基于北斗衛(wèi)星的PNT體系應(yīng)用評價指標(biāo)體系的研究與構(gòu)建

李光濤

(陜西電子工業(yè)研究院，陜西 西安 710075)

1 概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(下稱“北斗系統(tǒng)”)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施[1]。2020年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，向全球提供服務(wù)，以定位(Positioning)、導(dǎo)航(Navigation)、授時(Timing)組成的時空PNT體系全面建成[2]。隨著人類文明的發(fā)展，對位置和時間的信息需求日益增長，定位導(dǎo)航授時PNT技術(shù)的重要性越發(fā)凸現(xiàn)。定位導(dǎo)航授時PNT技術(shù)水平的高低，成為考量綜合國力的重要戰(zhàn)略標(biāo)志。以北斗系統(tǒng)為核心的定位導(dǎo)航授時PNT體系已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，預(yù)計在2035年前后，將構(gòu)建國家綜合PNT體系，為全球用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)上游比重為10.9%，中游產(chǎn)值比重為47.5%，下游產(chǎn)值比重為41.6%，表明衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化效用愈發(fā)明顯，用戶端和市場端應(yīng)用程度不斷提高。截至2019年底，國產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1億片，國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端產(chǎn)品總銷量突破4.6億臺，其中具有衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能的智能手機銷售量達到3.72億臺。目前，含智能手機在內(nèi)的采用北斗兼容芯片的終端產(chǎn)品社會總保有量已超過7億臺(套)[3]。隨著北斗系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，如何評價區(qū)域民用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PNT體系應(yīng)用效果和效益，通過評價結(jié)果進一步提升PNT系統(tǒng)的服務(wù)范圍和服務(wù)性能，保證PNT服務(wù)的可用性、連續(xù)性和可靠性，成為一個需要考慮的重要問題。在些背景下，亟待建立一套評價指標(biāo)體系和評價方法。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT體系應(yīng)用效益評價指標(biāo)體系

我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT體系在民用方面涉及到的用戶十分廣泛，在導(dǎo)航定位方面涉及交通、農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)境監(jiān)測、漁業(yè)、救災(zāi)等多個領(lǐng)域，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在區(qū)域和行業(yè)中的示范應(yīng)用極大地推動了北斗應(yīng)用，特別是高精度服務(wù)更是能夠滿足國土測繪、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、自動駕駛等領(lǐng)域用戶高精度服務(wù)需求[4]。授時則能提供全球性、全天候、快速、高精度的標(biāo)準(zhǔn)時間信息，高精度授時的應(yīng)用領(lǐng)域有電網(wǎng)同步(作為電力系統(tǒng)的同步時鐘系統(tǒng))、移動通信(通信系統(tǒng)的時間同步)、金融網(wǎng)絡(luò)(銀行計算機時間同步)、國防領(lǐng)域(單個裝備、武器系統(tǒng)時間同步、協(xié)同作戰(zhàn))等方面。目前，各個行業(yè)和領(lǐng)域各自發(fā)展，需要有一個更高層面的統(tǒng)籌引領(lǐng)，在一個統(tǒng)一的體系架構(gòu)下協(xié)同研究，同時界定北斗導(dǎo)航PNT建設(shè)應(yīng)用效益評價的內(nèi)容，運用產(chǎn)業(yè)生態(tài)理論，構(gòu)建北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT建設(shè)應(yīng)用效益評價指標(biāo)體系，并對評價結(jié)果進行分析[5]。

由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)是一個復(fù)雜的工作，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT體系應(yīng)用效益評價工作可以從工作組織、計劃任務(wù)落實、目標(biāo)任務(wù)完成情況、效益評價4個方面對區(qū)域北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用效果進行評價，分為15個指標(biāo)項，采用加權(quán)評分法，所有二級指標(biāo)基于定量數(shù)據(jù)進行評分，可先確定該定量數(shù)據(jù)的最大理想閾值和最小可能閾值，分別參考行業(yè)最優(yōu)、最劣值，最大、最小閾值，評分采用德爾菲法(Delphi)等進行輔助決策，由專家直接打分得到指標(biāo)分值，評估采用百分制，分值限定在[0，100]區(qū)間范圍內(nèi)。具體評價指標(biāo)體系如表1所示[6]。

4 評估框架

基于指標(biāo)體系指標(biāo)所采集的評估數(shù)據(jù)，可以對北斗PNT應(yīng)用從水平與能力評估和效能與效益評估兩方面進行評估(見圖1)，評估方法可以采用加權(quán)評分方法和綜合評估分析方法。其中加權(quán)評分方法可用于對各級評估指標(biāo)進行定量評分，以支持開展綜合評估分析。 綜合評估分析方法用于北斗PNT應(yīng)用水平與能力評估分析、效能與效益評估分析，以及在此基礎(chǔ)上的綜合評估分析框架和步驟。

表1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT體系應(yīng)用效益評價指標(biāo)體系

圖1 評估框架

根據(jù)評估階段，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PNT體系區(qū)域推廣應(yīng)用評價可以劃分為4個階段，即基礎(chǔ)建設(shè)階段、行業(yè)應(yīng)用階段、融合應(yīng)用階段、創(chuàng)新應(yīng)用階段。

1)基礎(chǔ)建設(shè)階段。本地區(qū)已經(jīng)開始建設(shè)基于北斗的PNT體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，但其行業(yè)應(yīng)用剛剛起步，行業(yè)覆蓋面僅限于最基礎(chǔ)應(yīng)用階段。

2)行業(yè)應(yīng)用階段。本地區(qū)具備了一定的兩化融合基礎(chǔ)設(shè)施和條件，行業(yè)應(yīng)用覆蓋和滲透逐漸加強，發(fā)揮了一定作用，但其融合集成尚未有效實現(xiàn)。

3)融合應(yīng)用階段。本地區(qū)北斗基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平進一步提高，行業(yè)應(yīng)用基本成熟，融合應(yīng)用集成有效實現(xiàn)，但與行業(yè)交互協(xié)同與創(chuàng)新尚未有效開展。

4)創(chuàng)新應(yīng)用階段。本地區(qū)北斗基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)趨于完備，行業(yè)應(yīng)用和融合應(yīng)用集成趨于成熟，且協(xié)同與創(chuàng)新得到有效實現(xiàn)。

5 評估結(jié)論

為了對通過體系評估得出的量化結(jié)果有更直觀的理解，從北斗PNT應(yīng)用的程度階段來考慮，可以以百分制來衡量，可以將評分結(jié)果分為4個階段。

1)基礎(chǔ)建設(shè)階段(0～40分)。該階段需要加快北斗基礎(chǔ)設(shè)施(定位、導(dǎo)航、授時)在社會、民生、行業(yè)等各個方面的建設(shè)與應(yīng)用，提高北斗基礎(chǔ)軟硬件支撐條件。

2)行業(yè)應(yīng)用階段(41～60分)。該階段需要加快北斗PNT體系在社會、民生、行業(yè)等各個方面的應(yīng)用推廣，特別是更大范圍地提高北斗相關(guān)設(shè)備和終端的普及率。

3)融合應(yīng)用階段(61～80分)。該階段北斗PNT體系較好融入社會各行各業(yè)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，信息基礎(chǔ)設(shè)施、相關(guān)投入增長穩(wěn)定、有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好；北斗與5G、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用向集成化方向發(fā)展，北斗PNT體系已成為各方面在認識、管理和操作上成為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。

4)創(chuàng)新應(yīng)用融合(81～100分)。該階段已經(jīng)形成較為全面的北斗PNT應(yīng)用發(fā)展的局面，區(qū)域能夠根據(jù)本地區(qū)特點開展特色和創(chuàng)新應(yīng)用，區(qū)域北斗產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系初步建成，北斗產(chǎn)業(yè)深度應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)形成，北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展與區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展高端融合。

6 目標(biāo)及意義

通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航PNT體系應(yīng)用效益評價可以基本摸清本地區(qū)基于北斗的PNT應(yīng)用總體現(xiàn)狀、所處的發(fā)展水平及階段分布情況，明確北斗系統(tǒng)在不同行業(yè)、不同地區(qū)、不同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點和目標(biāo)，提高政府在推進北斗行業(yè)應(yīng)用和區(qū)域應(yīng)用決策的科學(xué)性和有效性，加速“北斗+”在各行業(yè)的落地和融合創(chuàng)新，提升我國北斗相關(guān)服務(wù)能力和產(chǎn)品多樣化和國產(chǎn)化水平，更多地積累北斗行業(yè)應(yīng)用典型案例，挖掘和提煉先進應(yīng)用經(jīng)驗，進而全面促進我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用廣度和深度。