互动科普

有人说，卫星导航的应用范围之广，可与电脑相媲美。它提供的导航、定位与授时服务已经渗透到国民经济的方方面面，并改变了我们的生活方式。

经过多年的发展，“北斗”卫星导航系统已经被广泛应用于交通运输、基础测绘、工程勘测、资源调查、地震监测、公共安全与应急管理等众多领域。

交通运输的大脑

最为人们所熟悉的卫星导航技术应用，可能就要数交通运输了。它可为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航，如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、汽车自主导航、地面车辆跟踪和城市智能交通管理等。

随着经济的发展，我国已经从一个资源、能源的出口国转变为纯进口国。为此，资源与能源的海上运输，其效率与安全已经成为关系到我国经济发展与经济安全关键性问题。海上运输具有全时、全天候和全球性的特点，而无论是雷达导航还是陆基无线电导航，均会受到不同因素的限制。由此，卫星导航已经成为保障海上运输效率与安全最重要的导航和定位方法。

目前，公路交通运输是我国内陆交通运输重要的途径，然而，效率与安全一直是困扰我国公路交通运输的难题。利用卫星导航技术，人们能比较容易地实现对出租车和危险品运输车的跟踪，以及对物流配送和长途运输的调度管理，规划最佳路线，提高道路和车辆资源的运行效率，降低能源消耗，保证安全。

工程建设的利器

卫星导航技术是高效、高精度地完成工程建设与大地测量的重要保障，它已基本取代了无线电导航、天文测量、传统大地测量技术和测图控制及工程测量，使测量制图在精度、实时性、全天候等方面产生革命性变化。

我国卫星定位控制网的绝对定位精度达到厘米级，比传统测量方法的效率高3倍以上，费用降低50％。“北斗”还能在人迹罕至的高原、沙漠、海洋作业，为国家制图、疆界勘定、地壳运动监测（网络）、地震带区域站网监测、大型水库库区地形/地质变化监测等方面作出贡献。此外，它也广泛应用于规划设计、交通勘测和矿山、石油、地质、海岛礁、国防建设等工程与勘探定位测量。

在基础设施建设与大地测量中应用卫星导航技术，可以使道路、桥梁的建设精度达到毫米级，同时还降低建设成本。“北斗”不受通视条件的限制，可以根据监测需要，将公路边坡、桥梁变形的监测点布设在对变形体的形变比较敏感的特征点上。基于“北斗”的大型桥梁安全监测系统，能监测桥梁的各种数据，如锚锭处沉降、桥塔处变位偏移、桥身相对变形等。在异常状况下(地震、台风、船只撞击时)，还可以监测桥梁的动力响应。通过桥梁变形与动态数据，可以对桥梁状况进行评估，并实施预报警。

精细农业的核心

卫星导航设备能够提高农药、除草剂、肥料使用的精度，更好地控制化学物质的扩散，从而降低成本、扩大产量，创造环境友好型的新农场。

有数据显示，在发达国家，十年前需要配备8～9台拖拉机的农场，由于有了卫星导航技术，现在只需3～4台就够了。在关键的种植和收获季节，这些设备可以24小时不间断地工作。使用了卫星导航技术后，能够使不同地区、不同条件下的作物增产3%～50%，大大降低了农业生产的人力、资金（机器和设备）和原材料（种子、肥料、杀虫剂、其他化学药品、燃料、油和电）成本。据估计，卫星导航技术带动的平均增产可以达到10%，平均成本能够降低15%。

“北斗”用于农田墒情管理

海洋渔业的帮手

“北斗”卫星导航系统应用最早、最广泛的行业之一，就是渔业。“北斗”用户机不仅可以为船只导航，还可以通过短报文技术，报告船只位置和船上人员的情况。目前，我国已经有近10万艘出海渔船安装了“北斗”用户机，使用它可以在手机信号不好的茫茫大海上，免费发送短信，极大地保障了渔船出海安全，巩固和发展了渔业生产。

截至2012年2月底，渔政管理部门通过“北斗”系统，已先后向渔民发送了12500余次热带气旋等危险气象警报，指挥救助9起，救助渔船6艘、旅游船1艘、危重病人1人、渔民27人、游客6人，有效避免涉外事件4起，挽回经济损失上亿元。

目前，“北斗”海洋渔业综合信息服务的海上用户量已达数万，短信量月高峰可达70万条。难怪会有渔民夸张地形容，现在渔船上只供奉两样东西，一样是妈祖，另一样是“北斗”。

精准的时钟，保障金融、电力系统正常运行

卫星导航系统的定位精度取决于时间的精度，其授时功能对国民经济的发展也有重要作用。导航卫星都装有时间精度极高的原子钟，每300万～2000万年才误差1秒。“北斗”导航卫星上的国产原子钟稳定程度相当高，每天变化只有十亿分之一秒，已用于金融、电力、通信、邮电、铁路等网络的时间同步。

基于网络的服务，现在已经成为银行和证券业提供服务最为重要的手段。可以说，没有网络就没有现代金融服务体系。在这个体系中，时间的同步是至关重要的，用全球卫星导航系统提供的精确授时服务，可以保证现代金融系统安全运行。

电力系统的安全运行，也需要在很大的范围内实现较高精度的时间同步。导航卫星系统提供的高精度授时服务具有全球覆盖、全天候、高精度的特点，可实现整个电网高精度的时间同步，以及同步相位测量、运行稳定性判断、故障定位等，从而提高电力网络运行的稳定性、可靠性和安全性。为了统一内部时钟，以前我国电力系统把美国的GPS作为主要的授时手段，通过GPS的民用信号向电力系统的电力自动化设备、微机监控系统、安全自动保护设备、故障及事件记录等智能设备提供授时信号，以实现电力系统的“同步”运行。基于“北斗”卫星导航系统的“北斗电力全网时间同步管理系统”投入使用后，我国电力运行时间不必再倚赖GPS，有效地保障了我国电力安全和国家安全。这套系统的单向授时精度为100纳秒，双向授时达到20纳秒，均优于国外同类系统。

我国早已成为全球最大的通信市场，仅手机用户就达10亿以上。然而，通信业务所涉及的安全、认证和计费等都是以一个共同的标志“时间”为基础的，需要精确的“时间”和“时间同步”，移动通信基站也需要精密的时钟。所以，卫星导航系统提供的精确授时服务，是现代通信网络获取精确的“时间”与进行高精度“时间同步”的重要途径与手段，是保证通信安全的重要基础。

（本文发表于《科学世界》2013年第1期）