衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域的典型應(yīng)用分析

● 文 |航天恒星科技有限公司 王晨 黃宇 張鳳珊 呂鐵軍 李時(shí)良

衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域的典型應(yīng)用分析

● 文 |航天恒星科技有限公司 王晨 黃宇 張鳳珊 呂鐵軍 李時(shí)良

一、引言

隨著航天技術(shù)的高速發(fā)展及民用化進(jìn)程加快，以3S（衛(wèi)星遙感、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位和地理信息）系統(tǒng)為代表的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)對(duì)智慧城市建設(shè)的影響日漸增大。本文基于衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域的探索，對(duì)衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信等技術(shù)在智慧城市建設(shè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用進(jìn)行分析研究，提出初步解決方案，為衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用和發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

二、智慧城市架構(gòu)

智慧城市在總體功能上圍繞政府、企業(yè)、市民這三大主體需求，依據(jù)智慧城市在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、城市管理、公共服務(wù)、居民生活、生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等六方面的發(fā)展愿景，形成了基于終端感知、網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)和領(lǐng)域應(yīng)用的三層技術(shù)體系架構(gòu)。感知層應(yīng)用條碼、RFID、智能終端、傳感器、衛(wèi)星導(dǎo)航等智能感知和采集技術(shù)，通過自動(dòng)或人工的方式，對(duì)城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息進(jìn)行廣泛而全面的獲取。網(wǎng)絡(luò)層基于光網(wǎng)寬帶、無線寬帶、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）和三網(wǎng)融合等技術(shù)，形成以“寬帶、無線、泛在、融合”為特征的智慧一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更高的寬帶速度、更便捷的接入方式、更深程度的融合，同時(shí)支持城市要素中“人—機(jī)—物”之間全面的信息聯(lián)通與共享。應(yīng)用層基于云計(jì)算、智能識(shí)別和處理、數(shù)據(jù)庫等面向應(yīng)用的技術(shù)，通過云計(jì)算平臺(tái)全面整合城市內(nèi)各信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)，滿足智慧城市建設(shè)中對(duì)于海量數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)要求，實(shí)現(xiàn)敏捷智能響應(yīng)城市生活需求。

三、衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)概述

1.衛(wèi)星導(dǎo)航

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，解決了大范圍、高精度快速定位的問題，其設(shè)計(jì)初衷是用于定位和導(dǎo)航，即為車、船、飛機(jī)等機(jī)動(dòng)工具提供導(dǎo)航定位信息。由于衛(wèi)星導(dǎo)航不僅具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，且能很好地與其他系統(tǒng)相融合，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，已成為現(xiàn)代社會(huì)的重要信息來源，其應(yīng)用范圍迅速滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如海上和沙漠中的石油開發(fā)、交通管理、個(gè)人移動(dòng)電話定位、商業(yè)物流管理、漁業(yè)監(jiān)控、土建工程和考古等。

2.衛(wèi)星遙感

衛(wèi)星遙感指的是使用衛(wèi)星從高空通過傳感器探測(cè)和接收來自目標(biāo)物體的信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波等信息），經(jīng)過信息的傳輸及處理分析，識(shí)別物體的屬性及其空間分布等特征的技術(shù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)可以應(yīng)用于智慧城市中的基礎(chǔ)地理信息測(cè)繪、智慧地理空間框架建設(shè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國(guó)土資源、礦產(chǎn)資源勘探等重要行業(yè)和領(lǐng)域中。

3.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射空間電磁波來實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。在智慧城市建設(shè)中，衛(wèi)星通信可以在許多方面發(fā)揮重要的作用。衛(wèi)星通信作為中繼進(jìn)行地球上的無線電臺(tái)、站之間的通信，從出現(xiàn)的第一天起，就被賦予了廣播通信、數(shù)據(jù)傳輸以及重要的軍事、搶險(xiǎn)、救援、應(yīng)急通信任務(wù)。

四、典型應(yīng)用分析

1.智慧交通

城市規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，交通量也在迅速增加，道路交通擁擠狀況愈加突出，及時(shí)地識(shí)別城市道路交通狀況可以防止或者降低擁堵程度。將車載信息技術(shù)、電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)（EDI）、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)與基于北斗的衛(wèi)星定位、通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)多功能、全方位的綜合交通信息服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛狀態(tài)的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，高效地完成車輛定位數(shù)據(jù)采集和無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，提高車輛的行車效率，最大限度地發(fā)揮交通信息服務(wù)系統(tǒng)的功能和作用。這些功能集中體現(xiàn)了智慧交通信息服務(wù)系統(tǒng)中的“智慧”二字。就目前來看，加快北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)在交通信息系統(tǒng)中采用北斗定位代替GPS定位，不僅可以打破在衛(wèi)星導(dǎo)航定位方面對(duì)GPS的依賴，更能加速我國(guó)在智慧交通領(lǐng)域的發(fā)展。

車輛定位系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象主要是政府部門、企事業(yè)單位、社會(huì)公眾，其功能是為用戶提供全路網(wǎng)的行程時(shí)間、行程速度、車輛延誤等方面的動(dòng)態(tài)交通信息，并結(jié)合其他信息為交通用戶提供咨詢服務(wù)，提高城市交通的管理水平。政府部門除了需要各種交通方式的基礎(chǔ)信息、運(yùn)輸信息和輔助信息外，主要需要交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息、車輛位置信息，突發(fā)事故信息、運(yùn)輸信息等。企事業(yè)單位需要與運(yùn)營(yíng)相關(guān)的天氣、路面、路況信息,交通流的現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)信息，交通設(shè)施與車輛的使用情況信息以及交通事故信息和事故預(yù)報(bào)警信息等。社會(huì)公眾需要天氣、交通時(shí)刻表、路面狀況、城市道路交通，駕駛員還需要全方位的道路與交通設(shè)施、交通狀況、交通控制信息等，在行駛過程中需要了解動(dòng)態(tài)交通信息，包括事故、施工、阻塞等信息，了解事故處理情況等信息。

車輛定位系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用如圖1所示，服務(wù)控制中心通過廣域網(wǎng)與移動(dòng)通信短消息中心連網(wǎng)，通過分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)時(shí)更新車輛的信息并實(shí)時(shí)發(fā)布市區(qū)各路段交通流量信息。另外，一旦車輛發(fā)出遇劫、被盜等警情時(shí)，服務(wù)控制中心也可將車輛位置信息及警情信息通過廣域網(wǎng)送110指揮中心，由公安部門出警。本系統(tǒng)可擴(kuò)大到全省（市）連網(wǎng)，形成真正意義上的廣域系統(tǒng)，這時(shí)可用專線和建立分控中心的方式進(jìn)行管理。

2.智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，通過硬件基礎(chǔ)和技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化。智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建立和數(shù)字化電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要全網(wǎng)時(shí)間同步的緊密支持。因此，建立安全、可靠、高精度的時(shí)間同步系統(tǒng)，是當(dāng)代電網(wǎng)乃至未來智能電網(wǎng)運(yùn)行的一項(xiàng)基本要求。衛(wèi)星授時(shí)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高精度時(shí)間同步的最佳方式。衛(wèi)星在離地面很高的軌道上運(yùn)行，一顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)大區(qū)域覆蓋，具有得天獨(dú)厚的空間優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星傳播的信號(hào)為直達(dá)波，相比短波、長(zhǎng)波具有很高的精度。采用衛(wèi)星授時(shí)服務(wù)可以有效保證電力系統(tǒng)中對(duì)時(shí)間同步的需求，在動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，電力系統(tǒng)中的時(shí)鐘主要采用GPS信號(hào)接收單元，是以GPS信號(hào)為“主”的外部時(shí)間基準(zhǔn)。實(shí)踐證明，GPS由于自身的問題，已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)、智能調(diào)度系統(tǒng)的精確時(shí)間同步系統(tǒng)的要求。當(dāng)前的電力系統(tǒng)時(shí)間同步性很差，制約了電力系統(tǒng)綜合性能的提高，無法適應(yīng)智能電網(wǎng)的需求。因此，迫切需要新的時(shí)間同步方式解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)的時(shí)間同步問題，以滿足智能電網(wǎng)的要求。北斗的崛起，將在快速定位、雙向數(shù)據(jù)通信和精密授時(shí)三大領(lǐng)域充當(dāng)重要的角色，也將打破美國(guó)GPS一統(tǒng)天下的局面。

為滿足未來智能電網(wǎng)對(duì)時(shí)間同步的要求，采用北斗／GPS互為備用作為智能電網(wǎng)的時(shí)鐘源，同時(shí)給出了全網(wǎng)時(shí)間同步框架，不僅在很大程度上保證了全網(wǎng)時(shí)間同步質(zhì)量，而且大大提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

3.智慧政務(wù)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，政府面臨的新情況、新問題越來越多，建設(shè)平安和諧的社會(huì)管理體制要求越來越迫切。在經(jīng)濟(jì)和信息全球化加速發(fā)展的今天，信息化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)政務(wù)管理模式及相應(yīng)的管理方式和方法進(jìn)行改造、改進(jìn)和改革，在政府管理中的應(yīng)用越來越重要，必將成為政府未來的信息管理的神經(jīng)中樞，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)政務(wù)管理的新方向。

智慧政務(wù)管理與服務(wù)工作需要大量信息數(shù)據(jù)，例如地理數(shù)據(jù)信息、實(shí)有人口數(shù)據(jù)、企業(yè)法人數(shù)據(jù)、實(shí)有房屋數(shù)據(jù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及其他資源數(shù)據(jù)。

通過將衛(wèi)星遙感應(yīng)用到智慧政務(wù)中，可以極大加快社區(qū)的智慧化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新扁平化管理。創(chuàng)新扁平化管理作為社會(huì)管理新載體，主要通過各社區(qū)、區(qū)、市三級(jí)社會(huì)管理工作部門、成員單位把社會(huì)管理所關(guān)注的人、場(chǎng)所、組織、物品等基礎(chǔ)信息進(jìn)行整合，結(jié)合已有的公安、民政、房產(chǎn)、計(jì)生、政法、黨建等數(shù)據(jù)，構(gòu)建社會(huì)管理信息庫，做到“愛心調(diào)解”、“勞動(dòng)保障”、“社會(huì)救助”、“健康教育”、“物業(yè)家政”等的創(chuàng)新扁平化管理，實(shí)現(xiàn)與政府社會(huì)管理的共同聯(lián)動(dòng)。

五、結(jié)束語

本文對(duì)衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分析，針對(duì)智慧交通、智慧電網(wǎng)、智慧政務(wù)三個(gè)領(lǐng)域提出了初步的解決方案，為未來建設(shè)智慧城市探索方向。研究衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域建設(shè)中典型應(yīng)用，一方面可以為衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的民用化提供廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)也為智慧城市領(lǐng)域業(yè)務(wù)發(fā)展提供技術(shù)動(dòng)能和產(chǎn)業(yè)支撐，對(duì)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提升社會(huì)管理和公眾服務(wù)水平，促進(jìn)城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化具有重要的意義。

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