中军用和行业应用的芯片一般是制成模块销售（需求量小价格高），而大众应用的芯片可以是直接芯片销售，也可以模块销售（需求量大价格低）。

　　在高精度应用中，厂家以芯片为基础，专用算法为支撑构建GNSS通用基板，再由针对不同应用开发出OEM板，最后做成整机销售给终端客户，并提供针对性的后续服务。

高精度产品关系示意图

　　1)在民用领域

　　GNSS芯片市场的主要厂商包括高通、博通、U-blox、联发科、瑞士意法半导体等，这些厂商出货GPS芯片为主，北斗民用化以及ICD文件公布以来，高通等国际一线芯片制造商也开始布局北斗。

　　国内厂商展讯通信、海思半导体、联芯科技等成功研发北斗移动通信一体化芯片，2016年国内具有卫星导航功能的手机出货量为5.1亿台，其中带北斗功能的数量超过30%，而2016年应用于智能手机和其他消费类产品的国产芯片或IP核数量接近2200万。随着国产芯片出货量的增加，北斗芯片的整体成本将降低。

　　2)在专业应用市场

　　芯片也是由国外厂商垄断，Trimble(天宝)生产的测量型产品使用的是自主开发的芯片，Navcom和Novatel为第三方提供开发用OEM板。在军用领域，北斗芯片自主可控化程度高。

　　国内提供射频芯片的上市公司包括振芯科技、海格通信、北斗星通，基带芯片的参与厂商更多，上市公司包括合众思壮、华力创通、振芯科技、海格通信、北斗星通、司南导航。这些上市公司均具备北斗终端销售业务，大部分的芯片产品可由自我消化。

　　 2 中游市场参与者多，行业应用领域众多

　　中游以终端产品与系统集成为主，终端产品可分为高性能专业产品和普通民用消费产品两大类。

　　其中高性能专业产品主要应用于通信、军工、测绘、授时、海用、GIS、位移监测、机械控制等领域。普通民用消费主要用于车辆导航、信息服务、个人跟踪、娱乐消费、共享经济等领域。

　　在普通民用消费领域，参与者众多，但手机应用成熟化与汽车导航前装化降低个人消费者对单独位置服务终端的需求。目前需求主要集中在细分人群如户外爱好者、海上渔民、幼儿等细分群体。

北斗手持机

　　由于GPS芯片成本更低，民用消费领域多采用GPS的服务，北斗相对于GPS多了通信功能，将在通信信号覆盖不到的地方（如户外、海上等）具备竞争优势，国内厂商如振芯科技发布北斗手机，主要面向民政、海事、防恐救灾等行业用户以及户外徒步旅行者的特定人群。

　　高性能专业产品多以高精度应用为主，细分领域众多。目前，在该行业的参与者中，国外的主流厂商包括天宝、拓普康、徕卡等。国内主流厂商包括合众思壮、华测导航、中海达、南方测绘等。

　　国内高精度终端产品市场发展具备两个趋势：

　　1）从“代理天宝等国外品牌“到”进口国外板卡进行终端产品研发“到”实现全产业链自主建设“到“向国外出口”发展；

　　2）从多品牌并存发展到少数品牌过度到主流品牌凸显的过程。

　　 3 下游运营服务规模快速增长

　　目前运营服务产值占比较低但快速增长。在全球卫星导航产业中，运营服务的占比最大，而且是增长最快的部分，平均水平能达到60%左右。

　　在中国从事基于北斗导航系统的运营服务，必须经过严格的审批程序，在取得“北斗系统运营服务许可证”后，方可开展业务。目前国内有19家企业具有正式许可证。

　　运营服务的特点是固定成本高，可变成本小，新增用户的边际成本低，所以行业具备规模效应。对于在运营服务中能够率先累积起一批客户并在后续的服务中由于网络效应快速地形成客户规模群的企业，有利于占领产业制高点。

获得北斗系统正式运营服务许可证的企业

序号

单位名称

1

　　北京北斗星通导航技术股份有限公司

2

　　北京神州天鸿科技有限公司

3

　　国智恒北斗科技集团股份有限公司

4

　　上海普适导航技术股份有限公司

5

　　成都振芯科技股份有限公司

6

　　重庆北斗导航应用技术股份有限公司

7

　　中电科卫星导航运营服务有限公司

8

　　航天恒星科技有限公司

9

　　广州广嘉北斗电子科技有限公司

10

　　上海天赐北斗通信科技有限公司

11

　　**金采科技股份有限公司

12

　　北京三信时代信息公司

13

　　中和北斗信息技术股份有限公司

14

　　广东侨兴宇航科技有限公司

15

　　华安星科（北京）信息技术有限公司

16

　　成都天奥电子股份有限公司

17

　　北京车网互联科技有限公司

18

　　福建飞通通讯科技股份有限公司

19

　　北斗天汇（北京）科技有限公司

北斗的物联网应用

　　前文提到提高精度的增强系统，该系统包括地基增强与星基增强。

　　国家北斗地基增强系统是由兵工集团作为总体研制单位，联合交通运输部、国土资源部、国家测绘地理信息局、中国气象局、中国地震局、中国科学院等有关部门建设，是北斗卫星导航系统重要组成部分。

　　2016 年 5 月，北斗地基增强系统正式投入运营，截止今年6月，一期建设完成，已具备厘米级定位服务能力。2018 年将完成北斗地基增强系统第二阶段建设，进行覆盖全国主要区域的米级、分米级定位精度，以及加密覆盖区厘米级和后处理毫米级修正数的试播发。

　　原先的地面增强系统多由使用方自建自用，比如由省测绘局建设并供测绘人员专用。相当于“自己建立电站自己发电”，如今国家北斗地基增强系统推进“全国一张网”建设，项目由中国兵器工业集团总研制，千寻位置负责。

　　千寻位置通过连接中国兵器工业集团、测绘局等合作方的已建站点，构建位置服务云平台，相当于变“电站”与“电网”，降低高精度位置服务获取成本。

　　千寻网络由兵工集团和阿里巴巴共同出资设立，注册资本 20 亿，双方各占股 50%，成立于 2015 年。

　　千寻网络不仅提供位置服务和解决方案，也为合作伙伴提供 API 调用服务，共同拓展应用场景。目前公司提供的解决方案包括：物联网、精准农业、形变监测、智慧城市等。

　　智慧城市

　　保障安全

　　近几年，多地连续发生危旧房倒塌，据统计全国的危旧房数将近百万。

　　通过采用北斗的毫米级高精度定位技术，对危旧楼房、滑坡、水坝、铁塔等进行高性价比的安全监测，对被监测对象的倾斜、沉降等安全指标进行7x24小时的毫米级自动化监控，不同等级的预警等，保障人民群众的生命财产安全。

　　另一个就是北斗所特有的短报文通信功能。在全部通信网络都遭破坏的情况下，北斗用户可以发送140个字符以内的短消息给外界。这一功能在救灾减灾方面有着巨大的作用，曾在汶川地震和鲁甸地震中立下过汗马功劳。

　　城市管理

　　城市管理采集人员通过北斗高精度定位设备，可轻松获取作业区域的高精度位置信息，为监管及案件处理部门的高效作业提供报障。

　　此外北斗在城市的校车、出租车、公交车等车辆应用十分成熟。

　　就公交车而言，交通部门可通过后台系统，对公交车进行位置查询、历史轨迹回放、行驶线路控制、超速控制等。实施灵活的公交调度，实现最大的运输效能。乘客通过电子站牌或手机软件，就可以及时掌握公交运行动态，选择便捷的乘车路线和车次。

　　精准定位

　　由于物联网的爆发，新兴应用不断出现，大量的产品需要更高精度的定位。

　　定位不准，是共享单车此前频遭批评的一个“槽点”。今年3月份小蓝单车就采用了千寻北斗地基增强系统，使得其单车能够实现亚米级定位。

　　举例来说，在空旷场地中，普通的共享单车定位技术只能实现3米左右的精度，而亚米级定位技术能够实现0.5米以内的定位精度。

　　在大楼密集处、地铁口、高架桥下，这种对比则更为明显，普通的GPS定位使得车辆定位和实际位置可能在20米甚至远的范围里“漂移”不定，而亚米级能实现3到5米以内的定位精度。

　　紧接着在4月份，ofo也宣布在此方面与北斗导航达成合作。

　　不仅于此，在智能可穿戴设备也大有可为。如：儿童、老人等需要关心和照顾的群体，佩戴基于北斗的设备就可了解具**置。

　　无人驾驶

　　其实，基础驾驶、ADAS和无人驾驶都需要地图导航的帮助，但是对地图精度的要求却是越来越高。而无人驾驶将成为未来高精度应用中规模最大的领域。

　　普通地图的定位精度在5-10米左右，而这对无人驾驶来说仍旧误差太大，其需要精度在10-20厘米的“高精度地图”。在如此精准的导航下，人们可以准确找到建筑物的每个大门，从而避免“你在我对面，我却找不到你”的尴尬囧事。

　　高精度地图不仅能提供精确位置导航，还能在无人驾驶遇上雨雪天气等极端天气时，全面分析路况、预测前方可能出现的危险，从而保证无人驾驶车辆在视线不佳的条件下安全、准确完成驾驶任务。

　　在此方面，北斗早有动作。在较为简单的农用场景已经得到了应用，如拖拉机自动耕作。

农机北斗自动驾驶系统组成

　　结语

　　在北斗建设初期，还没有物联网概念。近期北斗与物联网研讨会、论坛开始频频出现。曾经鲜有人问津的行业，开始变得炙手可热。最后引用北斗总设计师孙家栋的一句“狂言”：北斗的应用只受想象力的限制。

全球物联网独家整理

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