杨元喜院士：未来我国要构建无处不在的定位导航授时服务体系

《测绘学报》

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2017年6月13日，由泰伯网主办、主题为“空间大数据的崛起”的WGDC2017，在北京国家会议中心盛大开幕。大会由空间信息产业创新创业服务平台泰伯主办，秉承不断引领和促进空间信息技术创新与变革的宗旨，WGDC已走过六个年头，如今成为全球最具前瞻性的跨界创新风向标。

　　14日上午，北斗+大数据峰会开幕。峰会上，全国政协委员、北斗导航系统副总设计师、中国科学院院士杨元喜以“北斗卫星导航系统与大数据”为题进行了精彩演讲。

      以下为演讲实录(未经本人核实)：

　　杨元喜：各位同事，我给大家汇报一下北斗卫星导航系统与大数据。大数据很热，北斗很热，都热在一起了，两个加在一起更热。大数据是巨量的数据，巨量的数据不是大数据的特定概念。所以大数据原以杂数据、乱数据，我们寻找的是有序的数据，有规律的数据。现在概念容易模糊，有北斗大数据，也有遥感大数据。

　　北斗数据都有应用，北斗数据不乱不杂有规律，分布清楚，不需要挖掘，这不叫大数据。所以，大家一定要理解，北斗大数据的概念我不太提倡。尽管我一直在给大家呼吁，叫北斗与大数据，不叫北斗大数据。

　　大数据中蕴含着丰富的规律性信息、趋势性信息和引导性信息，大数据的工作是挖掘这些信息。数据大不是大数据，大数据是互联网和移动通信时代的产物，互联网+和移动通信等等支撑着大数据，而大数据又支撑着其他的发展，有大数据的支持智慧城市才有可能有智慧，当然城市首先必须要有智慧。智慧海洋叫的也很响，我当时就在说怎么能让海洋有智慧呢?我说不对，海洋的智慧一定是源于大量的观测，没有观测不可能有智慧。

　　大数据也是国航事业的重要支撑，未来战场可以借鉴大数据。大数据所谓的4V特征，之所以大就需要存储，存储需要计算需要模型、准则和方法。

　　同时，大数据从快速生成的巨量数据中快速或近实时获取有用信息和知识。

　　大数据又是多源的数据。同样，大数据又是有价值的数据，大数据本身没有价值，而大数据中挖掘出来的小数据价值是非常重要的。从大数据中提炼小数据是需要做的。

　　我的问题是，从巨量的数据如何变成小数据呢?当然需要计算需要统计需要分析和知识挖掘。同样一个巨量数据，怎么变成信息和知识呢?必须要进行分布时空的特性。

　　同样巨量的数据，怎么样做决策呢?需要外部数据和内部数据结合。我自己掌握的数据和挖掘的数据和公司的能力进行结合，才能做出正确的决策。

　　因此，数据采集、存储、分享、容量、显示、分析、研究等等构成大数据，所以Andrew McAfee提出来一个观点，你如果没有度量就不可能管理这么多的大数据。如何定义大数据的度量呢?大数据又需要哪些基本的信息?我的观点是非常明显，因为我是做北斗的，我特别想强调北斗将支撑导航。

　　北斗这块的PNT定位导航时间是大数据的基石，大数据当中80%的信息要想挖掘都在时间和空间里面。各位想一想，你掌握数据和时间没有关联与空间也没有关联，你还认为它有重要的意义，这样的数据找找看，几乎没有。如果这样的数据发生在什么地方，大概什么样的分布，发生在什么时间，我们一概不知，是无法挖掘的。因此，我的观点是所有的数据都要基于PNT，要让大数据不能成为乱数据，不能成为杂数据，所以PNT是必不可少的。

　　企业决策、商业决策、行业发展决策、国家决策都希望有基于PNT支撑的大数据支持。

　　“一带一路”建设需要大数据，需要水陆，需要公路，需要铁路，需要航路，同样需要高速公路，我说的高速公路是以PNT为支撑的信息高速公路。所以必须需要PNT，它有实时导航的能力、空间认知的能力以及决策能力。

　　大数据的挖掘一定要根据“空间维P”、“时间维T”、“动态性N”寻找规律，发现线索，提供决策。

　　大数据需要统一的位置标签，大数据分析必然涉及信息的地理分布和空间分布。

　　时间基准：中国的时间和纽约的时间不在一起，如果都在同一个时间点，一个时间尺度不一样大数据也不一样。

　　在空间基准方面，大数据关联强调空间关联，重要信息和知识需要位置信息的支持。统一的空间基准是大范围尤其是全球信息分析的基础挖掘是重要支撑。

　　统一的空间基准也是大数据的区域特性，和区域信息变化分析的前提。所以，统一的空间和时间基准也是数据挖掘、规律、分析的重要基础。

　　位置服务是大数据服务的核心要素之一，其实大数据也要提供位置服务。用户可以利用大数据和GPRS，这是大家都在用。现在兴起的泛在测绘，把移动定位和移动影像结合起来，这里面也需要大数据。

　　同样跨区域、跨海洋的高速动态载体，要在统一空间基准的大数据支持下，进行流量分析。全球海洋信息挖掘，需要统一参考基准。不同国家边界活动监测，也需要统一基准。

　　统一的时间节点也非常重要，时间节点是大数据动态分析的基础。要想把你的大数据挖掘，时间节点说清楚，是信息准确的机制。时间基准也是历史规律、未来趋势分析的基础。

　　统一的时间节点也是大数据模型的基准。在大数据时空下有几个应用，某一个体的时间、空间变化，时间向空间的变化它的轨迹就有了。同样的道理，时间、空间，如果把环境也给你，我就可能把它的轨迹、速度、任务，甚至它的不足都能找到。在哪里找到的?找到的是它的时间、空间、周围的环境。

　　某一个地区，某时间段的通信流量交通流量能研究该地区的功能、性能，这需要时间和空间，而且是统一的时间和空间。

　　举例而言，只要有了手机，你在哪个地方，你和什么人交流，你的空间节点在哪里，这样通过时空关联，用户隐私保护相对困难了，工作性质就更透明了。

　　空间数据的可视化，场景重建等一般需要空间和时间信息。轨迹信息的跟踪需要空间位置与时间，如X37B的跟踪精度10米，则时间精度需要纳秒。环境信息的跟踪与反演需要空间和时间。

　　所以，实时数据流、实时数据处理、实时数据结构、数据显示需要空间和时间。同样，北斗系统是我国PNT服务的核心要素，北斗卫星导航将支持我们国家的大数据发展。

　　2000年建成，3颗GEO卫星，定位、授时和短报文通信;服务区域东经70-140度，北纬5-55度，定位精度优于20米。2012年12月底开始运行，5颗GEO卫星，5颗倾斜轨道卫星，4颗轨道卫星，精度10米。服务范围东经55-180度，南纬55到北纬55度，这是北斗卫星导航系统。

　　此后，我们运行了北斗二号天基增强系统SBAS-2，由BDS监测站观测BDS信号计算差分改正现在数，通过GEO卫星播发差分改正数，差分改正数为等效中钟差，号称米级定位，米级是有可能的，要想提高到米级以下目前非常困难，包括现在的地基米级或者分米级同样也在边缘地方，只要卫星监测不到的地方都做不到，米级都做不到。这是什么概念?这是中国境内北斗增强系统所能监测的地方，做数据挖掘，可以提供米级服务的。

　　2016年发射2颗在轨备份卫星，加上原有的13颗卫星，进一步提升了BDS的可用性和定位精度，定位精度由10米提高到8米。

　　2017年6月7日“北斗地基增强系统”通过验收，可为监测范围内用户带来米级、分米定位服务，可应用于车道级导航、精准农业等领域。

　　现在的北斗卫星导航实验系统，我们发明了实验卫星，增加了卫星的星间链路，增加了自主导航，试验了S频率导航，搭载了新的星载氢原子钟。

　　星地、星间、站间时间同步处理精度优于0.5ms，卫星钟差2小时预报精度优于0.5ns，优于北斗二号结果。

　　而且增强了星间观测数据后，缩短了钟差观测时长。而且倾斜轨道和原轨道的飞行精度明显提升，比只有星地观测要提升50%左右，卫星轨道也明显的提升，只有星地1.5米，如果加上星间，星地1米的轨道精度。机动4个小时后轨精度为8.34m，特别是轨道预报精度提升70%，整个的定位精度提高50%，这是北斗实验。

　　2016年9月正式启动北斗全球卫星导航系统工程建设。2017年发射了6-8颗北斗三号MEO卫星，2018年发射10颗左右BD-3 MEO和1颗同步轨道卫星。

　　2019年-2020年，发射6颗BD-3，MEO卫星、3颗BD-3/GSO卫星和2颗BD-3GEO卫星。

　　计划2017年8月底，发布BIC、B2a信号ICD文件测试版，2018年初发布这两个信号的ICD正式版文件。

　　2020年建成全球系统30颗星的全球服务系统，实现全球定位、导航和授时服务，进一步实现全球短报文通信，基本实现自主导航。

　　北斗3将按照国际标准提供星基增强服务SBAS及搜索救援服务，我们提高的位置大概在10米级能实现。空间信号精度可望达到优于0.5m。北斗3将增设星间链路，便于北斗卫星境外弧段的精度保持。

　　星间链路便于无地面支持情况下的卫星轨道的互相测定与维持，便于时间基准的维持，便于实现自主导航。

　　北斗3运控系统主要变化，将增设星间链路测控，提高MEO/IGSO卫星监测范围，提升系统服务精度和可用度。我们把光纤传输和整个的北斗系统联结在一起，保证系统设备时延的稳定性。同样，支持多系统、多频度、多信号、多模式的运作。

　　在系统进展方面，新增自主导航业务处理子系统和仿真测试与评估子系统，提高计算精度，这是我一直倡导。经过我们的建设，目前北斗时通过导航时间尺度是没有闰秒的。秒长是采用国际原子时秒长，最长的北斗时单位为周。

　　同样,我们承诺北斗比GPS、GLONASS、伽利略时时长最低，也承诺中国的北斗时和国际的UTC同步精度在100纳秒以内，100纳秒对大数据挖掘是没有问题的。

　　北斗BOT的维持是由合成钟确定的，BOT由主控站的时间和频率系统组成的。内部测量主要是由钟组得到原始时间和频率信号，循环测量钟差。由外部比对分系统给出北斗时相对UTC的偏差。

　　数据处理分系统通过一定的算法计算出相对统一的时间尺度，作为整个导航系统的时间标准。同样，为了和UTC保持一致，北斗时间用频率驾驭，驾驭的幅度是5×10e-15。

　　服务精度大概频率准确度是大于2×10E-14方。空间定位精度，大概是水平优于6米，高平优于10米。如果利用北斗定位是这样，H：6m，U：10m。伪距差分定位，H：1.5m，U：2.0m。

　　未来，我希望构建无处不在的PNT，所谓无处不在的PNT，希望从深空到海底无处不在的PNT服务，要构建这样的体系。未来的发展要将构建全球统一的、高精度、高密度坐标框架，包括海岛礁和海底框架点，便于大数据的研究与应用。

　　在时间基准方面，希望构建一个统一的时间基准。并且构建中国统一的时间，目前我倡导的把中国的几个授时中心连起来，构建统一的中国时间，我希望只有一个中国时间。这个中国时间和国际标准还要一致，这样为大数据挖掘提供全球统一的时间尺度，和提供统一的基准。

　　大数据时代呼唤高精度全球统一的时空基准。我国不同时期建立了不同的空间基准，基本满足当时国民经济和国防建设的急需。大数据时代需要全球统一的坐标框架，大数据需要统一的时间尺度。我希望未来全球全是统一的。

　　未来的大数据在时空基准基础上，在大数据存储基础设施、大数据处理基础设施，所以全球的PNT，我们把它叫“北斗+”一定是基于大数据的支撑。“北斗+”提供空间基准和时间信息将成为全球大数据的重要信息源。全球大数据的挖掘为虚拟空间和时间也提供了重要的支撑。

　　因此，下一步目标我们要构建综合的国家PNT，感谢各位!

(来源：泰伯传媒)

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