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本文内容摘自《中国测绘》2022年第10期
——访华大北斗董事长兼总经理孙中亮
2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成。近日正值系统建成两周年，回溯过去两年，北斗三号系统运行稳定，已经在全球超120个国家和地区得到应用，向亿级以上用户提供服务。北斗服务覆盖全球，离不开那一枚精细小巧的卫星导航芯片。
早期，我国几乎95%的卫星导航芯片直接或间接来自国外，导航设备生产完全受制于国外芯片生产商。随着我国北斗系统的稳步发展，国内卫星导航芯片的灵敏度、功耗、定位精度持续提升，反映的是国内企业的崛起。而深圳华大北斗科技股份有限公司（以下简称“华大北斗”）正是其中的佼佼者。
华大北斗董事长兼总经理孙中亮
过去两年，北斗三号全球卫星导航系统的正式建成也让我国卫星导航与位置服务产业的发展驶入了“高速路”，在“高速路”上，华大北斗是如何找准车道、保持优势的呢？让我们一起来听听看华大北斗董事长兼总经理孙中亮的分享。
打造“芯片级”高精度方案
推动芯片规模化应用
前不久，华大北斗被工信部认定为国家级专精特新“小巨人”称号，这也是今年国家工信部强调在电子原器件和北斗两个领域重点培育一批专精特新“小巨人”企业后的首批认定。“这体现了国家对华大北斗研发实力、科技创新能力以及业务发展规模等多方面的认可，是对华大北斗在北斗GNSS芯片级产品解决方案不断突破精进，不断深耕市场的肯定。”孙中亮说。
由华大北斗自主研发的北斗三号多系统多频高精度SoC芯片
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在问及华大北斗为何能在国产卫星导航芯片领域赶超占先时，孙中亮认为，首先是北斗产业的不断发展壮大，给了企业良好的外部发展环境；其次也应该归功于公司过去的集成电路设计底蕴和丰富经验。华大北斗脱胎于中国电子CEC集成电路业务板块，研发了包括二代身份证芯片、社保卡芯片等众多涉及民生工程的芯片。2016年，华大北斗独立南迁深圳，成立深圳华大北斗科技股份有限公司，专注于民用北斗芯片研发。
“芯片是支撑信息技术产业发展的基石。”孙中亮在采访中数次强调了这一观点。在孙中亮看来，北斗芯片作为北斗产业链中最重要的基础器件,其技术研发和商业化进展决定着规模化应用的未来。国产卫星导航芯片的规模化应用能够激发整个北斗产业链的活力。
那么，要做到国产卫星导航芯片的规模化应用，芯片的发展需要达到怎样的标准呢？孙中亮给出了自己的答案：实现高精度板卡芯片化，降低高精度定位的成本和门槛。“高性能、低功耗、低成本是华大北斗芯片‘高能低用’产品发展战略的核心目标，也是公司产品路线图中产品研发迭代的三大重要方向。”孙中亮如是说。
孙中亮解释：“早期实现高精度定位依靠板卡级方案，价格高、功耗高，在很多场景应用并不现实，华大北斗通过自主研发，将频射、基带等芯片高度集成，实现高精度板卡芯片化，即在高精度的要求下高集成，降低了高精度定位的成本和门槛，国产北斗高精度芯片得以进入大众规模化应用。”
唯有做到了“芯片级”，才能更好地规模化应用。规模化应用也反哺了芯片的研发和制造，芯片行业是一个资本、人力、知识密集型的行业，需要长期投入。换言之，芯片的前期研发投入很高，规模化应用可以促成芯片的流水线生产，降低生产成本；也使得芯片应用可以积累更多的用户案例，为其下一代升级研发、提高稳定性等提供样本参考。“这也和我们未来的研发重点相契合，芯片的研发周期较长，在满足当前场景应用的前提下，需要保持不止于前的精神，提前布局下一代，甚至再下一代产品。”
华大北斗正践行着孙中亮所秉承的理念，不断推动着北斗芯片的规模化应用。针对行业应用的不同需求，华大北斗重点围绕共享单车、车载应用、无人机、智能终端等应用，规划了完整的芯片产品线。
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采访中，孙中亮告诉记者：“华大北斗的北斗高精度芯片在共享单车领域的应用已突破500万辆，成为自北斗三号贯通以来，在大众消费领域最具规模化的应用突破。”
当然华大北斗的脚步也不仅限于此。无人机是另一个典型的应用场景。按精度要求划分，无人机定位导航芯片应用从低到高分为三种解决方案，第一种是低成本低功耗方案，面向玩具无人机以及低端无人机；第二种是双频高精度解决方案，面向业内主流的家用无人机提供双频高精度定位解决方案；第三种是RTK厘米级高精度解决方案，面向测绘、航拍或者是专业级的应用，提供超高精度的定位解决方案。这三种解决方案，华大北斗都配套了系列的芯片产品。
穿戴设备、自动驾驶、移动设备、物联网、智慧城市和智能交通等领域都是北斗高精度导航定位芯片的典型应用场景。随着智能驾驶技术的发展，高精度定位也已经逐步成为各类智能驾驶车辆的标配。
华大北斗“芯片级”高性能、高精度导航定位解决方案已经成功应用于上汽荣威SUV“鲸”的智能驾驶前装项目。高精度导航定位技术，是智能驾驶的技术“底座”，定位精确性、灵敏度、兼容性等都影响着车辆智能驾驶功能的实现。上汽荣威SUV“鲸”采用华大北斗“芯片级”高性能、高精度导航定位解决方案，经过了全面而深入的评估考量。
北斗高精度芯片在大众消费领域的应用场景比比皆是。在专业测绘领域，“芯片级”的北斗高精度定位更是专业人士渴求的趁手工具。面向专业测绘，华大北斗的北斗高精度芯片在地质灾害监测与防范、水利安全监测、矿山安全监测、高速公路沉降监测、铁路安全监测等领域进行了全新的升级。
“芯片级”高精度方案
助力地灾监测实时预警
多年来，我国一直饱受地质灾害影响，不论是人民的生命安全，还是国家财产安全都存在极大的风险隐患，其形态主要包括滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷和裂缝等。因此，加强地质灾害监测防治一直是国家的重中之重。
孙中亮提到，目前地灾监测处于从传统方式向信息化转变的阶段。传统的地灾监测方式以人工监测为主，存在以下几个弊端。
●人为影响。受限于监测工作者的个人从业素质，存在人为的不确定性，可能导致监测数据存在一定误差。
●实时性较低。人工监测的频次为每月或每周一次，数据量对于构筑物的实际变化情况，精度远远不够。
●标准不统一。人工监测或者常规监测的标准不统一，数据很难保存。
●构筑物在极端条件下的位移变化最为重要，比如暴雨天气、台风天气，不具备人工监测条件，而这时候是灾害高发期，也是最需要监测数据的时候。
●人员成本较高，是持续性性的投入。
●地灾的特殊性，导致监测区域容易发生次生灾害，监测人员处于危险之中。
科技的发展是源于人们对更好、更快、更强的追求。地质灾害监测防治是为了守护人民大众的生命财产安全，而负重前行的监测工作者的安全同样令人挂心。因此，无论从工作效率还是安全问题上考虑，监测方式的转变都势在必行。
在众多的监测预警手段中，卫星导航定位技术成为主流。孙中亮为记者详细进行了解释，在由华大北斗旗下米度测控研发的高精度北斗监测设备及集成整体软硬件解决方案产品中，主要应用了北斗高精度定位技术，实现地表三维形变的高精度监测；再结合多传感器融合组网技术，实现地质灾害监测体多维度监测。
同时，华大北斗的产品支持蜂窝网络、北斗短报文等多种通信方式，换言之，工作人员能够实现对设备的远程管理以及遥测；另外，华大北斗引以为傲的一体化集成设计能够实现监测站的超低功耗免维护运行。工作人员无需长期高频次地进行检修，无疑大大减轻了工作人员的负担。
总结来看，在地质灾害安全监测领域，华大北斗和旗下米度测控基于北斗卫星导航定位技术，再融合北斗卫星通讯技术、多传感器融合组网技术、物联网传感技术、无线通信技术、边缘解算技术、云计算技术等新兴技术并进行应用创新，满足了用户在地质灾害安全监测各细分领域的实际需求。
华大北斗地质灾害监测整体解决方案
目前，华大北斗的地灾监测系统以北斗GNSS毫米级高精度定位技术为支撑，构建全天候地质灾害自动化监测体系，实现连续实时的表面位移监测，同时和其他监测项如降雨量、泥水位、地下水位、土壤含水率、深部位移、土压力、地声、次声等要素进行组合，做到全天候全方位监测，当实时监测的指标达到预警值时，触发报警，实现分级响应，快速联动，为防灾减灾争取更多的时间和空间。
孙中亮强调，整个方案已经不仅仅停留在技术论证或者试点试用的阶段，北斗“芯片级”高精度方案在地质灾害监测领域已经推向规模化应用。
值得一提的是，此次中国北斗应用年会上，华大北斗旗下的米度测控更凭借“芯片级北斗高精度地灾监测解决方案应用示范”项目斩获“2022年度卫星导航定位创新应用奖”金奖。
据介绍，该项目围绕地质灾害典型应用场景、特殊应用环境和工况下的应用验证和推广进行。经验证，芯片级GNSS导航定位终端设备在抗干扰、低功耗、高集成度、高可靠性等方面都能够达到优越的应用效果，大大提升了地质灾害精准监测预警能力。
“芯片级”高精度方案
为水利监测扫清“盲区”
“相比地质灾害监测预警，水利安全监测存在更多的‘盲区’，需要部署更多、更复杂的监测点。”我国属于洪灾严重的国家，水库大坝是防范水灾，调蓄水资源的重要基础设施。
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2021年9月国务院常务会议明确要求，加快推进水库除险加固，加强水库雨水情和大坝安全监测预警设施建设，健全常态化管护机制。水库雨水情和大坝安全监测的建设能够提高灾害防御能力，防范可能发生的重大洪涝灾害。“部署更多的监测点，才便于获取水库、水闸、堤坝、河道及其他水利枢纽等的地表位移、内部位移、库水位、雨量、渗压、渗流、测缝、应力、应变等水利安全监测及雨水情监测信息。”孙中亮说。
⼤坝表⾯位移监测站
虽然水利监测相较地灾监测更有难度，但两者存在互通之处。孙中亮指出：“水利设施基于北斗高精度毫米级GNSS监测与地质灾害监测中的应用其实是类似的。”针对水利监测，华大北斗通过布设监测点和基站点进行差分联合解算，从而测出被监测体精准的三维坐标变化信息。结合其他类别的多种传感器获取前端被监测物的动态数据信息，从而综合分析监测体的实时情况。”这同样依托“芯片级”高精度应用方案。
除此之外，依据水利监测的特点，华大北斗同样在通讯、检修、维护、云端管理平台上着力。云端服务也是华大北斗系列产品的亮点。通过搭建大数据云服务架构，将本地采集的多项数据通过云端管理平台进行解算、分析、展示，利用边缘计算技术和大数据分析技术，建立针对性的监测体数据模型。
在管理监控平台上，遇到任意被监测的传感器出现变化，都能实时感知和提醒，并通过数据算法模型预测被监测体的变化趋势情况，防患于未然，做到监测有效、数据有用。
单单在水利行业，华大北斗旗下的米度测控就承接了全国数千座的水库监测工作。孙中亮一一数道：“2022年山东全省有5000多座小型水库在做大坝安全监测与雨水情测报工作，其中有1000多座小型水库，也就是近五分之一的项目都由我们承接。包括部署公司的雨水情监测设备，调试设备、数据上线、后期数据平台运营维护、远程遥测等都由我们负责，为当地政府提供数据支撑和决策依据。”
⽔库监测
“还有在上海市最大的水源地水库青草沙水库，堤岸全长50余千米，我们在沿岸关键区域部署北斗高精度的毫米级定位接收设备，以及测压、水位等设备，采集数据传输到管理平台实现实时全天候的监测。”孙中亮对公司的案例谙熟于心。
此外，华大北斗旗下的米度测控也在福建承接了不少水利监测项目。福建省水利厅直属的溪源水库是全国首个融合运用测量机器人和北斗高精度定位毫米级GNSS在曲形浆砌石重力坝的水库，成功监测整个坝体的位移情况，再结合其他传感器，实现整个库区的数据模型构建。
“今年我们在全国数十个省份承接或即将承接县级小型水库雨水情测报与大坝安全监测项目，通过项目的沉淀积累，相信未来会有更多、更先进的解决方案和案例可以分享，也为下一步的芯片开发利用积攒经验。”孙中亮如是说。
其实，从芯片出货量上，地灾、水利等行业形变监测方案并不算是大规模应用北斗芯片的领域，但在孙中亮看来，其方案在保障大众人身财产安全、减少救灾投入和支出方面起到了重大作用，是值得华大北斗用心投入的领域。
打造北斗芯片开放平台
携手推动良性共荣发展
“芯片产品的重点优化方向包括增加更多可以追踪的卫星数量，提升算力和存储空间，进而能够满足片上运行更复杂和更先进的算法，采用更先进的制造工艺，逐步降低芯片功耗和成本。”未来，华大北斗的芯片研发方向也正如前文所提及的，将继续沿着“高能低用”的方向持续优化。
自此方向上，华大北斗又比别人多走了一步。据了解，华大北斗正积极打造北斗芯片开放平台，依托自主研发的Cynosure III北斗三号信号体制多系统、多频高精度系列GNSS芯片，面向核心算法研发和应用集成研发，开放芯片原始测量数据和芯片内核接口资源，赋能产业链企业算法研发和应用集成研发，提供芯片硬件和技术支持，助力应用功能二次开发，全面提升国产芯片的综合能力。
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为什么要打造北斗芯片开放平台呢？孙中亮用手机系统打了一个比方，就像苹果的iOS系统和安卓系统，手机品牌各不相同，但都可以基于这两类开放系统进行个性化定制。北斗芯片开放平台的逻辑也是相似的。导航定位服务的应用场景复杂多变，不同的场景有着不同的预设即不同的算法适配，基于开放平台，国家机构、科研院所、企业单位都能进行定制化开发，每一次的研发优化都是对北斗事业的助推。
国产卫星导航芯片及其产业链的良性发展也需要国家、科研院所、企业的共同努力。
孙中亮表示，华大北斗与国家在健全关键核心技术攻关新型举国体制方面的举措相一致，目前我们已经通过在政协提案中建议国家及主管部门根据既有的产业基础和发展情况，对技术创新能力强、已经形成规模、有一定市场占有率的卫星应用导航芯片企业进行遴选，对具备重大发展潜力的企业，特别是“国家队”企业给予重点支持和资金投入，帮助企业做优、做强，尽快形成引领效应。通过龙头企业和“国家队”企业整合产业资源，带动产业发展，解决目前“散、弱、小”的问题。
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文 / 本刊记者 关晓晴 图 / 受访者提供
编辑：张永超
初审：齐 阳
审核：彭震中
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原标题：《中国测绘 | 孙中亮董事长：从“芯”开始，“芯片级”高精度方案贯通全局》
