北斗卫星导航系统在智慧城市中的应用

丁煜朔

（西北工业大学航天学院，陕西 西安 710072）

北斗卫星导航系统在智慧城市中的应用

丁煜朔

（西北工业大学航天学院，陕西 西安 710072）

摘 要：伴随着城市扩大化，“城市病”成为困扰各个城市的建设与管理的首要难题，资源短缺、环境污染、交通拥堵、安全隐患等问题日益突出。联合全球卫星定位系统、物联网技术、云计算技术和新一代通讯技术等信息技术，建立智慧城市，将成为解决城市问题的可行方案。北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统，具有全天候、全天时快速定位、短报时通信、精密授时服务三大功能，为物联网提供了导航信息和测绘信息等核心信息。智慧交通、智慧社区、智慧环保、智慧快递等北斗卫星民用项目的建立，可以促进北斗卫星深入人们的生活，逐步获得人们的认可。对北斗卫星进一步投入到我国全方位应用领域具有重要意义，进而更好地服务于城市建设和管理，促进社会和谐发展。

关键词：北斗卫星；智慧城市；城市管理；居民生活

21世纪，城市面积和城市人口激增，城市不断扩大，资源短缺、环境污染、交通拥堵、安全隐患等城市问题日益突出，居民生活受到极大影响。与此同时，全球卫星导航定位技术、物联网技术、云计算技术、下一代通信技术等新一代信息技术迅速发展，以此为基础，致力于解决城市问题的“智慧城市”概念应运而生。

2008年11月，在纽约召开的外国关系理事会上，IBM提出了“智慧地球”这一理念；2009 年1月，奥巴马与工商领袖举行了一次“圆桌会议”，积极回应“智慧地球”理念和愿景，并将其上升为国家战略。2009 年9月，IBM 与美国爱荷华州的迪比克市共同宣布， 建设美国第一个“智慧城市”。同年7月，日本推出“I-Japan（ 智慧日本） 战略2015” ， 欲将数字化信息技术融入社会生活的方方面面。11月，欧盟围绕物联网技术和应用制定了《欧盟物联网行动计划》。

2008 年底， IBM 在“智慧的城市在中国突破 ”战略基础上与我国十多个省市签署了“智慧城市 ”共建协议， 从此我国“智慧城市 ” 的建设和发展走向了对传统管理体制的突破和创新的道路。

我国北斗卫星导航系统的完善加速了智慧城市的创建，作为信息传输的重要手段，北斗卫星导航系统不可或缺。本文将从智慧城市的技术应用，平台建立和北斗卫星导航系统下的智慧城市应用方案等方面，介绍北斗卫星导航系统的创新应用。基于北斗卫星导航技术的智慧城市将促进北斗卫星导航系统深入城市居民生活，极大地拓展其应用领域。

1 智慧城市的技术应用

智慧城市可理解为：把传感器装备到城市生活的各种物体上，通过超级计算机和云计算实现物联网整合，智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物，包含智慧传感网、智慧控制网和智慧安全网。

1.1 北斗卫星

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。

北斗卫星具有全天候、全天时快速定位、短报时通信、精密授时服务三大功能，为物联网提供了导航信息和测绘信息等核心信息。导航信息包括位置、速度、时间，它们是物联网核心信息；测绘和地理信息包括周围环境（影像信息）、地理空间信息、虚拟空间信息等，是物联网的参照信息。

1.2 物联网

物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网联接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。两院院士李德仁巧妙形象地把它描述为，把感应器嵌入和装备到电网、交通设施、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网，也就是物理设施首先被感知（ 感知层），然后通过有线、无线网络、云平台等信息 技术使物理设施向外延伸并相互连接（ 传输层），最终达到为用户提供丰富的特点服务的目的（应用层）。

1.3 云计算

云计算是一种基于网络的支持异构设施和资源流转的服务供给模型，侧重于信息的处理和存储，通过平台进行数据整合，实现协同工作。智慧城市多个应用系统之间需要信息共享交互，各不同的应用系统需要共同选取数据综合计算、分析，最终得出综合结果，这就需要一个强大的信息处理中心。

1.4 移动互联网

创建智慧城市的根本目的是服务城市居民，使其生活更加便捷。正如我们所见，移动互联网正在渗透进人们生活的各个领域，因此移动互联网便成为智慧城市的智能终端。

2 智慧城市网络平台建立

所谓网络平台是指用户获取所需信息的手机客户端或者网站。这就需要开发相应的软件产品或者建立相关服务网站，用户可以根据所需服务自主选择软件。这些软件不是分散的，而是集中在一个应用软件库里，方便用户选择。客户端可以在手机或者电脑等设备运行，利用先进的互联网技术，便捷地得到城市生活信息。对于城市管理者或者城市建设人员，同样可以利用网络平台获取信息，从而完成协调城市资源分配、保护居民生活安全、治理城市环境等工作。

3 北斗卫星在智慧城市中的应用项目举例

将物联网、互联网、云计算技术与北斗卫星导航系统相联系，建立一个覆盖整个城市的巨大网络，市民的出行、购物、医疗等等一切信息都可以查询；面对突发事件，可以快速求助、高效救援；对城市环境、道路、公共设施实行实时监控，方便监督管理。可以设想，这样的城市生活将会更加高效便捷。

3.1 智慧交通

无论是上班族还是学生对于等公交车都是颇有怨言，等车耗费了大量时间，对于快节奏的城市生活，节省时间便可以获得收益，正所谓时间就是金钱。而有车一族同样免不了交通问题，随着家庭用车的增加，堵车、交通事故等频频发生。智慧交通可以解决上述问题，方便城市居民出行。

通过有线、无线网络把公共汽车、出租车、私家车等车辆、监控疏导系统、交通基础设施系统以及收费、红绿灯等系统进行物联，利用北斗卫星提供高可靠、高精度的定位、测速以及跟踪与监管，来提供综合的实时信息互动服务，智能采集车流量、道路噪音、路面状况、交通事故情况、气象状况以及其他交通设施信息等。城市居民可以获取公交车位置、出租车情况和道路情况，适时地出门等候公交车、搭乘出租车或者选择交通顺畅的路线行驶。此外，交通监管部门可以了解实时交通状况，及时协调交通、处理交通事故。

例如：在城市公交车、出租车上装配车载定位系统，利用北斗卫星的定位功能确定其位置，将位置信息上传云空间，整理出车辆适时位置地图，用户可以通过相关软件访问车辆位置信息。将交通状况传感器装配在车流量较大的地方，测量车辆行驶情况，利用云计算处理信息、得到该路段的路况，利用北斗卫星传输路况信息，确保信息准确快速地传递到用户，以便用户选择合适路线出行。

3.2 智慧医疗

在用户移动智能终端和医院安装智能定位系统，各医院的位置信息预先储存在城市医疗中心系统中，当用户拨打救助电话时，医疗中心系统可以获得用户位置，并与城市医院位置比较，为用户选择出最近的医院，由其派出救护车及时救助伤者。

除此之外，还可以在医院安装实时监测系统，获取医院就诊人数，上传至云空间，方便用户查询、恰当避开就诊人数高峰期。

3.3 智慧快递

近几年，城市中掀起了一阵网购热，与此同时，快递业务也越来越火爆。但是，随之而来的快递安全问题受到人们的普遍关注。如何保证快递在运输途中不丢失，并且保障其质量，是我们需要考虑的问题。

将北斗卫星的定位系统应用在快递上，无疑将解决这一问题。可以设想在快递上安装芯片，实时监测快递的地理位置，对一些生鲜食品，同时检测其温度、湿度等信息，将这些信息处理后，用户可以在移动终端上查阅。

3.4 智慧环保

利用空气质量传感器、卫星定位以及卫星图片处理技术，可以实时感知城市环境变化，对环境进行分析预测，及时发现问题，并将环境信息及时发布。

对可能存在排污的企业安装空气质量传感器、地表水质量传感器等，实时监测有关企业的排污情况，及时发现排污企业、及时治理污染。

3.5 智慧减灾

北斗卫星一个突出的特点是短报文通信功能，在灾难预警及救灾指挥中发挥重要作用。构筑灾害预警指挥系统，对城市实行监控，及时发现可能灾难，发布预警信息。另外，一旦灾难发生，很多时候城市原有通讯会受到破坏，这时启动北斗卫星的短报文通信功能，对灾害现场进行指挥，获取灾区情况，确保救灾人员与指挥部的通讯和救灾物资的送达。除此之外，可以通过卫星系统获取灾区的卫星图片，进行分析，助力救灾。

3.6 智慧社区

“智慧社区 ”充分借助互联网、物联网和卫星技术将人、地、物进行互联互通，涉及智能楼宇、智能家居、智慧教育、智慧养老与助残、个人健康与数字生活等诸多领域，形成集成化、时空化和智慧化的全新社区形态。足不出户便可以接收远程教育视频，上班期间可以监控住宅是否安全等等已经成为现实，但是智慧社区并不止于此。

例如：对于独居的老人，他们可以安装紧急事件求助设备，一旦发生紧急事件，只需一键求助，就可以把家中发生的事情甚至图片传送到社区物业处，物业工作人员便可以为老人提供帮助。同时可以为老人实施定位，即使迷路，家人也可以方便寻找。

结语

智慧城市作为一个新兴的概念，它以方便居民生活、服务大众为宗旨，充分体现了以人为本的理念，而导航系统是智慧城市中必不可少的环节。北斗卫星导航系统作为中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，将其应用于智慧城市的建立上，必将获得百姓的认可；北斗卫星导航系统也会更加深入人心，发展的更快更好。

北斗卫星导航系统融入智慧城市的建设，将提高城市交通监管力度，方便城市居民出行，为居民提供精确的导航；物联网和互联网与北斗卫星联合应用，建立物物相联、物人相联的巨大网络，极大地方便居民生活；应用北斗卫星导航系统，在灾害防治方面也将取得巨大发展，确保居民生命财产安全。北斗卫星将深入人们的生活，获得广阔的民用前景；北斗之星，才会成为真正的未来之星！

参考文献

[1]王冠生，郑江华，瓦哈甫·哈力克，许伟伟.北斗卫星在智慧城市建设中的应用评述[J].传感器与微系统，2013，32 （11）：1-4.

[2]甄峰，翟青，陈刚，等.信息时代移动社会理论构建与城市地理研究［J].地理研究，2012，31（02）：197-206.

[3]杨元喜，汤静.智慧城市与北斗卫星导航系统[J].卫星应用，2014，4（02）：7-10.

中图分类号：P228.4

文献标识码：A