获奖等级：一等奖
项目名称：交通基础设施高精度北斗时空服务网络关键技术研究及全球应用
“交通基础设施高精度北斗时空服务网络关键技术研究及全球应用”项目（以下简称“项目”），结合交通运输部 “十四五”交通运输战略规划政策项目《交通运输北斗应用水平提升工程研究》成果和国家卫星导航应用军民融合工程（一期）、《“一带一路”重大工程北斗应用》专项具体实践，聚焦“一带一路”交通基础设施建设各领域全生命周期应用需求，重点针对“一带一路”交通基础设施建设过程中面临施工环境恶劣、基础设施缺失、有效信息通讯受阻、支撑保障缺失等问题，传统交通基础设施建设领域面临质量、进度、安全监管难，以及交通基础设施监测预警难，监测成本高等诸多痛点问题，突破了以自主北斗技术为核心的卫星空间信息技术在交通基础设施建设领域应用的一系列关键技术。
总体思路
项目持续破解基础产品、硬件终端、应用平台、数据服务等方面的“卡脖子”难题，搭建了北斗全球工程安全应用服务平台，构建了“一带一路”交通基础设施高精度位置服务体系，推动北斗在工程数字化施工、基础设施安全监测等新兴领域应用，为“一带一路”交通基础设施建设领域提供建设、运营、养护等全寿命周期的智能化服务，助推交通运输行业技术数字化转型升级发展。
项目研究成果在“一带一路”沿线国家的53个典型示范工程中取得创新应用，授权发明专利21项（已授权18项）、实用新型专利15件、软件著作权36项，已出版著作1本，发表论文37篇（SCI/EI收录16篇），主/参编规范/标准9部。
“一带一路”交通基础设施高精度时空基准网，突破了长距离、抗干扰等GNSS监测技术，构建了实时、安全、可靠的数据传输机制和GNSS数据中心，打通了海外时空信息共享路径，实现了国内海外信息联动，提升了基础设施精准时空信息服务能力。成果在中国交通建设集团有限公司（以下简称“中交集团”）“一带一路”沿线国家及国内相关的重大工程中进行了示范应用。项目完成了67个海外GNSS基准站建设，首次实现GNSS基站关键能力和数据信息全球化远程自主控制。
项目组致力于核心技术自主研发，建设了基于北斗的全球工程安全服务平台，基于IOT的北斗时空物联网大数据中心，研发多个北斗智能终端产品，为“一带一路”沿线国家45 个重点公路交通工程建设项目提供工程项目管理、施工安全、基础设施结构物监测、综合信息等综合信息化工程服务，有效保障国内外1100余个项目现场4.5万余人、6000余台工程施工车辆、1100余艘工程船舶、400余个施工重点部位的北斗高精度应用，有效解决海外重大工程“聋、瞎、哑、险、散”等管理难题，首次实现了北斗在海外工程领域的规模化应用。
项目成果在交通建设行业各工程实施单位广泛应用和推广，北斗终端推广应用约20万台套，产生经济效益超100亿元，为工程项目降低潜在直接损失超200亿元，创利增收的同时，进一步提升了中交集团自身的科技能力，提升了海外交通工程精细化管理能力，促进多领域融合发展，打造了北斗创新产品、产业模式，有效推动传统产业“换核、强芯、赋智、融合”。
建设“一带一路”交通基础设施高精度时空基准网络
北斗星基增强系统（SBAS）仅覆盖亚太地区，项目针对 “一带一路”沿线国家的交通工程施工存在工程定位基准缺失、定位精度不高的问题，聚焦关键区域、关键通道、关键项目，优化设计和建立了北斗地基增强（GAS）网络及GNSS数据中心，突破了带状稀疏北斗CORS网络优化技术及极差测量环境下超长隧道高精度控制测量技术，形成“一带一路”交通基础设施建设领域北斗高精度优势服务能力，为“一带一路”沿线国家和地区的工程数据资源信息储备与共享提供有力保障。
带状稀疏北斗CORS网络优化技术
针对“一带一路”沿线环境复杂及电力、通信、交通等基础设施薄弱等问题，项目提出带状CORS中北斗单系统模糊度快速固定方法和BDS2/BDS3整体数据处理方法，形成附加高差改正的对流层延迟模型的带状稀疏北斗CORS网分层式设计方案。面对基站故障、地质灾害发生等应急情况，项目构建了基于流动基准站的多源数据融合电离层延迟模型，研制适应带状稀疏环境下地区的全星座高冗余抗高寒型基准站接收机，研发复杂艰险山区CORS网应急增强系统。针对环境恶劣、感知度差、运行维护困难等问题，项目提出优化带状稀疏北斗CORS服务端完备性监测方法，形成带状稀疏北斗 CORS网络地基增强系统技术评估体系，解决基于服务端指标的CORS服务质量评估难题。
极差测量环境下超长隧道高精度控制测量技术
针对隧道洞口控制边短、高差大、卫星可用性差和横向贯通误差难以控制等极差测量环境面临的困难问题，项目提出兼顾北斗卫星导航定位连续运行基准站网的洞外控制测量、附加联系测量垂线偏差改正和洞内增加陀螺定向边测量的洞内控制测量新方法，创建“自由测站+边角网+陀螺定向”多模态融合洞内平面控制测量，以及超长隧道实际横向贯通误差优化调整关键技术，验证了基于单北斗的隧道工程高精度控制测量的可行性。
多模卫星导航信号接收与处理网络RTK动态算法
针对长距离、复杂环境下动态相对定位中大气延迟误差对模糊度解算和定位的影响，项目在区域建模网络RTK技术基础上，采用基于GNSS基准站网的格网化动态定位技术，突破基于LC组合观测值法和参数估计方法，构造非差电离层分解模型，实现了动态下模糊度浮点解辅助估计技术，提升了整周模糊度解算中矩阵去相关的效能，实现了基于北斗Q支路信号的接收功能，能够在高速动态的情况下进行高精度定位定向，形成了境外多模卫星导航信号接收与处理网络RTK技术体系。
研发全国产化基于北斗的高精度智能化施工装备
项目针对大型交通基础设施工程施工人力成本高、效率低、施工质量控制难等难题，提出基于北斗的数字化、网络化、智能化施工方案，结合北斗RTK定位信息技术、北斗姿态计算技术、高精度倾斜传感器等物联网技术，突破基于数字孪生的作业过程三维可视化实时监控技术，研制具有高智能化、高精准度，以及物联网化的数字化施工装备及数字化施工管理平台，打造交通基础设施“智能作业”新模式。
基于北斗的施工机械数字化装备研发 针对现有施工机械姿态控制难、定位精度不高等问题，项目突破基于“北斗双天线+IMU+角传感器姿态计算技术”
及精准时空信息的工程机械空地一体化三维测量-施工协同关键技术，解决了在施工区域内土方精细化的三维测算，工程机械协同优化及调配与施工路径科学规划等难题问题，实现挖掘机、平地机、摊铺机、压路机等工程机械的驾驶引导、自动控制、精准施工，达到施工平面精度±2厘米、高程精度±3厘米，为公路路基、路面作业工程提供管理与辅助决策基础数据。
基于数字孪生的作业过程三维可视化实时监控技术
项目采用GIS、BIM、IoT多种信息技术协同方法，突破基于视频及三维激光扫描的施工作业设备定位与施工状态物理环境感知技术，依托卫星影像、激光点云、倾斜摄影、BIM模型、地质地形、现场信息等数据的统一转换和融合，构建道路施工现场的实时实景三维场景，实现道路施工过程动态视频、目标分析、监测数据的“时间+空间”一体化呈现，应用时空位置智能（LI）算法，打造智慧工地综合管控系统，应用于自动化作业过程中物理实体世界的模拟、监控、诊断和管理，施工机械在运动中全方位姿态估计及位置精度提升70%以上。
公路数字化施工综合管控平台研发
针对现有施工现场信息无法全面掌控的问题，项目提出 “一带一路”重大交通工程中装备远程监控及现场服务的数字化、网络化、智能化施工方案，参考公路与机场路面施工的工法工艺、要求与标准，搭建基于北斗时空位置信息的精准施工作业管控平台，通过事中控制、数据联动分析等功能，实现挖掘机、平地机、推土机、桩机、摊铺机、压路机等工程机械的驾驶引导、自动控制、精准施工、工程进度和质量监管，保证生产、运输、摊铺碾压等闭环管控及施工质量、安全监控，为管理、决策部门提供全面统一、准确的工业数据智能分析服务。
开展多灾害耦合作用下北斗边缘计算融合探测技术及装备研究
项目针对长大边坡、隧道工程建设过程中面临施工环境恶劣、支撑保障缺失、安全风险大等难题，综合利用北斗、物联网、激光雷达等感知技术，突破隧道地下空间精准定位监控、结构安全一体化监测、基于机器视觉的病害检测与健康诊断等关键技术，实现作业现场内外部施工环境、装备运行状态、结构安全监测等信息实时感知监测及安全诊断。
多灾害耦合作用下“北斗+”边缘融合感知技术
针对城市交通轨道工程建设、隧道等地下工程安全风险大等难题，项目面向交通工程中隧道施工地下空间精准定位的需求，突破以“北斗+”UWB融合的室内外无缝定位技术，研制了以“北斗+”UWB定位技术为核心，集成实时视频监控、语音通信等功能的北斗智能终端设备，实现了地下有限空间一体化动态定位信息采集、数据传输及预报警功能，定位精度优于20厘米，支撑隧道施工地下空间场景下动态安全管控及远程管理应用。
针对现有边坡监测成本高、精度不高等难题，项目自主研发基于“北斗+”5G传输的边坡高精度监测专用型GNSS接收机，采用芯片级低功耗设计，较项目常见的接收机功耗下降76%，自主研发的北斗解算软件中融入新型周跳探测和基线长度约束算法，修正了多路径误差模型，提高了GNSS定位精度，平面达到两毫米（误差率为百万分之一），垂直向达到4毫米（误差率为百万分之一）。
多灾害耦合的“北斗+”AI智能预警诊断分析方法
针对现有结构物安全检测手段单一、数据离散等问题，项目集成激光雷达、CCD相机、北斗高精度定位等，研发多灾害耦合的“北斗+”AI智能预警诊断分析技术，搭建自动化安全监测预警管理平台，建立交通结构物监测数据模型，针对重点监测对象建模后的病害图像进行自动识别，融合基于 “北斗+”AI的结构位移、形变监测技术和多指标数据分析，实现对结构物断面数据的快速连续采集和自动化实时监测，无靶标精度达到0.5毫米，有靶标精度达到0.1毫米，断面提取时间小于0.5秒。
提出“一带一路”交通基础设施领域北斗创新应用体系
项目提出“一带一路”交通基础设施领域北斗创新应用体系，搭建北斗全球工程安全服务平台，突破了“北斗+”多网融合定位通信及复杂环境多模态数据实景三维空间信息智能提取与更新技术，平台成果应用于国家及海外400个工程项目中，形成北斗系统服务国家重大战略的基础支撑能力。
基于“北斗+”多网融合定位通信技术
针对境外部分区域网络不畅，GNSS数据传输不安全，全球共享服务难等问题，项目采用北斗短报文与5G、物联网、大数据等技术融合，攻克了“一带一路”区域多网融合定位通信技术，实现了偏远及无信号区域高精度定位、通信，确保海外数据链路畅通及安全。同时，建设信创级全国产化“一带一路”GNSS数据中心，采用大规模应用的SD-WAN技术实现全球跨境访问快速接入，将海外GNSS基站观测数据统一汇聚香港，再专线推送至大陆数据中心清洗，确保数据链路可用、信息可靠，实现“一带一路”国家交通基础设施建设北斗应用自主可控，打通海外时空信息共用路径。
复杂环境多模态数据实景三维空间信息智能提取与管理
针对复杂环境和恶劣气象条件下三维空间数据质量差、人工交互式处理环节多、三维空间信息获取效率低、成本高等问题，项目挖掘多源数据大高差地形结构的共有特征，无监督学习多源异构数据的统一隐层表征，突破不均匀、缺漏及噪声严重条件下典型要素注意力驱动的细粒度识别与知识引导的三维数据智能修复技术，研究统一表达图像与三维空间数据的几何图像方法，实现“一带一路”复杂工程环境精细实景三维模型高效构建与细粒度变化信息可靠管理。
研究北斗海外应用推广路径，提出北斗创新应用体系
项目提出了针对“一带一路”沿线国家北斗应用推广策略和技术路线，创新了北斗产品推广商业模式，形成了“一带一路”交通基础设施建设领域道路、桥梁、隧道高精度数字化监测应用示范，践行交通强国战略北斗“全覆盖、可替代、保安全”建设目标。
“一带一路”重大工程北斗应用自2019年到2022年总计应用于十大类53个典型示范工程项目，形成相关标准规范9项，为各个项目部的智慧工地、安全生产、质量监测、安防管理、数字施工建设等方面提供了技术支撑。
值得注意的是，项目对于推动北斗“走出去”、引领北斗全球应用、提升北斗国际影响力和竞争力等都具有重要的作用和意义。
北斗卫星导航系统已提供全球服务，北斗应用成为国家创新管理、保护资源环境、提升减灾能力、提供普遍信息服务及培育新兴产业不可或缺的手段。交通运输行业作为北斗系统重要的行业用户，北斗高精度定位、导航、授时服务为传统基建行业的转型升级发展提供重要支撑。项目的实施践行国家交通强国建设战略，加速实现交通强国战略中北斗“全覆盖、可替代、保安全”的建设目标。
通过北斗时空大数据平台项目工程的研究成果的应用推广，项目全面发挥科技创新对共建“一带一路”的支撑引领作用，推动融合创新体系建设，提升传统行业在新兴领域的创新能力，形成特色，引领数字“一带一路”。大力促进我国北斗和“一带一路”两张“国家名片”的深度融合，进一步推动全国产自主科技创新，支撑传统行业转型升级。
-LEYU
