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    2018/08

    作者:张宏洲Number 2创新集群的一般特征笔者在之前的研究中已经概括创新集群的一般性特征有如下几个方面:(一)产业间联系集群主体间存在产业间联系才能够产生有效的沟通需求,沟通才能产生学习效应或者规模效应,才能够创造出价值。无论是基于产业链上下游之间的价值供给性联系,还是产业链水平分工的主体之间的能力互补性或者规模效应型联系都是有效的构成集群的联系。一般工业区中随机招商进来的企业间大都缺乏这样的产业间联系,导致大量企业形式上集聚在一个工业区块中,但缺乏产业间的有机联系。(二)主体间互动集群内的各个主体,通常具有互补竞争优势关系,因此在供应链与价值链的作用下相互连接。集群中的主体在合作中降低交易费用,在此消彼长的竞争中次第提升技术水平和产品质量。需要合作对外时凝聚成利益共同体,产生竞争时互为对手,集群学习时互为老师,技术溢出时共同提升。这些主体因为期望得到互动而进入集群,集群因主体间互动而获得良好的新陈代谢效果,整体形成科技创新生态与产业生态。互动使得集群具有超乎寻常的生命力。(三)灵活且专业化专业化是科技创新集群的显著特征之一,具体表现为区域专业化和集群内部研发和生产经营的专业化。研发和生产经营同一产品或者同一条产业链上的产品的大量中小企业在特定地区聚集,使该行业或者产品与该区域紧密联系起来,从科技创新集群的名称就可以看出其专业化的方向。区域品牌是集群内企业共享的一种珍贵的无形资产,而区域品牌的形成离不开区域的专业化。对于集群内部而言,各主体之间的联系是建立在专业化分工的基础上的,各个主体专业从事产业链或者产品零部件供应链上的特定环节或产品的研发和生产经营,甚至把工序都细分,每道工序的加工都由独立的企业进行。甚至从事某一道工序或者某一环节研发或者生产的主体都有很多家,而且每道工序的半成品都要通过市场进行交易。随着交易效率的提高,集群内的每个主体都可能提高其专业化水平从而选择更高分工水平的工作,“生产系统中劳动生产率由个人的专业化水平决定"。可见,集群内部的专业化分工和密切协作是形成竞争优势的基础。(四)关系网络化科技创新集群中不仅聚集作为研发或者生产经营活动主体的众多企业,还包括大学、科研机构、科技创新中介服务组织等知识生产机构和服务机构,它们作为辅助机构,同样发挥着重要且关键的作用。首先,科技创新集群内供应商、生产商、销售商和客户之间存在前向、后向和水平的产业联系:其次,企业与大学或科研机构、科技创新中介服务机构、政府之间存在相互支撑的关系。它们之间以分工和专业化为基础,通过长期的合作形成本地化的集群网络,通过正式或非正式的联系频繁地进行商品、劳动力、服务、信息等方面的交易、交流和互动,从而降低企业研发新产品和生产产品的平均成本,增强整个集群获得新知识和积累知识的能力,产生集群效益,共同推动集群的发展和企业的持续创新,这种效应是非集群企业单纯在地理空间尺度上集中所达不到的。(五)衍生根植性衍生根植性是指科技创新集群的各种网络关系和企业、科研机构以及大学的活动是构建在地方社会架构上的,它们具有较强的地方归属性,其它区域很难简单模仿。能够进入同一科技创新集群的企业、科研机构大多具有相同的科研背景、文化背景和制度环境,其行为都遵循集群内共同的语言规则、交易规则和背景知识,因而具有可靠性、可预测性,易于产生交往默契,便于交流一些行业共性知识和技术诀窍。这样既可以防止各种机会主义行为,又可以促进技术和知识的“溢出"。溢出的技术和知识不仅包括已经明确的知识,还包括很多行业内的“默会”知识,及难以言传的而又普遍知晓的知识。从某种意义上,我们可以认为这些根植在特定地区的集群是一群年龄相仿、有着相近的身体素质和相同的奋斗目标的运动员,他们竞争着,又相互促进着,在共同的环境和规则下进行比赛。它们的命运联系在一起,整体凝聚力的增强促进每个个体的发展,反之亦然。根植性的强弱与产业集群的稳定性以及持续性发展密切相关:根植性强的集群相对稳定且应变灵活;反之就会不稳定因素增多,波动性大。这个特征告诉我们,在促进和发展创新集群时,不能片面追求科研机构和企业的“集中”,而应该重视企业的研发背景、文化背景和生产特点是否适应当地的地域文化,是否能融入集群,与其它同类主体进行交流和合作。(六)技术溢出高效成熟的科技创新集群是科技创新占据主导地位且创新活动异常活跃的集群,这样的集群具有良好的知识转移机制,能加快知识和技术的传播,集群化使企业学习新技术变得容易且低成本。集群的竞争优势取决于新知识和新技术的转移速度和转移效率,而高效的知识转移又以企业间的密切交流和互信合作为基础。首先,集群知识转移主体、集群知识转移意境和集群知识转移媒介都为集群企业营造了良好的知识转移机制和转移通道;再次,通过企业之间的专业分工和协作,将知识转移至相关企业,再通过成员企业的模仿而提高整个创新集群的竞争力。除了知识转移机制,科技创新集群还具备良好的技术学习与扩散机制:集群内资金雄厚的龙头企业通过外向型学习,从集群以外获取新知识、新技术,其它的中小型企业从这些知识在集群内部的后续扩散中学习,进而形成“外部引进——内部扩散"的良性知识流动,其中,正式和非正式的集群内部学习都是集群内企业学习的主要途径。Number 3创新集群成为耗散结构的条件(一)开放性是创新集群成为耗散结构的整体基础创新过程一定程度就是科学技术理论和设计思想的“商业化”的过程,就是转化有创新意义的科技成果为有经济价值的商品及其产业的过程。创新集群演化一方面要求企业、高校、科研机构、政府部门、教育中介机构等构成子系统持续输入物质、能量和信息;另一方面要求推广或销售各种产品和成果,这是输出的过程。创新集群以与外部环境的输入输出为基本条件。科技资源优化配置、企业生产和市场消费的增长、公司企业的经营管理、高校和科研机构的研究开发投入、政府的宏观调控,都是在开放中进行,在不断与外部环境进行知识、人才、资金、技术、产品、设备等广泛的交流中进行。只有当这个交流适度时,才能使其结构和功能不断改善,即持续增加系统负熵值。创新集群的熵变化是由两个方面的因素引起的,一是创新集群与创新环境交换创新物质、能量、信息而引起的熵流改变,其改变值可正可负;二是创新集群自身由于不可逆性而引起的熵的变化,其增加值始终为正。当创新集群获得创新信息所带来的熵流为负值,且其绝对值大于创新集群本身由于不可逆过程而增加的熵值时,创新集群的总熵变就小于零,创新集群的熵逐渐减小,创新集群就向有序或高级有序的状态转变。随着全球经济一体化和科技交流全球化的发展,在创新集群的形成和发展过程中,不仅需要集群内的各个主体间进行频繁的交流互动,相互学习和共同创新,与集群外主体的全方位、多层次的互动也必不可少,包括进行学术研讨、开辟新市场、寻找新的合作伙伴和拓展区域创新空间等,从而获取远距离的资源和知识,完成集群内外的合理链接。集群中企业和服务机构通过在集群中的互相联系得到自身价值的实现,它们在相互联系中贡献越大,自身价值实现的机会也就越大。不难设想,如果它们只在集群中获取信息、能量和物质,而对集群无所贡献,那么这个集群积存的信息、物质和能量就会逐渐枯竭,整个集群也就走向死寂。避免这一情况发生的办法就要是保持集群整体开放,整个集群对外开放和集群中每个个体相互开放,使整个集群积极、充分地与外界保持信息、能量和物质的交换,同时,集群的组成个体之间也保持积极、充分的信息、能量和物质的交换。这种全方位交换会在促进要素增值的同时也促进整个集群的增值,集群为组成个体提供平台,个体为平台添砖加瓦,这也是现代社会互动双赢原理的重要体现。此外,由于科技进步是持续的,科技创新集群也应持续接纳新生的研发机构和企业与之适应。总之,在开放条件下,创新集群通过对科技信息、物质的引进、消化和吸收才能使系统产生负熵流,从而增强了系统有序发展的可能。(二)远离平衡是创新集群有序演进的内在源泉普利高津指出:“非平衡是有序之源”。这里所说的非平衡态是指系统远离平衡态的状态,平衡态和近平衡态都被排除在外。当系统处于平衡态时,熵值最大,系统最无序,组织最简单,信息量最小,系统就会变成一种稳定的死结构。只有当系统远离平衡态,系统处于一种十分不稳定的状态时,一旦外界对系统施加足够的影响,系统才有可能通过涨落或突变进入一个新的稳定有序状态,形成新的稳定有序结构。一个内有动力和外有活力的系统必定是一个有差异的非均匀、非平衡的系统。系统的非均衡、非对称、存在某种梯度,才会在宏观上产生持续的流动。如果一个系统处于无差异的平衡态,就意味着该系统内部不存在势能差。无势能差的平衡系统服从势能最小原理,必然是一个低功能系统。同样,一个有内动力和充满活力的创新集群必定是一个有差异的、非均匀的、非平衡的社会系统,如果创新集群一旦进入“死”结构的平衡态,便维持这种状态不变,任何涨落在平衡附近都是衰减的。无论从时间还是空间的角度来研究,创新集群的有序演进都应该具备非平衡性。从时间上看,知识、技术、社会和经济发展的速度应该是非均衡的,系统内部非均衡的物质流、资金流、知识流、人才流和信息流产生有规则的波动和无规则的随机涨落相叠加,才会造成集群创新演化过程的波动和起落。从空间上看,创新集群有组成它的子系统(科技企业、科研机构、高校、政府部门、中介机构、金融机构等),子系统之内还有更小的系统(企业的不同部门、高校里的不同院系、政府中的不同机构等),系统具有多层次的差异性。创新活动的行为主体在创新集群中的功能、作用和机制等各方面存在巨大异质性,创新集群的不同企业、不同机构之间的发展,也都常表现为非平衡状态。创新集群作为社会系统客观存在,其状态集合与环境集合都是非空的,状态参量随着时间和空间的变化而变化,是个动态系统。巨大势差引起竞争与合作并形成各种动态的知识流和创新力,在外界环境的驱动作用下,系统远离平衡态。一个系统的演变即从它子系统之间的差异和不平衡性开始。当创新集群在开放状态中和外部环境交换物资、能量和信息时,这种异质性和不平衡状态便会迅速发展并发生剧烈变化,一旦达到阈值,就会从无序演化为有序,系统便由旧质跃迁到新质。(三)非线性是创新集群自我演化和完善的关键 复杂系统内部诸要素的非线性相互作用是推动系统向有序发展的内部动力,是形成耗散结构的重要机理和必要条件。这种非线性相互作用,能使系统各要素间产生协同作用和相干效应,从而使系统由混乱无序变为井然有序。系统的非线性耦合效应,使系统中某一反馈回路在一段时间内对系统的机制起主导作用,并产生相应的系统行为,随着作用程度的加深,系统功能不断放大,由此形成耗散结构的动力。非线性函数有无穷多种不能互换的不同形式,代表无穷多种性质不同的系统特性。非线性现象的这种多样性,正是现实世界无限多样性、丰富性和复杂性的根源。创新集群的构成子系统及相互作用构成复杂网络体系基本内涵的本质就是对传统线性创新模式方法的否定,它强调用系统非线性作用方法来理解创新。创新集群的内部组分是由企业、政府、科研机构、高校和中介服务机构等创新主体和服务机构组成,但并非是一种组织机构之类的简单“硬”机构,而是一组由众多主辅要素及其相互联系构成的网络体系,是一种“软”组织。它强调的是各行为主体间的相互关联和协同共生。各类要素的组织形式与功能有差别,各类子系统的基本单元在创新能力和行为上也具有丰富多样性,在数量上、门类上、以及在创新资源占有、运行过程及效果等诸多方面存在着差异。系统的多层次、多目标和多内容差异性的普遍存在使得体系的创新资源和创新能力在各个主体之间分布由近平衡变为非平衡,并导致各主体之间的结构关系越来越复杂化,从而形成非线性的相互作用体系。由于复杂系统要素组分是异质的、非平衡的,使系统要素之间产生非线性关系耦合,如系统内部的各个行业、部门之间有着相互制约,相互推动的正反馈的倍增效应及负反馈的饱和效应等等。根据系统目标,各要素间通过催化与自催化产生非线性耦合与放大效应,进而表现出整体大于局部之和的态势。正如 OECD所述:“创新是不同行为者和社会建制复杂的相互作用结果。技术变革并不出现在理想的线性序列之中。而是出现在创新集群内部的反馈环之中。”创新集群中各种创新活动,各主体之间相互作用、相互影响。全面表现在由政府、企业、高校和研究机构相互交合而构成的作用网络,即“产(企业界)-学(高校)-研(研究机构)-官(政府)”合作。具体而言,包括企业间的相互作用(联合研发、技术联盟和技术转移等)、企业与高校和科研机构之间的相互作用  (合作开发、联合生产等等)、知识和技术向企业的扩散  (新技术的推广和新设备的普及等),以及政府的宏观调控、政策支持等。创新集群各主体间的交互作用和创新系统各主体与外部主体的交互作用,是通过反馈循环系统中的科技要素流动来实现的,而这些交互非线性作用就演化形成创新集群的动力结构。(四)随机涨落是创新集群达到有序状态的诱因所谓涨落,是指系统的某个变量或某种行为对平均值的偏离。涨落是偶然的、随机的、杂乱无章的,在不同状态下有不同的作用。普利高津指出,在平衡态和近平衡态,涨落是一种破坏稳定性的干扰,起消极作用。在远离平衡态,它是系统由不稳定状态形成新的稳定有序状态的杠杆,起着积极的建设性作用,因为此时随机的小涨落可以通过非线性的相干作用和连锁效应被迅速放大,形成宏观整体上的“巨涨落”,从而导致系统发生突变,形成一种新的稳定有序状态。在这里,涨落对耗散结构的形成起了一个触发和激化的作用。创新集群中的每一个创新行为主体都有自己相对独立的功能目的、经营范围、研究领域、政策导向、决策依据、规划模式、行为特点等等,所以,对于创新集群来说,不同单位、不同部门、不同机构的行为和结果在一定程度上是难以预测的。也就是说,创新集群状态的平均效应值总是时刻经受着这种随机扰动因素影响而呈现涨落。当创新集群处于平衡或近平衡的稳定状态时,虽然随时会出现有些涨落,但其影响是比较微弱,难以形成巨涨落从而改变整个体系的宏观状态。当创新集群处于远离平衡的失稳状态时,涨落就会强烈地冲击和破坏原有的创新系统结构。当外界输入的熵流不断激荡着非稳定性并达到一定阈值时,也即系统的非稳定性已经达到临界状态时,系统就会跃迁到新的有序状态,从而触发新的创新集群结构的形成。涨落导致有序强调了在开放非平衡态创新集群具备了形成耗散结构的客观条件时,涨落对实现有序的决定作用。涨落对创新集群演化非常重要,如一个新资源的导入、一条新科技信息的传播、一项技术创新的成功、一个项目决策、一项中介服务的改进等,都会对创新集群的存续和有序发展产生重要影响,甚至会成为创新集群实现飞跃的力量。把涨落机制应用到创新集群中,就是要采取一些适当变革措施来培育小涨落,通过非线性作用使这些涨落由小到大,由局部到整体,发展成宏观巨涨落,促成创新集群耗散结构的形成,发生结构功能突变,促使创新集群跃迁到一种生机勃勃的更高级的有序状态。Number 4负熵驱动创新集群模型熵的本质是因系统内部诸要素在非线性相互作用过程中出现的冲突和摩擦。要准确理解创新集群中这种管理熵的含义,就必须对最基本的载体即创新集群的构成及内部各种矛盾的来源有所把握。创新集群的结构组成包括创新型企业、研究机构、科技金融支持机构、创新服务机构等。每个创新型企业的结构组成包括研发子系统、生产子系统、营销子系统、创新人力支撑子系统以及创新财力支撑子系统。创新集群及创新型企业内部正熵产生的原因就是参与创新的各要素或部门在相互作用过程中会产生各种矛盾和冲突。这些矛盾或冲突可能具体来源于以下几个方面:一是创新主要职能间各种关系处理中的矛盾;二是创新过程控制中所产生的矛盾;三是集群中企业和研发机构、科技金融机构和创新服务机构等在整合创新资源时产生的矛盾;四是对各类参与创新的人才进行激励时产生的矛盾。这几类矛盾所产生的熵便形成了创新集群内部正熵的最主要构成部分,可分别称为创新职能关系熵、创新过程控制熵、创新资源整合熵、人力激励熵,它们四者之间存在着非线性相互作用关系。具体关系可见于图1。图1 创新集群正熵示意图笔者将这四种熵概括为一级正熵,每个概括的一级正熵之下还可以根据各创新主体以及主体内部各个子系统在具体业务流程和网络关系中发生的具体冲突和矛盾逐级分解为二级正熵以及三级正熵。具体分解见表1。表1  创新集群正熵流分解表一级熵二级熵三级熵职能关系熵研发内部关系熵前瞻研发与产品开发关系熵技术部门科研管理职能能力熵技术部门成果转化能力熵研发与生产、市场关系熵研发与市场营销界面协调熵研发与生产制造界面协调熵工艺设计与生产制造协调熵过程控制熵创新决策熵技术创新战略与企业战略的匹配熵创新决策的时效熵企业高层对创新的重视熵研发过程熵技术适应熵新产品平均开发强度熵研发流程熵创新资源投入研发资金投入熵研发人员投入熵资源整合熵企业、机构间合作熵合作对象选择熵合作运行熵利益分配熵人力激励熵技术类人才激励熵研发人才激励技能人才激励非技术类人才激励管理人才激励营销人才激励如果放任这些正熵增加,创新集群就会失去活力。要想将创新集群打造成为富有生命力的耗散结构,就必须持续引入负熵资源和能量,将其建设成为远离平衡态的、动态涨落的开放系统。结合建设创新集群的实际工作,可以将创新集群引入的负熵来源分为两类:一类是从外部硬环境中引入的负熵,称为硬环境负熵;另一类是从创新软环境中引入的负熵,称为软环境负熵。硬环境负熵流主要指承载创新集群的空间载体和创新基础设施等,金融资源熵流也可以归入硬环境因素。软环境负熵流主要指创新氛围、集群管理者对创新的支持、社会关系网络、市场需求等。也可以将其分解为三级结构的负熵流,具体见表2。表2 创新集群负熵流分解表一级熵二级熵三级熵硬环境熵基础设施熵空间载体熵通讯发达熵交通便利熵金融环境熵金融政策宽松熵金融信贷充足熵融资渠道丰富熵软环境熵市场环境熵市场机制完善熵市场需求旺盛熵创新文化熵创新氛围浓厚熵管理者对企业创新的支持熵社会资本熵社会关系网络发达熵信任机制完善熵当将表2所示的两类负熵流引入创新系统内部时,就会抵减系统内部各种冲突和矛盾产生的各种正熵,降低系统的熵增效应,并通过各种非线性作用和涨落作用等促使创新集群系统朝着有序方向发展。于是,引入负熵后,负熵驱动创新集群发展逻辑关系可用图2来揭示。图2 负熵驱动创新集群示意图
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    作者:张宏洲关键词:负熵 创新集群引  言        热力学第二定律指出,孤立的热力学系统是绝对熵增的,熵增的结果是死寂。统计力学从物理学概念出发指出孤立系统总是自发地从熵值较小的状态向熵值较大(即从有序走向无序)的状态演变,最后达到平衡状态。薛定谔则指出,一个系统要从无序变为有序必须汲取负熵。理论和实践都已经证明了生命在于运动,即不断进行新陈代谢,以消除有机体内生存过程中必须产生的正熵。普利高津则进一步指出,一个远离平衡态的非线性的开放系统,只要通过不断地与外界进行物质与能量的交换,在外界条件变化达到一定的阈值时,系统状态可能发生突变,从原有的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态,这种新的宏观稳定的有序结构就称为耗散结构。创新集群是由一系列有生命力的创新创业企业和管理及服务机构组成的彼此之间联系并发生业务往来的有机系统,需要对整个系统进行必要和适度的干预和管理,对其中的企业和管理及服务机构之间的业务往来进行适度的推动,否则集群就会慢慢走向混乱状态,就会失去创造力和竞争力。因此,需要采取有效的措施,不断输入硬环境负熵流和软环境负熵流,维持创新集群的开放性及内部的非线性作用和随机涨落作用,使其远离平衡态,使其成为一个负熵驱动的良好的耗散结构,才能使集群保持强大的生命力、创造力和竞争力。Number 1负熵及耗散结构理论(一)热力学熵的概念及熵增原理约一百四十多年前,科学家们发现了热力学第一定律(能量守恒定律),它能帮助我们理解一个给定过程中的能量,但不能描述能量转化的量和转化方向。1824 年,卡诺在他的著名论文《关于热力学以及热动力机制的看法》中介绍了“可逆性”这个基本概念。克劳修斯基于卡诺的研究成果,于 1856 年在《热之唯动说》一书中,指出能量的传递总是从高能位向低能位、由集中到分散、从有序到无序进行,在传递过程中不仅需要消耗一部分能量,而目总会有一部分成为无用能逸散到环境之中。对一个孤立系统而言,由于与周围环境没有物质、能量和信息的交换,外部熵流为零,而内部的不可逆过程使熵产生、熵增加并趋于最大化,增加着的熵相当于系统自发地进化,这些自然过程最终把系统带到对应于最大熵状态的热力学“平衡态”。在热力学平衡态下,无序性最高,系统混乱度最大。这意味着系统的熵只能从低到高,而且绝不会向相反方向进行。这就是热力学第二定律,即“熵增原理”。(二)统计力学熵的概念1872 年,奥地利物理学家玻尔兹曼在研究气体分子运动过程中,基于把热量转移理解为微观分子运动的观点,对熵概念给出微观物理解释。他从分子运动论的角度对熵增加原理作出了统计描述,论证了熵与微现状态数的量化关系,并用著名的玻尔兹曼关系式反映了熵概念的统计学意义,从而将系统的宏观物理量与微观物理量联系起来。对于某一热力学系统,它所对应的微观状态数决定了其熵的大小。熵增加表示系统从包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态过渡,即从有规则、有秩序的状态向无规则、无秩序的状态演变。所以,孤立系统总是自发地从熵值较小的状态向熵值较大(即从有序走向无序)的状态演变,最后达到平衡状态。因此,熵是系统混乱状态或无序程度的度量。(三)负熵的概念奥地利著名理论物理学家、量子力学创始人薛定谔在其著作《生命是什么?》一书中首次提出了“负熵”概念。他指出:“生命有机体要摆脱死亡,唯一的办法就是不断地从环境中汲取负熵,汲取一连串负熵去抵消它在生活中产生的熵增加,从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上;否则,一个生命有机体在不断增加它的正熵,并趋近于熵的最大值的危险状态,那就是死亡”,“生命有机体就是依赖负熵为生的”。从本质上看,负熵是系统有序度的度量。负熵引入了一个与正熵完全相反的概念,正熵增加代表着事物向着混乱无序的方向发展,表示退化;而负熵增加则代表着事物向着有序的方向发展,表示进化。薛定谔用负熵概念解释生命现象,为热力学系统自发过程熵增加与生物系统进化过程熵减小之间的沟通,架起了一座熵概念的桥梁。一个系统要从无序变为有序必须汲取负熵。理论和实践都已经证明了生命在于运动,即不断进行新陈代谢,以消除有机体内生存过程中必须产生的正熵。(四)耗散结构理论热力学第二定律描述了孤立系统演化的方向,即系统朝着熵增加或有序程度减小的方向演化,这实际上是一种趋向低级运动形式的退化。克劳修斯将这一理论推广得出:整个世界将趋向完全无序,乃至整个宇宙将达到“热寂”。但是达尔文生物进化论则认为生物的进化是由低级到高级、由简单到复杂,即朝着熵减小或有序度增加的方向进化,按照这一结论整个世界将变得更加有序、更加复杂。热力学第二定律和达尔文生物进化论都揭示出系统的演化方向,却得出了两种截然相反的结论,它们之间形成的尖锐矛盾成为物理学家和生物学家争论和研究的重要议题。为了回答上述问题,1969年,比利时物理学家普利高津,在“理论物理与生物学”的国际会议上首次提出了耗散结构理论。他认为,一个远离平衡态的非线性的开放系统,只要通过不断地与外界进行物质与能量的交换,在外界条件变化达到一定的阈值时,系统状态可能发生突变,从原有的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态,这种新的宏观稳定的有序结构就称为耗散结构。耗散结构理论是研究一个开放系统由无序向有序转化的机理、条件和演化规律的科学。它的研究对象是开放系统,而宇宙中各种系统无一不是与周围环境有着相互依存、相互作用的开放系统,因而这一理论涉及范围之广,在整个科学史上可以说是罕见的。普利高津因这一成果荣获l977年诺贝尔化学奖。(五)耗散结构形成的条件耗散结构理论指出,一个系统从无序向有序方向转化,形成耗散结构必须满足以下四个条件。01 系统必须是开放系统热力学第二定律指出孤立系统自发地趋于无序。只有开放系统,通过与外界交换物质和能量,系统从外界引入负熵流抵消系统内部的熵产生,才能使系统总熵逐步减少,使系统从无序状态趋向有序状态发展,形成耗散结构。生物体是典型的耗散结构,它必须从外界摄取物质和能量维持新陈代谢,否则就会死亡。02 系统必须远离平衡态从热力学角度来说,平衡态是指在与外界环境没有物质和能量交换的条件下,系统宏观状态长时间不发生任何变化,系统稳定存在的一种最均匀、最无序的状态。非平衡态是指在与外界有物质、能量和信息交换的条件下,随着时间的变化,宏观系统的各部分或全部发生各种变化、变异的状态。当系统处于平衡态时,系统自身的熵产生率为零,系统的熵值达到最大,不再发生变化,系统保持混乱无序的状态。在线性近平衡态区域,即使外界有负熵流流入,它对系统产生的影响也是极其微小的,不会改变系统向平衡态演化的事实。只有在远离平衡态的条件下,系统才有可能发生突变,形成新的有序结构,即“非平衡是有序之源”。03 系统内部各个元素之间存在着非线性的相互作用线性是指系统各部分元素之间可以用二元一次方程或多元线性方程来表达的函数关系;非线性是指系统各部分元素之间可以用微分方程、差分方程或代数方程来表达的函数关系。如果元素间的相互作用是线性的,则其中一个元素的微小变化只能引起与之对应的元素的微小变化,不可能由微涨落形成巨涨落,系统的突变就不可能发生。只有元素间存在非线性的相互作用,微涨落才有可能扩大为巨涨落,系统发生突变。04 涨落导致有序涨落是指系统的某个变量对平衡位置的偏离。涨落是偶然的、随机的,在不同状态的系统,涨落的作用是不同的。当系统处于平衡态或者线性近平衡区域时,涨落是一种干扰,由于这时该系统本身具有较大抗干扰能力并保持原来的稳定状态,涨落的发生只使系统状态暂时偏离平衡位置,最终还要回到稳定的平衡位置。当系统处于非线性远离平衡态区域时,系统中一个随机的微小涨落,通过非线性的相互作用和连锁效应被迅速放大,引起系统从不稳定状态跃迁到一个新的稳定的有序状态,导致系统发生突变,从而形成一种新的稳定的有序结构。任何事物都有其保持自身特质并可以与他质相区别的阈值,由涨落运动所引起的扰动达到或超过一定阈值时,系统原有结构就会遭到严重破坏,为系统出现新的有序结构提供可能。在远离平衡态的非线性区域,涨落对耗散结构的形成起触发和激化作用。
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    2018/06

    来源|斗室智库作者:曹冲GPS从1978年发射第一颗卫星,到1995年正式宣布投入完全服务,仅仅用了17年时间,而从1996年美国宣布实施GPS现代化至今,已经超过二十年,由现在的情况看,完成现代化可能到2025年以后,与开启GPS的PNT时代相结合。由此可见,GPS现代化整整耗费30余年的时间,远比建设GPS的时间要长。GPS建设费用当时大约为100亿美元。而今历经30多年,每年平均花销大概为10亿多美元,可见其现代化和维持费用累计数额巨大。数十亿美元的巨资推进现代化,其目的是更新GPS的特征和整体性能。更新的特征性能主要包括的是新的军用和民用信号,改进GPS的总体性能,推动美国的国家政策,确保在提供GPS全球服务和GNSS全球应用上的领先地位,让其他GNSS难于望其项背,令真正坚持事实胜于雄辩的科学智者不会轻言超过它。从整体部署和路线图安排而言,目前GPS现代化进程强调的是:集成专项计划关键要素,抒发系统强大能力,开发专才和领军者,定义未来。在最近召开的美国国家PNT咨询委员会上,隶属于空间与使命系统中心的GPS董事会发表题为“GPS/PNT现代化进展:GPSIII、MGUE、加速M-码的现状和弹性PNT”的报告,所提交的GPS专项计划的概貌及其发展路线图,分别如下面两图所示。GPS还是以其空间段、地面运控段和用户段三大组成的现代化进程进行规划部署。新一代GPS空间段计划已经表明,其空间飞行器(SV)所构成的星座,是为运控段和用户段提供统一S波段和L波段的遥测遥控。在相当长时期内GPSIII将与GPSIIF和IIR/IIRM共同形成导航服务。而GPSIII正在实施的第一阶段,是10颗GPSIII卫星,其第一颗卫星将在今年发射。其后,第二阶段的追随者GPSIII-F卫星要到2020年才发22颗卫星中的第一颗。GPS现代化专项计划,能够这样一拖再拖,一改再改,做到胸中有数,其中的关键是GPS工作寿命的大幅度延长。有一颗GPSIIA卫星还是1993年10月26日发射入轨的,至今已是24年有余,仍然在工作,提供服务。GPSIII开始,卫星设计的工作寿命提升为15年。当然,风险也来自于这方面,因为在轨工作的GPS卫星,其中有一半以上,已经工作超过十年,其中许多已经远远超过其寿命期。GPSIII/IIIF卫星继续保有原有GPS卫星上的核侦察系统(NDS)上下行电路,卫星的主载荷是派发先进的能力,为所有GPSIII信号改进坚韧性(又称为弹性),提供L波段下行的导航服务。在GPS现代化专项计划中,安排的最好最为保险的是空间段的卫星,成为第三代GPS卫星。其中GPSIII前面六颗卫星已经先后投产,第一颗已经在仓库整装待发,今年5月28日发射,第三颗卫星准备在2019年7月发射,连第六颗卫星都已在上总装线。GPSIII-F卫星在2018至2020年间,完成计划审批和合同签订,然后就是6年之久的研发生产测试联調期,直到2026年二季度发射第一颗卫星。运控段在GPS现代化专项计划中,一直作为困难重重的关键性要素在推进,负责空间段资源的遥测、跟踪和指令,向外部接口分发有用数据。GPS新一代的运控段(OCX),以六个行动计划加以齐头并进推进,或者分别在实施,它们是:运控系统/总体架构演变计划(OCS/AEP)、GPSIII应急运作(COps)、M-码早期应用(MCEU)、OCX Block 0、OCX Block 1 & 2,以及可用性选择与电子欺骗模块(SAASM)使命计划系统(SMPS)。用户设备在GPSIII发展阶段,也得到充分足够的重视,实施军用GPS用户设备(MGUE)增量计划1,和MGUE增量计划2,加以推进。MGUE业经安全审批,开展集成与测试,而且提供MGUE增量计划1,分别进行海事应用、空军应用、海军应用和陆军应用的多种多样的集成与测试,直到2020-2021年。而MGUE增量计划2 将一直持续不断地延续下去。值得注意的是,GPS正在和下一步的现代化专项计划,重点是形成军事应用能力。从2017年开始,天上带有军(M)码的卫星已经设置健康标志,2017-2018年在天上能够自动形成军码,2019-2021年间利用GPSIII进行军码测试,和在OCS运营中采用核心军码,2022-2023年间,实现天地一体的完全的军码使用。至2024年达到星座管理(CM)IOC/FOC,PNT IOC,以及双频民用导航(DFCN)IOC/FOC,GPS/PNT现代化达到雏形。而关键目标点是2020年,口号是“2020年要将M-码送到战斗员的手中”。在这之前,要重点做好几件事情:军码密钥要通过美国国家安全局的验审认证;发射第一批GPSIII卫星;在完成OCX的同时,将军码加入OCS系统中;完成MGUE增量计划1研发目标;接受智能集成的考验,把科技成果送到第一线战斗员之手。
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    2018/06

    来自中国卫星导航系统管理办公室的最新消息显示,北斗卫星导航系统目前已发射8颗全球组网卫星,建成最简系统,今年年底前还将发射11颗卫星,建成基本系统。作为备受关注的国家重大空间信息基础设施,北斗究竟怎么用?如何用得起来?这个“最后一公里”的应用难题再次引发热议。说好的北斗导航为何大众难以直观感受到?年会上,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其“晒”出了北斗大众应用的最新进展:经过在轨测试,已建成最简系统的8颗北斗全球组网卫星,北斗用户发射功率降低至1/10,支持手机应用。此前,他也多次提到,世界主流手机芯片大都支持北斗,北斗正成为国内销售的智能手机的标配。在冉承其看来,近年来基于北斗系统的高精度服务日益兴起,而要让普通公众真正用上北斗,并感受到北斗的存在,只有与其他科技深度融合,扩大垂直行业应用业务。一个最直接的方式,就是和手机融合,和4G乃至和未来的5G融合。当前,我国北斗三号尚处于在轨测试阶段,能够提供导航服务的还只有北斗二号系统。按照冉承其的说法,北斗二号系统建成并投入运行至今已5年半,从未发生服务中断,定位精度由10米提升至6米。不过仍有一种疑问时而传出:北斗二号提供服务那么久了,为何我们的手机里还没有用上北斗——说好的北斗导航,为何大众难以直观地感受到?早在两年前,工业和信息化部电信研究院发起的移动智能终端技术创新与产业联盟对外发布《移动智能终端北斗定位白皮书(2016)》,其中就提到,截至2016年8月31日,在中国申请进网的3572款手机终端中,支持定位功能的2891款,占比为81%;支持北斗定位功能的759款,占比为21%。换言之,每10个中国人里,就可能有两个人使用了装载北斗芯片的手机。当然,按照专家的说法,目前手机定位采用的几乎都是多模式的卫星定位模式——不仅有中国的北斗,还有美国的GPS,甚至有俄罗斯的GLONASS等导航系统。当手机需要定位时,系统会自动搜索导航卫星,选取信号较好的卫星进行定位——这个过程,则“隐匿”于底层运行,普通用户感受不到。此前,相比GPS芯片,北斗芯片价格偏高,在推广过程中一直被视为痛点。冉承其说,如今北斗芯片工艺已跨入28纳米新时代,最低单片价格不到6元,总体性能达到甚至优于国际同类产品。截至2017年4月底,北斗导航型芯片模块销量已突破6500万片,高精度板卡和天线销量已占据国内30%和90%的市场份额。年会上,中国卫星导航系统管理办公室对外发起北斗全球用户体验评价计划。冉承其说,此举就是践行北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋院士“天上好用,地上用好”的理念,突出用户体验,让北斗真正用起来,用得好。当北斗遇上5G 有望开启地下室定位时代?目前,北斗已在4G手机中得以应用。据冉承其透露,随着5G的建设,中国卫星导航系统管理办公室还将通过标准协议的制定,让北斗成为5G通信的时空标签。这并不遥远。从2017年开始,国际移动通信标准化组织3GPP就已经开始大规模制定5G标准,全球多个大公司提交了高精度室内定位的立项申请,计划在5G第二版本标准中加入高精度定位标准。此次年会上,工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室天线与定位部副主任安旭东作特邀报告时就专门提到这一话题。他说,移动通信每隔10年就会出现新一代技术,新技术的出现实现了频谱效率和容量的成倍提升,目前5G即第五代通信移动技术已经进入技术方案验证和标准研制的关键阶段,未来有望极大推动物联网、室内定位等技术的发展,并为实现高精度定位提供基础。要想真正实现室内定位,需要几米甚至1米以下的定位精度,还要能够分辨楼层。而眼下,传统定位技术还无法用于室内定位。安旭东告诉记者,一方面,全球导航卫星系统在室内搜不到足够卫星的情况下,难以工作,其定位精度仅在10~100米之间;另一方面,传统的蜂窝网定位技术虽然信号可以覆盖到室内,但其精度从几十米到几百米不等,也无法满足需求。安旭东说,即将到来的5G时代,具有大带宽优势,有利于参数估计,可为高精度距离测量提供支持,5G也将实现密集组网,基站密度显著提高,用户信号可被多个基站同时接收到,而这将有利于多基站协作实现高精度定位。他告诉记者,5G时代的窄带蜂窝物联网定位应用,相比传统的蜂窝网技术,可提升20dB的信号效果,“覆盖能力大大提升,在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到,利用这一优势,可以进行室内导航定位服务。”在这样的技术时代,“不管是在商场、体育馆、医院、车站等室内导航与定位服务,还是手机购物、个性化广告等商品引导,或是自然灾害救援、涉险人员定位等应急与人员定位,都有望成为现实。”安旭东说。中国卫星导航定位协会首席专家、环球新时空信息技术研究院院长曹冲在年会期间也提到,当前全球导航卫星系统面向未来的一个主要任务,就是开启高精度大众化应用室内外融合的“大门”。他告诉记者,2016年到2020年是全球导航卫星系统定位的产业转折点,包括中国北斗在内的全球四大卫星导航系统均投入了服务,可用卫星数量超百颗,彼此之间兼容互操作成为现实,多系统兼容成标配化,产业的“第一要务”从系统建设转为应用服务推广。这其中一个需要布局的,就是顺应技术与产业发展变革,逐步与通信技术融合。仅靠天上数颗北斗星不够还要地上建一张地基网?当然,不管是和手机融合,还是和4G、5G融合,这一切的前提都是包括北斗卫星、北斗增强系统在内的国家重大空间信息基础设施本身的技术“过硬”。没有这些,一切都将是空中楼阁。冉承其告诉记者,为解决高精度服务的“最后一公里”问题,中国卫星导航系统管理办公室正在培育精准时空信息生态环境,降低使用门槛,将北斗系统提供的时空信息变成大众触手可及的公共服务。具体来说,我国正在编织天地两张北斗“网”:天上的“网”,即逐渐覆盖全球的北斗卫星网络,已为人所熟知;另一张是地上的“网”,即一张可以实现厘米级、毫米级定位精度的地基增强网。国家北斗地基增强系统总设计师、中国兵器工业集团首席科学家蔡毅告诉记者,导航卫星信号受设备、电离层等干扰时会产生误差,难以满足高精度位置服务需求,这就需要北斗地基增强系统配合——由地面基准站接收北斗卫星信号,传输至数据处理系统,消除卫星轨道误差、钟差、电离层折射等影响后,产生修正信号,通过卫星、数字广播、移动通信等方式实时播发——普通用户收到的,也正是这些信号。我国已于2014年9月正式启动研制建设北斗地基增强系统。目前,该系统第一阶段研制建设已通过国家验收,初步建成自主可控的北斗地基增强“全国一张网”。来自中国卫星导航系统管理办公室的数据显示,这张网可在全国范围内提供实时米级、亚米级精准定位服务,可在17个省市提供实时服务。蔡毅以自动驾驶为例,以前这种技术主要依靠雷达、热像仪、高精度陀螺、大容量高速计算机等技术集成设备,耗费数百万元,还难以为大众所用。如今则可以通过北斗高精度位置服务与高精度电子地图,辅以其他传感器,制定驾驶方案,自动完成避让。“北斗地基增强系统成了实现自动驾驶的低成本技术手段。”蔡毅说,北斗“悄无声息”就这样地实现了交通领域的一次变革,甚至将改变人们的生活方式。
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    2018/05

    北斗卫星导航系统总设计师、中国宇航学会副理事长杨长风5月27日透露,为配合建设以北斗为核心、基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合PNT(定位、导航、授时)体系,到2035年,中国将完成下一代北斗系统星座组网,提供体系化的PNT服务。第二十届中国科协年会5月27日下午在杭州闭幕,杨长风在闭幕会上做主旨报告时作上述表示。他说,下一代北斗卫星导航系统要在北斗三号的基础上,进一步提高基本导航、星基增强、短报文通信、国际搜救、精密定位、星间链路六个方面的能力,同时更好地融入国家网络信息体系。杨长风指出,中国国家综合PNT体系建设重点可概括为“5+1+N”,“5”指5大基础设施,包括重点推进下一代北斗卫星导航系统、积极发展低轨导航增强系统、按需发展水下导航系统、大力发展惯性导航系统、积极探索脉冲星导航系统;“1”是实现1个融合发展,即加快推进北斗与以5G移动通信为代表的网络信息体系的深度融合;“N”主要是突破一系列新兴技术,包括超稳芯片级原子钟、仿生导航技术等。中国将如何建设以北斗为核心的国家综合PNT体系?杨长风也提出具体发展路线图:到2020年,完成PNT体系总体方案设计与论证,建设仿真试验设施,突破系列关键技术,并探索基于量子、微纳加工等新兴PNT技术。到2025年,完善PNT体系框架,完成相关接口协议与标准规范制定,确保北斗系统稳定运行,完成性能提升演示验证,完成高精度的时空基准动态维持和传递、导通融合、低轨导航增强等系统关键技术演示验证。到2035年,完成下一代北斗系统星座组网,建成时空信息服务的备份增强系统,部署多源融合高可信的PNT终端,完成室内、水下、太空等特殊区域的PNT技术试验应用,完成国家综合PNT体系建设,提供体系化的PNT服务。杨长风强调,以北斗为核心的国家综合PNT体系不是所有PNT技术与系统的简单集合,更不是另起炉灶,而是统筹、融合、协调,从满足最大共性需求出发,提供一个标准化的解决方案。他介绍说,北斗三号系统目前已完成最简系统,到今年底还计划发射11颗北斗卫星,实现“一带一路”沿线国家和地区的基本服务,到2020年,北斗系统将完成30颗卫星的发射组网任务,实现全球组网目标。
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    2018/05

    来源|斗室智库从慕尼黑卫星导航国际峰会看技术热点曹 冲今年四月中旬,在欧洲一年一度的慕尼黑卫星导航峰会如期召开,我们可以看到当前卫星导航发展中的某些技术热点。峰会针对高精度、完好性和认证服务进行了尖锐的辩论,探讨了GNSS性能与安全性之间的平衡问题。慕尼黑峰会最热门的话题之一就是,GNSS在自动化和无人驾驶系统这样的新兴领域的作用。罗伯特博世有限公司项目总监Michael Baus介绍了他的公司采用精密单点定位(PPP)新方法进行自动化公路运输。“我们新的车辆运动和定位传感器(VMPS)将在2020年上路,并将成为首批使用校正数据进行高度自动化驾驶的GNSS惯性定位系统”。“VMPS将是使用多频率、多星座GNSS系统,以及我们先进的融合和完好性算法,输出安全的位置、速度、姿态和时间。该系统将使用车轮旋转传感器以及安全的汽车级惯性传感器来弥补GNSS中断”。“我们正在与Trimble合作进行安全和精密定位,并与u-blox合作进行汽车安全定位,还与三菱电子和Geo ++一起,我们是卫星定位改正数据(Sapcorda)合资企业的利益相关者,其目标是在全球范围内提供安全和精密改正数据”。由此可见,对于航空等用户而言,星基增强系统是其真正的归宿,利用的是改进的PPP融合算法,接收精密星历和精密时钟改正数据,以及来自于各种各样的星基增强信号,包括来自与海事卫星的增强信号,确保能够完成全球性服务。其中,利用ubloxM8芯片的单频接收机的具有完好性的精度达到40-50厘米,而多星座、多频NovAtel接收机具有完好性的精度达到5厘米左右。慕尼黑峰会就伽利略商用服务是不是免费,展开了攻防双方的辩论。以欧洲委员会而言,欧盟继续在慕尼黑捍卫其最近决定免费提供高精度GNSS服务,该服务最初被视为伽利略收费商业服务(CS)的一个组成部分。在产业方面,一些公司已经开发并提供高精度的定位服务,但有些公司想了解该委员会的举措是否会削弱他们自己的业务。其中,海克斯康定位智能公司总裁迈克尔 里特是其中最为直言不讳的人物之一。他对新伽利略服务中“高精度”实际意味着什么表示了一些疑惑。认为精度和收敛时间之间的关系令人三思。里特指出,现有的欧洲PPP和RTK改正网络和服务,已经为现有的勘测、测绘、农业和海上市场服务,并且海克斯康定位智能公司已经提供了三十年的改正服务。他表示,“行业已经在努力解决GNSS改正服务的下一个挑战,但是,免费服务的提供将消除或严重削弱行业依赖的收入来源,以再投资于自主未来的研究和创新”。“现实是我们能够达到我们需要的那种功能安全性和完好性的唯一方式,即需要认证服务。我们更喜欢EC和GSA将使用这些资金来加速伽利略认证服务”。作为回应,欧盟委员会伽利略商业服务经理费尔南德斯表示:“我们认为,从长远来看,高精度正在变得更便宜,并最终获得免费。”因此,委员会希望能够走在这一不可避免的浪潮面前。“有人问伽利略如何高精度会影响行业。但我们提出的是不能与端到端保证服务相媲美的。我们打算提供的信号保持在信号级别。这只涉及提供更好的卫星信息,更好的大气信息,这是卫星导航提供商在过去十年中一直在做的事情”。费尔南德斯提醒与会者,即使在公众可以使用的GNSS开放服务中,稳定性趋势也在增加,然后他说:“业界正在建立伙伴关系,并且正在发展新的商业模式”。“我们的看法是,许多公司已经准备好将高精度与其他服务集成在一起,所以仍然有创新空间”。慕尼黑峰会还有一个重要话题,是关于认证服务的问题,包括GNSS系统性认证服务,还有增强的改正信息的认证服务。对于伽利略计划,有三种不同级别的认证。一种是开放服务的认证,实际上是导航电文的认证,它将提供基本的认证级别和一些反欺骗保护。“这个信号将在E1频率上传播,并可用于单频用户。它针对消费者用户,免费提供,已经原型化并经过测试”。强大而安全的有限访问伽利略公共监管服务(PRS),将提供更高级别的授权验证。在这两者之间将是“新”伽利略商业服务,包括一个数据认证信号,该数据认证信号将由E6C的扩展代码加密和E6B / E1B中的一些辅助数据(包括OSNMA)进行访问控制并收取费用。值得注意的是,即使在由一个GNSS星座提供的服务中,Galileo也会有多种认证选项可供选择,最终用户可以选择确定自己的漏洞和安全需求。关于增强的改正数据的认证,海克斯康定位智能公司创新部门副总裁桑迪 肯尼迪说,她认为,在精度和安全性方面,军事类GNSS要求进入商业领域。 “所有已建立的GNSS应用的风险都在增加,而且随着自动驾驶汽车和经过验证的金融交易位置等新应用的迅速发展,基于伪距的定位远不能满足性能诉求。现在的改正数据源与真正的GNSS信号一样重要”。肯尼迪说,我们根本无法抵御各种攻击,而这些攻击将会发展。因此,随着新信息的出现,GNSS提供商需要保持警惕,积极主动并迅速反应。对最终用户而言,她说:“那么,你想要一辆跑车还是一辆装甲车?决定购买跑车的人重视某些事情;他们想要引擎,他们想要速度,还是可操作性。有人拥有装甲车,它仍然是一辆车,但他们重视安全。他们可能在驾驶性能方面有所提高,但是安全是他们的首要任务。“她建议,这与GNSS接收机一样。 “哪些参数对于特定用户最重要,他们为什么选择其中一个?我们听说有一个非常快速的首次定位时间,当你开车离开停车场,并立即想要解决方案时,那么你可以得到它,但是你必须等待一段时间才能得到一个认证或者验证的解决方案。 用户最终是不得不选择他们愿意接受的漏洞级别? “这真的取决于你对风险的看法,和你是否能够负担得起”。
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    2018/05

    日前,一则“北斗地图APP”5月1日即将上线的消息引起了广泛关注。但其实“北斗地图”的提法就值得商榷。同一个电子地图,无论用北斗系统,还是用美国全球定位系统和其他全球卫星导航系统,都是同样的地图,不存在“北斗地图”一说。这种概念上的错误,可能是由于专业知识不足,混淆了电子地图和北斗导航技术,也可能是商家故意炒作。不过这暴露了一个问题,我国北斗系统需要加强对公众的科普。现在科学界已经形成了共识:科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果快速转化。这些对于北斗来说,也是如此。北斗的科学普及有其特殊性:一是卫星导航涉及国计民生的各个领域和方面,改变着人们的生产、生活和生态方式,所以要求普及度、广泛深入度非常高;二是卫星导航涉及系统性综合性的多种多样的学科分支、技术门类、产业领域、细分市场、应用服务,仅仅从学科上就关系到数学、计算机科学、电子工程、大地测量、地理信息系统和交通运输等;而近年来卫星导航系统的技术及其应用与服务产业的发展迅速,范围不断扩大,创新不断深入,与其他产业的跨界融合日益增多,从导航定位授时领域扩展到非导航门类与范畴,从物联网、云计算、大数据、人工智能等基础领域,拓展到无人驾驶汽车、无人机系统、智能机器人……以上种种均给北斗的科学普及教育带来困难与挑战,同时也是机遇。当前,“大众创业,万众创新”的热潮还在持续,北斗的落地应用仍然有好多基础性的科学普及工作要做,要大力开展,需要全社会共同关心北斗的科普。在全球卫星导航行业,北斗系统属于后来者,美国GPS和俄罗斯格洛纳斯在给用户提供服务时间方面比较早,欧洲的伽利略系统则在北斗前后脚同行,有望在2020年同步进入全球服务。北斗系统对于我国而言,是个新东西,与美国GPS系统相比,起步较晚。需要长远的战略规划、不断改进管理体制、开放透明的政策、持续推进科技创新,才能让北斗系统发挥后发优势,产业真正落地。笔者认为,当前应该要利用一切积极力量和因素,利用一切可以动员的资源,落实工作的责任主体,落实必要的经费,开展科普教育结构化改革,以奠定扎实基础,同时通过讲师团、科普园、体验区、实验室、展览会、博物馆、图书室等多种多样的形式,和文字与图片、书籍与文献、实物与产品、声光电著作等多种多样媒体,把北斗科学普及工作推动起来,人人关心北斗、了解北斗、从事和使用北斗,确保今后我国北斗卫星导航系统的长足发展,为科技强国的实现奠定良好的基础。
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