“数字城市是一个静态的物理空间，如果将城市中流动的人、车、物和水、电、气等要素装进电脑，就可以达到数字孪生的水平。借助北斗系统、物联网、云计算、大数据以及人工智能的加持，就可以到达智慧城市的阶段。”
近日，中国科学院院士、中国工程院资深院士李德仁在接受中国科技新闻网专访时，谈及北斗系统在智慧城市中的运用，他首先说明了智慧城市的演进过程。
李德仁是摄影测量与遥感学家，同时也是中国科学院院士、中国工程院院士、国际欧亚科学院院士。
他长期从事以遥感（RS）、全球卫星定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）为代表的空间信息科学与技术的科研、教学与产业化发展工作，提出了地球空间信息科学的概念和理论体系，致力于推进数字城市与数字中国、智慧城市与智慧中国的建设。
北斗与四大卫星导航系统在竞争中合作
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2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。据悉，北斗三号全球卫星导航系统正式开通以来，运行稳定、持续为全球用户提供优质服务，系统服务能力步入世界一流行列。
作为应用北斗和遥感技术的科学家，已过朝枚之年的李德仁，提起我国对地观测与卫星导航系统的发展与应用时依旧神采奕奕、滔滔不绝。
4月27日，在2021百家号鲲鹏大会上，李德仁发表了名为《论遥感的社会学应用》的主题演讲。
演讲中，他表示航天遥感已经成为我国经济、军事跨越式发展的重要基石，而星载光学、SAR则是全天候目标探测和远程精确打击保障的主要手段。
北斗系统除满足国防需要外，亦在抗疫救灾、城市建设和交通管理等领域发挥着重要作用。
近年来，随着北斗系统应用普及程度的逐渐提升，已经应用于我们生产、生活的方方面面，由此也将北斗推向大众的视野。
不久前，一则“北斗掉线，货车司机自杀”的新闻事件引起公众的广泛关注，那么北斗是否真的会“掉线”呢？
“北斗卫星导航真正掉线的可能性几乎为零。因为北斗导航的工作原理是利用四星定位原理，向用户提供定位、授时和导航服务。用户端始终能接收到大于四颗北斗卫星发射的导航信号，北斗导航系统的定位授时服务是连续且稳定的。”李德仁说道。
对于真正“掉线”的原因，李德仁解释道：“北斗卫星定位行车记录仪和北斗卫星导航系统是不同的概念，北斗卫星定位行车记录仪属于北斗卫星导航系统的终端产品。北斗卫星导航本身不会掉线，因为我国对北斗卫星进行实时监测，会及时保障系统的可靠性。但是市面上的北斗卫星定位行车记录仪良莠不齐，各个价位都有，质量无法得到保证，所以可能会出现无信号区的掉线情况。如果终端做得好，可自动补偿。”
毕竟与美国的GPS相比，北斗的发展的确晚了一步。谈及北斗与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略的区别时，李德仁用一句话进行了概括：“相互借鉴，各有特色，合作而竞争。”
他表示这4个系统是互补的、有先后的，先推出的占领了市场，但是北斗目前也在奋起直追。并且北斗与其他导航系统相比，也有一些显著的优势。
“GPS只有两个频率，我们有三个频率，更有利于补偿系统误差。还有短报文通讯功能，直接为用户服务。并且GPS是假定地球上人类活动处处相同，实际上，在南极北极等地人类不怎么活动，所以中国的卫星在赤道上加了三个静止轨道，还有三个大椭圆同步轨道，使中国北斗在低纬地区的精度比GPS更高，满足了人类活动的需求。”李德仁向中国科技新闻网表示。
图片来源：中国科技新闻网/摄
但是，如何确保我们的优势得以延续？美国持续对华为的制裁，让我们更加认识到芯片制造的重要性，那么目前我国的芯片制造能力如何？是否会因某些技术依赖国外而遇到“卡脖子”问题？
对此，李德仁表示：“我们最初在做北斗系统时就考虑过这个问题，基于自主创新来开发的，在这个过程中，我们的自主能力也在慢慢提高，已经超过90%了。目前，我们已经完全摆脱对国外的依赖，实现自主化，我对未来北斗芯片实现完全自主研发很有信心。”
2020年，马斯克的SpaceX提出了宏大的星链计划，准备发射12000颗低轨通信卫星（目前已发射卫星约1500颗），占据了频谱资源以及稀缺的低轨资源。
对此李德仁表示，美国在速度和技术上的确已经抢先一步，但是中国也在有计划地追赶。实际上，在遥感卫星和导航卫星方面，通过中长期规划，到2020年十三五计划完成的时候，“我国基本已经赶上了世界先进水平。在低轨的通信卫星我们虽然落后了一步，但是未来必会奋起直追。”李德仁信心满满的说道。
北斗引领智慧城市建设
未来将走进室内、水下等服务区域
近年来，北斗已经强势赋能智慧城市，助力智慧中国的建设。随着北斗三号全球组网的开启，“北斗+智慧城市”在国内外都已经开始大施拳脚。
北斗导航技术使得新型智慧城市得以网格化，高精空间信息使得智慧城市像素化，高精时间信息使得智慧城市坐标轴化。
“智慧城市可以让老百姓办事更加便捷，无论是结婚生子的登记，还是房屋买卖，甚至日常买菜，未来，足不出户就可以在手机上完成，并且更加智能化。北斗还可以加强城市的公共管理，比如下水道、路灯、井盖都可以智能化，我们称之为智慧城管。”提到北斗与智慧城市的结合，李德仁举例道。
此外，李德仁还提到了基于高精度室内外一体化位置服务的智慧交通与智慧养老。
“利用大数据把每个汽车、每个自行车、每个人的流动数据都装进电脑，用云计算处理数据，这就叫做智慧交通。”据悉，武汉交通管理“智慧大脑”通过构建的系统化、精细化、智慧化的现代交通管理模式让城市交通治理变得更聪明。
智慧养老方面，李德仁指出，可以将65岁以上的老人与其保健医生关联起来，保健人员可以了解老人的具体情况，老人手上佩戴手环之后，血压、血糖、心率等信息就会一目了然。
同时李德仁强调，若想实现智慧养老，那么北斗导航系统一定要可以在室内运用。武汉大学发明了一个音频发射器，在房间里放置四个音频发射器，手机即可接收到相应的信号，实现亚米级室内定位。
而医生即可通过老人每日的行动轨迹、睡眠时间等进行心理学和生理学的分析。同理，北斗导航系统还可以运用于大健康领域。
“现在许多年轻人生活习惯不健康、作息不规律，如果手机对其进行实时监测，并及时给予反馈，可以有效的实行健康管理。”李德仁向中国科技新闻网说道。
李德仁还表示，北斗目前只解决了室外定位问题，在未来，地下、深海定位还有很多难题需要攻破，从而实现无所不在的定位、导航、授时服务。
谈及北斗未来的发展趋势与愿景，李德仁表示，首先北斗的十四五规划已经提出，在通讯链路、通信力度、通信和测量方面都将提升进度。
其次北斗在星上做单点高精度实时定位技术，一直在提高精度，目前是2米到5米，很快就会提高到0.2米到0.5米，加上天上、地上的导航增强，在全球能够让其根据用户需求进行服务，做到分米级、厘米级、甚至毫米级，之后再解决水下、地下的导航定位问题，完全能满足各行各业的要求。
