北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用

周 田，張 輝，張 翔

（1.北京衛(wèi)星導航中心，北京100094；2.93307部隊，遼寧沈陽110000）

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用

周 田1，張 輝1，張 翔2

（1.北京衛(wèi)星導航中心，北京100094；2.93307部隊，遼寧沈陽110000）

當今城市面臨對于社會經(jīng)濟發(fā)展和生活質量提高等嚴峻挑戰(zhàn)，“智慧城市”概念在應對這一挑戰(zhàn)背景下應運而生。本文介紹了智慧城市的理念、特征及發(fā)展前景，從智能交通、智能家居和智慧物流三個方面，對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用進行了探索，相關構想對我國智慧城市建設，以及城市可持續(xù)發(fā)展具有參考意義。

北斗導航；智慧城市；智能交通；智能家居；智慧物流

0 引 言

作為人類的交易中心和聚集中心，城市是人類步入社會文明時代的標志，其作為區(qū)域中心和政治中心的地位不斷增強。麥肯錫全球研究院的一項統(tǒng)計表明，世界上10%的人口居住在全球30個大都市[1］。我國現(xiàn)階段正處于城市化高速進程狀態(tài)，我國國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)顯示，2013年末中國城鎮(zhèn)人口占總人口比重超過50%.城市人口劇增，城市規(guī)模迅速擴大，與此同時，交通系統(tǒng)擁堵、城市管理低效、應急系統(tǒng)不通暢等序列社會問題不斷涌現(xiàn)，正成為城市可持續(xù)發(fā)展的障礙?？朔F(xiàn)有城市發(fā)展困境并尋求新的發(fā)展動機是當前迫切需要解決的難題。近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代技術為核心的智慧城市建設理念被提出并為廣泛接受[2］，被認為是解決當前城市發(fā)展核心問題的有效方法，成為未來城市發(fā)展的主要方向。智慧城市80%以上的信息與時間和空間有關，需要位置、速度、時間及地理信息[3］。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后世界上第三個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，其正式投入運行，結束了我國完全依賴美國GPS的歷史[4］。實踐證明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、使用方便，對我國的國防建設、森林防火、抗震救災、海洋漁業(yè)、交通運輸、物流、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮至關重要的支撐作用。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有定位、測速、授時、短報文通信功能[4－6］，是智慧城市的重要基礎設施，中國科學院院士楊元喜更是明確指出，發(fā)展以北斗為支撐的智慧城市應成為國家戰(zhàn)略[3］。

針對智慧城市建設，日本的Prendinger等[7］利用虛擬實驗室構建東京智慧城市3D模型，研究了導航系統(tǒng)在智能交通上的作用。意大利的Zanella等[8］構架了城市物流網(wǎng)，并探討其在智能城市建設中的應用。西班牙的Martinez－Balleste等[9］注意到智能城市建設中相應出現(xiàn)的公民隱私權暴露問題，提出了一系列應對措施。國內王冠生等[10］對北斗衛(wèi)星在智慧交通、智慧減災、智慧社區(qū)等方面進行了評述。張攀等[11］從交通、水電、環(huán)保等多方面探討了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用。李德仁院士等[12］基于智能傳感器網(wǎng)和對地觀測網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)新技術，探討了數(shù)字城市發(fā)展到智慧城市的必然趨勢和基礎理論。

本文利用北斗導航系統(tǒng)的特點對智慧城市建設進行了探索，闡明了智慧城市的理念，對北斗導航在城市建設中智能交通、智能家居以及智慧物流等幾個關鍵領域的應用進行了探討與展望。

1 智慧城市

迄今為止，智慧城市并無嚴格定義，其概念大致起源于2008年IBM公司提出的“智慧地球”理念，構想充分利用IT技術，將各類傳感器裝備在世界各個角落，將電網(wǎng)、跌路、公路、隧道等有機聯(lián)合，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再通過互聯(lián)網(wǎng)將“物聯(lián)網(wǎng)”整合，實現(xiàn)全球智慧狀態(tài)。兩年后IBM又提出“智慧城市”理念，在《智慧的城市在中國》白皮書中對“智慧城市”的定義是：“能夠充分運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關鍵信息，從而對于包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務、工商業(yè)活動在內的各種需求做出智能的響應，為人類創(chuàng)造更美好的城市生活”。

智慧城市是人類對未來理想生活的一種美好愿望，人們可以借助科技的力量盡享便利的生活，并與環(huán)境和諧相處。智慧城市更是解決目前城市發(fā)展過程中遭遇到的諸多問題，如安全隱患、矛盾突出、資源不足、交通擁堵、環(huán)境污染等制約城市發(fā)展問題的重要途徑。目前，很多國家已經(jīng)開始建設智慧城市，中國智慧（數(shù)字）城市的理論研究和關鍵技術體系研發(fā)，仍基本處于起步階段。

2 北斗導航在智慧城市中的應用

2013年9月，國務院辦公廳發(fā)布的《國家衛(wèi)星導航產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》指出，如今全球衛(wèi)星導航產業(yè)三大發(fā)展趨勢之一，便是從以導航應用為主，向導航與移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等融合應用轉變。北斗也需要在這樣的歷史機遇期，進一步與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術相融合，主動融入智慧城市等新領域的發(fā)展，提供更多具有行業(yè)特色的位置、導航、時間和通信服務。

2.1 智能交通

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，城市人口增多，汽車的數(shù)量持續(xù)增加，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象日趨嚴重，由此引發(fā)的環(huán)境噪聲和大氣污染等已經(jīng)成為現(xiàn)在社會面臨的嚴峻問題。智能交通系統(tǒng)作為近十年大規(guī)模興起的改善交通堵塞減緩交通擁擠的有效技術措施，越來越受到國內外政府部門和專家學者的重視，在許多國家和地區(qū)也開始了廣泛的應用。

智能交通即高度智能化程度的交通系統(tǒng)，在GPS、射頻識別、GIS等技術的集成應用和有機整合的平臺下而建立的一種大范圍內、全方位發(fā)揮作用的高效、便捷、安全、環(huán)保、舒適、實時、準確的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。目前我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展迅速，完全可以取代GPS在智能交通系統(tǒng)中的作用，甚至北斗系統(tǒng)所具有的短報文通信服務功能，作為一項優(yōu)勢將比GPS更適合應用在智能交通系統(tǒng)中，北斗系統(tǒng)將在我國的智能交通系統(tǒng)中具有更加重要和更廣泛的應用。

1）智能交通監(jiān)控與管理系統(tǒng)。利用北斗系統(tǒng)將采集到的各道路的車流量情況進行實時采集與整理，對道路交通狀況進行分析，實時的監(jiān)控各交通路段的車輛信息。同時將收集到的路況信息上傳到智能交通系統(tǒng)中，利用北斗系統(tǒng)的短信通信功能以語音播報的形式為駕駛員提供交通路況信息，選擇合理的駕駛路線，合理避開擁堵區(qū)。

2）行車安全管理。通過對北斗系統(tǒng)位置信息的顯示分析，能對道路上一些不安全的行為進行記錄，以便事后及時處理，加快事故的確認和處理，使受阻的路段盡快恢復通行，提高道路交通運營能力。如超速行駛，在單行線上逆行，不按交通限制行駛等情況。

3）公交車監(jiān)控和調度。利用北斗系統(tǒng)的短報文通信功能，公共交通管理部門可以采用車輛監(jiān)管系統(tǒng)對各車發(fā)回的信息進行綜合分析，再將調度命令發(fā)送給司機，及時調整車輛運行情況，實現(xiàn)有效管理。同時，還可以推廣使用電子站牌，電子站牌通過無線數(shù)據(jù)鏈路接收即將到站車輛發(fā)出的位置和速度信息，顯示車輛運行信息，并預測到站時間，為乘客出行提供方便。

4）緊急援助。通過北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行定位，并結合交通監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖可顯示求助信息和報警目標，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，幫助值班人員快速的進行應急處理。

2.2 智能家居

隨著經(jīng)濟的快速增長和社會的發(fā)展，快節(jié)奏的生活狀態(tài)得人們越來越追求高品質的生活，人們對舒適，方便，高效的生活環(huán)境的渴望愈來愈強烈。如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)成為當今世界的一個熱點問題。智能家居是建設智慧城市的一個重要環(huán)節(jié)，它能夠為家庭提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。

北斗系統(tǒng)最大的特色在于提供有源定位和短報文通信服務，這也是北斗相對其他導航系統(tǒng)的優(yōu)勢。利用北斗的短報文通信功能和定位功能，通過信息傳感設備和智能控制系統(tǒng)，將與家居有關的子系統(tǒng)與北斗終端設備結合起來，進行監(jiān)控，管理，信息交換和通信，同時通過嵌入有北斗芯片的手機發(fā)送指令到智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對住宅內所有燈及各種電器的遠程控制。回家前，通過手機發(fā)送信息提前啟動熱水器、空調、洗衣機和電飯煲等設備；而家里的各種電器設備也可以通過觸動信息傳感設備并發(fā)送信息到戶主的手機上。如果家中出現(xiàn)煤氣泄漏或者火警，傳感器監(jiān)測到之后會及時觸動智能控制系統(tǒng)發(fā)送信息通知戶主和警方以及小區(qū)物業(yè)，即使不幸遇到小偷潛入，安防設備會自動報警，并通知小區(qū)物業(yè)和發(fā)送信息的方式通知到戶主。這一切都將改變過去的家居方式，使生活更便捷，更美好。

2.3 智慧物流

目前，網(wǎng)上購物越來越多，而且呈飛速發(fā)展趨勢，越來越多的物品流動，也造成了一定程度上的混亂，這給顧客帶來了很多憂慮。目前，國內制造企業(yè)物流信息化水平普遍不高，大都采用“人工＋條形碼”的方式，該方式效率低、人力成本高，已越來越不能滿足現(xiàn)代物流行業(yè)提升核心競爭力的需求。傳統(tǒng)的物流方式已逐漸無法適應快速發(fā)展的電子商務的需求。

智慧物流概念的提出可以有效地解決這個隱患。智慧物流是將射頻識別、傳感器和導航定位系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術通過信息處理和網(wǎng)絡通信技術平臺廣泛的應用于物流的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)自動化運作和高效率管理。智慧物流概念的提出契合了現(xiàn)代物流的智能化、網(wǎng)絡化、自動化、實時化的發(fā)展趨勢，對物流業(yè)的影響將是全方位的。

利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在物流車輛、中轉環(huán)節(jié)設備中安裝北斗導航終端，并在導航終端上設計射頻識別讀寫器和處理器；在買家購買商品后，自動生成一個射頻識別電子標簽，物流公司在接收貨物后將電子標簽貼于商品上。在物流過程的每一個環(huán)節(jié)中，貨物的射頻識別通過傳感芯片與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行信息傳遞，從而實現(xiàn)了對物流過程的實時監(jiān)控。貨物損壞、掉包、丟失，甚至是誰什么時間將貨物搬運到什么地點都可以準確查出，使業(yè)務流程公開、透明地呈現(xiàn)出來。這不僅有效避免了一些人為的過錯，同時也明確了各方的責任。

3 結束語

本文介紹了智慧城市的基本概念，從智慧教育、智慧物流、智慧家居三個方面舉例說明了北斗在智慧城市建設中的應用設想。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市的建設和發(fā)展中的應用非常廣泛，除了以上三個領域，北斗在氣象應用、搶險救災、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等方面都有很廣闊的應用前景，將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與智慧城市緊密結合是應對公共安全，事故災難、反恐維穩(wěn)、提高政府決策能力的和重要手段，并為城市宏觀管理和輔助決策提供支持。

將北斗衛(wèi)星導航技術應用到智慧城市中，既能促進智慧城市的建設發(fā)展，也可對北斗導航衛(wèi)星產業(yè)的發(fā)展起到很好的促進作用。隨著北斗導航系統(tǒng)功能的進一步完善，北斗導航系統(tǒng)的應用領域將進一步得到大膽探索和嘗試。以北斗為支撐的智慧城市將成為國家重大經(jīng)濟發(fā)展策略和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐。

[1]DOBBS R，SMIT S，REMES J，et al.A urban world：Mapping the economic power of cities[R］.McKinsey Global Institute，2011.

[2]袁遠明.智慧城市信息系統(tǒng)關鍵技術研究[D］.武漢：武漢大學，2012.

[3]楊元喜.智慧城市與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)[C］//第八屆中國智慧城市大會，2013.

[4]楊元喜.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進展、貢獻與挑戰(zhàn)[J］.測繪學報，2010，39（1）：39－45.

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[11]張 攀.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用探討[J］.全球定位系統(tǒng)，2013，38（4）：71－74.

[12]李德仁.從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實踐[J］.地理空間信息，2011，9（6）：1－5.

作者簡介

周 田（1988－），男，助理工程師，主要研究方向為衛(wèi)星導航。

張 輝（1985－），男，碩士，助理工程師，主要研究方向為衛(wèi)星導航。

張 翔（1981－），男，助理工程師，主要研究方向為衛(wèi)星導航。

Application of Beidou Satellite Navigation System in Intelligent Cities

ZHOU Tian1，ZHANG Hui1，ZHANG Xiang2
（1.Beijing Satellite Navigation Center，Beijing100094，China 2.93307 Troops of PLA，Shenyang110000，China）

Cities nowadays face complex challenges to meet objectives regarding socio－economic development and quality of life.The concept of‘intelligent’cities is a response to these challenges.This paper introduces the concept，characteristics and development prospect of the intelligent cities，and explores the application of Beidou Satellite Navigation System in the construction of intelligent city.Three aspects，including intelligent transportation，intelligent house and intelligent logistics，are studied in this paper，for the purpose of providing significant reference to the country＇s city construction and sustainable development.

Beidou Satellite Navigation System；intelligent cities；intelligent transportation；intelligent house；intelligent log istics

P228.4

A

1008－9268（2015）01－0082－04

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.019

2014－06－23

聯(lián)系人：周田E－mail：297476803＠qq.com