问天、量地、溯时,是人类自古就有的渴求。今天,测绘技术为地球上物体的位置、高度和方向标定总依据,构建起统一的时空框架。而北斗系统,正是这个框架中最闪耀的“中国坐标”——当天上的北斗卫星与地面近7000座基准站织就“一张网”,星地协同的厘米级精度,便成为数字中国坚实的时空底座。
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大型系列片《智绘中国》第五集《星地织网》,讲述星地协同的高精度定位网如何织就数字中国的时空底座。
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自2020年北斗卫星导航系统全面建成以来,太空信号直达地面,为万物定位提供了统一的中国坐标。2024年,自然资源部统筹近7000座基准站资源,连点成面,建成全国卫星导航定位基准站“一张网”。天上的北斗发送时空信号,地上的基站则进一步校正误差,星地联手,让高精度定位从米级跃升至分米级、厘米级,织就一张看不见却时刻在线的安全网、服务网。
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在天津,搭载北斗高精度定位的燃气巡检车,能以每小时90公里速度、最远150米探测距离进行流动巡检,十亿分之一灵敏度的检测设备结合风速风向与北斗定位,便能快速锁定隐蔽泄漏点。精准定位靠的不只是太空信号,更需要地面基准站将精度增强到厘米级。抢修不再只靠老师傅经验,而是沿着数字地图直接锁定漏点坐标,推动城市燃气管理走向全流程精细化。
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北斗系统与高精度定位
在城市燃气管网泄漏检测中的应用
中国检验认证集团华北区域公司董事长王海龙:“有些是管道自然老化,有些是看起来跟它不相关的其他施工,造成了管道的形变,还有等等不同的原因。所以在随着城市的不断推进,这些风险源它会更多的暴露出来。”
对于天津这样的超大城市而言,燃气管网里程突破5.4万公里。随着城市更新的加速,道路拓宽、建筑更迭,各类地下管线纵横交错,泄漏风险往往隐藏在看不见的地下空间里。要在如此庞大的管网中找到泄漏点,犹如大海捞针。
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天津能源集团总工程师马季林:“原来去现场我们要靠老师傅去带这片,比如泄漏了,我们要去哪个范围内去关闭这个阀门。”
天津能源集团天津市热电有限公司董事长朱咏梅:“这种方式渐渐的就不能够满足我们管理水平提升的要求,所以我们需要借助一些新的测绘技术。”
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搭载北斗高精度定位的检测车,能以每小时90公里的速度,最远150米的探测距离,在城市街道间流动巡检,精准捕捉隐蔽的泄漏风险。
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中国检验认证集团北京有限公司检验工程事业部经理张冬冬介绍:“北斗燃气泄漏检测车,通过车顶上的超声波的风速风向检测仪,以及北斗的定位模块,高精度的PPB级别的燃气泄漏检测设备组成的。PPB级十亿分之一级别的灵敏度,结合风速风向以及定位的信息,可以快速的计算出咱们行进路线中哪个点位有燃气泄漏的情况。”
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精准定位地下燃气的泄漏点,靠的不只是来自太空的北斗信号。北斗解决了自主可控的米级精度定位,而地面上的卫星导航定位基准站则把定位精度进一步增强到分米级、厘米级,让泄漏点的位置不再是一个模糊的范围,而是一个可以被精准标定的坐标。
中国科学院院士北京航空航天大学教授施闯:“北斗的定位精度从米级提高到分米级或者甚至厘米级,那就需要地面的一个增强系统,我们称之为通过地面的基准站来实时的进行校准。星地协同的这种联合的增强定位融合起来就实现高精度了,可以使你的定位精度从几米提高到几个厘米,提高两个数量级。”
北斗燃气泄漏巡检:
高精度定位助力应急抢修
北斗燃气泄漏巡检车采集到的精准坐标,通过全国卫星导航定位基准站一张网提供的高精度服务,实时回传到调度系统,第一时间指导燃气公司判断风险位置,组织应急抢修。
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而如何在错综复杂的地下管网中精准定位漏点位置,实际上早在管网建设阶段就已经通过测绘技术进行了标定。
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基准站与北斗协同提供的高精度定位,将地下管网空间信息精准映射在数字地图上。原本埋藏在地下难以直观看见的管网,变成了调度平台上清晰可查的空间信息。这意味着在未来的每一次应急抢修中,工人们不再需要盲目挖掘,而是能直抵病灶。
大约有500名左右的巡线员,每天就是按巡线的计划来巡视管辖范围内的管线。通过他们手持终端实时的就可以把他的巡线计划当中,包括他们管线上发现的问题都及时记录和上报。
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当风险发生时,抢修人员不再只依赖经验判断,而是可以沿着数字地图快速锁定漏点位置。城市燃气管理由此走向全流程、全空间的精细化管理。
北斗授时技术提升
燃气管网安全与精准定位
燃气管网依靠北斗实现精准定位,而供热系统的安全稳定则更依赖于北斗独有的精准授时功能。
天津能源集团天津市热电有限公司董事长朱咏梅:“如果管网一旦发生了泄漏,在泄漏点的周边一定会有压力的波动,离漏点近的位置一定最先波动。所以我们在进行这种测点精准布设的同时,需要对每一个测点进行一个同步的授时。”
天津能源集团供热产业部副经理刘焕志:“如果时间不同步,相差一秒,它的定位精度会相差1000米。所以我们利用了北斗的精准的授时技术,让所有的监测点位它的时间高度同步,来实现数据的分析处理以及自动的检测,来大幅度提升介入点位的定位精度。”
从空间定位到时间同步,北斗授时功能将北斗卫星地面基准站和用户紧密的同步在一个时间系统里,为整个测绘基准体系赋予了统一脉搏,使得动态监测和实时服务得以实现。
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中国科学院院士北京航空航天大学教授施闯:“北斗在卫星上有时间系统,时间系统是溯源到国家标准时间的。传统的授时是通过地面无线电或者是电台,或者是光纤来传递。北斗授时是用卫星来把标准时间发送给用户,让用户在世界各地都能够收到我们国家的标准时间,而且这个时间的精度非常高,我们国家北斗的授时精度是20纳秒。那就让大家把时间统一起来,可以在这个统一的时空基准下,来做各种各样的信息交流和导航定位以及生产实践。”
为筑牢北斗规模化应用的时空底座,2024年8月,自然资源部集中整合近7000座基准站,建成全国卫星导航定位基准站一张网,实行基准站统一规划、统一标准、统一监管,将过去分散的资源拧成一股绳。
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国家基础地理信息中心正高级工程师武军郦:“全国的基准站有将近三万多。由于各自的建设目的不同,他们的使用场景也不同。有些站网出现了一些服务标准,还有起算坐标基准不一致,迫切需要建设国家法律权威的一张网,保证了所有的站网提供统一的基准服务。自然资源、电力、林业、农业、交通、水利、燃气。各个行业的用户,通过网站进行注册,就可以在全国无缝漫游地享受到高精度的位置服务。
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这些分布在全国各地的基准站24小时不间断地接收和计算卫星导航信号,外表看似普通,但却是连接天上卫星与地上应用的关键基础设施。
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国家基础地理信息中心正高级工程师王孝青:”在每个房子的上面都会有一个接收机的天线。通过这个天线实时接收我们的卫星信号。国家数据中心通过接收这几千座的北斗信号数据,经过大量的处理之后,可以生成能够实时地改正大气、轨道、钟差各类的增强服务产品。普通用户定位精度基本上都是米级以上,甚至10米,非常粗,就是概略位置。在用户拿到各种改正项的时候,定位精度就直接达到厘米级、分米级。”
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各地基准站全天候运行,实时处理北斗信号,在极端环境下也可持续输出精准时空坐标,从而为智能交通、精准农业、应急响应等高时效性应用提供可靠的时空基底。
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国家基础地理信息中心正高级工程师武军郦:“'一张网'是全天候24小时不间断地接收卫星信号,如果常规网络中断的时候,那么监测设备就可以切换至北斗短报文通讯,可以通过北斗卫星进行回传数据。短报文是北斗系统独有的优势,主要是通过天顶的卫星进行回传数据,完全不依靠地面的基站。北斗短报文发送的短信还有一个重要的优点,就是自己可以携带精准的位置信息。”
北斗卫星和基准站“一张网”,二者协同配合,不仅为各行各业注入精准时空底座,更悄然融入百姓生活,成为日常出行中不可或缺的定位力量。
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中国卫星导航定位协会副秘书长王艳艳:“现在一些大型的行业领域,都非常重视卫星导航和北斗的应用。市政管线、市政交通、共享出行、快递外卖,再到未来的低空经济、商业航天、无人驾驶这些领域,北斗都会给我们提供时空智能的基础,而且对于安全管理的作用也是进一步提升了。”
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一颗颗远在太空的北斗卫星,正在从宏观的出行轨迹逐步渗透到田间地头的行业升级。
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遍布各地的基准站与天上的北斗卫星协同运行,织就覆盖全国的高精度定位网,服务燃气安全、城市治理、智慧出行、无人农机等场景,成为数字中国坚实的时空基础设施,持续支撑千行百业数字化转型,让空间数据真正成为可流动的生产要素,守护山河安澜,赋能高质量发展。
来源:央视频、央视一套
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