卫星同步时钟系统在大规模考试时间监控中的应用

纪龙蛰 单庆晓 林 明

1 引言

目前，我国有许多不同类型的大规模考试，如中考、高考、公务员考试、资格认证考试、等级证书考试等。由于考生人数多，社会关注度高，考试各环节的公平性问题日渐显现。其中考试时间的控制在近两年出现问题较多，并成为考试事件，引起社会的负面反应。传统的计时手段和时钟设备精度较低，可靠性难以得到长期保证，并且完全依赖于人工操作，存在众多事故隐患。卫星导航系统在世界范围内得到了广泛应用，我国的北斗卫星导航系统也已全面投入运行，利用卫星导航系统的授时功能实现考场时钟的精确同步和定时控制是一种有益尝试，具有良好的发展潜力和现实需求。

2 使用时钟监控考试时间存在的问题

我国现有的大规模考试都会安排各地各考场按照统一的时间节点进行，无论是进入考场、考试开始、考试结束还是试卷上交均有严格的时间要求，不容许监考人员和考场设备出现任何偏差或失误，尤其是对于诸如高考、公务员考试等国家统一组织调度、能够影响到考生前途命运的考试来说，考场时间监控的准确度是对所有考生公平公正的一项基本保证。具体操作中，由于考试时间节点的把握都是由监考人员控制，存在不同考点、不同地区和不同人员的客观差异性，导致近年来出现了一系列因为考场时间监控问题造成的事故，带来了不良的社会影响。

在刚刚结束的2012年高考中，就曾发生了几起因考点时钟计时不准导致的不良事件。6月7日，四川广元某考场的挂钟因机械故障慢了近30分钟，致使考生深受影响；6月8日，湖南洞口某考场的监考人员提前4分多钟收卷，导致考生措手不及；而在同一天，上海某考点一名考生因迟到2分钟被挡在了英语科考试的考场门外，痛失参加考试的机会。

高考考场的时钟失准给这场“最严格的考试”蒙上了一层阴影，而其中最主要的问题便是各考场的时钟设备。据了解，目前我国各地的高考考场广泛使用机械钟或石英钟进行计时，其校准、对时、检测、维修均由考务人员完成，抛开人工操作未知因素不谈，单是钟表本身就存在基准不统一、内部振荡器频率漂移、电池供电无法保证、元器件老化等问题，长时间用来计时必定存在累计误差和事故隐患。上述考点时钟计时错误的事件恰恰反映了使用传统机械钟或石英钟作为考场时间监控的标准已无法满足要求越来越严格苛刻的考试，而另一方面，分布在全国各地的考点要保证考试结束前考题的安全保密和各时间节点的准确同步，在现有的计时系统组织协调中也几乎是不可能的。这就要求运用新的时钟同步和标校技术为各类大规模考试的考场提供准确的计时保障。

3 卫星导航系统及其授时功能

卫星导航系统是发达国家从20世纪中期开始建设的用于导航定位和授时服务的全球工程，经过50多年的发展，目前已有美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略和我国的北斗四个卫星导航系统投入了运行使用。卫星导航系统均搭载了高精度的原子钟作为时间基准，可以与国际统一的标准时间精确对准，具有向地面用户提供纳秒级精度授时的功能，并且不受地形地貌的影响，通过无线电信号的发播实现全天候、全球性的时间服务。

目前我国使用较为广泛的是美国GPS系统和北斗卫星导航系统。特别是随着国家大力发展的北斗系统投入稳定运行，利用卫星同步时钟进行高精度计时已广泛应用于各个领域。地面用户通过授时终端接收卫星信号，便可与国家授时中心发布的标准北京时间实现严格同步，计时误差小于千万分之一秒，保证任何地点的时钟在任意时刻的绝对高精度和高可靠性，并且永远不需要进行校准，这些优势都是传统的机械钟或石英钟远无法比拟的。无论是GPS系统还是北斗卫星导航系统都免费向全球用户开放，因此利用卫星导航系统进行精密定时方便快捷，其相关技术已非常成熟。

4 卫星同步时钟在考试时间监控中的应用

利用卫星导航系统实现高精度授时功能可以有效满足大规模考试中对于准确、可靠和同步计时的要求，使得现有的考场时钟协调控制模式发生质的飞跃。

为了将卫星同步时钟应用在考场中，需要在作为考场使用的各考点安装卫星信号接收终端、射频天线、时间信息显示屏（或者是已将天线、终端和显示屏集成在一起的时钟系统），并根据需要将各考点的时钟系统联网控制，还可以进一步为监考人员配发卫星授时手表，通过系统调试确认每一台时钟都可以正常接收到北斗卫星或者GPS卫星的信号。只要各时钟处于工作状态，其时间就一定会显示为标准北京时间，这样就保证了在进行全国范围的重要考试时，各地不同考点之间的时钟系统和监考人员的钟表计时绝对准确并且严格同步，避免了由于时钟计时故障或误差导致的考场事故，为考试的有序进行和公平公正提供根本保障。

利用卫星同步时钟系统进行考试时间的精准控制与目前所采用的机械钟及石英钟计时有着本质上的区别。从时钟基准来看，用机械钟或石英钟计时完全依赖于人工校准，对时准确度低，不确定因素复杂多变，无法保证各时钟的可靠工作；而卫星同步时钟溯源到国家授时中心的标准北京时间，在全国各地的考场内呈献给考生和监考人员的是绝对准确的统一时间，不存在任何偏差，可信度高。从时钟同步来看，不同考场的机械钟或石英钟本身就存在着较大的性能和准确度差异，没有任何同步措施，导致不同地区、不同考场或者不同人员的钟表之间不可能达到严格的准确一致，存在诸多问题隐患；而卫星同步时钟是一个稳定有序的运行系统，分布架设在全国范围内不同考点的时钟和监考人员的卫星授时手表在卫星导航系统的大框架下组成网络，相互之间互不影响，均与标准北京时间标校对准，不存在任何计时上的差异，是严格同步运行的，考生和监考人员只要按照同步时钟系统显示屏上的信息遵照考试时间节点进行安排就不会出现任何差错。从实用性来看，机械钟和石英钟需要定期检修和校准，并且人工操作不可避免地存在各种误差，在考试过程中无法保证其绝对准确可靠地进行计时；而卫星同步时钟在使用时仅需要接通电源，高精度的时间信息便可清晰地显示出来，不需要进行任何的人工校准和控制操作，既简单便捷又安全可靠。

从技术上看，我国卫星同步时钟的研发已具有较高水平，成本已能够控制在千元以内，卫星信号接收终端、时间显示系统均有大量成熟商品可供选购，并且这些国产设备工作稳定性和计时准确度都不亚于国外产品。一方面，国家对高考、公务员考试、资格等级认证考试等大规模全国性考试的保障要求逐年提高，另一方面，科技部门积极投入并大力推动着北斗应用产业的良好发展，这就使得卫星同步时钟进入考场变得越来越具有可行性。

据了解，已有卫星导航厂商成功研制出高精度北斗授时手表，可通过接收北斗卫星信号进行实时校准，保证时钟与北京时间的准确一致，这种手表可配发给监考人员作为计时参考，替代机械表或石英表进行时间节点的把握和控制，按照高度统一的时间收发试卷。

5 未来展望

随着考试规模的持续增长，社会和民众对于考试组织过程中出现的一系列问题表现出了极大的关注，这就要求考试的组织部门对考试的各个环节进行改进和完善。将卫星同步时钟系统应用于大规模考试的时间监控，无论是从技术还是从市场需求来看，都具有广阔的发展前景。目前，国内卫星导航领域正呈现出百花齐放的良好态势，这都为卫星同步时钟系统的应用提供了有利的条件。当然，将卫星同步时钟应用于考试时间监控中也存在一些现实问题，例如，需要对考场进行大范围升级改造，工程量较大；高精度时钟在日常使用率低，如何进行维护并提高其使用率是值得探讨的问题。相信随着技术的不断发展，这些问题都可以得到很好解决，卫星同步时钟系统在未来会成为考试时间准确监控的设备保证。

[1]谭树森.卫星导航定位工程（第2版）[M].北京：国防工业出版社.2010.

[2]郭信平，曹红杰.卫星导航系统应用大全[M].北京：电子工业出版社.2011.

[3]李晓磊，吴昊.浅论高考时间的改革与考试的人本化[J].华中师范大学研究生学报，2007（4）.