北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用

丁煜朔

（西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，陜西 西安 710072）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用

丁煜朔

（西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，陜西 西安 710072）

摘 要：伴隨著城市擴(kuò)大化，“城市病”成為困擾各個(gè)城市的建設(shè)與管理的首要難題，資源短缺、環(huán)境污染、交通擁堵、安全隱患等問題日益突出。聯(lián)合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和新一代通訊技術(shù)等信息技術(shù)，建立智慧城市，將成為解決城市問題的可行方案。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全天候、全天時(shí)快速定位、短報(bào)時(shí)通信、精密授時(shí)服務(wù)三大功能，為物聯(lián)網(wǎng)提供了導(dǎo)航信息和測(cè)繪信息等核心信息。智慧交通、智慧社區(qū)、智慧環(huán)保、智慧快遞等北斗衛(wèi)星民用項(xiàng)目的建立，可以促進(jìn)北斗衛(wèi)星深入人們的生活，逐步獲得人們的認(rèn)可。對(duì)北斗衛(wèi)星進(jìn)一步投入到我國(guó)全方位應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義，進(jìn)而更好地服務(wù)于城市建設(shè)和管理，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星；智慧城市；城市管理；居民生活

21世紀(jì)，城市面積和城市人口激增，城市不斷擴(kuò)大，資源短缺、環(huán)境污染、交通擁堵、安全隱患等城市問題日益突出，居民生活受到極大影響。與此同時(shí)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、下一代通信技術(shù)等新一代信息技術(shù)迅速發(fā)展，以此為基礎(chǔ)，致力于解決城市問題的“智慧城市”概念應(yīng)運(yùn)而生。

2008年11月，在紐約召開的外國(guó)關(guān)系理事會(huì)上，IBM提出了“智慧地球”這一理念；2009 年1月，奧巴馬與工商領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會(huì)議”，積極回應(yīng)“智慧地球”理念和愿景，并將其上升為國(guó)家戰(zhàn)略。2009 年9月，IBM 與美國(guó)愛荷華州的迪比克市共同宣布， 建設(shè)美國(guó)第一個(gè)“智慧城市”。同年7月，日本推出“I-Japan（ 智慧日本） 戰(zhàn)略2015” ， 欲將數(shù)字化信息技術(shù)融入社會(huì)生活的方方面面。11月，歐盟圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用制定了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》。

2008 年底， IBM 在“智慧的城市在中國(guó)突破 ”戰(zhàn)略基礎(chǔ)上與我國(guó)十多個(gè)省市簽署了“智慧城市 ”共建協(xié)議， 從此我國(guó)“智慧城市 ” 的建設(shè)和發(fā)展走向了對(duì)傳統(tǒng)管理體制的突破和創(chuàng)新的道路。

我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完善加速了智慧城市的創(chuàng)建，作為信息傳輸?shù)闹匾侄?，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可或缺。本文將從智慧城市的技術(shù)應(yīng)用，平臺(tái)建立和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下的智慧城市應(yīng)用方案等方面，介紹北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用?；诒倍沸l(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的智慧城市將促進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)深入城市居民生活，極大地拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

1 智慧城市的技術(shù)應(yīng)用

智慧城市可理解為：把傳感器裝備到城市生活的各種物體上，通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)整合，智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物，包含智慧傳感網(wǎng)、智慧控制網(wǎng)和智慧安全網(wǎng)。

1.1 北斗衛(wèi)星

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過(guò)程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時(shí)發(fā)送詢問信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用戶的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

北斗衛(wèi)星具有全天候、全天時(shí)快速定位、短報(bào)時(shí)通信、精密授時(shí)服務(wù)三大功能，為物聯(lián)網(wǎng)提供了導(dǎo)航信息和測(cè)繪信息等核心信息。導(dǎo)航信息包括位置、速度、時(shí)間，它們是物聯(lián)網(wǎng)核心信息；測(cè)繪和地理信息包括周圍環(huán)境（影像信息）、地理空間信息、虛擬空間信息等，是物聯(lián)網(wǎng)的參照信息。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。兩院院士李德仁巧妙形象地把它描述為，把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、交通設(shè)施、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，也就是物理設(shè)施首先被感知（ 感知層），然后通過(guò)有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)等信息 技術(shù)使物理設(shè)施向外延伸并相互連接（ 傳輸層），最終達(dá)到為用戶提供豐富的特點(diǎn)服務(wù)的目的（應(yīng)用層）。

1.3 云計(jì)算

云計(jì)算是一種基于網(wǎng)絡(luò)的支持異構(gòu)設(shè)施和資源流轉(zhuǎn)的服務(wù)供給模型，側(cè)重于信息的處理和存儲(chǔ)，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。智慧城市多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間需要信息共享交互，各不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要共同選取數(shù)據(jù)綜合計(jì)算、分析，最終得出綜合結(jié)果，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的信息處理中心。

1.4 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

創(chuàng)建智慧城市的根本目的是服務(wù)城市居民，使其生活更加便捷。正如我們所見，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)正在滲透進(jìn)人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，因此移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)便成為智慧城市的智能終端。

2 智慧城市網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建立

所謂網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是指用戶獲取所需信息的手機(jī)客戶端或者網(wǎng)站。這就需要開發(fā)相應(yīng)的軟件產(chǎn)品或者建立相關(guān)服務(wù)網(wǎng)站，用戶可以根據(jù)所需服務(wù)自主選擇軟件。這些軟件不是分散的，而是集中在一個(gè)應(yīng)用軟件庫(kù)里，方便用戶選擇。客戶端可以在手機(jī)或者電腦等設(shè)備運(yùn)行，利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，便捷地得到城市生活信息。對(duì)于城市管理者或者城市建設(shè)人員，同樣可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)獲取信息，從而完成協(xié)調(diào)城市資源分配、保護(hù)居民生活安全、治理城市環(huán)境等工作。

3 北斗衛(wèi)星在智慧城市中的應(yīng)用項(xiàng)目舉例

將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相聯(lián)系，建立一個(gè)覆蓋整個(gè)城市的巨大網(wǎng)絡(luò)，市民的出行、購(gòu)物、醫(yī)療等等一切信息都可以查詢；面對(duì)突發(fā)事件，可以快速求助、高效救援；對(duì)城市環(huán)境、道路、公共設(shè)施實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便監(jiān)督管理?？梢栽O(shè)想，這樣的城市生活將會(huì)更加高效便捷。

3.1 智慧交通

無(wú)論是上班族還是學(xué)生對(duì)于等公交車都是頗有怨言，等車耗費(fèi)了大量時(shí)間，對(duì)于快節(jié)奏的城市生活，節(jié)省時(shí)間便可以獲得收益，正所謂時(shí)間就是金錢。而有車一族同樣免不了交通問題，隨著家庭用車的增加，堵車、交通事故等頻頻發(fā)生。智慧交通可以解決上述問題，方便城市居民出行。

通過(guò)有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把公共汽車、出租車、私家車等車輛、監(jiān)控疏導(dǎo)系統(tǒng)、交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)以及收費(fèi)、紅綠燈等系統(tǒng)進(jìn)行物聯(lián)，利用北斗衛(wèi)星提供高可靠、高精度的定位、測(cè)速以及跟蹤與監(jiān)管，來(lái)提供綜合的實(shí)時(shí)信息互動(dòng)服務(wù)，智能采集車流量、道路噪音、路面狀況、交通事故情況、氣象狀況以及其他交通設(shè)施信息等。城市居民可以獲取公交車位置、出租車情況和道路情況，適時(shí)地出門等候公交車、搭乘出租車或者選擇交通順暢的路線行駛。此外，交通監(jiān)管部門可以了解實(shí)時(shí)交通狀況，及時(shí)協(xié)調(diào)交通、處理交通事故。

例如：在城市公交車、出租車上裝配車載定位系統(tǒng)，利用北斗衛(wèi)星的定位功能確定其位置，將位置信息上傳云空間，整理出車輛適時(shí)位置地圖，用戶可以通過(guò)相關(guān)軟件訪問車輛位置信息。將交通狀況傳感器裝配在車流量較大的地方，測(cè)量車輛行駛情況，利用云計(jì)算處理信息、得到該路段的路況，利用北斗衛(wèi)星傳輸路況信息，確保信息準(zhǔn)確快速地傳遞到用戶，以便用戶選擇合適路線出行。

3.2 智慧醫(yī)療

在用戶移動(dòng)智能終端和醫(yī)院安裝智能定位系統(tǒng)，各醫(yī)院的位置信息預(yù)先儲(chǔ)存在城市醫(yī)療中心系統(tǒng)中，當(dāng)用戶撥打救助電話時(shí)，醫(yī)療中心系統(tǒng)可以獲得用戶位置，并與城市醫(yī)院位置比較，為用戶選擇出最近的醫(yī)院，由其派出救護(hù)車及時(shí)救助傷者。

除此之外，還可以在醫(yī)院安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取醫(yī)院就診人數(shù)，上傳至云空間，方便用戶查詢、恰當(dāng)避開就診人數(shù)高峰期。

3.3 智慧快遞

近幾年，城市中掀起了一陣網(wǎng)購(gòu)熱，與此同時(shí)，快遞業(yè)務(wù)也越來(lái)越火爆。但是，隨之而來(lái)的快遞安全問題受到人們的普遍關(guān)注。如何保證快遞在運(yùn)輸途中不丟失，并且保障其質(zhì)量，是我們需要考慮的問題。

將北斗衛(wèi)星的定位系統(tǒng)應(yīng)用在快遞上，無(wú)疑將解決這一問題?？梢栽O(shè)想在快遞上安裝芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快遞的地理位置，對(duì)一些生鮮食品，同時(shí)檢測(cè)其溫度、濕度等信息，將這些信息處理后，用戶可以在移動(dòng)終端上查閱。

3.4 智慧環(huán)保

利用空氣質(zhì)量傳感器、衛(wèi)星定位以及衛(wèi)星圖片處理技術(shù)，可以實(shí)時(shí)感知城市環(huán)境變化，對(duì)環(huán)境進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并將環(huán)境信息及時(shí)發(fā)布。

對(duì)可能存在排污的企業(yè)安裝空氣質(zhì)量傳感器、地表水質(zhì)量傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)企業(yè)的排污情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)排污企業(yè)、及時(shí)治理污染。

3.5 智慧減災(zāi)

北斗衛(wèi)星一個(gè)突出的特點(diǎn)是短報(bào)文通信功能，在災(zāi)難預(yù)警及救災(zāi)指揮中發(fā)揮重要作用。構(gòu)筑災(zāi)害預(yù)警指揮系統(tǒng)，對(duì)城市實(shí)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能災(zāi)難，發(fā)布預(yù)警信息。另外，一旦災(zāi)難發(fā)生，很多時(shí)候城市原有通訊會(huì)受到破壞，這時(shí)啟動(dòng)北斗衛(wèi)星的短報(bào)文通信功能，對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指揮，獲取災(zāi)區(qū)情況，確保救災(zāi)人員與指揮部的通訊和救災(zāi)物資的送達(dá)。除此之外，可以通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)獲取災(zāi)區(qū)的衛(wèi)星圖片，進(jìn)行分析，助力救災(zāi)。

3.6 智慧社區(qū)

“智慧社區(qū) ”充分借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星技術(shù)將人、地、物進(jìn)行互聯(lián)互通，涉及智能樓宇、智能家居、智慧教育、智慧養(yǎng)老與助殘、個(gè)人健康與數(shù)字生活等諸多領(lǐng)域，形成集成化、時(shí)空化和智慧化的全新社區(qū)形態(tài)。足不出戶便可以接收遠(yuǎn)程教育視頻，上班期間可以監(jiān)控住宅是否安全等等已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，但是智慧社區(qū)并不止于此。

例如：對(duì)于獨(dú)居的老人，他們可以安裝緊急事件求助設(shè)備，一旦發(fā)生緊急事件，只需一鍵求助，就可以把家中發(fā)生的事情甚至圖片傳送到社區(qū)物業(yè)處，物業(yè)工作人員便可以為老人提供幫助。同時(shí)可以為老人實(shí)施定位，即使迷路，家人也可以方便尋找。

結(jié)語(yǔ)

智慧城市作為一個(gè)新興的概念，它以方便居民生活、服務(wù)大眾為宗旨，充分體現(xiàn)了以人為本的理念，而導(dǎo)航系統(tǒng)是智慧城市中必不可少的環(huán)節(jié)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為中國(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，將其應(yīng)用于智慧城市的建立上，必將獲得百姓的認(rèn)可；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也會(huì)更加深入人心，發(fā)展的更快更好。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)融入智慧城市的建設(shè)，將提高城市交通監(jiān)管力度，方便城市居民出行，為居民提供精確的導(dǎo)航；物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)與北斗衛(wèi)星聯(lián)合應(yīng)用，建立物物相聯(lián)、物人相聯(lián)的巨大網(wǎng)絡(luò)，極大地方便居民生活；應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在災(zāi)害防治方面也將取得巨大發(fā)展，確保居民生命財(cái)產(chǎn)安全。北斗衛(wèi)星將深入人們的生活，獲得廣闊的民用前景；北斗之星，才會(huì)成為真正的未來(lái)之星！

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：P228.4

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