淺析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

黃秋欽　工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院工程師沈少明　工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院工程師馬治國　工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院無線通信部主任，工程師

淺析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

黃秋欽工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院工程師
沈少明工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院工程師
馬治國工業(yè)和信息化部電信研究院南方分院無線通信部主任，工程師

在概述北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)特點和移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，對比了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和美國全球定位系統(tǒng)GPS，提出了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)的解決方案，分析了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)；GPS；移動互聯(lián)網(wǎng)

1　引言

隨著寬帶無線接入技術(shù)和移動終端技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們迫切希望能夠隨時隨地甚至在移動過程中亦能方便地從互聯(lián)網(wǎng)上獲取信息和服務(wù)，移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生并飛速發(fā)展。另外，移動智能終端日益普及，人們的移動性在日益增強，對位置信息的需求也日益高漲，市場對移動定位服務(wù)需求也快速增加。移動互聯(lián)網(wǎng)中的移動定位服務(wù)將是一個非常大的突破性應(yīng)用，該服務(wù)將更加注重個性化信息服務(wù)，實現(xiàn)這一服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)就是衛(wèi)星導(dǎo)航定位。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）在我國的國民經(jīng)濟建設(shè)和社會服務(wù)中的應(yīng)用越來越廣闊了，已發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已成為一個國家綜合實力的重要標志。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已于2012年底開通運行，計劃到2020年左右覆蓋全球，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模和國際化水平將大幅度提升，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其兼容的產(chǎn)品也將會在國民經(jīng)濟重要行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域中得到廣泛使用。本文在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)這一熱門領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，探索如何更好地發(fā)揮北斗衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用的廣度和深度。

2　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

2003年5月23日，我國“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”3顆衛(wèi)星成功發(fā)射。2004年開始啟動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)二代的建設(shè)，2011年開始對中國及周邊提供測試服務(wù)，2012年12月正式提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，服務(wù)范圍覆蓋亞太大部分地產(chǎn)，預(yù)計2020年實現(xiàn)全球覆蓋。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Bei Dou Navigation Satellite System，BDS）是由中國自主研制，具有獨立的知識產(chǎn)權(quán)，遵循自主性、開放性、兼容性和漸進性的建設(shè)原則，其目標是建成獨立自主、開發(fā)兼容、技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠、覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以促進衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈成型，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由空間段、地面段和用戶段3個部分組成的（見圖1）。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并具有短報文通信功能。

2.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的原理

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位是基于三球相交原理。用戶需要進行定位服務(wù)時，提出申請服務(wù)項目發(fā)送信息，經(jīng)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面中心，地面中心站接收信息后解調(diào)出用戶發(fā)送的信息，測量出用戶至兩顆衛(wèi)星的距離，以兩顆衛(wèi)星的已知坐標為圓心，各以測定的本星至用戶機距離為半徑，形成兩個球面，用戶機位于這兩個球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子地圖，可提供的是一個以地心為球心，以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面，已知目標在赤道平面北側(cè)，求解圓弧線和地球表面交點即可獲取用戶位置，兩顆衛(wèi)星之一將該用戶位置信息轉(zhuǎn)發(fā)給申請用戶；另外，也可由地面中心站主動進行指定用戶的定位，定位后不將位置信息發(fā)送給用戶，而由中心站保存，便于調(diào)度指揮和相關(guān)部門獲得用戶所在位置。

圖1　北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成

簡單地理解，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是主動式雙向測距二維定位，是由地面中心控制系統(tǒng)解算出位置后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶接收并顯示接收到的信息。地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置和時間信息，因此可以負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。

2.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）同時具備定位和雙向通信能力，無需其他通信系統(tǒng)支持就可以獨立完成移動目標的定位和調(diào)度功能。GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力，需和其他通訊系統(tǒng)結(jié)合才能實現(xiàn)移動目標的遠程定位和監(jiān)控功能。

（2）24h全天候服務(wù)，無通信區(qū)。目前，服務(wù)覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，預(yù)計2020年左右可覆蓋全球范圍。

（3）特別適合集團用戶大范圍監(jiān)控和管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。

（4）獨特的中心節(jié)點式定位處理和指揮型用戶機設(shè)計，可同時解決“我在哪里”和“你在哪里”。

（5）自主系統(tǒng)，高強度加密設(shè)計，安全、可靠、穩(wěn)定、適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。

3　移動互聯(lián)網(wǎng)概述

3.1移動互聯(lián)網(wǎng)的介紹

移動互聯(lián)網(wǎng)是一種通過智能移動終端，采用移動無線通信方式獲取互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和服務(wù)的新興業(yè)務(wù)。它是寬帶移動通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，繼承了通信網(wǎng)絡(luò)移動性的特點和互聯(lián)網(wǎng)分享、開放、互動的優(yōu)勢，即由移動運營商提供無線接入，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供平臺、商業(yè)模式和各種成熟的應(yīng)用，用戶可通過移動終端接入移動互聯(lián)網(wǎng)，隨時隨地地享受互聯(lián)網(wǎng)的多項服務(wù)。

3.2移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，PC端互聯(lián)網(wǎng)已處于日漸飽和狀態(tài)，移動互聯(lián)網(wǎng)正呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。迄今，全球移動用戶已超過20億，互聯(lián)網(wǎng)用戶也逾10億，這一快速增長現(xiàn)象反映了隨著時代和技術(shù)的進步，人們對移動性和信息的需求急速上升。越來越多的人希望在移動過程中高速地接入互聯(lián)網(wǎng)，獲取需求的信息。移動互聯(lián)網(wǎng)也逐漸滲透到了人們的生活、工作等各個領(lǐng)域，移動互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過幾年的曲折前行，終于迎來了新的發(fā)展高潮。

根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心發(fā)布的《第37次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況調(diào)查統(tǒng)計報告》，截至2015年12月，中國網(wǎng)民規(guī)模達6.88億，互聯(lián)網(wǎng)普及率為50.3％；半數(shù)中國人已接入互聯(lián)網(wǎng)。手機網(wǎng)民規(guī)模6.20億，占比提升至90.1％。個人上網(wǎng)設(shè)備進一步向手機端集中，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的在線教育、網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)約租車也已成規(guī)模。同時，移動互聯(lián)網(wǎng)塑造了全新的社會生活形態(tài)，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃不斷助力企業(yè)發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)對于整體社會的影響已進入到新的階段，未來幾年也將是移動互聯(lián)網(wǎng)增長的黃金時期。

4　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)系

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系，可以理解為，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提供位置定位服務(wù)，有了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星定位功能，極大地拓展了移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。另外，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為北斗定位系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)，既可以直接形成相關(guān)的定位應(yīng)用產(chǎn)品，便于廣大用戶使用，也可促進新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在移動互聯(lián)網(wǎng)通信過程中，當需要對某特定位置進行準確的定位，特別是移動中的物體，采用傳統(tǒng)的方法是較為困難的，甚至無法定位。目前的解決辦法就是利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，采用較多的就是GPS的定位和導(dǎo)航服務(wù)。其相對于傳統(tǒng)定位方法，具有顯著的優(yōu)點和可操作性，準確的位置信息，精準的授時服務(wù)，無需組建網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍較廣，獲取信息便捷等優(yōu)點。同時，其缺點也較為明顯：利用GPS有較大的安全隱患，特別是戰(zhàn)爭時，風險更大，移動互聯(lián)網(wǎng)就會受其影響，其功能也會受到一定程度的削減。因為，美國政府從沒對GPS的質(zhì)量和使用壽命做出承諾和保證，并且美國軍方還會對特定的GPS信號進行干擾和致盲。而由我國完全自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，則可完美地解決移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的定位導(dǎo)航問題，亦可保障系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，大力促進社會與經(jīng)濟的發(fā)展。另外，相對于美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備有短報文通信功能（SMS），每次可發(fā)生多達120個漢字的訊息。即北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時具備定位和雙向通訊能力，可獨立完成移動目標的定位和調(diào)度功能。特別是在常規(guī)通訊手段無法覆蓋的地方，可通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來實現(xiàn)發(fā)送短信的功能。若是遇到自然災(zāi)害或者戰(zhàn)爭等情況，通信基站被毀壞，可利用帶有北斗系統(tǒng)的地面接收設(shè)備，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備即可及時報告所在的位置信息。而GPS系統(tǒng)本身不具備通信功能，需和其他通信系統(tǒng)結(jié)合才能實現(xiàn)對移動目標的定位和監(jiān)控功能。

4.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用項目

隨著我國北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展，且北斗系統(tǒng)同時具有衛(wèi)星定位和短報文通訊的優(yōu)勢，北斗系統(tǒng)應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)中的案例也越來越多了。

（1）智能交通

智能交通需采用GPS等導(dǎo)航定位系統(tǒng)。近些年城市交通擁擠、交通事故頻發(fā)、超載超速等現(xiàn)象越來越頻繁，相關(guān)部門對其監(jiān)管也較為困難。為此，可將移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能交通，將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)接收芯片安裝在車輛上，并對車輛進行精準導(dǎo)航和定位，同時考慮在車內(nèi)配置測速信息、采集載重等傳感器，將這些信息通過移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至交通監(jiān)管部門，交通監(jiān)管部門通過技術(shù)處理，可獲取車輛的位置、是否超速、是否超載等信息，亦可在必要的時刻對司機進行提醒，更高效地對行車狀況進行控制。交通部門還可以結(jié)合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)高精度定位技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)控路況信息、采集車流量、交通事故情況以及其他交通設(shè)施信息等，及時協(xié)調(diào)交通處理交通事故。

另外，也可在公交車、出租車上安裝車載定位系統(tǒng)，利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可精確定位其位置，便于乘客通過移動終端上的相關(guān)軟件查看車輛位置信息，節(jié)省乘客等車時間。對于有車一族亦可利用北斗衛(wèi)星傳輸路況信息，通過移動終端上相關(guān)軟件平臺隨時查詢路況，對自己的出行路線和時間做出調(diào)整。目前，熱門的打車軟件，如滴滴打車、優(yōu)步UBER、易到用車等都是充分結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能而興起的。

（2）智能物流

隨著電商的迅速發(fā)展，物流行業(yè)也相應(yīng)地不斷壯大。隨之而來的快遞安全問題以及如何保障快遞的速度和質(zhì)量，成為人們普遍關(guān)注的焦點。將北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美結(jié)合即可有效地解決這些問題。在每個快遞上都貼上微型北斗導(dǎo)航芯片，可實時監(jiān)測快遞地理位置，用戶也可通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在移動終端上隨時隨地獲取快遞信息。

（3）移動醫(yī)療

“移動醫(yī)療”已成為了移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的熱點，它充分借助衛(wèi)星技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)來提供醫(yī)療服務(wù)和信息。可在用戶移動智能終端和各個醫(yī)院安裝智能定位系統(tǒng)，各個醫(yī)院的位置信息預(yù)先儲存在城市醫(yī)療中心系統(tǒng)中，若有用戶撥打求救電話，醫(yī)療中心系統(tǒng)可快速準確地獲取用戶位置，并為用戶選擇最近的醫(yī)院，由其派出救護車及時救助病人。同時，也可幫助救護車上的醫(yī)護人員，通過移動高清視頻獲得清晰、快速的遠程指導(dǎo)，不錯過治療的“黃金半小時”。除此以外，還可在醫(yī)院安裝實時監(jiān)控系統(tǒng)，獲取醫(yī)院就診人數(shù)，上傳至云空間，用戶可通過移動終端上的APP應(yīng)用查詢，從而選擇合適的就診時間和醫(yī)院，節(jié)省之前大量用于掛號、排隊等候乃至搭乘交通工具前往的時間和成本。

（4）智能社區(qū)

“智慧社區(qū)”是社區(qū)管理的一種新理念，是新形勢下社會管理創(chuàng)新的一種新模式。智慧社區(qū)是指充分利用云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星定位等新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用，主要涉及到智能物業(yè)管理、社區(qū)電子商務(wù)服務(wù)、智能家居、智能養(yǎng)老等方面，為社區(qū)居民提供一個安全、舒適、便利的現(xiàn)代化、智慧化生活環(huán)境，從而加快和諧社區(qū)建設(shè)，推動區(qū)域社會進步。

例如，對于年輕上班族而言，家里有老人小孩，可在家里安裝求助設(shè)備或者給老人小孩佩戴簡易的求助設(shè)備，一旦發(fā)生緊急事件，只需一鍵求助，就可呼叫社區(qū)物業(yè)及家屬，物業(yè)管理人員可快速為老人小孩提供幫助，同時也可以對老人小孩進行定位，一旦走丟，家屬亦可方便地尋找。

（5）移動旅游服務(wù)

移動旅游服務(wù)是整合了旅游服務(wù)、導(dǎo)航、位置服務(wù)、景區(qū)營銷、安全服務(wù)、旅游社區(qū)等功能，形成移動互聯(lián)網(wǎng)旅游服務(wù)平臺，提供的服務(wù)有：機票預(yù)訂服務(wù)、酒店預(yù)訂服務(wù)、餐飲信息服務(wù)、購物信息服務(wù)、娛樂信息服務(wù)、專業(yè)安全救援服務(wù)、景區(qū)數(shù)據(jù)及營銷服務(wù)等。

5　結(jié)束語

移動互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)和發(fā)展帶來了ICT大融合，產(chǎn)生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新格局，給整個信息產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的創(chuàng)新和變革，導(dǎo)航系統(tǒng)是移動互聯(lián)網(wǎng)中一個必不可少的環(huán)節(jié)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時具有導(dǎo)航定位和通訊功能，且可全天候服務(wù)，無通訊盲區(qū)，不受通信網(wǎng)絡(luò)的限制，完全適應(yīng)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對定位功能的要求；最為重要的是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的系統(tǒng)，高強度加密設(shè)計，具有安全、可靠、穩(wěn)定的優(yōu)點。隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，軟硬件的集成度進一步提高，北斗相關(guān)的產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，產(chǎn)品的性價比也越來越高，這些條件的改善大力促進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在移動互聯(lián)網(wǎng)中實用性的優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)。

雖然北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前還存在一些不足，例如應(yīng)用服務(wù)研究開發(fā)相對少、市場占用率比較低和認可度低等，但其同時也存在很多潛在的優(yōu)勢，應(yīng)當積極研究其應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)品，更好地與市場結(jié)合起來，充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)的功能，使其更好地為軍事、社會服務(wù)。

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Analyses BeiDou satellite navigation system and its application in the mobile Internet

HUANG Qiuqin，SHEN Shaoming，MA Zhiguo

This paper introduced the characteristics of BeiDou satellite navigation system and development trend of mobile Internet technology，compared the BeiDou satellite positioning system and the global positioning system GPS.The solution which can apply the BeiDou satellite navigation system to the mobile Internet have been presented in detail.At same time analysed the advantage for BeiDou satellite navigation system applied to the mobile Internet.

BeiDou satellite navigation system；GPS；mobile Internet

（2016-07-08）