天上的北斗卫星和车里的北斗芯片，让这一切得以实现。今年6月23日发射升空的北斗三号全球导航系统最后一颗组网卫星，2天前正式入网工作。今天（7月31日），北斗三号全球卫星导航系统正式开通，意味着这个由中国自主建设的30颗卫星组成的卫星星座，成为继美国GPS之后，另一个为全球提供高质量导航定位服务的系统。
虽有“导航”之名，但北斗系统的应用绝非指路而已。由于卫星最核心的精准授时功能，在任何需要精准时间和空间基准的行业，北斗系统都将有用武之地。不过，要想将北斗的精准导航全方位拓展至天上、地下、水中，功夫还在卫星之外。
北斗导航解决共享单车“痛点”
去年夏天，300辆搭载装有北斗高精度导航定位芯片的共享单车，在武汉投入场景应用测试，接入北斗地基增强网后，这些共享单车实现厘米级定位。只有将单车停在划定的停车范围内，App才会正常结账，否则系统会发出警告，并收取额外调度费用，由此引导每一位用户参与单车的规范停放。
这一技术很快在不同品牌的共享单车上实现应用，并迅速推广至深圳、北京等城市。通过高精度导航定位、位置报告、北斗地基增强系统等功能，人、车、后台信息达到了有效互通，不仅能够更准确追踪车辆和运维位置，还可以结合大数据管理平台，实现智能调度运营，优化车辆调派。
北斗导航位置服务（北京）有限公司此前曾与共享单车企业开展过战略合作，该公司总经理、国家重点研发计划“地球观测与导航”专项总体专家组成员曹红杰介绍，该公司为此建立了统一的共享单车信息平台，每一辆装上定位芯片的单车，位置都实时更新，平台数据同时向政府主管部门和共享单车企业开放。
据曹红杰介绍，根据平台数据，政府相关部门会对共享单车高度聚集的地区进行预警，一旦短期内聚集太多，形成“潮汐”效应，就派出卡车迅速运走，共享单车企业也进行车辆疏解和调配。同时，企业还可以根据平台，找到被停到偏僻地带的单车。
北斗导航为共享单车行业解决了“痛点”，共享单车行业反过来也为北斗产业带来了巨大变化：不仅推动技术广泛应用，还让芯片成本大幅降低。
共享单车是北斗系统迄今最大规模应用的行业，曹红杰说，共享单车广泛使用北斗和GPS兼容芯片，使得拥有最简单定位功能的北斗芯片价格大幅压缩到6元至10元左右。
此前，北斗芯片价格都在几十元上下，“原来北斗芯片比GPS芯片贵很多，就是因为产业规模小。”他说，“我是亲身经历的，这十年间，北斗芯片从几千块降到几百块，现在降到几块钱，最大的推动力就是共享单车行业的崛起。”
650万辆营运车辆接入北斗
共享单车的故事，充分说明了产业端的活力，对于卫星导航系统的发展有多重要。
北斗产业近十年来的兴起，面临着从GPS手里抢市场的难题。GPS早在上世纪90年代就建成了全球系统，走上“一家独大”的坦途，也在中国拥有了不少用户。后起之秀北斗要“虎口夺食”，而自身芯片价格又贵得多，初期推广十分艰难。
2012年北斗二号系统开通时，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其说，北斗产业刚刚起步，与国外相比最大的差距在于价格，性能已经达到或者接近。他呼吁全社会力量更多应用、更多参与，让北斗芯片价格尽快降下来。5年之后，冉承其表示，由于建立了完整的产业链和技术，加上工艺产能提升，国产北斗芯片单价已降至6元，在总体性能上也达到甚至优于国际同类产品。
芯片价格降低与使用规模密切相关，车辆运输是最关键的行业。
中国卫星导航定位协会发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，截至 2019年底，国内超过650万辆营运车辆、4万辆邮政和快递车辆、36个城市约8万辆公交车应用了北斗系统。
交通部门正全面推进北斗系统在长江航运应用全覆盖，建设长江干线北斗卫星地基增强系统，包括长江干线水富至长江口106个基准站、69个监测站，利用公网网络和56个AIS基站进行播发。长江海事各分支局共设置13个监控终端，计划完成长江航务系统近800艘公务船、2000艘社会船舶单北斗船载终端安装和基于北斗的内河遇险报警管理系统、航运信息公共服务系统建设工作，为“智慧长江”建设提供重要保障。
交通运输部2019年7月发布《数字交通发展规划纲要》，提出到2025年交通运输成为北斗导航的民用主行业，第五代移动通信（5G）等公网和新一代卫星通信系统初步实现行业应用，并要求加快北斗导航在自由流收费、自动驾驶、车路协同、海上搜救、港口自动化作业和集疏运调度等领域应用。
交通运输市场一直是我国卫星导航与位置服务产业最为重要的市场，共享单车的异军突起，则成为北斗产业发展进程中的意外惊喜。
曹红杰认为，迄今为止，车辆运输和共享单车是推动北斗产业化发展的两个关键行业。650万辆物流运输车辆和千万辆级共享单车接入北斗定位导航服务，成为北斗广阔的“练兵场”，大规模运用使得北斗应用的性能快速提升，价格也快速降低。
挖掘机上装北斗
虽以“导航”为名，但一个卫星导航系统的用途，却远超出我们所认为的电子地图、车辆导航。在很多意想不到的行业，卫星导航系统都起到至关重要的作用，例如燃气管网、农业水利、工程建设、文物保护，乃至电信、金融、保险等行业。
导航卫星系统的核心功能分为三类：定位、导航和授时。其中，授时的功能往往不被大众知晓，却是核心中的核心。每一个导航卫星的核心器件之一是原子钟，其稳定度关乎系统成败，北斗三号的使用的是“铷原子钟”，以铷原子跃迁为物理基础建立的极度精密的电子设备，300万年只有1秒误差。
实际上，导航卫星提供的就是授时信息，定位、导航都是利用精准的时间差计算延伸出的功能。王博说，导航卫星的核心价值就是提供精确的时空基准，时间和空间，是所有人类活动离不开的两个要素。
精确的授时信息，能在需要精准时间的行业发挥作用。比如，电网就需要非常精准的时间基准，交流电本身每一秒都在变换，要让发出的电上到电网，就要求频率非常准。准确的频率需要精准的时间，时间不准，整个电网的调度将无从谈起。
再比如通信，尤其在5G时代，基站与卫星定位结合得比原来更加紧密。所有通信都有一个时间戳的概念，时间不准，发送和接收数据就没有基准了，通信系统也会瘫痪。
还有金融系统，每一秒都有很多金融交易发生，每一笔交易到底在哪一个时间完成？要把一秒钟分成几百万份，不可能再用普通电子表计时，就需要卫星导航系统的精准授时功能。
2016年1月26日，由于技术问题，GPS系统授时出现了百万分之十三秒（13微秒）的授时误差，持续了12小时，使美国和加拿大的警方、消防以及EMS的无线电设备停止运转，欧洲电信网络出现故障，英国广播公司电台停播长达2天，电网系统也部分出现故障等一系列问题。
业内有句广为流传的话：北斗的应用范围，只受想象力限制。一些新兴领域，也逐步成为北斗系统新的应用场景。
2019年开通的京张高铁，是世界上第一条采用北斗卫星导航系统实现自动驾驶功能的智能高铁，不仅实现了开车、运行、停车、开门等操作自动控制，而且在行驶过程中，列车车身安装的数千个传感器，像随车医生一样，随时进行车辆的自体检，保障运行安全。列车供电系统也首次采用了轮轨式机器人巡检，打破了以前人工检测的局限。
不仅是高铁，越来越多的打桩机、推土机、挖掘机等传统工程机械上，也装上了北斗芯片。
2019年建设中的内蒙古引绰济辽工程，高精度北斗定位技术在大坝填筑碾压中，辅助施工方实时监控并记录施工的全面信息，精准引导作业。2019年京雄高铁铺轨工程也首次采用了加装北斗芯片的铺轨机，实现铺轨作业运输的智能化、信息化。
当前，我国仅各种工程机械保有量合计超过700万台，据估算，随着北斗三号实现全球覆盖，北斗智慧施工应用在国内外均有着巨大的发展空间，预计将形成数百亿元的市场规模。
高精度定位的机遇与挑战
在芯片价格不断降低的背景下，高精度成为业内企业新的关注点。
去年5月举行的第十届中国卫星导航年会上，冉承其介绍，未来希望北斗系统能够结合手机实现厘米级定位，可以与自动驾驶结合。“现在的情况是，经常叫了车，你在这头，车在那头，这最后100米就是痛点。如果我们手机有了高精度服务，出租车司机就可以精准地来到你的面前，消防车可以直接开到消防栓所在位置。”他说。
近几年高精度市场持续发展，据统计，2019年国内各类北斗高精度接收机终端销量超过20万台/套，其中国产高精度接收机销量已占到50%以上。高精度天线出货量31万只，其中国产超过24.4万只。高精度相关产品销售收入从2010 年的11亿元人民币增长到2019年的74.8亿元，复合增长率达23.7%。
山东、陕西等多个省份已经开展了北斗兼容CORS站网（连续运行基准站）开放试运行工作，向省内及周边地区播发北斗高精度信号，面向国土管理、城建规划、环境保护、地震监测、精细农业、智慧城市等提供服务。浙江省卫星导航定位基准服务平台，免费提供实时米级甚至厘米级高精度定位服务。广西、四川、云南、甘肃、陕西等多地针对地质灾害多发防控需要，部署了基于北斗高精度的位移监测系统，全天候预警滑坡、泥石流、沉降、垮塌、地震、裂缝等灾害的发生。
曹红杰表示，目前满足高精度要求的北斗芯片价格仍然很高，最贵的有几千元，便宜的也有一二百元，这将是未来业内企业竞相争夺的高地。
北斗系统能否实现高精度应用，还取决于增强系统。增强系统分为地基和星基，可以理解为卫星信号的处理站。
北斗地基增强系统需要在地面建设一系列基准站， 由地面基准站接收北斗卫星信号，通过后台系统消除卫星轨道误差、钟差、电离层折射等影响，向用户播发出修正过的信号。由此，可以在服务区域内提供1-2米、分米级和厘米级实时高精度导航定位服务。北斗星基增强系统，通过地球静止轨道卫星搭载卫星导航增强信号转发器，实现对卫星导航系统定位精度的改进。
“对于卫星导航系统而言，对精度和可靠性的追求一直存在。”王博说，北斗系统长远目标是在各个空间，包括海陆空和水下，都能够用到更精准的导航定位。如今卫星星座已成，未来的重点是以北斗卫星为核心带动传感器等领域发展，由产业链各方共同努力，让北斗的触角延伸到天上、地下、水中。
