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文 魏路
作为“十三五”开局之年的2 016 年,上海市科学技术取得重大突破,首次同时诞生两项特等奖.上海交通大学郁文贤教授主持的“北斗导航与位置服务关键技术及其产业化”项目（以下简称“北斗”）荣获2 016 年度上海市科技进步特等奖,是其中之一.
自2012 年恢复设立特等奖以来,除了有1 项前沿基础研究、1 项重大发明创造和1 项大科学工程的成果荣获特等奖外,特等奖时有空缺.
上海交通大学科学技术发展研究院常务副院长关新平激动地说：“这也是上海交大获得一等奖后,时隔多年首次获得科学技术进步特等奖.希望未来上海交大能为国家战略发展作出更大贡献.”
起步再晚也要打破技术垄断
我国北斗系统比美国GPS 起步晚20 年,目前国内95% 的民用市场被GPS垄断.北斗卫星导航系统关乎国家安全和经济发展核心利益,是我国参与全球科技竞争的重大战略方向.为打破美国GPS 垄断,我国建立重大科技专项,自主建设北斗卫星导航系统,计划到2020 年提供全球供应.郁文贤教授主持的“北斗”主要以“长三角卫星导航应用综合示范工程”等国家重大科技专项课题和上海市系列配套创新课题为支撑,集聚上海卫星导航产业技术创新战略联盟主要技术力量,以共性基础技术定位算法为核心,以芯片/ 板卡/ 地图基础导航产品关键技术为重点,以行业跨界融合为特色,整合创新链,开展全产业链的技术创新与应用创新.
郁文贤教授告诉《华东科技》记者,“现阶段,我国北斗导航技术已在汽车导航、民用导航等技术方面打破了GPS 的垄断,并在核心算法、基础产品和特色应用三个层面协同开展系统深入的技术攻关,推动了我国导航技术集群创新与产业集聚发展.”
核心技术瓶颈突破 创新成果丰硕
由于地理环境因素的复杂性,使得城市、峡谷等环境存在信号不当、多径反射等干扰,导致卫星导航定位精度严重恶化.而建筑结构复杂性对室内场景进行低成本、高精度、高可信的定位也成为世界性难题.
“北斗”创新成果之一——高精度定位算法,即高精度卫星定位算法与高精度室内定位算法,提出了基于载波相位的多模多频单点定位、结合运动情景感知的多源信号融合定位等算法,实现了复杂环境下单点定位精度优于0.8 米,动态PTK 定位精度优于5 厘米,室内定位精度优于1米,有效提升了高精度定位产品的应用性能,成功解决了城市环境下的高精度定位难题以及室内高精度定位的需求.
据郁教授介绍,该项技术在开阔环境下的定位精度和稳定性方面与代表国际最高水平的加拿大NovAtel 公司、美国Trimble 公司产品性能处于同一水平,在多径干扰环境下定位精度改善优于20%.
高性能导航芯片关键技术,是针对星载/ 弹载/ 单兵等武器装备高性能导航芯片信号捕获耗费时间长,集成难度大等难题,所取得的另一项创新成果.该项目突破了低功耗CMOS 导航射频芯片设计瓶颈技术,研制出面向论文范文持/车载终端的高性能多模卫星导航基带芯片,实现了高集成、低功耗军用导航领域核“芯”产品的国产化.
对于专业测绘领域PVT（载波相位实时差分）定位收敛速度慢、集成度低等难题,三系统八频点高精度板卡的研制成功,集成了多径误差抑制等先进算法,提高了载波相位模糊度固定率,使基于双核异构的板卡运行功耗降至1.26W,成功实现了核心部件国产化,性能位居国际前列.
我国传统室内地图主要采用人工方法,存在着标准规范趋势、制图效率低下等问题.“北斗”提出了12 类室内空间要素抽象与关联模型,研制了标准化快速室内地图采集与建模工艺,建立了行业领先的标准化快速与发展室内地图采集与建模工艺,见图效率提高了一倍.
“目前,该项目已建成全国最大规模的室内地图数据库,拥有18000 套、330 万个POI 信息,实现了每人每天1万平方米的分米级室内地图建图效率,而美国Google、Micello 等国际公司的室内建图效率为每人每天0.2 万平方米.”郁教授向《华东科技》记者透露.
创新成果落地 六大典型产业应用推广
“北斗”所取得突破性创新成果顺利实现了科学技术转化为生产力惠及于民.目前,北斗智能公交系统已部署浦东3600 多辆公交,覆盖300 多条线路,实现了公交车辆的精确到站预报和智能化管理,平均到站时间预报误差小于1 分钟.每天服务上百万次群众出行,帮助公交企业降低了10%的运营成本,形成了贴近百姓需求的浦东公交模式,使得北斗交通服务成为老百姓喜闻乐见的应用.
北斗精准农业应用系统采用高精度导航+ 农机精准控制技术,已经在十多家大型农场使用2000 多套,实现了农机作业的自动化,作业效率提高了30% 以上.
北斗海洋渔业智能信息服务系统利用北斗的定位导航与特有的短报文通信功能,实现了导航、渔讯、遥感、生命久远等综合服务能力.现阶段,该系统已装备渔船终端2 万余台套,年均服务3 亿人次,为管理部门远洋执法、海洋资源保护提供了决策支持.
在上海青浦示范区开展的面向学生、老人以及游客等不同受众群体的,校车安全管理服务系统、社区医生APP、北斗赛事服务系统等位置服务系统,实现了低功耗无缝北斗大众定位终端服务,目前已推广北斗个人终端27164 套.
除此之外,宇通客车等国内主流车厂已经采用了北斗车载终端,商用车前装市场占有率达到30% 以上；无线电指向标- 差分北斗船载导航系统应用于我军新型主力驱逐舰；室内地图数据库也已经被高德、腾讯等公司采用,日访问量达到千万人次.
“北斗”用数据来说话
“69 项中国专利、2 项国际专利、69篇SCI/EI 论文、35 项软件著作权、1 项行业标准.”北斗导航与位置服务关键技术及其产业化项目不仅在知识产权方面硕果累累,经济效益方面也可圈可点.
近三年,“北斗”带来新增产值16.4亿元,利税3 亿元,带动间接产值约100 亿元,并孵化了4 家新三板上市导航企业,1 家进入创业板IPO 导航企业,支撑上海导航产业以超过30% 的高增长率快速发展,并直接催生了中国北斗产业技术创新西虹桥基地的发展,企业集聚效应显著.目前,西虹桥已成为我国最有影响力的北斗产业园,以上海为首的长三角北斗导航产业区域综合竞争优势已经位居国内前列.为上海建设具有全球影响力的高精度导航位置服务科技创新中心和产业发展高地奠定了重要基础.
在我国国防装备建设与武器研制方面,该项目也发挥了重要作用,基带多模导航芯片军用板卡采用率超过40%；北斗CMOS 射频芯片应用于重大国防工程与武器装备；国产高精度板卡市场占有率超过70%,并远销海外60 多个国家和地区,未来还将计划在非洲建立科研平台.
“北斗”的未来更精彩
从基础研究到核心技术难题的攻克,最后到项目成果落地形成产业化惠及于民,上海努力构建科创中心的定位和产业布局同时为科研发展与科研成果产业化提供了的时代环境.上海全产业链创新的介入,一起推动资源整合优势,为科研发展提供了丰富的资源.除了上海卫星导航产业技术创新战略联盟为“北斗”提供了有利的技术支持,在上海市科学技术委员会的牵头作用下,上海交通大学创新转化功能型平台也正在为固化加快人才流动不断努力.
“北斗”取得如此重大的创新成果,关院长表示赞赏：“郁老师是从基础研究、到技术研发到项目成果落地,拥有全产业链设计的人才.目前,上海交通大学与20家大型企业建立了产学研合作模式,实现人员互聘,完成从高校到企业的融合.希望解决科学技术与市场间无缝对接,形成技术支撑产业,产业化支撑科研的格局.”
郁教授却谦虚地表示：现在的世界竞争太激烈,我们的研究成果只是阶段性的.室内定位技术,如室内地下车库定位技术或将于今年年内有力解决.未来,核心导航产品技术是未来研究创新的重点,核心的利民的天线技术、低功耗技术、高精度空间位置数据分析等是未来研究的主要方向.
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