北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析

羅曉勇

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510663）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析

羅曉勇

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510663）

本文從北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要功能、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模式出發(fā)，對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行探究分析，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了北斗物流終端，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

在日趨成熟的技術(shù)支撐下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航將更好的服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展，更好的服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，信號(hào)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)物體進(jìn)行精確的導(dǎo)航和位置服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航精確的定位、短報(bào)文通信和授時(shí)功能可以更好的促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System）由我國(guó)自主研發(fā)，簡(jiǎn)稱為BDS。系統(tǒng)主要有三大功能：為服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶提供全天候?qū)崟r(shí)定位服務(wù)；短報(bào)文通信，一次可傳送120個(gè)漢字或420個(gè)代碼的信息量；精密授時(shí)，精度達(dá)20ns。在兼容其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，北斗系統(tǒng)具備定位與通信兩重功能的顯著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于是自主開(kāi)發(fā)，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，安全、可靠、穩(wěn)定、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，在信息安全威脅日益增加的今天，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域事業(yè)發(fā)展都是具有重要意義。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，包括空間段、地面控制中心以及用戶終端三部分。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹

麻省理工大學(xué)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中心(Auto-ID)在1999年提出并驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。他們采用射頻技術(shù)(RFID)識(shí)別技術(shù)，利用數(shù)字編碼原理，通過(guò)射頻識(shí)別(FRm )、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，按開(kāi)放的、全球性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，從而實(shí)現(xiàn)了貨物的智能化識(shí)別、定位、追蹤。Auto-ID同時(shí)提出電子產(chǎn)品碼（EPC）概念，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，便于識(shí)別和控制。目前，物聯(lián)網(wǎng)廣泛用于交通、工業(yè)、物流、電網(wǎng)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等等領(lǐng)域，作為信息產(chǎn)業(yè)的第二次革命，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完全融入到我們生活之中。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式主要有基于RFID、M2M、WSN應(yīng)用架構(gòu)體系，其中基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛。RFID由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、中間件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等部分組成，構(gòu)建了一個(gè)大量讀寫(xiě)器和標(biāo)簽聯(lián)網(wǎng)、可以全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)和信息共享。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層體系。

感知層也稱為傳感器網(wǎng)，核心是RFID系統(tǒng)，其作用是實(shí)現(xiàn)采集、匯聚、通信信息，并接受應(yīng)用程序的訪問(wèn)。網(wǎng)絡(luò)層是體系結(jié)構(gòu)的核心，網(wǎng)絡(luò)層包括各種通信網(wǎng)絡(luò)(電信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、廣電網(wǎng))與互聯(lián)網(wǎng)形成融合網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層的功能還包括對(duì)物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計(jì)算支撐平臺(tái)等對(duì)海量信息、進(jìn)行智能處理的部分。應(yīng)用層即人機(jī)界面系統(tǒng)，用戶通過(guò)該層對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理、維護(hù)、操作，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了安全化管理，信息的社會(huì)化共享。

2.3 北斗在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

2.3.1 北斗與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)

物聯(lián)網(wǎng)有兩重含義：一是要把物體接到互聯(lián)網(wǎng)上，二是要把和物相關(guān)的信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上，以實(shí)時(shí)的對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件，從而對(duì)物體實(shí)現(xiàn)更加高效、智能的識(shí)別和管理。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，物體對(duì)象被無(wú)縫連接到互聯(lián)網(wǎng)，成為業(yè)務(wù)過(guò)程的可識(shí)別、可管理的參與者。

從物聯(lián)網(wǎng)的含義及架構(gòu)可以看出，為實(shí)現(xiàn)物體的定位及追蹤，具備全天時(shí)、全天候不受地域限制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)無(wú)疑是物聯(lián)網(wǎng)中十分重要的支撐力量。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除具備定位、授時(shí)功能外，所獨(dú)有的短報(bào)文通信功能無(wú)疑也是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最具亮點(diǎn)的特性，尤其能夠在固網(wǎng)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不能提供服務(wù)的環(huán)境下，保證物聯(lián)網(wǎng)體系中的接入網(wǎng)絡(luò)暢通。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系就是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提供位置導(dǎo)航與通信服務(wù)的關(guān)系，不但有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位和通信功能，而且還能夠增加物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)節(jié)，既能夠直接促進(jìn)信息科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品。

2.3.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知信息的傳遞和協(xié)同的特點(diǎn)，北斗系統(tǒng)有其自身先天優(yōu)勢(shì)，它既可迅速確定相關(guān)信息系統(tǒng)位置（感知的信息之一），又可在服務(wù)區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)程傳遞各種傳感器采集的數(shù)據(jù)，極大的強(qiáng)化了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大范信息獲取能力。由于北斗系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，彌補(bǔ)了其他傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)分布不夠廣泛、傳輸距離不夠遠(yuǎn)的不足。此外，建立在雙向通信基礎(chǔ)上的指揮調(diào)度和控制操作功能，更進(jìn)一步滿足了物聯(lián)網(wǎng)的交互的要求。

在搶險(xiǎn)救災(zāi)中，基于北斗的搜救設(shè)備除了實(shí)時(shí)、精確的報(bào)告救援人員位置，當(dāng)?shù)孛嬗芯€、無(wú)線通信設(shè)備都損毀后，北斗的報(bào)文通信功能更是發(fā)揮了極其重要的作用。在海洋漁業(yè)方面，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建海洋漁業(yè)船舶管理系統(tǒng)，能夠方便的對(duì)出海船舶進(jìn)行管理、調(diào)度和指揮；在危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸應(yīng)用方面，北斗系統(tǒng)應(yīng)用使貨物使貨物運(yùn)輸企業(yè)能夠?qū)崟r(shí)掌握運(yùn)輸貨物等生產(chǎn)狀態(tài)，并能及時(shí)確定車輛的位置、運(yùn)行狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)以及危險(xiǎn)貨物安全狀態(tài)、駕駛?cè)说陌踩畔⒌龋帽倍吠ㄐ殴δ?，可以與運(yùn)輸車輛進(jìn)行信息溝通，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，大大提高了運(yùn)輸與貨物的安全系數(shù)。另外，通過(guò)北斗與RFID結(jié)合，有效解決物體精確定位問(wèn)題，為物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體更加高效、智能識(shí)別和管理奠定了基礎(chǔ)。

2.4 北斗物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.4.1 北斗物流系統(tǒng)的概述

近年來(lái)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的快速發(fā)展，物流已成為與人們生產(chǎn)生活密不可分的環(huán)節(jié)。結(jié)合北斗與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)北斗物流系統(tǒng)，將物品的產(chǎn)地、流通環(huán)節(jié)、操作人員、實(shí)時(shí)位置等各種信息實(shí)時(shí)上傳至北斗物流信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化的物流體系，能夠大大提升物流安全性和用戶體驗(yàn)?；诒倍沸l(wèi)星導(dǎo)航的物聯(lián)網(wǎng)物流系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 基于北斗的物聯(lián)網(wǎng)物流系統(tǒng)

2.4.2 北斗物流系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

北斗物流系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。北斗物流信息化平臺(tái)是整個(gè)物流系統(tǒng)的中心，其主要由北斗導(dǎo)航位置服務(wù)系統(tǒng)、信息采集和推送系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、車輛管理調(diào)度系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、通信接口等組成。北斗導(dǎo)航位置服務(wù)系統(tǒng)完成接收定位信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；提供地圖服務(wù)、地理信息查詢以及對(duì)終端的位置進(jìn)行監(jiān)控、查詢、實(shí)時(shí)定位，以及軌跡回放等功能。信息采集和推送系統(tǒng)主要來(lái)完成北斗終端信息的采集和消息推送。北斗智能物流終端通過(guò)4G、WiFi等通信方式實(shí)時(shí)與物流信息化平臺(tái)相連接，實(shí)現(xiàn)終端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。

圖2 北斗物流系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)圖

2.4.3 北斗物流終端設(shè)計(jì)

北斗物流終端主要是實(shí)現(xiàn)信息采集和信息/服務(wù)接收。北斗導(dǎo)航模塊通過(guò)響應(yīng)衛(wèi)星的廣播信號(hào)及接收衛(wèi)星發(fā)回的信號(hào)獲取自身位置信息。采用Android等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息推送功能，結(jié)合4G、藍(lán)牙、Wifi等通訊模塊實(shí)現(xiàn)信息和云端服務(wù)器的同步，圖3給出了北斗物流終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖3 北斗物流終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

北斗物流終端使物流過(guò)程時(shí)效化、可視化、智能化、便捷化，實(shí)現(xiàn)攬件、倉(cāng)庫(kù)分撿、路網(wǎng)物流、配送等物流環(huán)節(jié)。北斗物流終端依托網(wǎng)絡(luò)為工作人員、管理人員、客服人員客戶提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息查詢、資源調(diào)度、消息發(fā)布等功能，極大的提高了效率。

3 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為國(guó)家重要的信息基礎(chǔ)和戰(zhàn)略設(shè)施，使用我國(guó)在導(dǎo)航定位方面擺脫受制于人的局面的同時(shí)，它具備的定位和通信功能也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)快速發(fā)展，北斗在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用將更加廣泛。

[1]張飛舟,何漢賢.基于北斗系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用評(píng)述[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào),2014,6,2(2):6-9.

[2]張鵬,崔旭,韓偉.北斗智能物流終端在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[C].第五屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集.2015(10):91-95.

[3]趙學(xué)洋,李海紅.基于北斗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的導(dǎo)航信息系統(tǒng)探討[J].新技術(shù)新工藝,2013(7):112-115.

The beidou navigation system is applied in the Internet of things

Luo Xiaoyong
(Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company ,Guangzhou Guangdong,510663)

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