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  淺析北斗應用

發(fā)布日期：2022/10/4 11:34:01      瀏覽量：

    北斗的功能主要有四個：定位、導航和授時、短報文。這四個功能必須要融入到具體的產(chǎn)品中，誠如中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)辦公室冉承其主任在2019年導航年會中提到的北斗要融網(wǎng)絡，融平臺，融終端，因為北斗要發(fā)展，不可作為獨立產(chǎn)品而存在，小木還記得上小學時學到的記敘文三要素：時間、地點、人物。說白了，如果有人手里拿了一個帶北斗定位功能的終端，那就解決了這三要素（內(nèi)心感謝小學語文老師）：時間、地點、人物。

    大眾或許會覺得北斗很遠，其實北斗離我們很近，應該說北斗已經(jīng)全方位走進我們的生活，如今市場，你去買個定位芯片，說不要支持北斗系統(tǒng)的，還真是不好找，絕大部分主流定位芯片（包括市場上常見的u-blox），通信模塊（如移遠，聯(lián)發(fā)科等等），都支持北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。也就是如果用那些芯片和模塊產(chǎn)品，你的產(chǎn)品就算是廣義的北斗應用了。

    從市場應用和推廣的角度，小木更愿意把北斗應用分成物聯(lián)網(wǎng)、人員定位和測繪、授時、短報文等五大類應用，此文只交流前三類，后兩類內(nèi)容如有機會，咱們以后探討。

    在具體講述上文中提到的3大類應用之前，小木想從市場營銷和項目管理人員的角度，特別簡單粗暴，不講道理，氣急敗壞，無中生有的講以下幾個技術名稱，敲黑板（下劃線），這對做項目真的很有用，技術原理和其他內(nèi)容，網(wǎng)上諸多文章和大咖都多次講述，如有興趣請自行度娘，以下論述純屬個人理解：

1. 單點定位，單點定位可以分成2種，一種是芯片級的，一種是模塊級的。別問有啥區(qū)別，小木就告訴你，同等技術水平條件下，模塊級的比芯片級好，至于為啥，因為貴，所以愛（模塊內(nèi)會有一些數(shù)據(jù)處理和算法），好的單點定位模塊，精度能夠達到2米以內(nèi)，甚至更好。當然了，通信模塊（如移遠，聯(lián)發(fā)科等等）等集成產(chǎn)品中也包含定位芯片，通常定位精度一般標稱5米，畢竟人家模塊主責不是精確定位。
2.    RTD（偽距差分），亞米級定位。為了防止飄逸等情況的出現(xiàn)，時常還會加上普通慣導或者是濾波算法，一般對于車輛來說能實現(xiàn)車道級定位且軌跡平滑，所以又稱為車道級定位。如果你終端里的芯片支持RTK，終端天線在凈空環(huán)境好的環(huán)境下，那就是一道閃電，說白設備開機或者喚醒后會依次經(jīng)歷單點定位到RTD（唰，對RTD會在一瞬間消失）最終到達RTK（當然了如果你的環(huán)境比較惡劣，即使是RTK芯片，你也會一直在RTD狀態(tài)，乃至單點定位狀態(tài)，因為進入RTK要滿足一些起碼的凈空條件，俗話說就是搜到的衛(wèi)星，既要有數(shù)量還要有質量）。當然了，市場上也有賣單獨RTD芯片或模組的，對于定位精度有要求，又不是很嚴格的項目，可以在單點定位模塊和RTD模塊中徘徊猶豫，好好篩選一翻，因為二者價格差距不大。
   

       3.RTK定位，沒錯序號沒錯，RTK應該是排到第3位，但是小木要先講RTK。說白了，絕大部分高精度產(chǎn)品用的就是RTK技術。目前市面上的RTK產(chǎn)品分單頻RTK和多頻RTK。對于多頻RTK產(chǎn)品以前主要是板卡形態(tài)，現(xiàn)在也有模塊形態(tài)了（如u-blox，夢芯等），目前多系統(tǒng)多頻的RTK模塊據(jù)了解尺寸大約是22mm*17mm。

    顧名思義，單頻RTK一般指接收多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)播發(fā)的多個頻點中的一個頻點的（敲黑板，通常是L1頻段，千萬別理解成單北斗），多頻RTK指的是同時接收多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)播發(fā)的兩個或者兩個以上的頻段，哪個精度更高，一目了然了吧。單頻RTK，優(yōu)點是價格相對便宜，形態(tài)多芯片化模塊化，產(chǎn)品尺寸小，可以比較容易集成到產(chǎn)品上去，終端的精度在實際工作中，實時水平精度能夠達到0.3米（凈空環(huán)境足夠優(yōu)秀，理想環(huán)境站樓頂，或者足球場，公路），也許可以更優(yōu)秀，為什么小木更愿意講實際工作？作為市場銷售人員和項目管理人員，我們不必太關心芯片和模塊它在實驗室內(nèi)達到的那些太虛無縹緲理論值（當然了有人悄悄把芯片和模塊的理論值寫成自己產(chǎn)品和系統(tǒng)的指標），我們更多關心客戶的感知和現(xiàn)場的演示效果；缺點就是在有遮擋或者凈空環(huán)境不理想的地方，精度就只能呵呵了。有的項目希望想讓車輛或人運動或靜止狀態(tài)，位置信息能夠顯示出車輛能夠停在哪個車位上或者哪個車道上，沒問題，單頻RTK可以滿足，國產(chǎn)主流RTK芯片的價格，嗯嗯，可以到芯片廠家的官網(wǎng)看看，也可以咨詢各芯片廠家。多頻RTK（目前的產(chǎn)品形態(tài)主要有板卡和模塊），先說板卡吧，實時水平精度2-3cm，這么優(yōu)秀，可惜唯一的缺點就是體積大、功耗高、費用高（價格約5000左右吧）。請根據(jù)客戶對精度的需求和接受能力自行判斷，曾經(jīng)有客戶聯(lián)系小木，它要求實時精度，必須保證在10厘米以內(nèi)，而且是工業(yè)機器人，機器人造價在幾十萬到十幾萬，好吧，別無選擇，只能選擇多星多頻RTK板卡。對于雙頻RTK模塊，據(jù)小木電話詢問精度優(yōu)于單頻RTK，主要還是較單頻RTK提升精度穩(wěn)定性。

    物聯(lián)網(wǎng)應用，此類應用太多了，共享單車，智能集裝箱，窨井蓋，智能路障，北斗車載終端等等，普通精度的小木就不展開說了，因為項目集成開發(fā)難度較低。小木想舉兩個典型的例子來說物聯(lián)網(wǎng)應用，一是基于北斗高精度定位的智能集裝箱或者智能窨井蓋。二是基于高精度的車載定位終端。

    這二者有有何區(qū)別？前者不便于對設備頻繁的取電充電，后者可以長期供電或者充電。為什么對電這么在乎？因為在小木看來，在實際項目實施過程中，高精度就意味著高功耗，這個高功耗是與普通精度定位（或者單點定位精度）的比較。在上文中提到了如果需要高精度定位，就要選擇高精度芯片或模塊，在RTK模塊工作過程中，必須以提供差分數(shù)據(jù)的后臺保持實時聯(lián)系，不斷獲取差分改正數(shù)據(jù)，才可以進入高精度。這就是功耗的區(qū)別，在普通精度或者是單點定位的終端工作時，在設備喚醒或開機時，僅需要獲取自身位置，并通過通訊模塊上報至管理位置平臺，即完成了工作流程與動作。而支持RTK算法的設備終端，在開機和喚醒時，需要獲取自身位置，并通過通訊模塊上報相關信息至差分數(shù)據(jù)服務提供方，從而獲取高精度所需的差分數(shù)據(jù)信息，終端將解算后的高精度位置信息上報平臺（尚不包括收斂過程，即高精度真實坐標獲取需要一定時間）。此過程會持續(xù)十幾秒乃至幾十秒，如果需要持續(xù)的高精度的位置信息，會對設備的待機時間產(chǎn)生重大影響。所以在智能集裝箱等項目中，如果使用高精度定位產(chǎn)品，就需充分考慮高精度所帶來的高功耗問題，而在基于高精度的車載終端則無需考慮此問題，因為取電供電較方便。所以，對待高精度需求的客戶，考慮設備或終端的供電是很重要的。當然了，以上兩類終端都要考慮移動流量問題，這個流量可是遠超一般定位終端，如果實時每秒回傳位置信息數(shù)據(jù)，移動2G網(wǎng)絡帶寬是無法支持的，必須依托移動運營商4G帶寬。

    人員定位應用，各類施工作業(yè)人員安全管理，快遞員，人員關愛，鐵路巡線，公路巡線養(yǎng)護等等戶外作業(yè)人員，小木覺得和物聯(lián)網(wǎng)第一類項目相似。在工作中，總會有人問小木手環(huán)（手表）的精度，小木不好回答，因為精度是在各種環(huán)境下的各種精度，小木所提到的精度往往是實際工作場景，正常使用設備的前提下的精度。對于定位，最基本的是需要保證天線（如下圖所示的各種）對著天空，確保設備可以穩(wěn)定正常搜星，可你說手環(huán)這玩意，天線會說，小木太難了。天線反過來對著地，就是整個雙頻RTK板卡也沒有辦法說精度。所以，手環(huán)定位，說精度，天線估計想說，我太難了。北斗人員終端如下圖這樣：

    在這里，我想是時候請高精度定位的另一個伙伴出場了，那就是天線，高精度的模塊需要匹配高精度的天線，正如不能給寶馬配一個自行車輪胎一樣?？蛻舻囊罂偸秦S滿的，客戶總是希望待機時間或者工作時間足夠長，定位精度足夠高，設備還要小輕型化；現(xiàn)實總是骨感的，高精度會帶來高功耗，同時高精度需要匹配高精度天線來確保搜星效果與質量，所以在應用推廣和項目對接過程中，需要考慮到天線對整個產(chǎn)品乃至項目的影響。

    對于這類項目，如果一定要使用高精度RTK，小木有幾個推薦：一是設置工作頻率，如5分鐘過或10分鐘定位一次，在其他時間讓設備進入低功耗模式；二是電池盡可能大吧，盡可能多充電吧（無奈）；三是使用螺旋天線，增強搜星效果，當然了螺旋天線的價格是陶瓷天線的十倍，這也是要考慮的。如上圖中兩側的均是使用了螺旋天線，一種內(nèi)置，一種為外接。上圖中間的人員產(chǎn)品即使用了陶瓷天線，故在產(chǎn)品上標注了天線朝向，確保使用效果。

   測繪類，包括測繪行業(yè)，形變監(jiān)測等，簡單粗暴多頻RTK板卡解決，沒辦法啊，畢竟人家要求精度是第一位的，形變監(jiān)測包括樓宇（老舊小區(qū)），滑坡（邊坡），路基，地基，隧道，橋梁等等。這些都要求實時精度2-3cm，后處理2-3mm，別問小木市場上這么多品牌有啥區(qū)別，沒啥區(qū)別，小米和華為路由器的區(qū)別有多大？

對了，還有智能駕考、無人機、智能農(nóng)業(yè)（自動）（原諒小木，沒地方歸屬你暫且委屈了），也歸屬此類。

應用暢想：

    隨著北斗系統(tǒng)建設的日臻完善，北斗應用將擴展到更廣領域，無論是“北斗+”，還是“+北斗”，北斗應用天然與智能終端制造、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、人工智能、5G等新興產(chǎn)業(yè)有極強的融合性，必將更加廣泛進入中國大眾消費、共享經(jīng)濟和智慧生活等領域。隨著地基增強、星基增強、移動通信等各類技術的前進與發(fā)展，北斗應用將以更新的姿態(tài)、更強的能力、更多樣化的服務出現(xiàn)在世人面前。

讓我們共同期待更加廣泛、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系，實現(xiàn)陸、海、空、天、室內(nèi)、水下等全域無縫覆蓋。

    最后引用一句高大上的話語鎮(zhèn)樓:

    北斗的應用只受想象力的限制！