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    基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

    2016-11-07 05:37:06陳洪武李洪亮
    全球定位系統(tǒng) 2016年4期
    關(guān)鍵詞:導航系統(tǒng)北斗聯(lián)網(wǎng)

    陳洪武,李洪亮

    (上海海洋大學 工程學院,上海 201306)

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    基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

    陳洪武,李洪亮

    (上海海洋大學 工程學院,上海 201306)

    本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史和物聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展現(xiàn)狀,詳細論述了依托北斗導航系統(tǒng)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢,介紹了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在我國物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用情況,以北斗物流終端應(yīng)用為例對未來應(yīng)用進行分析和展望。

    北斗;物聯(lián)網(wǎng);應(yīng)用分析

    0 引 言

    物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)(傳感網(wǎng),射頻識別系統(tǒng),紅外感應(yīng)器,激光掃描器),條碼與二維碼,全球定位系統(tǒng),按約定的通信協(xié)議,將物與物、人與物、人與人連接起來,通過各種接入網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)。

    物聯(lián)網(wǎng)通用體系架構(gòu)將物聯(lián)網(wǎng)分為網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層、支撐層的分層結(jié)構(gòu),在將來的復雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下,從而對“物”進行精準的定位、操控和跟蹤,實現(xiàn)全面靈活可靠的物-物通信、人-物通信。物聯(lián)網(wǎng)感知層最主要的就是實現(xiàn)物理世界信息的采集,物聯(lián)網(wǎng)中的一項很重要的信息就是位置信息,位置信息是很多應(yīng)用甚至是物聯(lián)網(wǎng)底層通信的基礎(chǔ)。位置信息不僅是單純的物理空間坐標,還是關(guān)聯(lián)到該位置對象以及處在該位置的時間,要實現(xiàn)在任何地點、任何物體、任何時間之間的連接這一物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目標,位置信息是不能缺少的,怎樣利用定位技術(shù)更全面更精準地獲取位置信息,這將會是物聯(lián)網(wǎng)時代的一個重要研究課題。定位導航技術(shù)已成為當今應(yīng)用最成熟、最廣泛的無線定位技術(shù)。雖然GPS定位系統(tǒng)能夠滿足絕大部分的商用需求,但針對移動定位,仍然存在耗時長、環(huán)境受限、精度低等無法彌補的缺點。隨著現(xiàn)在無線通信技術(shù)日趨快速的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)信息的定位技術(shù),開啟了移動定位嶄新的一頁。以此同時,對于定位盲區(qū),室內(nèi)環(huán)境的定位技術(shù)也在近幾年引起業(yè)界強烈的關(guān)注。定位技術(shù)正面向更精準、更全面的目標不斷前行[1]。

    全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)( GNSS)能為用戶提供連續(xù)、精確的速度信息和三維位置,同時具有授時的功能。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)包括歐洲的伽利略系統(tǒng)、美國的全球定位系統(tǒng)、中國的北斗系統(tǒng)和俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)等。中國的北斗系統(tǒng)不但能提供速度、時間和位置的信息,還能為用戶提供短報文服務(wù),這是北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的一個非常重要的基礎(chǔ)。

    此外,全球經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、一體化、人為或自然災(zāi)害日益頻繁化等帶來的許多社會問題,人們正常運行的工作、高效管理以及生活已成為我國甚至全世界急待解決的問題。同時,全球新一代移動寬帶網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi) 星 導 航 定 位 技 術(shù)、云計算與物 聯(lián) 網(wǎng)(Internet of Things)等新的信息技術(shù)在快速的發(fā)展和不斷的深入應(yīng)用,這些都將為當今城市的運行管理步入“智慧化”奠定了良好的科技基礎(chǔ),提供了良好的技術(shù)保障,從而面向更頂級的城市智慧化發(fā)展。本文對于北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)典型的應(yīng)用領(lǐng)域進行了探討,分析了北斗系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),為我國的北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用提供技術(shù)與理論支撐。

    1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀

    物聯(lián)網(wǎng)理念最早可追溯到1995年出版的《未來之路》一書,比爾·蓋茨已經(jīng)提及物互聯(lián),只是當時受限于無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展,并未引起重視。1998年,美國麻省理工學院(MIT)創(chuàng)造性地提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。1999年,建立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,美國Auto-ID中心首先提出物聯(lián)網(wǎng)概念。ITU在2005年發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005: Internet of Things》,正式提出了“Internet of Things(物聯(lián)網(wǎng))”的概念,包括所有物品的應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)[2]。

    物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有近七年的歷史,最早在2004年日本就提出了以發(fā)展泛在網(wǎng)絡(luò)社會為目標的U-Japan構(gòu)想的計劃,并計劃在2004-2007年期間投入29億美元,預(yù)計到2010 年將收益371億美元。美國政府也提出在2009年公布計劃,將投資智能電網(wǎng)40億美元,智能電網(wǎng)指的是現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ),通過在輸電、發(fā)電等各環(huán)節(jié)引入先進的測量和傳感技術(shù)、決策支持系統(tǒng)和控制方法,實現(xiàn)電網(wǎng)的高效運行、高可靠性。韓國也提出了U-Korea戰(zhàn)略及IT839戰(zhàn)略,計劃在2010年投入700億美元,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是韓國的三大基礎(chǔ)建設(shè)之一。由于物聯(lián)網(wǎng)的興起,國外許多知名的運營企業(yè)( 包括國外Vodafone、Telenor、Orange等) 都紛紛開始嘗試建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運營支撐平臺[3]。中國的電信運營商也開始面向企業(yè)、個人用戶提供許多的特色信息化服務(wù)。雖然這些服務(wù)也只能算作是“物聯(lián)網(wǎng)”概念下的業(yè)務(wù)分支,但為物聯(lián)網(wǎng)的全面建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。

    其中物聯(lián)網(wǎng)最重要的環(huán)節(jié)就是傳輸、感知、處理,然后實現(xiàn)精確、及時、全面地獲取信息以及對信息的處理。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)與它關(guān)鍵的環(huán)節(jié)緊密相關(guān)。1999年,我國提出了傳感網(wǎng),與此同時,我國啟動了傳感網(wǎng)的開發(fā)與研究,逐漸開始形成了中國的物聯(lián)網(wǎng)。目前,全球物聯(lián)網(wǎng)和中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展同時處于剛起步階段,剛剛具備應(yīng)用基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)和技術(shù),這些都表現(xiàn)出很好的發(fā)展態(tài)勢。

    產(chǎn)業(yè)的發(fā)展初具基礎(chǔ):通信設(shè)備制造業(yè)具有較強的國際競爭力;無線射頻識別(RFID)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過100億元;對于公共互聯(lián)網(wǎng)和公共通信網(wǎng)已經(jīng)建成的全球最大和先進的技術(shù)。機器到機器(M2M)終端數(shù)量在1000萬左右,已經(jīng)成為全球最大的M2M 市場之一。據(jù)統(tǒng)計,在2010年我國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模在2000億元左右。

    標準的研制和技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)取得重大的突破,如我國在通信協(xié)議、芯片、智能計算、協(xié)同處理、網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域開展了多年的技術(shù)研究,由此也取得很多成果。在傳感器網(wǎng)絡(luò)標識、接口、安全、物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、通信網(wǎng)融合和傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面相關(guān)的技術(shù)標準研究我國也取得很大進步,已經(jīng)成為國際標準化組織(ISO)傳感器網(wǎng)絡(luò)標準工作組(WG7)的重要國之一?,F(xiàn)在我國在安防、電力、物流、環(huán)保等許多領(lǐng)域都有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

    雖然我國物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用拓展和標準研制等許多領(lǐng)域上已經(jīng)取得了許多的進展,但是我們也要時刻保持清醒的意識,我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還有許多的制約因素以及瓶頸,我國物聯(lián)網(wǎng)還處于初步階段。其中主要表現(xiàn)為以下幾個方面:高端綜合集成服務(wù)能力低,高端產(chǎn)品和核心技術(shù)與國外差距大,缺乏強大的龍頭企業(yè),規(guī)模化應(yīng)用少,信息安全方面存在隱患和應(yīng)用水平較低等。

    現(xiàn)在人們普遍關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中比較重要的RFID技術(shù),實際上它并不是一項新的技術(shù),其中最為典型的試應(yīng)用能追溯到1991年的第一次美伊戰(zhàn)爭。那時,美國軍方就發(fā)現(xiàn),戰(zhàn)爭結(jié)束后在一些機場、港口堆積許多的軍需物資集裝箱,然而這些物品應(yīng)該運到哪,應(yīng)該屬于誰都不知道。如果想搞清楚這些信息,需要消耗大量的財力和人力,由此美國的五角大樓就啟動了一個“軍需物資可視化管理”的重要項目,并成功地將RFID技術(shù)應(yīng)用在此項目中。

    2 物聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展設(shè)想

    中國移動在 “e物流”業(yè)務(wù)上,將對物流運輸行業(yè)推出無線通信、地理信息系統(tǒng)、集全球定位系統(tǒng)、短信技術(shù)于一體的硬、軟件綜合信息系統(tǒng)管理平臺,提供運輸路徑的選擇、貨況信息、短信通告、車輛定位、優(yōu)化等服務(wù)與運輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。

    中國電信對于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)分為兩個部分: “商務(wù)領(lǐng)航”和“平安 e 家” ,主要面向企業(yè)用戶“商務(wù)領(lǐng)航”為業(yè)務(wù)統(tǒng)合名稱的業(yè)務(wù),包括: 農(nóng)村信息化、車輛定位、全球眼、漁業(yè)監(jiān)控等,用戶范圍涉及司法、農(nóng)林牧副漁、交通等領(lǐng)域。而“平安e家”主要面向家庭的業(yè)務(wù)在2007年推出,那時物聯(lián)網(wǎng)概念在中國還沒有得到很好的關(guān)注,該業(yè)務(wù)可結(jié)合利用感應(yīng)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)傳輸為用戶提供以家庭為單位的看護、安防、緊急呼叫等功能[4]。此外,中國電信還向物流行業(yè)提供“物流e通”業(yè)務(wù),是采用移動通信、GPS定位和自動識別等多個技術(shù),將物流的管理系統(tǒng)嵌入到 CDMA手機中,提供物流業(yè)務(wù)管理、物流數(shù)據(jù)采集、第三方定位和自主導航等功能[5]。

    中國聯(lián)通代表性的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)則是3G污水監(jiān)測業(yè)務(wù),它已經(jīng)脫離了個人消費的傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這項物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可以通過3G和WiFi等網(wǎng)絡(luò),能夠及時對灌溉、水文、水表等動態(tài)的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測,還能對碳排放、噪音和空氣質(zhì)量進行監(jiān)測[6]。

    針對我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀以及對《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的理解,提出了兩個方面的構(gòu)想[7]。

    2.1大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的中間件

    在“物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)部分”中已經(jīng)描述了中間件。處于感知層、傳輸層的嵌入式設(shè)備中或物聯(lián)網(wǎng)的集成服務(wù)器端的中間件則是物聯(lián)網(wǎng)中間件[8]。從本質(zhì)看,物聯(lián)網(wǎng)中間件是物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用的共性需求。首先,它受限于底層不同的硬件平臺和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)中間件的研究主要還集中在互聯(lián)互通和底層的感知方面;然后,當今物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模和復雜度都還處于剛起步的階段。

    目前,我國在《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中也沒有明確提到關(guān)于中間件的發(fā)展和規(guī)劃[9],想要占領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)的制高點,必須高度重視中間件和軟件的作用。

    把現(xiàn)有的子系統(tǒng)和智能物件聯(lián)系起來這就是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實現(xiàn)應(yīng)用的“管控營一體化”和大集成,實現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的社會服務(wù)。中間件和軟件將作為靈魂和核心起到關(guān)鍵的作用,和硬件設(shè)施一起推動著整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

    2.2物聯(lián)網(wǎng)將從依托電信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向依托北斗導航系統(tǒng)

    中國的物聯(lián)網(wǎng)主要是包括中國電信、中國聯(lián)通、中國移動這三大運營商的電信網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)[10]。如中國電信推出的面向企業(yè)用戶的“商務(wù)領(lǐng)航”和面向家庭業(yè)務(wù)的“平安e家”,廣泛應(yīng)用于緊急呼叫、安防、司法、看護、農(nóng)林、物流的領(lǐng)域;中國聯(lián)通推出的代表性物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)則是3G污水檢測業(yè)務(wù),實時對灌溉、水表、水質(zhì)、水文等動態(tài)數(shù)據(jù)進行檢測,還可以對碳排放量、噪音和空氣質(zhì)量進行檢測;中國移動推出了面向物流運輸行業(yè)“e物流”推出的硬、軟件綜合信息系統(tǒng)管理平臺。以電信網(wǎng)絡(luò)為依托,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國內(nèi)有了一定的發(fā)展,但整個物聯(lián)網(wǎng)缺少統(tǒng)一的支撐平臺,由此對物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化造成非常大的障礙。在物聯(lián)網(wǎng)前期的發(fā)展中限制許多導航系統(tǒng)的應(yīng)用,隨著北斗系統(tǒng)的建成和使用,將足以促進中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅猛的發(fā)展。和電信網(wǎng)絡(luò)作比較,北斗系統(tǒng)有著以下的優(yōu)勢:

    1) 用戶容量大。單星每小時就可提供200萬次導航服務(wù),目前國內(nèi)已有11 顆衛(wèi)星,所以每天能提供近6億次的導航服務(wù)。北斗導航系統(tǒng)獨有的短報文功能,每次就能夠提供 120字左右的短信服務(wù)功能。簡單的推算一下,以36 Mb的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為例,每秒能發(fā)送大約20000條報文,一天就能轉(zhuǎn)發(fā)約17億條報文,假如每顆衛(wèi)星只有一個轉(zhuǎn)發(fā)器,十幾顆衛(wèi)星每天也能夠轉(zhuǎn)發(fā)幾百億條報文,這遠遠比電信網(wǎng)絡(luò)的承載能力大。

    2) 導航信號分布廣泛。電信網(wǎng)絡(luò)就是利用遍布全國的信號塔進行傳送,在地形復雜的地區(qū)(如盆地、山地)和偏遠的地理位置,信號質(zhì)量不夠穩(wěn)定,且網(wǎng)絡(luò)覆蓋較差。而導航衛(wèi)星的信號在全部地區(qū)都能夠穩(wěn)定地覆蓋。這對于所有地區(qū)的電力監(jiān)控、“管道檢測”環(huán)境監(jiān)測、物流跟蹤等業(yè)務(wù)都有很大應(yīng)用價值。

    3) 計劃在2020年物聯(lián)網(wǎng)中“物與人”的比例提高到30:1,然而電信網(wǎng)絡(luò)主要是針對人與人的通信進行設(shè)計,沒有考慮到物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)將會比現(xiàn)在的人與人的連接數(shù)高出很多。而且電信網(wǎng)絡(luò)無法有效隔離物聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)和人與人通信服務(wù),那么物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)就會沖擊現(xiàn)有的人與人通信的應(yīng)用,造成此業(yè)務(wù)的中斷。在北斗的短報文業(yè)務(wù)中,人與人的日常通信應(yīng)用很少,大多都是作為位置信息來傳遞使用,由此導航系統(tǒng)就不會出現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的沖突。北斗系統(tǒng)提供的免費服務(wù),假如作為物聯(lián)網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡(luò),服務(wù)的成本比電信網(wǎng)絡(luò)低很多。

    4) 物聯(lián)網(wǎng)終端通信具有頻繁的位置更新和狀態(tài)切換這些功能,例如在某一個特定的時間集中聚集到某一地區(qū)等這些特點。關(guān)于電信網(wǎng)絡(luò),則需要在基站間頻繁的切換,對基站帶寬要求非常高,很容易造成基站通信阻塞,從而影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行效率。北斗的單星覆蓋范圍非常廣,一般的位置切換完全不會影響其信息的傳輸。況且每個地區(qū)的可見衛(wèi)星至少有四顆,能夠通過有效的資源調(diào)配,從而避免造成通信阻塞。

    因此,物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)外已得到了一定的發(fā)展和重視,而目前我國每個運營商的開展都是屬于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的分支,但是整個物聯(lián)網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的支撐平臺,所以還需進一步整合資源。此外,在物聯(lián)網(wǎng)前期的發(fā)展中,對導航系統(tǒng)的應(yīng)用很有限,隨著我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建成和使用,對于物聯(lián)網(wǎng)下一步發(fā)展中的應(yīng)用,充分發(fā)揮北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的優(yōu)勢,對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到支撐作用。

    3 北斗導航系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)系

    北斗導航和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系就是北斗導航為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提供位置導航服務(wù)的關(guān)系,不但有北斗導航的定位功能,而且還能夠增加物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。而物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)則是北斗導航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中的一個環(huán)節(jié),既能夠直接促進信息科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進新型產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn),又可以服務(wù)于廣大客戶,形成導航應(yīng)用產(chǎn)品。

    在物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的通信過程中,對于物體的位置則需要進行準確的定位,尤其是移動中的物體,如果采取傳統(tǒng)的方法十分困難。目前最好的解決方法就是利用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)[11]。這與傳統(tǒng)意義上的方法相比較,它具有明顯的優(yōu)點以及可操作性,精準的授時服務(wù),準確的位置信息,獲取信息方便,無需組建網(wǎng)絡(luò)等這些優(yōu)點。與此同時,其缺點也十分明顯:利用 GPS 會有較大的安全隱患。對于GPS 的壽命和質(zhì)量美國政府從來沒做出保證和承諾,況且美軍還能夠?qū)σ欢ǖ胤降?GPS 信號進行致盲和干擾。北斗導航系統(tǒng)是由我國自主研發(fā),可以很好解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的導航和定位問題,同時,也能夠保障此系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。

    4 北斗導航系統(tǒng)終端的應(yīng)用

    北斗導航系統(tǒng)具有短報文通信、授時和定位功能。物聯(lián)網(wǎng)由三個層級來構(gòu)成,分別是:網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和感知層[12]。它與GPS單純的作為感知層有所不同,北斗導航系統(tǒng)能夠同時作為物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)層和感知層。北斗授時功能已經(jīng)在金融、電力、通信及科學及得到了應(yīng)用。通信和定位功能也在森林防火、漁業(yè)、氣象及大氣環(huán)境檢測、勘探及地質(zhì)監(jiān)測、水利及海洋信息檢測的方面取得了廣泛的應(yīng)用,例如:油田管道的生產(chǎn)監(jiān)控、車輛的調(diào)度、數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、鐵道運輸?shù)娜瘫O(jiān)控系統(tǒng)以及船舶航行的調(diào)度指揮等。

    目前,物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域物流行業(yè)的發(fā)展和交通部的“兩客一?!笔痉豆こ虒Ρ倍沸l(wèi)星導航系統(tǒng)的應(yīng)用都起到積極的作用。

    4.1物流行業(yè)的應(yīng)用

    物流行業(yè)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要的應(yīng)用,目前,隨著電子商務(wù)的飛速發(fā)展物流行業(yè)也不斷的壯大,尤其是如今的天貓?zhí)詫氈鲗У碾p十一活動后的大量貨物。流通的貨品種類越來越多、數(shù)量越來越大,單純依靠傳統(tǒng)的管理方法已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代物流需求;同時,客戶對物流行業(yè)的體驗提出了更多更高標準的要求。因此,無線手持終端產(chǎn)品在自動化物流倉儲系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如一維/二維碼、GPS、RFID等已經(jīng)在物流行業(yè)被廣泛應(yīng)用,從而實現(xiàn)物流調(diào)度、車輛的監(jiān)控、客戶服務(wù)、車輛服務(wù)、預(yù)警管理和商品的跟蹤等。北斗導航系統(tǒng)不僅有獨特的短報文通信功能,而且還可以提供像GPS一樣的導航服務(wù),因此,作為國產(chǎn)化的北斗導航系統(tǒng)北斗智能物流終端會隨著時間的推移還將逐步在物流行業(yè)導航定位中有著廣泛的應(yīng)用。

    4.2兩客一?!钡氖痉豆こ?/p>

    “兩客一危”工程指的是旅游包車、三類以上班線客車和危險品運輸車,它是北斗導航系統(tǒng)應(yīng)用的首個民用示范工程,交通運輸部《交通運輸部關(guān)于加快推進“重點運輸過程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程”實施工作的通知》中在2012年12月31日要求,在湖南、貴州、江蘇、安徽、寧夏、陜西省,天津市、山東、河北9個省市建立的首個北斗專項示范項目,要求“兩客一?!钡能囕v必須安裝北斗兼容車載終端,不按規(guī)定加裝北斗兼容車載終端的車輛,將不給予核發(fā)審驗道路運輸證。

    2010年,全國重點營運車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)在上海世博會開始建立,系統(tǒng)采用橫向?qū)印⒖v向分級的體系結(jié)構(gòu),實現(xiàn)多地區(qū)、相關(guān)企業(yè)以及多部門的聯(lián)合監(jiān)管和信息共享。

    該系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星導航終端和GPS為基礎(chǔ),實現(xiàn)了車輛動態(tài)數(shù)據(jù)跨部門、跨地區(qū)流轉(zhuǎn),建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換,整合了全國30個省級平臺資源。對于重點營運車輛動態(tài)信息公共交換平臺的建成,明顯地降低了交通事故,做到防禍于未然,提升了交通主管部門的公共服務(wù)能力,該項目的建設(shè)實現(xiàn)了將相關(guān)預(yù)警信息及時發(fā)布給管理相對人,能夠避免交通風險的信息化管理[13]。

    5 北斗智能物流終端在物流行業(yè)的應(yīng)用

    5.1傳統(tǒng)物流

    物流系統(tǒng)指的就是在特有的空間和時間,由輸送的物料和輸送倉儲設(shè)備、通信、人員、資料以及工具聯(lián)系等若干相互制約的動態(tài)要素構(gòu)成了特定功能性的有機整體。

    圖1 物流的基本流程

    從圖1流程可以看出,傳統(tǒng)物流過程中實時性差,客戶不能有效地了解到貨物中轉(zhuǎn)的情況,體驗差。

    目前,在現(xiàn)代的物流體系中物流手持終端已得到了廣泛的應(yīng)用,但主要集中在物流配送、物流倉儲等環(huán)節(jié)。物流倉儲中物流手持終端主要實現(xiàn)組盤、組箱、下達入庫任務(wù)、入庫任務(wù)確認、物料信息查詢、出庫確認、庫存查詢等。物流配送環(huán)節(jié)主要是用于配送貨物信息掃描以及結(jié)算的環(huán)節(jié)。手持終端還是沒有在整個物流的各個環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮它的作用。

    5.2北斗智能物流終端在物流各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用

    北斗智能物流終端主要是面向行業(yè)用戶的移動信息化產(chǎn)品,它建立在北斗衛(wèi)星導航技術(shù)和自動識別技術(shù)的基礎(chǔ)上,它是基于GSM和WCDMA等蜂窩網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的整套物流行業(yè)信息化的終端解決方案。它不同于傳統(tǒng)的物流手持終端的北斗導航系統(tǒng)的融入。

    北斗智能物流終端在物流中主要作為移動辦公終端,使物流過程智能化、可視化、便捷化、時效化。北斗智能物流終端依托網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度員、提派員、驗貨員、庫管等常處于非辦公場所的角色提供隨時隨地的資源調(diào)度、信息查詢、消息發(fā)布,能極大地提高物流行業(yè)上工作效率。與此同時,在貨物全程跟蹤、任務(wù)全程跟蹤、路徑規(guī)劃以及任務(wù)調(diào)度過程中發(fā)揮著重要的應(yīng)用。該系統(tǒng)包含的服務(wù)器構(gòu)成物流信息化平臺作為云端,將北斗智能物流終端和各分公司的信息化系統(tǒng)作為終端。

    北斗導航系統(tǒng)的存在,服務(wù)器端能夠?qū)崟r的獲得終端的位置;另外北斗智能物流終端依靠蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠及時的和物流信息化平臺相互連接,實現(xiàn)服務(wù)器端和終端數(shù)據(jù)的實時更新。北斗導航系統(tǒng)可以為服務(wù)器間提供時鐘的同步,短報文功能還能夠在沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的偏遠位置維持其應(yīng)急的通信。

    應(yīng)用流程詳細描述如下:

    1) 在客戶下單的環(huán)節(jié),需要物流公司工作人員取件,物流信息化平臺將信息推送給相應(yīng)工作人員的北斗智能物流終端。取件信息實現(xiàn)即時推送,讓工作人員在第一時間了解取件的信息,也能夠在終端上顯示具體的位置。對于傳統(tǒng)物流,這個過程主要是依靠電話來告知情況,對人的依賴性強且缺乏時效性,而且還會產(chǎn)生不必要的額外的通信費用。

    2) 在取件過程中,用北斗智能物流終端能夠掃描包裹的信息以及錄入地理位置信息等,且能及時上傳至物流公司信息化平臺。

    3) 如果當包裹送至分揀中心進行分撿時,用北斗智能物流終端進行分撿錄入工作,能夠有效的提高精確度和省去額外的多余的培訓快件細分工作員的成本。傳統(tǒng)物流的分揀主要是依靠快件細分工作員,憑借熟練程度和高超的記憶,需要很長時間的培訓才可以上崗。工作人員有誤差在所難免,準確率也只有80%.

    4) 通過鐵路、航空、公路運輸包裹時,配有車載北斗導航終端,可以實現(xiàn)運輸過程中的全程監(jiān)控,車載北斗導航終端及時的向物流信息化平臺傳輸車輛的速度、駕駛員的狀態(tài)、位置等信息。

    5) 當貨物抵達目的地時,再次通過北斗智能物流終端對貨物進行分揀,從掃描包裹信息到物流公司的物流的信息化平臺,信息化平臺將會自動推送包裹消息給所在地的作業(yè)工人通知進行配送。

    6) 在配送過程中,作業(yè)人員用北斗智能物流終端知道同一小區(qū)包裹數(shù)量、包裹地點分布、和到達送貨地址后并通知客戶取包裹。與此同時,記錄每一個包裹被取走信息及客戶的電子簽名信息等。

    北斗智能物流終端還能夠為作業(yè)員在取件和派件過程提供導航服務(wù),實現(xiàn)配送軌跡記錄、包裹查詢、任務(wù)全程跟蹤等服務(wù)。北斗導航的短報文功能還能夠在蜂窩網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋的地區(qū)提供連續(xù)的通信功能。

    由此,上述流程就是充分地利用了智能化終端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的便利性及信息推送,同時,再加上北斗導航的定位功能,不僅實現(xiàn)整個物流環(huán)節(jié)的可視化、智能化、提高工作效率,同時也可以及時了解各環(huán)節(jié)作業(yè)人員的工作狀態(tài)以便于管理,更為重要的是讓客戶方便的及時了解物流的各個環(huán)節(jié),增強用戶的體驗,讓客戶更為滿意。

    5.3技術(shù)構(gòu)架

    5.3.1總體的技術(shù)構(gòu)架

    北斗物流信息化平臺是以整個物流系統(tǒng)為核心,主要由北斗導航倉庫管理系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)、車輛管理調(diào)度系統(tǒng)、推送系統(tǒng)、信息采集和用戶管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫組成。在此其間,北斗導航位置服務(wù)系統(tǒng)將完成接收定位信息和將其翻譯轉(zhuǎn)換存儲于數(shù)據(jù)庫中;提供地理信息查詢、地圖基本操作以及對終端的位置進行查詢、監(jiān)控、軌跡回放、以及實時定位等功能。推送系統(tǒng)和信息采集主要用來完成北斗終端消息推送和信息的采集。

    5.3.2北斗智能物流的終端

    北斗智能物流終端既是信息和服務(wù)接收的終端又是信息采集的終端。北斗導航模塊是通過接收衛(wèi)星發(fā)回的信號及響應(yīng)衛(wèi)星的廣播信號獲知自己的位置。使用Android系統(tǒng)通過系統(tǒng)的推送,結(jié)合Wifi和3G等通訊模塊來實現(xiàn)云端服務(wù)器和信息同步。

    6 結(jié)束語

    介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展歷史以及它的核心技術(shù)。針對我國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析,指出在過去的十年時間,我國在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)所取得的成就,同時也指出了我國目前存在的不足以及瓶頸;詳細論述了大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)中間件和依托我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。介紹了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在我國物流行業(yè)的應(yīng)用情況,以北斗智能手持終端在物流領(lǐng)域的應(yīng)用為示例對未來應(yīng)用進行展望。

    [1] 3GPP.TS 25.305 v11.0.0. Functional Specification of user equipment positioning in UTRAN[S].2012.

    [2] 3GPP.TS 36.305 v11.0.0.Functional specification of user equipment positioning in E-UTRAN[S].2013.

    [3] DENG Z L, ZIU D J, HUANG J M.A Study of neunan Hoffman codes for GNSS application [C]//5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing. Beijing University of Posts and Telecommunications, September 24-26,2009:1832-1835.

    [4] 工信部電信研究院. 數(shù)據(jù)監(jiān)測系列季度報告——物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展監(jiān)測[R].2013.

    [5] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京:科學出版社,2010:74-75.

    [6] 劉傳潤.北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的功能原理與前景展望[J].中國水運,2008(1):165-166.

    [7] 張衡.北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)與 TD-SCDMA 移動通信技術(shù)融合及其應(yīng)用初探[C]//CSCN 2010 第一屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會, 2010.

    [8] 劉旭,周東傲.物聯(lián)網(wǎng)與北斗二號的結(jié)合應(yīng)用之二次探討[J].2011(3):1-7.

    [9] 百度百科.物聯(lián)網(wǎng)[EB/OL] http://baike.baidu.com/view/1136308.htm.

    [10]陳富玉.北斗導航通訊技術(shù)的應(yīng)用與展望[C]//中國測繪學會海洋測繪專業(yè)委員會第二十一屆海洋測繪綜合性學術(shù)研討會論文集,2009.

    [11]潘程吉,汪勃.北斗導航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用展望[J].遙測遙控,2011(6):14-17.

    [12]ITU Stategy and Policy Unit(SPU).ITU internet reports 2005:The internet of things[R].Reneva International Telecommunication Union(ITU),2005.

    [13]國務(wù)院.國務(wù)院《物聯(lián)網(wǎng)十二五規(guī)劃》[R].2012

    [14]王磊,董晶晶,張婷.物聯(lián)網(wǎng):北斗系統(tǒng)的機遇與挑戰(zhàn)[J].導航天地,2011(2):44-46.

    Application of BeiDou Navigation System Based on Internet of Things

    CHEN Hongwu,LI Hongliang

    (ShanghaiOceanUniversityengineeringinstitute,Shanghai201306,China)

    This paper introduces the development history of the Internet of things and its in China's development present situation, advantages of the development of the Internet of things based on BeiDou navigation system was described in detail. Some typical examples of the BeiDou satellite navigation system in our country applied in Internet of things is introduced. Beidou logistics terminal application brings us prospect for the future.

    BeiDou; Internet of things; application analysis

    10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.04.024

    2016-04-10

    P228.4

    A

    1008-9268(2016)04-0110-07

    陳洪武(1969-),男,山東濟南人,副教授,研究方向為基于北斗導航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

    李洪亮(1989-),男,重慶渝北區(qū)人,碩士生,研究方向為基于北斗導航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

    聯(lián)系人: 李洪亮 E-mail: 870003317@qq.com.

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