中国卫星导航定位协会

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2015年度卫星导航定位科技奖特、一等奖获奖项目展示
中国卫星导航定位协会
2015/09/28 13:42
获奖等级:2015年度卫星导航定位科技奖 科技进步特等奖
完成单位:和芯星通科技(北京)有限公司
项目名称: 基于北斗的多系统多频率高精度OEM板卡
项目简介:
一座特大型桥梁正处于最后的合拢施工,对接精度必须精确到毫米;繁忙的港口码头上,无人驾驶的吊车准确的夹住一个个集装箱吊起、放下;广袤的农场里,现代化的农业机械沿着笔直的路线进行精确的撒种、收割作业;这些精确而智能的工作是靠人工可以完成的吗?没错,正是依靠凝聚了无数工程师智慧的卫星导航高精度定位技术,才能够让人类在21世纪中实现了毫米级和厘米级的定位精度,大幅提升着人类的生产作业效率。
本项目研制了一系列多系统多频率高精度OEM板卡,包括支持北斗及GPS的双系统四频UB240,支持北斗GPS/GLONASS的三系统七频UB370和三系统八频UB380,RTK实时定位精度达到1cm,后处理定位精度可达到毫米级,,定向精度高达0.2度/1米基线。
该项目突破并掌握了多项卫星导航高精度定位技术。包括多模多频高精度基带架构技术、GNSS信号兼容捕获技术、授权信号半无码捕获跟踪技术、载波平滑伪距技术、多模多频射频电路设计技术、多模RTK技术、三频模糊度搜索技术等,并获得了多项发明专利授权。
该项目研制了多款卫星导航高精度OEM板卡,可以根据用户不同需求提供毫米级~亚米级定位精度,适用于测量测绘、地基增强、形变监测、精准农业、无人机、防灾减灾、机械控制等多个应用领域。
本项目成果近三年直接经济效益超过4000万元,带动北斗产业上下游共同发展。同时,UB240/UB370/UB380等高精度OEM板卡作为核心板卡,所带动的北斗产业下游,包括测量测绘仪器终端、智能驾考终端、测姿定向终端、CORS地基增强网、形变监测、精准农业、防灾减灾、机械控制等领域,所带来的间接经济效益可达数百亿元。
获奖等级:2015年度卫星导航定位科技奖 科技进步特等奖
完成单位:武汉大学,浙江省第一测绘院
项目名称:中国海域数字高程基准研究及应用
项目简介:你知道珠穆朗玛峰的高程是多少吗?8844.43米。那是仅从山峰到山脚的高度吗?不是,是海拔高。海拔高是什么呢?海拔高是指地面一点与静止的平均海平面的高度差,我国的海拔高是以青岛验潮原点的多年平均海平面为基准的。那你知道西沙永兴岛的海拔高吗?相信很少有人知道。为什么呢?传统的高程测量手段可以在陆地上进行逐站传递得到任意一点的海拔高,但无法将青岛原点的海拔高传递到永兴岛,这是所有海岛高程测量和海洋工程应用中的长期历史难题。
因此,我们需要知道大地水准面这个名词,它是由静止海水面向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面,是具有物理意义的重力等位面。如果我们知道过青岛验潮原点的大地水准面到某一参考椭球的高度,结合大家熟知的GPS技术测量的相对参考椭球的大地高,两者相减就可以知道海洋上或海岛上任意一点的海拔高。“海域数字高程基准”就是指海洋上获得的数字化的大地水准面高模型。
21世纪是海洋的世纪,海洋蕴含着丰富能源和矿产资源,还是交通运输和国防的重要通道。目前,世界各国都在积极地抢占海洋空间和资源,发展海洋工程,为了应对这一趋势,习近平主席提出了“海洋丝绸之路”的宏大战略构想。这些都迫切需要与我国现有高程基准一致的海域数字高程基准进行测绘保障服务。
经过近十年的刻苦攻关和潜心研究,本项目解决了一系列核心难题,首次确定了优于1分米的中国海域大地水准面和优于5cm的省级海洋大地水准面,为我国新一代陆海统一的厘米级数字高程基准的建立奠定了经实践检验的科学技术基础。该成果的核心创新技术包括:推导了计算地形影响的严密球面积分公式,取代了常用的低精度平面近似公式;发展了地形凝集理论,保证了地形质量移去前后引力和引力位的精确计算;提出一种改进的长距离跨海三角高程传递测量方法,首次在厘米级精度水平上实现了利用低廉的三角高程手段对远离海岸的海域似大地水准面进行有效精度检核等。
该成果已应用于东海跨海大桥、港珠澳大桥、青岛海湾大桥等大型跨海桥梁工程,并在海港码头、海洋平台等诸多海洋基础设施建设中得到了广泛应用。这项突破性成果将在我国的海洋开发中展现出广阔的应用空间和前景!

获奖等级:2015年度卫星导航定位科技奖 科技进步一等奖
完成单位:武汉大学、交通运输部北海航海保障中心、武汉攀达时空科技有限公司
项目名称:北斗沿海差分导航与精密定位服务系统研究与应用
项目简介:
我国沿海区域航海保障所需的精密导航定位长期依赖RBN-DGPS系统。该系统定位精度偏低,已不能满足我国海洋测绘、海洋工程、港口工程等高精度定位的需求,并且其关键的软、硬件装备依赖于国外进口,这对于实施我国自主的海洋强国战略十分不利。
本项目的目标是:研制基于我国北斗卫星导航系统的沿海高精度导航定位服务系统,自主研发可靠稳定的核心软、硬件装备,摆脱对美国GPS系统及国外产品和技术的依赖,从根本上保障我国沿海高精度导航定位服务系统的安全性,提升我国沿海航海保障的自主可控能力。
瞄准这一目标,项目组经过三年多的技术攻关,突破了基于北斗的沿海差分导航与精密定位服务系统的一系列核心关键技术:创新性提出了以北斗为主、多系统兼容,集中处理、多手段播发,从米级到厘米级多模式服务的一体化系统架构和总体技术方案;研究解决了北斗远距离、实时高精度定位数据处理理论与方法的难题;研制了RBN-DBDS/GNSS精密定位与完好性监测一体化基准站设备、船载1米级RBN-DBDS/GNSS用户导航终端、厘米级船载BDS/GNSS精密定位终端等系列装备;开发了北斗/GNSS海上差分导航与精度定位服务的全套软件系统。
2013年,采用上述的系统方案设计及自主研发的软硬件装备,建立了覆盖渤海区域的北斗导航与精密定位服务系统。经使用测试,采用差分北斗技术,实现了距离基准站300km海域单频定位精度1.5米,距离基准站80km海域多频定位精度3厘米的技术指标,系统功能和性能均优于原有的 RBN-DGPS系统,处于国际先进水平。目前该系统已在海道测量、港口船舶引航、航道疏浚、海事航运等领域成功应用,研制的全套国产化装备和软件系统取得多项专利和软件著作权,并已通过相关企业进行产业化,摆托了对国外产品和技术的依赖,创造了巨大的社会经济价值。
该成果实现了北斗在沿海区域提供符合国际标准的高精度导航定位服务,有力支撑了北斗系统加入国际海事组织,确保了中国政府对国际海事提供北斗公开服务承诺的实现,并将为国家海洋强国及海上丝绸之路战略的实施提供高精度导航与定位技术保障。

获奖等级: 2015年度卫星导航定位科技奖 科技进步一等奖
完成单位:武汉理工大学、国电大渡河大岗山水电开发有限公司、武汉光谷北斗控股集团有限公司、葛洲坝集团第 一工程有限公司、杭州国电大力机电工程有限公司
项目名称:基于GNSS/INS集成的大型缆机智能诱导与防撞预警关键技术研究及应用
项目简介:
这是一个历时十年产学研科技攻关完成的项目,这是一套值得中国人骄傲的大型工程机械安全高效运行智能导航防撞系统。当今的中国是水利水电施工领域的世界最高水平代表,但最大的施工机械——缆机,它的防撞核心系统却长期依赖于德国和日本的产品。本成果的研发成功与推广应用,不仅打破国外产品长期的技术垄断,而且加强了国产卫星导航定位系统向工程应用领域的延伸。
改革开放以来,我国基础工程建设的快速投入,在施工工程量大、技术难度高和工期紧凑等多重因素影响下,大型缆机因对地形复杂、难以通行的大型施工现场具有良好的适用性,已经在大型水电站、超高建筑物和大型高架桥梁等施工现场得到广泛应用。但是,由于施工现场干扰因素众多,也给施工安全带来了更为严峻的挑战,对当前信息化施工的安全管理水平也提出了更高要求。
为此,项目组以国家重点工程项目施工为依托,针对大型缆机在施工工程中安全高效运行的控制需求,采用GNSS和INS集成技术,历经十年的产学研联合攻关与推广应用,在大型缆机的组合导航定位算法、诱导防撞模型和业务化的应用系统研发等关键技术方面取得重大突破;研发出大型缆机智能诱导与防撞的业务化软件平台,具有实时性、连续性、自动化、高精度等特点,软件系统功能齐全、实用性强,单次报警时间小于0.1秒,漏警率不超过百万分之三;通过精确定位大型缆机的位置、诱导大型缆机的安全施工运行、以及实时预警潜在障碍物目的,全方位解决了复杂施工工况和多变自然环境下大型缆机全过程运行的智能诱导问题,获得了多项国家发明专利和软件著作权,并藉此参与制定了我国缆机的国家标准和行业标准。
该项目以大岗山水电站等国家十二五重点工程作为应用示范基地,辐射全国其它大型水电站、超高建筑物和大型高架桥梁的建设工程项目,为缆机高效安全的信息化施工提供了重要技术支撑。在“我国水电建设看西南、西南水电看效率”的新常态下,我们开发的缆机智能诱导防撞设备在国家重点工程中使用率超过70%,切实提升了我国水利水电施工机械领域的自主知识产权核心技术和高端装备的研发水平。

获奖等级:2015年度年度卫星导航定位科技奖 科技进步一等奖
完成单位:中国测绘科学研究院、北京四维远见信息技术有限公司
项目名称:GNSS主动式遥测定位关键技术与装备研发
项目简介:我国拥有1万多座海岛礁,是国家海防前哨。精确的海岛礁地理信息是维护国家主权和海洋权益、发展海洋经济以及海岛开发利用的基础保障。人们都知道,富饶的西沙群岛是我国南海上的璀璨明珠,那里风景优美,物产丰富,令人向往,让人憧憬。然而,如何对这些美丽的海岛和礁盘进行定位,并将它精确完美地展现在祖国的版图上呢?如何创新性地利用测绘定位技术,为复杂边境形势下的海权维护做出基础性贡献呢?
中国测绘科学研究院和北京四维远见信息技术有限公司积极响应国家需求,联合研制了GNSS主动式遥测定位关键技术与装备,提供了解决孤立海岛和危险礁盘定位的神器。它率先便捷可靠地实现了不可到达和无法靠近的岛礁定位、边界划分、海域资源调查、地质灾害区域监测,并将广泛服务在海洋国情普查、海岛测绘、危险区测绘、防灾减灾、水利工程建设、电网与通信网建设等方方面面。
经过项目团队的刻苦攻关和深入测试,解决了海岛礁测绘中面临的不易到达目标动态定位技术难题,形成了一套完备的主动式遥测定位理论方法和技术体系:1)创新性地构建了瞬时远距离免接触测量模式、多站多点动态交会的高精度三维定位模式、动态平台无置平要求的一体化系统;2)创新性地建立了非线性定位模型与动态定位图形优化方法,解决了海岛遥测定位因共面性导致结果不稳定的难题;3)解决了动态主动式定位中面临的单一类型数据观测结构差、观测数据被粗差污染的问题;4)目标主动式静态定位精度优于0.5m,动态定位精度优于1.5m,有效距离范围达5000m。
这套技术与装备已被国内6家大型测绘生产单位选用和装配,并在工程化生产作业中产生了巨大经济效益。GNSS主动式遥测定位设备,先后被用于执行国家海洋测绘工程专项任务。江苏省测绘局、广东省国土测绘院、海南省测绘局、浙江省测绘局先后使用该装备,承接了近千万投资额度的工程作业任务,为我国重大专项的岛礁识别定位任务做出了应有的贡献。

获奖等级:2015年度 卫星导航定位科技奖 优秀工程和产品一等奖
完成单位:高德软件有限公司
项目名称:海量GPS大数据挖掘分析下的在线定位新系统
项目简介:
移动互联网时代,用户位置至关重要,而如何准确定位用户位置,是一个重大挑战。传统的GPS定位存在“定位时间长、耗电高、室内无法使用”等缺点,为解决这些问题,我们采用了基站、WIFI混合的网络定位模式。
要实现准确的定位,必须建立准确、全面的全球WIFI数据库和基站数据库,同时这些数据还必须能够快速的更新,帮助我们识别WIFI/基站信息的变化,我们通过UGC的方式实现了海量GPS的采集。
海量GPS数据的存储是一个巨大的挑战。通过不断尝试,依托云计算平台(阿里云)实现了可支撑任意规模扩展,且可靠性极高,能够提供磁盘级、服务器级、机架级甚至IDC级别的可靠性的海量数据存储模式。
同时,为了能够让这些数据快速上线,我们对其进行大规模的机器学习。支撑平台开放数据处理服务(Open Data Processing Service, ODPS)平台,是基于高德软件有限公司完全自主知识产权的云计算平台构建的数据存储与分析平台。作为一个海量结构化数据离线处理与分析的平台服务,ODPS融合了分布式存储与计算、分布式数据仓库以及互联网云计算服务等先进技术和运营理念,以云计算服务的形式实现海量数据的分享与处理。
通过UGC方式,我们实现了海量GPS的采集;通过将数据和计算放到云端,我们解决了海量数据的存储和计算问题;通过机器学习的方法进行数据训练,最终确定用户位置。系统完成后解决了移动互联网时代用户随时随地可以定位的需求,各项指标达到业内领先水平,单日支撑访问量超过百亿,单日用户量超过3亿,定位请求可在1秒返回结果。并在2014年9月率先支持全球定位,成为国内首家支持全球定位的公司,为广大的出境游客提供便利。
为了积极推广该应用,面向开发者,我们提供了包括数据开放平台、开发者中心以及可视化组件的LBS开放平台,该平台得到了广大开发者的青睐和广泛应用,目前已有3万多个应用集成和使用了我们的定位服务,覆盖了各行各业,包括天气、出行、生活服务等,其中不乏像360公司、携程、陌陌这样的大型企业。
除了应用以外,智能硬件也在中国蓬勃发展,高德定位因为其准确度和开发便利性被各厂商广泛采用,例如小米手环和360儿童手表等产品,间接经济效益就达到8亿。

获奖等级:2015年度卫星导航定位科技奖 优秀工程和产品一等奖
完成单位:国防科学技术大学机电工程与自动化学院、北京卫星导航中心、湖南矩阵电子科技有限公司
项目名称:卫星导航终端无线批量测试系统
项目简介:
产品检测是科研生产通往市场应用的桥梁,但如果检测能力不能适应检测需求,那检测环节又将限制产品快速流向市场并成为产业发展的瓶颈。
当前,我国蓬勃发展的北斗卫星导航产业正面临着这样的瓶颈问题:上万家的产品研制、生产、应用单位与种类多样化、产地分散化、数量规模化的产业发展格局,产生了规模化、高效化、低成本的检测需求。而现有检测能力主要依托基于大型微波暗室构建的科研型测试系统来提供,由于其检测效率低、建设成本高、维护使用要求高,导致难以推广应用,根本无法满足前述需求。
针对这一严峻现实,国防科大三院联合北京卫星导航中心和湖南矩阵电子科技有限公司,设计并实现了基于微小微波暗箱和数字阵列信号源的卫星导航终端无线批量测试系统。该系统在继承已有导航测试技术和经验的基础上,采用分布式硬件集成架构和开放性软件架构,研制出数字阵列信号源、微小暗箱等设备,并基于这些新架构、新设备创新性地解决了无线环境“并行一致性”测试这一核心难题;另外,系统各功能模块采用模块化设计,将建设复杂度和技术细节封装在模块内,模块接口清晰简明,系统模块增减便捷,用户可根据需求,“搭积木式”地定制系统的功能和规模。
相比传统测试系统,该系统有三个明显特点:
1)具有多路并行独立可控阵列信号输出和对多台RDSS导航终端入站信号的并行处理能力,可提供批量测试激励、测量资源;
2)以模块化微小暗箱代替大型微波暗室作为无线测试环境,使系统建设对机房基础设施无特殊要求,暗箱模块接入系统即可构成新增独立测试环境,可构建大量测试环境;
3)在统一系统时钟基准下,同时在多个独立无线测试暗箱中播发不同仿真信号,可实现多用户、多场景联合测试。
这些特点使系统具有了测试效率高、测试扩容快、测试模式多样等优势,满足产业化测试需求;同时,大幅降低了系统建设成本和使用维护难度,使测试系统真正走向大众应用。
该系统可与北京卫星导航中心北斗二号用户设备测试系统(业内量值基准)建立溯源链,保证了测试结果的合理有效,并在最大程度上规范试验用户终端的性能和指标,形成了统一标准,推动试验用户终端规范化、标准化发展。
卫星导航终端无线批量测试系统具有以下两种典型应用模式:
Ø 入网检测应用模式:面向大批量终端无线环境整机快速测试检定的系统解决方案,并行支持8个独立端口输出完全一致且功率可独立精确补偿的射频导航信号,可广泛应用于装备批量检测以及装备生产企业,能极大缩短产品入网检测周期。
多载体仿真应用模式:面向定位定向高精度测试、多载体协同导航测试的系统解决方案,支持最多8频点、8个独立载体并行仿真测试,可广泛应用于科研院所、航空航天以及国防工业部门开展编队飞行、飞机着陆、差分定位定向等应用研究。

获奖等级:2015年度卫星导航定位科技奖 优秀工程和产品一等奖
完成单位:北京合众思壮科技股份有限公司
项目名称:壁虎eDriveX北斗精准农业导航自动驾驶系统
项目简介:
“壁虎”系统是基于北斗兼容型高精度测量终端技术,从2012年开始逐步实现国产替代了天线、基站、阀、控制器等设备,在我国精准农业领域尚属第一批国产成套的规模化应用,旨在引领 北斗精准农业的发展方向,形成国内领先、具有国际竞争力的北斗精准农业产业应用。
“壁虎”系统是以北斗GNSS技术为核心,深入了解了中国农业特色,产品已经在黑龙江农垦、新疆建设兵团,以及内蒙古、宁夏、甘肃等地的多个大型农场安装使用;让用户减少农田作业投入,提高农业产量,并受到了兵团、农垦等用户的一致认可。
“壁虎”自动驾驶系统以北斗GNSS卫星高精度定位技术与车辆自动驾驶技术相结合,通过精确测量车辆的位置、航向和姿态,自动控制车辆转向角度,引导车辆根据事先设定的路线,严格的沿直线、圆周、或者任意设定的路线行驶;在耕地、播种、喷灌和收割等农机作业应用上,利用高精准自动导航和驾驶功能,实现了农机车辆精密循迹和自动规划,保证了农田可重复性作业,将自动驾驶功能应用到起垄、播种、灌溉、化肥、收割等所有农业作业环节中,切实保证用户在该系统的帮助下获得最大收益。
“壁虎”自动驾驶系统将精准化作业引入了农业生产中,帮助农业实现增产,降低投入,提高农民收入,具体优势如下:增加有效耕地面积;耕种株距均匀;提高产量、无重播漏播;省时省油;自动驾驶、新手也能驾驶自如;可视化显示,夜间仍可作业。支持接收北斗卫星B1、B2信号,GPS卫星L1、L2信号,支持接收GLONASS卫星G1、G2信号;支持RTK工作模式,实现厘米级导航定位精度;配备大尺寸,全彩色高亮显示屏,触控操作方便灵敏;支持液压、CAN总线和机械式多种辅助驾驶控制方式,满足不同车辆安装需求;模块化系统设计,可以方便的扩展功能和应用;性化结构设计,易于安装和拆卸;标准化接口设计,适用于各种品牌和型号的车辆。
长期以来,合众思壮科技股份有限公司致力于精准农业设备的开发,与山东五征集团有限公司合作,推广拖拉机前装市场的应用;与洛阳第一拖拉机集团合作,开展半前装以及前装市场的应用;与日本久保田合作,完成农业导航仪前装配套;完成山东五征集团有限公司新疆农场北斗地基增强网示范工程建设;完成新疆建设兵团农八师固定式基站网络建设。