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本發明涉及一種基于北斗 GEO 衛星信號的土壤濕度估計方法，是一種利用北斗 GEO 衛星直達信號 與反射信號信噪比數據進行土壤濕度反演的方法。本發明主要利用北斗接收機接收 GEO 衛星信號的反 射系數的方差來估計土壤濕度值；畫出實測土壤濕度變化趨勢與方差變化趨勢對比圖，比較兩者的相關 性，經計算其相關系數可達到 0.71，最后擬合方差與實測土壤濕度之間的關系，利用擬合出來的對數關 系模型，結合某天北斗信號信噪比數據來估計出當天的土壤濕度。本發明

作為全球導航衛星系統(GNSS)的后起之秀，我國自主北斗導航衛星系統(BDS)近年來迅猛發展。“十二五”及未來“十三五”期間，已有和正在發展大規模的各類地基北斗 /GPS 站網(CORS 網、GNSS/MET 網等)，同時，空基(無人機、有人機)和天基觀測載荷 研制已提上日程。所有這些觀測數據將形成天空地一體化網絡的北斗大數據資源。隨著導航、 定位、授時等北斗傳統應用的日趨成熟(圖 1)，北斗大數據附加值發掘及新型應用領域產 業鏈的拓展將前景廣闊。本項目為導航衛星創新增值應用及北斗大數據信息的深度挖掘，將干擾導航定位精度的大氣折射、地表反射等誤差源，“變廢為寶”為遙感探測的信號源，在突破我國自主導航衛 星遙感探測關鍵技術的基礎上，從地基探測和空基(無人機、有人機)探測兩個層面，實現 軟硬件一體化的北斗/GPS 雙模氣象水文生態多要素綜合監測系統。方案及成果將面向行業 應用需求，引進吸收國際前端技術，緊密結合當地資源優勢，打造內蒙古自治區成為國內率 先開展北斗氣象水文生態增值創新應用的省份，拓展北斗大數據在氣象預報、智慧農業、智 慧水利、生態環境等領域的應用(圖 1)。圖 2 為北斗/GPS 環境多要素智能監測與大數據服務平臺總體方案。圍繞“數據獲取——數據存儲——分析挖掘——應用服務”這一主線進行。其中: 數據獲取分為地空天三類:(1)自主研發的低成本北斗/GPS 環境多要素智能監測設備;(2)無人機搭載北斗/GPS 智能監測傳感器;(3)GNSS 遙感衛星。 環境監測要素包括:農業環境生態(土壤濕度、植被水分等)、氣象水文(大氣水汽、積雪深度、水位等)、海洋(潮位、風場、鹽度、海冰等)。 該方案將充分發揮導航衛星無源探測、高時空分辨率、低成本高產出、實時性強的優勢。同時，方案涉及的監測要素及方法可實現同衛星遙感(高分衛星、降水衛星、重力衛星等) 監測的有效結合和優勢互補，作為國土資源實時監測系統的有機組成部分，共同實現國家級、 區域級空天地一體化物聯網遙感大數據智能監測服務。清華大學在利用地基、空基北斗/GPS 觀測數據進行氣象水文生態要素監測技術開發、 產品研發、軟硬件研發集成等方面具備豐富的研究積累，尤其針對我國自主北斗導航系統的 創新應用，團隊成果國內領先且得到國際同行的高度認可，開發并集成了一套完備的“北斗 /GPS 雙模多要素智能監測”整體解決方案。除發表高水平學術論文外，已申請多項發明專 利和軟件著作權(表 1)，2016 年技術成果已通過軟硬件服務在青海(氣象/水利/環境)、四 川(農業/氣象)、山東(農業)、北京(科研單位)等地取得了初期經濟效益。中心已具備 的技術基礎與部分成果展示如圖 3-圖 6 所示，包括全國范圍地基綜合觀測站網建設(圖 3)、 空基試驗與技術攻關(圖 4)、監測產品研發(圖 5)、軟硬件設備自主研發(圖 6)。所有這 些技術積累將為本方案的順利實施提供有力保障。目前市場上尚無相關產品，并且本項目的成果產出可從如下幾個方向進行多層次、全方 位的市場化對接:(1)軟件模塊:研制內容一產出的氣象水文生態監測要素估算軟件模塊，可同以北斗 導航定位為主打方向的企業對接，通過嵌入本軟件模塊，拓寬其業務范圍，在為農業、氣象、 水利等部門提供導航定位服務的同時，融入氣象水文生態要素同步監測的功能。不同需求定 制的軟件模塊按 1-10 萬元每套計算，初期市場年需求量預計 50 套，預計每年產生收益 50-500 萬元，市場成熟后可面向全國推廣，年收益可達 1000-5000 萬元。(2)監測產品:研制內容一產出的氣象水文生態監測要素產品，如通過 SDCORS 監測 網絡附加得到的多要素監測產品，可實現政府買單為行業公眾提供服務。可與高校、科研院 所等聯合申報國家級、省部級科研項目，預計單個項目經費 500-1000 萬元。(3)新型監測設備:研究內容二所產出的面向氣象農業水文應用的北斗/GPS 雙模氣象 水文生態多要素綜合監測設備，具有低成本、小型化、多功能等優勢，可獨立進行市場推廣。 按單套收益 5 萬元計算，初期市場年需求量 50 套，預計年收益 250 萬元，市場成熟后可面 向全國推廣，年收益可達 500-3000 萬元，并可與目前市場上通用的 GNSS 定位型接收機競 爭，實現行業接收機的更新換代及初期市場壟斷。(4)演示系統:研究內容三所產出的北斗/GPS 雙模氣象水文生態多要素綜合監測演示 系統，可率先在山東省(青島市)開展示范應用，且該創新應用模式在全國具有推廣價值。 可聯合申報科研項目，預計單個項目經費 500-1000 萬元，同時可實現業務化推廣應用，名 利雙收。

北斗Ⅱ高速鐵路路基沉降觀測自動化系統是用 于指導高速鐵路路基工程施工，并在高速鐵路投入運營后進行 持續觀測和災害預警的自動化系統。 其主要功能為：動態連續觀測高速鐵路的重點路段的沉降 和位移情況，自動報表，智能預測與評估。該系統不僅可以指 導高速鐵路路基的工程施工，而且可以在高速鐵路投入運營后 發揮重要的災害預警功能。該系統具有高精度、全天候、動態 連續、自動化、智能化特點，具有廣闊的市場應用前景！

僅面向軍工或軍民融合單位公開

項目簡介： 發展自主知識產權的北斗衛

（一）項目背景 在實際應用中，一些油氣管線的閥門與增壓設備安裝在偏遠地區，沒有 4G/5G 基站信號覆蓋，無法對設備實現遠程控制，是當前面臨的一個主要問題。項目采用北斗短報文通信技術，其直接依靠衛星通信來實現關鍵設備遠程控制，可以大大彌補這一短板，解決實際需求。 （二）項目簡介 油氣管線的閥門通常分為開關閥與調節閥，其中開關閥只能進行閥門的開閉操作，調節閥又叫做氣動執行器，它可以控制閥門的開度大小。此外工業現場環境以及閥門的狀態信息還需要對各種傳感設備進行實時監控。用戶針對閥門或傳感器的控制或查詢指令需要通過北斗短報文或 4G/5G 的無線通信方式傳遞到控制系統。 項目研制的控制系統由一個微型控制單元（MCU）結合 RS232、RS485 通信端口，北斗收發機與 4G/5G 通信模塊、電磁繼電器，電流轉換電路，液晶屏，按鍵等硬件外設組成，相互協調共同實現了對工業現場閥門及傳感器進行遠程控制、查詢與實時監控的功能。 （三）關鍵技術 基于北斗短報文通信的指令收發與控制技術 一個控制系統可以同時控制兩路開關閥，一路調節閥和八個傳感器，每個閥門與傳感器在一個控制系統下都有唯一的 ID 號，而一個用戶又能夠同時對工業現場的多個控制系統進行控制與查詢操作，針對北斗短報文自定義字段部分進行統一設計，形成三種功能的報文格式，包括指令發送報文，返回信息報文和定位信息報文。結合報文中的“設備卡號”、“閥門號”與“傳感器號”字段即可實現了現場控制系統同多個閥門與傳感器設備的協議組網；結合基于北斗短報文的閥門遠程控制系統的多路電磁繼電器與電流控制設備，既能夠對現場多路開關閥與調節閥進行精確控制，還能夠對現場閥門或傳感器的狀態信息進行實時檢測或預警，對設備所在地經緯度信息進行查詢，實現了用戶對多設備的雙向通信。 整個控制系統的指令接收，識別，處理，控制信號的生成，信息回傳等功能均是通過微型控制單元（MCU）的軟件部分實現的。閥門的反饋信號會通過控制系統的 IO 口進行檢測，形成閉環控制，以防止指令的失效或是二次執行，增加了控制系統的可靠性。

基于衛星定位的農業機械自動導航作業技術的系統。 一、項目分類 重大科學前沿創新 二、成果簡介 農業機械自動導航作業技術是智能農機裝備的核心技術，可顯著提高勞動生產率、資源利用率和土地產出率。項目團隊從2004年起，在國內率先開展了基于衛星定位的農業機械自動導航作業技術的系統研究，突破了十項關鍵技術，取得了三大創新成果：1．突破了復雜農田環境下農機自動導航作業高精度定位和姿態檢測技術；2．創新提出全區域覆蓋作業路徑規劃方法、路徑跟蹤復合控制算法、自動避障和主從導航控制技術，提高了農機導航精度、作業質量和作業效率；3．創制了具有自主知識產權的農機自動導航作業線控裝置和農機北斗自動導航產品。 在新疆等十省區累計推廣農機自動導航作業產品2679套，已獲授權發明專利17件，制定技術標準1件，發表學術論文46篇（SCI/EI 33篇）。培養博士9人和碩士17人，博士后2人，其中1人獲2008年全國優秀博士學位論文獎。項目成果總體達到了國際先進水平，其中水田自動導航作業和主從導航作業居國際領先水平，打破了國外技術壟斷，保障了我國農機導航裝備的自主安全可控，引領了我國農機導航技術的創新發展，為我國智慧農業提供了重要支撐。 該成果榮獲2020年度國家科技進步獎二等獎。

國通北斗致力于中國自主獨立研發的北斗衛星導航系統的研發、運營與服務。 北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力。 北斗衛星導航系統的建設與發展，以應用推廣和產業發展為根本目標，不僅要建成系統，更要用好系統，強調質量、安全、應用、效益。北斗衛星導航系統的建設、發展和應用將對全世界開放，為全球用戶提供高質量的免費服務，積極推動衛星導航技術與產業的發展。北斗衛星導航系統可獨立為全球用戶提供服務。 北斗衛星導航系統已覆蓋整個亞太地區并逐步為“一帶一路”沿線國家提供基本服務，2020年將形成全球服務能力。

該項目為2015年四川省科技進步一等獎獲獎項目，圍繞自然災害監控預警、生態環境監測的國家重大需求，提出了基于北斗系統實時監測的系列關鍵技術，并研發了相關應用系統及產品。總體技術達到國際先進，部分技術國際領先。成果已獲授權專利27項，發表論文30篇。并已在四川、西藏、云南、廣東等八省區的五十余家單位推廣應用。