坚定北斗报国心 织就时空服务网——记中国科学院国家授时中心研究员涂锐及其科研团队

李明丽

涂锐

2021年9月16日，国家主席习近平在首届北斗规模应用国际峰会致贺信。他指出，自去年7月“北斗三号”全球卫星导航系统开通服务以来，北斗系统在全球一半以上国家和地区推广使用，北斗规模应用进入市场化、产业化、国际化发展的关键阶段。同时，习近平主席强调，北斗系统造福中国人民，也造福世界各国人民。中国愿同各方一道，推动北斗卫星导航系统建设、推进北斗产业发展，共享北斗卫星导航系统成果，促进全球卫星导航事业进步，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。

北斗不仅是中国的北斗，也是世界的北斗。在全球数字化发展日益加快，时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施现状下，中国科学院国家授时中心研究员涂锐就担负起这一国家使命，和研究团队一起将北斗卫星导航系统的相关技术，服务于“一带一路”沿线国家。2021年10月8日，由中国科学院国家授时中心牵头，中国科学院中亚生态与环境研究中心、塔吉克斯坦科学院、塔吉克斯坦紧急情况与民防委员会等单位共同参与的研究项目取得了圆满成功。作为项目的总负责人，涂锐领导团队在塔吉克斯坦的萨雷兹湖大坝上建成首个基于北斗技术的大坝变形监测系统，可提供实时毫米级变形监测服务。这项成果，也是北斗系统高质量服务全球、造福人类的成功案例。

国际援助——北斗走进塔吉克斯坦

随着我国北斗导航卫星的强势崛起，越来越多的国家选择与中国进行合作，中国国产北斗基础产品更是出口到了120多个国家和地区。塔吉克斯坦位于丝绸之路的十字路口，几千年以来一直是欧亚经贸、文化和人文合作的重要组成部分，在“一带一路”的目标倡议下，中国和塔吉克斯坦多年来进行了一系列密切交流与合作。而涂锐及其科研团队的研究项目就是基于我国在北斗系统研究中所积累的技术优势，为塔吉克斯坦的萨雷兹湖大坝的安全监测开展国际技术援助。

萨雷兹湖位于塔吉克斯坦东部海拔3263米的帕米尔地区，是1911年2月18日该地区发生强烈地震后形成的天然湖泊，也是世界上海拔最高的堰塞湖。近年来，因地震及其他原因引发萨雷兹湖山岩崩塌现象时有发生，湖区右岸沿着穆兹科尔山脉有一条长约2公里的构造裂缝，也存在山体崩塌危险。英国媒体在2007年将萨雷兹湖的可能溃决列为全球十大潜伏致命自然灾害之一，联合国秘书长古特雷斯也曾前往塔吉克斯坦视察该湖的情况。

据地震学家研究，塔国境内再次发生类似1911年大地震的间隔期为80～120年，目前已有进入地震活跃期的迹象。根据联合国的说法，如果发生溃坝，这会是历史上最严重的自然灾害。受害的不仅是塔吉克斯坦，还有其下游的阿富汗、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦等国共600多万人口，并会严重破坏中亚地区生态环境，损失不可估量。

萨雷兹湖一直是塔吉克斯坦历届政府和联合国重点关注的国际生态问题，其安全问题急需国际援助。在这一背景下，涂锐肩负起这一重任，在研究团队十多年来进行北斗攻坚的基础上，结合萨雷兹湖恶劣环境条件，开始了萨雷兹湖变形监测系统的研制工作。

攻坚克难——成功建立萨雷兹湖变形监测系统

摆在涂锐团队面前的任务远比想象中艰巨。萨雷兹湖位于塔吉克斯坦军事禁区，最大困难就是没有交通，没有供电，没有网络，如想建立相关的监测系统，必须要自行解决电的问题以及网络的问题。除此之外，所研发的硬件系统还要便于运输与安装，才能在恶劣的自然环境下，顺利完成相关科研任务。在准确分析团队所面临的科研难题之后，涂锐便领导团队开始了一系列科研攻关。

2021年4月初，萨雷兹湖大坝变形监测系统项目组在我国新疆阜康站建设部署模拟测试系统。4月26日，该系统正式运行，进入集成测试阶段。期间，涂锐团队模拟了长时间断电、通信链路丢失与自动恢复、供电系统远程监测、数据实时传输与精密解算等，分析测试期间故障原因，改进、升级与完善监测系统的软硬件。

通过不断探索，涂锐团队实现了基于萨雷兹湖变形监测系统的硬件和软件的自主创新，其硬件系统具备低功耗且重量很轻的特性，十分便于运输。而针对供电问题，他们结合萨雷兹湖大坝光照较强的特性，采取光伏供电以及电池长期存储的方式，保证系统在3个月的阴雨或冰雪期保持连续供电。经过一个多月的野外运行，项目组验证了监测系统实施方案的可行性，完成了测试工作目标。

硬件和软件设备准备完好之后，下一步便是运输工作。因为新型冠状病毒肺炎疫情，涂锐团队研发的监测系统必须在国内完成设计和测试工作，在满足安装简单、无人值守、稳定运行等要求后，需将设施邮寄到塔吉克斯坦进行实地安装集成。当时塔吉克斯坦国内只有一架可以使用的直升机进行设备运输，但是因为这架直升机忙于国内的应急救援，一直抽不出时间安排，因此涂锐团队不得不采取人工运输。

为了配合设备的运输工作，塔吉克斯坦动用了40头军驴、30名军人、10位科学家，历时10天才将相关装备成功运输到大坝上。“当时已经到了冬季的9月份，萨雷兹湖已经进入了冰冻期，浩浩荡荡的队伍向山上进军，人和牲畜都经历了巨大考验。”涂锐说。因为无法亲临现场指导设备的安装，涂锐团队为保证项目顺利完成，设计了详细的实施方案和故障排除预案，并在中国科学院新疆阜康荒漠生态国家野外科学观测研究站进行了全面、系统的真实野外环境测试。在这一过程中，他们只能通过北斗短报文的功能了解到相关项目的进展，最终在他们的精心部署以及不断努力下，成功建成了基于萨雷兹湖的变形监测系统。

涂锐介绍道：萨雷兹湖大坝变形监测系统是针对塔吉克斯坦萨雷兹湖Usoi大坝特殊恶劣环境定制的大坝变形实时监测系统，由北斗一体化监测终端、太阳能光伏供电模块、区域网络传输和VSAT卫星网络通信模块、实时数据精密解算模块4部分构成，具备北斗数据的实时采集、传输、解算与分析功能，进而实现坝区基准站的稳定性监测和坝体监测点的变形监测服务，为大坝的安全提供重要科学参考。

为进一步推进和推广北斗应用，结合桥梁、尾矿、滑坡、楼宇、大坝等广泛的变形监测需求，涂锐团队还基于萨雷兹湖大坝变形监测系统研制并推出“一带一路”北斗泛在变形监测服务平台，可为用户提供北斗实时高精度变形监测数据解算技术服务。而萨雷兹湖大坝变形监测系统的建成，不仅是北斗走向国际的成功案例，更是助推中国与中亚国家合作全面深化发展的里程碑。

结缘北斗——十年磨一剑的成长积淀

作为萨雷兹湖大坝变形监测系统的项目总负责人，涂锐负责着与塔方的交流沟通、项目的方案设计及具体的技术攻关和实际落地。谈及项目的成功，涂锐颇为感慨：“其实技术攻关并不是今年这么短的时间内就一蹴而就的，这是我们十年来技术积累的集中发力。”不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。如今，回想起自己与北斗领域的研究结缘、成长的历程，涂锐仍十分感慨这份际遇的神奇。

涂锐出生于20世纪80年代，在他的中学时期，社会网络信息资源仍不太发达，因此在大学选专业时并没有很多有效的信息参考。因为憧憬于西安古都的美好，又被长安大学的名字所吸引，涂锐报考了长安大学，兜兜转转被调剂到了并不是自己首选的测绘工程专业，而卫星导航技术作为测绘工程中一个新的空间技术，涂锐在循序渐进的学习探索中，逐渐对其产生了浓厚的兴趣。

本科毕业后，本想参加工作的涂锐，获得了学校的研究生推免名额，品学兼优的他，以复试第一名的成绩脱颖而出，顺利拿到了推免资格，开始在长安大学继续攻读硕士学位。在导师的引领下，涂锐在硕士三年级时就已经在研究领域发表了10多篇科研论文，展现了极高的研究天赋。硕士毕业后，涂锐得到了国家留学基金委的公派资格，前往德国攻读博士学位。涂锐仅用3年就完成了原本4年制的学业，并于2014年11月顺利获得了德国波茨坦地学中心和波茨坦大学博士学位。在高精度、高质量、高安全的时空信息智能化感知与创新应用方向积累了大量研究经验的背景下，涂锐最大的愿望就是用自己掌握的科研技术尽快回报祖国。

中国科学院国家授时中心从2002年就开始承担北斗一期、二期的建设工作，承担了我国北斗很多大项目、大技术攻关工作。在导师的推荐下，涂锐来到了中国科学院国家授时中心，投身于我国北斗项目的技术攻关中，开展了一系列创新性科研探索。

为国而研——扎根北斗的无止境探索

“我们身处在最好的时代中，刚好碰到国家大力发展北斗的时期。”涂锐时常这样感慨。在涂锐看来，北斗系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与百姓生活关联最紧密的巨型复杂航天系统。能够亲身参与到这项世界级工程中，涂锐深感自豪。在中国科学院国家授时中心，涂锐参与了多项国家级科研项目。

北斗地基增强系统是一套可以使北斗定位精度达到厘米级的系统，于2014年9月正式启动研制建设。其成功建设对提升北斗系统服务质量，加速推进北斗卫星导航应用与产业化具有重要意义。在2015年回国之后，涂锐就全身心参与到了这一项目研究中。“这个项目是北斗系统中的一个重大专项，其中所涉及的一些关键技术，都是我们展开科研攻关的核心。”涂锐说。而他所参与的北斗地基增强系统，现如今已经基本上覆盖了中国的每一寸土地。

近年来，中国、美国等主要卫星导航国家瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务，正在着手开展新一代系统建设和新一轮竞技。低轨卫星（LEO）以其星座和信号的独特优势，逐步受到世界卫星导航领域的关注和青睐，有望成为新一代卫星导航系统发展的新增量。“低轨卫星可以作为通信卫星，帮我们转发一些增强信息。除此之外，它也能发射导航信号，增加我们的导航信息。其将‘导’和‘通’的优势相结合，会使北斗的性能越来越好。”涂锐说。

在北斗低轨增强系统研制中，涂锐及团队主要在地面应用部分进行研究探索。在这一领域中，他们将研究低轨增强北斗测量型接收机终端技术，研制原型样机；攻关信息增强和信号增强融合定位技术，实现快速精密定位；研制云端/终端低轨增强北斗的工程化定位软件，实现实时定位解算处理等，立志在这一领域中为祖国作出更多突出的科研贡献。

团队合影

薪火相传，生生不息。科研精神、北斗精神需要代代传承。2020年，习近平总书记在出席“北斗三号”全球卫星导航系统建成暨开通仪式时，曾指出：26年来，参与北斗系统研制建设的全体人员迎难而上、敢打硬仗、接续奋斗，发扬“两弹一星”精神，培育了新时代北斗精神，要传承好、弘扬好。在这一背景下，涂锐也坚定承担起了人才培养的使命。

在涂锐看来，人才的培养也要与时俱进。“现在的时代对学生的要求已经不只是考试能力强、动手能力强，其解决问题的实践能力以及交流适应能力也十分重要。”他说。身处于信息时代，学生们获取的资讯比之前更多，思想也更加成熟，老师不能用传统方式去给学生灌输思想，而是要更多体会到学生的需求，挖掘学生的天赋，把他们培养成社会需要的人才，让他们在各行各业发挥自己所长，将北斗精神传播到各个领域中。

“积力之所举，则无不胜也；众智之所为，则无不成也。”北斗这项世界级工程，必须充分发挥集中力量办大事的制度优势。在“十四五”的发展背景下，涂锐团队还将面向低轨增强的精密定位定时技术及应用这一方向，将自己的研究生根，立志在低轨增强地面应用系统的核心软件研制中打造属于中国科学院国家授时中心的团队颜色，实现“1分钟1分米1纳秒”的精准时空信息服务，最终得到社会的认可。时空令人遐想，未来更加可期。今后，涂锐还将和团队成员一起以奋发有为的精神状态、不负韶华的时代担当，将北斗这张“国家名片”打造得更为闪耀。