北京市北斗时空信息创新应用典型案例汇编(二)

科技   2024-11-15 13:46   北京  
 

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北京市北斗时空信息

创新应用典型案例汇编

(2024)

前言


随着北斗时空信息与新一代信息技术的融合创新,北斗时空信息应用场景及需求更加广泛,北斗时空信息产业正迎来爆发式增长。国家大力推动基于北斗导航、高分遥感和实景三维的各类时空融合创新应用,这将有力推动社会经济各领域智能化发展和新质生产力的形成,对加速我国经济社会数字化转型、落实数字中国战略、推动高质量发展意义重大。

北京作为国内领先的北斗时空信息产业高地,加快布局发展北斗时空信息产业,2023年11月,北京市发布了《北京市北斗时空信息产业创新发展行动方案(2023-2025年)》,为之后三年北京市北斗时空信息产业的发展指明了方向。为推动方案成果落地,中关村空间信息产业技术联盟面向在北京市注册的相关单位,聚焦应用场景拓展、服务能力提升、区域国际协同等方向,征集了北京市北斗时空信息领域新技术、新产品、新应用、新场景应用案例,并于2024全球数字经济大会“北斗时空信息构筑新型数字基础设施论坛”期间正式发布。现将入选北京市北斗时空信息创新应用典型案例名录的部分案例汇编成册,供各方了解参考。有不当或错误之处,敬请批评指正。

第一期

第二期


1、北斗追踪定位系统在民航领域创新应用

民用航空器北斗追踪定位系统利用北斗短报文通信链路实现民用航空器与地面的位置信息回传,完成对民用航空器在飞行过程中的全程定位与追踪,并对飞行速度、航向、角度、高度、燃油量等信息实时进行监控。
为推动仅用作航空器追踪阶段北斗民航应用,2019年8月,民航局颁布首个北斗CTSO标准,该标准面向仅用作航空器追踪阶段,旨在利用北斗卫星导航系统的定位与短报文能力,实现民用航空器的定位追踪,提升中国民航运行监控水平。航天恒星科技有限公司依据此标准研制了北斗追踪定位设备,搭建了民用航空器北斗追踪定位系统。
民用航空器北斗追踪定位系统,由加装在民用航空器中的北斗追踪定位设备、北斗导航卫星系统、数据主/副接收站组成。北斗追踪定位设备将解析的定位数据以及从航空器中获得的航电系统数据通过北斗短报文链路实时发送给北斗导航卫星系统,经由北斗导航卫星系统发送给主、副接收站,从而实现民用航空器追踪定位能力。
航天恒星科技有限公司以无偏离状态完成北斗追踪定位设备全部适航审定工作,获得国内第一张北斗CTSOA适航证书,在国航10架A321飞机上装机应用,于2021年初陆续恢复航线运行超过3年时间,追踪上报信息超过186万次,通信成功率达到95%。该系统是北斗短报文技术在民航运营航班追踪监控领域的首次CTSOA适航应用,开创北斗在民航运营航班应用先河。该系统提供了一种自主可控、全球覆盖、无追踪盲区的追踪手段和应急程序,提升了航空承运人的航空器追踪风险管控能力。


2、智能位置数字底座在精准农业领域的应用

精准农业是以信息技术为支撑,根据空间变异,定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作与管理的系统,是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业,也是北斗高精度定位的重点应用领域。最新数据显示,2023年北斗农机应用规模已增长到220万台/套,其中,基于北斗系统的农机自动驾驶终端已约20万台/套。装有北斗终端的植保无人机、自动驾驶拖拉机、自走式打药机、自动播种机等已屡见不鲜,可以实现精准播种、喷药、收割等作业,使农业生产全程机械化、装备智能化、作业无人化。

本案例主要介绍北斗星通“智能位置数字底座”(intelligent Location Digital Base,简称iLDB)在精准农业领域的应用案例。

北斗星通iLDB是指在“芯+云”一体模式统领下,通过定位技术、芯片技术、智能技术、传感技术、软件技术、网络技术等的单项技术演进创新和多项技术融合创新,芯云分布式协同工作所形成的满足物理时空定位、虚实世界时空对齐需求的产品、服务和技术体系。北斗星通当前的iLDB具体包括位置芯片、模组、天线以及位置数据服务。

在2024年全国各地的春播作业中,国内头部厂家的某型号北斗导航自动驾驶系统搭载了TruePoint.CM厘米级高精度位置数据服务与UM982定位模组。在“芯+云”为基础的iLDB赋能下,农机自动导航系列产品可将精度稳定在厘米级,并可以适应各种田地的路径。内置的自动驾驶技术还可以解决驾驶员长期驾驶易疲劳的问题,并保障农机作业的质量,可提升20%-25%的作业效率。

UM982是公司自主研发的新一代全系统全频高精度定位定向模块,基于新一代射频基带及高精度算法一体化GNSS SoC芯片—NebulasIV设计,可跟踪包括北斗三全球信号在内的全系统全频点,实现片上RTK定位及双天线定向解算。内置先进的抗干扰单元,保证了模组即使在复杂电磁环境下仍可提供可靠准确的定位精度。

在高精度位置数据服务方面,公司基于全国分布的近4000+个北斗地基增强站数据,通过自主研发的网络RTK服务算法和云平台服务系统,已实现全国31个省份的厘米级高精度定位服务覆盖,能够提供7*24h高稳定、高可靠的服务,保障各地春耕作业地顺利进行。

在本案例中,TruePoint.CM厘米级服务支持独有的“云芯一体”特性,基于和芯星通定位芯片的可信硬件环境建立安全、可靠的信息传输通道,通过专有协议降低数据传输流量40%,节省农机导航终端的移动网络通信流量费用,并改善偏远地区弱网环境下的差分数据传输稳定性。此外,通过OTA升级、远程诊断等特色功能,更可帮助农机导航终端第一时间升级到最新的高精度定位模组固件,厂家技术人员也能快速、准确地获得现场RTK定位的问题信息,远程协助用户高效解决问题。

iLDB是位置产业的基础和支撑,引领和推动位置数字产业化的可持续发展,可加速推动包括农业生产在内的传统产业智改数转,并进一步促进和培育新兴产业、未来产业发展。


3、基于北斗的数字化桥梁设施监测典型应用

基于北斗的数字化桥梁设施监测方案,实时监测桥梁的健康状况,对突发事故进行提前预警,建立桥梁健康在线监测系统及相关的软硬件配套设备,利用现代电子、信息采集、通信及计算机技术,实现对桥梁监测指标的实时采集、实时传输、实时预警。基于北斗高精度定位数据,分析桥梁健康情况,形成桥梁健康特征数据库,进而形成桥梁健康风险数据资产,可开展数据资产化运营,赋能桥梁管理、建设、养护等行业高质量发展。
方案具有如下技术特点:
(1)可实时监测桥梁各监测点传感器,自定采集时间,并对原始数据进行滤波、计算等处理,数据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印。
(2)监测数据能够保存在多种数据库内,进行历史数据查询,生成选定时间段内的传感器最大最小值,还可以直接生成EXCEL或其他形式报表。
(3)监测数据可以各种图形方式显示,包括表面位移、内部应力应变、风速风向等的时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式。
(4)根据监测数据,判断异常情况,实行多级预警及实时报警机制,保证系统预警及时、准确。并能及时发出预警信息和相应的处理措施,实现安全监测信息在各相关方多级共享。
(5)桥梁健康养护数据资产化管理,形成桥梁健康特征数据库,并对数据进行梳理、清洗、加工、挖掘,在保障数据安全的情况下,进行数据资产化运营,发挥数据价值,赋能桥梁管理、建设、养护等行业。
据相关数据显示,目前我国公路桥梁数量已超过80万座,铁路桥梁超过20万座。意味着在桥梁结构安全监测方面,拥有巨大的应用市场。一个大跨度桥梁的健康监测系统由少则50、多则300个以上的传感器测点组成,其费用约占到桥梁总造价的2.0%,位移监测可扩展至包括桥梁、水库、高层建筑物在内的多个应用领域。从市场规模来看,国内形变监测市场规模达到42亿元,市场空间广阔。北斗高精度定位监测是一个非常有效的桥梁监测技术,北斗高精度定位与其它传感器结合用于桥梁健康监测已形成了趋势。
本方案参与XX大桥的综合监测项目,在平静无荷载情况下,可以清晰看到北斗的监测系统精度,平面在2mm左右,高程在5mm左右,在外力和荷载作用下,反应比较灵敏。通过自主开发的北斗高精度解算引擎,接收基准点和监测点的原始观测数据,经过多项改正(如钟差改正、对流层改正、电离层误差改正),采用卡尔曼滤波进行数据处理,生成高精度地质监测数据,可同时输出瞬变和微变两种不同精度的地质体监测数据,用于数据分析,形成XX大桥健康风险数据资产,为开展数据资产化运营,赋能桥梁管理、建设、养护等行业高质量发展做贡献,同时,通过对桥梁长期健康监测,有效实施预报警,减少经济损失,降低成本,综合可降低人力成本30%。



4、基于卫星遥感大数据的城市综合治理应用服务

市场需求
伴随我国城镇化快速发展,城市建设水平逐步提高,城市管理工作面临着房屋建筑变化监测、建筑工地监管、拆迁腾退、人口疏解、增绿补绿、扬尘污染治理、垃圾渣土监测、水生态治理、重大工程推进情况等诸多方面的挑战,客观上要求实施城市精细化管理,加强科学决策的水平和力度,摸清城市资源环境现状、存量及底数,并就具体问题形成“早发现、早报告、早整治”的管理闭环。
应用场景
(1)打造城市高清影像库,提供快速更新遥感数据服务
以北京系列遥感卫星为主,整合多源亚米级分辨率卫星影像,构建城市海量遥感影像资源库,实现不同区域,不同频度(年度、半年、季度、双月或月度)的按时更新。
(2)动态感知“家底”,提供地表资源信息监测服务
通过高频度获取卫星影像动态感知城市管理信息资源全覆盖,构建本底资源库,掌握城市空间格局与地表地物分布态势。通过影像快速比对,精准识别动态变化“图斑”,从中辨析问题线索,及时派发各相关执法部门和属地进行核实处置,形成应用闭环。
(3)数据充分共享,按需提供个性化服务产品
面向城市范围内涉及自然资源管理、生态环境保护、城市规划建设等多领域,结合业务个性化要求提供专项监测服务,其成果数据可直接应用于相关委办局监管业务之中。
(4)发掘更多数据价值,提供数据分析服务产品
根据卫星遥感监测资源类型、监测区域、监测专题及需求用户类型生成个性化数据分析报告,开展多维度大数据分析,发现区域特征、变化趋势、问题规律,为用户在辅助预测、支持决策方面提供科学数据。
(5) 以软件为载体,提供形式多样的应用服务产品
利用软件统一管理遥感影像数据、资源现状及变化信息、专题监测成果、个性化服务报告等;实现各类数据的精准定位、快速检索和可视化分析表达,并基于良好的人机交互设计带给用户简单易用的应用体验;系统部署轻量化,支持如大屏、PC、PAD等多种终端应用场景。
应用效果
基于卫星遥感大数据的城市综合治理应用服务模式已在全国范围内得到广泛推广,如在北京市的多个区、街乡镇以及京外如云南省昆明市、山东省烟台开发区等,已成功落地百余个相关项目,并进一步向基层管理延伸。
将卫星遥感技术入到城市的综合管理业务中可有效提升了城市管理的质量和效率;同时建立了一套可以常态化运行的管理考核机制,通过卫星“天眼”捕获问题线索和分析数据,形成了“人防星控”的管理模式,促进了城市管理的透明化和科学化,为解决复杂的城市管理问题提供了新的思路和方法。


5、基于北斗的智能驾驶与车路云协同应用

本项目面向高速公路、国省干线、农村公路、复杂城市道路等自动驾驶出行服务需求,结合北斗导航技术,提供智能网联云控平台及智能网联路侧设备,构建路网级数字底座及车路云一体化管理平台,提升智能网联汽车出行信息服务、事件预警、协同辅助驾驶及自动驾驶等车路云协同应用体验。形成国内首个立足城市道路、高快速路、重点国省干线复杂天气等场景的全天候、常态化自动驾驶出租车、公交车、场站接驳服务试点。
(1)基于北斗时空技术构建交通建管运数字底座。利用北斗时空技术,实现多源时空数据引接、制定统一的时空数据标准,面向路径规划、路网管理、驾驶安全等领域,深度融合多源异构数据,深入挖掘数据关联关系及潜在价值,为业务应用创新发展提供支撑。结合数字孪生等技术构建交通基础设施运管服平台,汇聚明珠湾城域路网全空间、全要素、全过程的动静态数据,增强交通管理的智慧化水平和应对复杂情况的能力,促进与国家高速公路、普通国省道的衔接,提升了区域交通系统的整体效能。
(2)构建北斗在自动驾驶全场景的应用模式。依托自主构建的区域增强定位系统,实现隧道内外连续无缝的授时、定位服务,有力支撑智慧交通中车辆监管、行车导航,满足智能网联、自动驾驶等智能交通要素在隧道内高可靠时空信息需求。针对现有车辆组合导航系统可靠性不足的问题,以惯性导航技术为基础,充分融合无人驾驶车辆车身配备的视觉、雷达、激光等传感器信息,进行汽车级组合导航系统模组及算法研究,建立了北斗、INS、5G、视频等多源导航数据融合模型,提出了多源信息融合高精度靠可靠组合定位保持技术和自适应协同定位技术,实现复杂环境下车辆的自主高可靠定位与感知。
(3)构建车路云一体化管控平台。基于“垂直解耦、水平融合、开放演进”的理念,构建运行中枢为核心的平台体系架构,打通车、路、云之间的信息交互,支撑面向多等级智能网联汽车的驾驶引导、交通组织、应急处置及设备运管等服务,实现多线条业务的无缝协同。平台实现多配置智能网联车辆的接入,同时将管控平台与传统交通信息化系统对接,实现平台对各业务、对设备的开放与支撑。运行中枢实时获取各类交通指标与事件,基于人工智能算法实现交叉口优先通行、专用车道准入管控、公交柔性接驳、拥堵预判与疏导等车路云协同应用。
投入1000辆纯无人驾驶车辆,建设智能网联、车路协同应用,形成南沙全域开放道路车路协同典型场景示范。立足广州南沙作为全国最大的全域开放区域,以先行试点辐射带动更多区域,全面开展自动驾驶出租车、网约车等多种交通出行服务,形成国内首个全天候、常态化、规模化的无人驾驶出行服务试点,实现可复制推广的自动驾驶出行服务场景模式。
本项目入选2024年交通运输部办公厅正式公布第二批智能交通先导应用试点项目名单(自动驾驶和智能建造方向)。





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