实现互联网与卫星导航的全面融合

● 文|北京卫星导航中心 薛峰

实现互联网与卫星导航的全面融合

● 文|北京卫星导航中心 薛峰

互联网发展主要经历了三个大的阶段，并即将经历第四个阶段（以主要流量来源和用户行为目标为划分依据）：第一阶段是传统网络，主要是传统的网站当道，这个阶段持续了十几年。第二阶段主要是网站和内容流型社交网络并存，这个阶段目前正在趋于尾声，已经持续了七八年。第三阶段，则是网站弱化、移动客户终端（APP）与消息流型社交网络并存的阶段。这个阶段是目前正在发生的，却也持续有两三年了。第四阶段则是即将发生的，超级APP将以用户为基础，承载一切的内容与服务，最终完成互联网信息的全面整合。

参照互联网发展阶段，卫星导航发展阶段可以进行如下划分：卫星导航发展到现在，主要经历了三个大的阶段，并即将经历第四个阶段（以主要载体和用户行为目标为划分依据）：第一阶段是军事导航，主要是满足军用载体，武器平台传统制导，这个阶段持续了约20年。第二阶段主要是私家车自驾游热带来的车载导航终端大爆发，这个阶段目前正在平稳期，已经持续了10年。第三阶段则是卫星导航与物联网相互结合的阶段，这个阶段是目前正在发生的，正在蓬勃发展。第四阶段则是即将发生的，以廉价嵌入式卫星导航模块结合各类APP以信息融合为主要标志，将位置信息纳入互联网承载的内容与服务，最终完成卫星导航与互联网的全面整合。

一、卫星导航与互联网现阶段联系

当今社会是一个信息化的社会，在这个信息高速流通的社会中，互联网遍布全球，与人类的生活越来越近。家电网络化、车辆网络化、生活网络化，也许未来只需要利用手中的智能手机和各类APP就能远程控制身边的一切。

卫星导航过去在人们眼中是非常高大上的技术，只有业内人士才能玩得转、玩得好。确实卫星导航是为了满足武器系统大范围高性能制导的军事需求产生，但随着技术进步和民用推广，特别是车载导航终端爆炸式发展，卫星导航终端已经成为每个人都用的起的普通消费产品，特别是智能手机集成导航终端后，卫星导航已经彻底揭开神秘面纱成为每个人都能使用的寻常之物，成为日常生活的一部分。

卫星导航形成的信息是位置、速度和时间。对于直接输出的经纬度、卫星时间，没有一定测绘技术基础的人恐怕无法直接使用；只有与地图结合后才能直观地进行导航，这也是导航系统最大的特点。

☆ 北斗授时手表

目前阶段卫星导航与互联网联系不够紧密，主要表现在以下两个方面。

1）设备层：传统的导航终端分为手持、车载（机载、船载）、集成等几类，分别满足个人、交通工具、设备内部集成的导航需要。这些终端通过专用接口（一般为串口）与外围软/硬件通信，把各类测量数据、位置、速度、时间信息送给控制显示机构。使用传统导航终端的载体或用户没有连接互联网的需求，因此终端没有与互联网连接的任何设计。

2）信息层：从卫星导航和互联网各自发展的阶段看，前两个阶段两者处在平行线上没有交点，只有第三阶段物联网出现以后才出现了简单信息融合。因此应用需求的牵引、终端成本的廉价，以及生活互联网化是促成卫星导航与互联网信息融合的必要条件。

二、卫星导航与互联网结合

卫星导航要实现与互联网的真正结合，必须解决终端和信息两个层面上的结合，可从底层硬件和协议两方面实现。

1.终端结合

终端结合主要从传统导航终端的互联网功能改进和互联网终端的导航功能改进两个方面开展。

（1）传统导航终端的互联网功能改进

传统导航终端只具备串口和图形界面两种输出方式，进行互联网改进时，网络接口需要增加WLAN或手机功能，在具备WiFi或手机网络覆盖的区域，终端增加WLAN后变为网络上的一个节点，可以实现远程控制、数据访问、自动软件升级和状态维护等。

例如传统车载导航仪增加手机模块，基于中国移动网络，不仅可以为司机提供更新、更准、更便捷的位置导航，还可以为司机提供更多关于位置的服务。

☆ 车载智能手机系统

1）地图数据更新服务：依托强大的后台数据和资源做支持，地图数据和POI点及相关信息都能实时更新，避免了城市发展过快引起的地图频繁更新问题，可实现每次开机都使用最新地图。

2）地点搜索服务：通过语音控制，告知客服中心想去的地方以及需求（例如景点浏览地最佳路线，沿途吃住要求），挂机后网络导航终端语音介绍几条路线，根据用户选择结果自动开始导航。

3）网络数据服务：可以通过网络在线看视频、听音乐、听新闻，了解路上交通拥堵情况及建议路线、沿途风土人情介绍及旅游建议，还可以通过智能家电为家里提前预约空调、加湿器服务等。

4）软件升级服务：导航终端软件自动升级，解决旧版本软件漏洞，获取更多功能。

值得注意的是，传统导航终端与网络融合可以解决城市内卫星导航系统易受建筑遮挡无法定位的问题。

卫星导航系统有较长的初次捕获时间或首次定位时间（TTFF），特别是接收机冷启动时，需要十多分钟才能完成对卫星的搜索和电文的接收。如果导航终端处于室内、高大植物下、建筑物旁或卫星信号无法覆盖的地方，由于可见的导航卫星数量较少，定位速度更慢，误差更大，甚至无法完成定位。

而基于网络的定位方案需要导航终端发出信号并且由多个固定位置的基站接收，通过测量导航终端到基站的信号的特征参数，再根据特定的算法计算出被测物体（导航终端）的位置。由于基站间时间同步精度有限，这种方案的定位精度不高，受基站周围电磁环境、多路径效应、用户运动速度、基站信号切换等影响较大。

尽管网络和卫星导航适用场合都有局限性，但它们之间可以相互结合取长补短。比如在基站覆盖不全的城市外，导航终端可以搜索到4颗甚至更多的卫星，主要采用卫星导航体制；在密集的城市地区和高大建筑物内，导航终端检测不到足够的卫星信号，主要采用基站定位体制。例如高通公司开发出的GPSOne定位方案，是一种混合的无线辅助全球定位系统（Hybrid AGPS），不仅首次定位时间短、定位精度高，而且适用于各种地形。它综合利用了无线蜂窝网和GPS卫星二者的优势，极大提高了定位服务的适用范围、精度、连续性、可用性和完好性。

（2）互联网终端的导航功能改进

互联网终端增加卫星导航功能最成功的设备就是智能手机。早期智能手机是具备管理备忘录、计算器及日程表等功能的PDA（个人数字信息助理终端）与手机相互融合的产品。在20世纪90年代智能手机刚刚问世的“黎明期”，手机没有卫星导航功能；在2000—2006年商务智能手机繁荣发展的“商用机扩大期”，芯片供应商成功将GPS、手机通信、数据传输以及WLAN等功能集成在单一芯片内，极大降低了用户使用卫星导航服务的门槛，但这一阶段地图和GPS结合的不够完善以及更新方式等问题，卫星导航仅仅是作为智能手机的附加功能存在，没有与互联网进行结合；直到2007年以后逐步走进普通消费者视野的“大众普及期”，随着手机上网速度的不断提高，作为移动互联网终端的手机应用及各类增值业务成为关注热点，利用卫星导航产品位置信息的服务开始大量出现。可以预计，未来的智能手机必然集成了单模甚至多模卫星导航系统功能模块，成为位置服务的主要载体。

☆ 带有导航功能的智能手机

2．信息结合

随着移动通信的发展，电信服务商与制造商除了传统语音服务外，纷纷推出各种增值数据业务与设备，以寻找新的收入来源。消费者也希望手机除了通话、收发邮件、上网外，还能有其他功能。公开统计数据表明：人们日常生活信息中有80%与空间位置有关，而企业所使用的信息中有60%的信息与空间位置有关。因此，基于位置的服务（LBS），正受到前所未有的关注与投入。LBS可以提供基于实时路况信息的自适应导航、基于位置的信息与社交服务、公共安全和管理、位置监视与追踪、个人定位服务、娱乐和紧急救援等多项应用。基于云计算理念，引申出了位置信息与互联网云概念相结合的“位置云”，这是一种基于3S技术、IT技术、网络与通信技术的综合性位置服务体系，包含基础设施、服务与开发平台、产品解决方案等部分，吸纳所有与位置相关的资讯，能够为社会各领域提供基于位置的多需求解决方案。

“位置云”将基于卫星导航定位技术的多层平台和数据统合到一个开放共享的计算中心，用户通过手中的互联网导航终端提交各自的服务需求，中心通过海量数据、用户模型和云计算得到结果并反馈用户，以满足不同类型的需求。政府用户可以获得环境、交通、医疗、教育、公共安全与城市管理方面的服务；对于行业用户可以提供基于位置的数据服务，包括消费、旅游、物流、供应链等；对个人用户可以提供自驾导航、居住、餐饮、购物、娱乐等生活服务。

☆ 带有导航功能的自行车

三、未来构想

卫星导航与互联网的融合以及由此产生的位置服务会极大改变人们的生活，目前位置服务在智能手机和平板电脑上的应用居多，除此之外还应用在一些专用设备上，例如追踪设备、数码相机和健身工具等。2015年3月，欧洲全球导航卫星系统管理局（GSA）发布了《全球导航卫星系统（GNSS）市场报告》（第四版），报告中指出2014年全球在用GNSS设备数量为36亿部。另据有关报道，目前大约有30亿个移动应用依赖于位置信息。LBS市场持续扩大，利用多种导航星座和混合定位技术的高端设备已经非常普遍。2013年全球超过10亿台智能手机上市，亚太地区占较大市场份额。另外，安卓操作系统占据了80%的市场。到2019年，依靠位置数据下载的APP将达到75亿个，超过2014年的28亿个。从2020年起，每年都会有超过20亿台智能手机上市，2023年会超过25亿台，每年将增长6.2%。

可以预期在不远的未来，人们驾驶汽车的同时就可以动态获取周边道路通行信息，从而自动调整导航路线避免拥堵；周末休闲时可以向互联网导航终端提出自己的目的需求、饮食需求、住宿需求、人员需求，由终端依据后台互联网大数据系统自动生成路径，引导前往；在驾车前往餐厅用餐时可以自动获取停车场车位信息、自动排号、自动点餐；未来车辆自动驾驶技术成熟后，互联网导航终端成为车载电脑的主要信息输入输出节点，成为与外界通信的主角。