卫星应用技术在智慧城市领域的典型应用分析

● 文 |航天恒星科技有限公司 王晨 黄宇 张凤珊 吕铁军 李时良

卫星应用技术在智慧城市领域的典型应用分析

● 文 |航天恒星科技有限公司 王晨 黄宇 张凤珊 吕铁军 李时良

一、引言

随着航天技术的高速发展及民用化进程加快，以3S（卫星遥感、全球卫星导航定位和地理信息）系统为代表的卫星应用技术对智慧城市建设的影响日渐增大。本文基于卫星应用技术在智慧城市领域的探索，对卫星遥感、卫星导航、卫星通信等技术在智慧城市建设领域的典型应用进行分析研究，提出初步解决方案，为卫星应用技术在智慧城市建设中的应用和发展提供理论依据和技术支撑。

二、智慧城市架构

智慧城市在总体功能上围绕政府、企业、市民这三大主体需求，依据智慧城市在基础网络环境、城市管理、公共服务、居民生活、生态环境、产业经济发展等六方面的发展愿景，形成了基于终端感知、网络物联和领域应用的三层技术体系架构。感知层应用条码、RFID、智能终端、传感器、卫星导航等智能感知和采集技术，通过自动或人工的方式，对城市运行核心系统的各项关键信息进行广泛而全面的获取。网络层基于光网宽带、无线宽带、移动互联网、下一代互联网（IPv6）和三网融合等技术，形成以“宽带、无线、泛在、融合”为特征的智慧一体化网络，实现更高的宽带速度、更便捷的接入方式、更深程度的融合，同时支持城市要素中“人—机—物”之间全面的信息联通与共享。应用层基于云计算、智能识别和处理、数据库等面向应用的技术，通过云计算平台全面整合城市内各信息系统的数据和应用服务，满足智慧城市建设中对于海量数据的计算和存储要求，实现敏捷智能响应城市生活需求。

三、卫星应用技术概述

1.卫星导航

卫星导航系统作为一种以卫星为基础的无线电导航系统，解决了大范围、高精度快速定位的问题，其设计初衷是用于定位和导航，即为车、船、飞机等机动工具提供导航定位信息。由于卫星导航不仅具有全球性、全天候、连续性和实时性的特点，且能很好地与其他系统相融合，随着该技术的不断发展与完善，已成为现代社会的重要信息来源，其应用范围迅速渗透到国民经济的各个领域，如海上和沙漠中的石油开发、交通管理、个人移动电话定位、商业物流管理、渔业监控、土建工程和考古等。

2.卫星遥感

卫星遥感指的是使用卫星从高空通过传感器探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及处理分析，识别物体的属性及其空间分布等特征的技术。卫星遥感技术可以应用于智慧城市中的基础地理信息测绘、智慧地理空间框架建设、农业、林业、国土资源、矿产资源勘探等重要行业和领域中。

3.卫星通信

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射空间电磁波来实现信息传输的通信技术。在智慧城市建设中，卫星通信可以在许多方面发挥重要的作用。卫星通信作为中继进行地球上的无线电台、站之间的通信，从出现的第一天起，就被赋予了广播通信、数据传输以及重要的军事、抢险、救援、应急通信任务。

四、典型应用分析

1.智慧交通

城市规模扩大的同时，交通量也在迅速增加，道路交通拥挤状况愈加突出，及时地识别城市道路交通状况可以防止或者降低拥堵程度。将车载信息技术、电子数据交换技术（EDI）、地理信息技术、数据仓库技术与基于北斗的卫星定位、通信技术相结合，构建一个多功能、全方位的综合交通信息服务体系，实现对车辆行驶状态的全程动态监控，高效地完成车辆定位数据采集和无线网络数据传输，提高车辆的行车效率，最大限度地发挥交通信息服务系统的功能和作用。这些功能集中体现了智慧交通信息服务系统中的“智慧”二字。就目前来看，加快北斗卫星导航系统的组网建设，实现在交通信息系统中采用北斗定位代替GPS定位，不仅可以打破在卫星导航定位方面对GPS的依赖，更能加速我国在智慧交通领域的发展。

车辆定位系统的服务对象主要是政府部门、企事业单位、社会公众，其功能是为用户提供全路网的行程时间、行程速度、车辆延误等方面的动态交通信息，并结合其他信息为交通用户提供咨询服务，提高城市交通的管理水平。政府部门除了需要各种交通方式的基础信息、运输信息和辅助信息外，主要需要交通网络状态信息、车辆位置信息，突发事故信息、运输信息等。企事业单位需要与运营相关的天气、路面、路况信息,交通流的现状及预测信息，交通设施与车辆的使用情况信息以及交通事故信息和事故预报警信息等。社会公众需要天气、交通时刻表、路面状况、城市道路交通，驾驶员还需要全方位的道路与交通设施、交通状况、交通控制信息等，在行驶过程中需要了解动态交通信息，包括事故、施工、阻塞等信息，了解事故处理情况等信息。

车辆定位系统在智能交通系统的应用如图1所示，服务控制中心通过广域网与移动通信短消息中心连网，通过分布式数据库技术实时更新车辆的信息并实时发布市区各路段交通流量信息。另外，一旦车辆发出遇劫、被盗等警情时，服务控制中心也可将车辆位置信息及警情信息通过广域网送110指挥中心，由公安部门出警。本系统可扩大到全省（市）连网，形成真正意义上的广域系统，这时可用专线和建立分控中心的方式进行管理。

2.智能电网

智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网，通过硬件基础和技术手段可实现智能电网的信息化、数字化、自动化和互动化。智能电网系统的建立和数字化电网的实现需要全网时间同步的紧密支持。因此，建立安全、可靠、高精度的时间同步系统，是当代电网乃至未来智能电网运行的一项基本要求。卫星授时是实现远距离高精度时间同步的最佳方式。卫星在离地面很高的轨道上运行，一颗卫星实现大区域覆盖，具有得天独厚的空间优势。卫星传播的信号为直达波，相比短波、长波具有很高的精度。采用卫星授时服务可以有效保证电力系统中对时间同步的需求，在动态安全监测、电能质量评价等业务中具有重要的应用价值。目前，电力系统中的时钟主要采用GPS信号接收单元，是以GPS信号为“主”的外部时间基准。实践证明，GPS由于自身的问题，已经不能满足智能电网、智能调度系统的精确时间同步系统的要求。当前的电力系统时间同步性很差，制约了电力系统综合性能的提高，无法适应智能电网的需求。因此，迫切需要新的时间同步方式解决现代电力系统的时间同步问题，以满足智能电网的要求。北斗的崛起，将在快速定位、双向数据通信和精密授时三大领域充当重要的角色，也将打破美国GPS一统天下的局面。

为满足未来智能电网对时间同步的要求，采用北斗／GPS互为备用作为智能电网的时钟源，同时给出了全网时间同步框架，不仅在很大程度上保证了全网时间同步质量，而且大大提高了电网运行的安全性。

3.智慧政务

随着中国经济社会快速发展，政府面临的新情况、新问题越来越多，建设平安和谐的社会管理体制要求越来越迫切。在经济和信息全球化加速发展的今天，信息化技术对传统政务管理模式及相应的管理方式和方法进行改造、改进和改革，在政府管理中的应用越来越重要，必将成为政府未来的信息管理的神经中枢，是实现我国政务管理的新方向。

智慧政务管理与服务工作需要大量信息数据，例如地理数据信息、实有人口数据、企业法人数据、实有房屋数据、系统业务数据以及其他资源数据。

通过将卫星遥感应用到智慧政务中，可以极大加快社区的智慧化进程，实现创新扁平化管理。创新扁平化管理作为社会管理新载体，主要通过各社区、区、市三级社会管理工作部门、成员单位把社会管理所关注的人、场所、组织、物品等基础信息进行整合，结合已有的公安、民政、房产、计生、政法、党建等数据，构建社会管理信息库，做到“爱心调解”、“劳动保障”、“社会救助”、“健康教育”、“物业家政”等的创新扁平化管理，实现与政府社会管理的共同联动。

五、结束语

本文对卫星应用技术在智慧城市建设领域的应用进行分析，针对智慧交通、智慧电网、智慧政务三个领域提出了初步的解决方案，为未来建设智慧城市探索方向。研究卫星应用技术在智慧城市领域建设中典型应用，一方面可以为卫星应用技术的民用化提供广阔的发展空间，同时也为智慧城市领域业务发展提供技术动能和产业支撑，对推进生态文明建设，提升社会管理和公众服务水平，促进城市产业结构调整与优化具有重要的意义。

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