北斗定位技術在高校圖書館智能導航中的研究

數智時代的到來，使傳統圖書館逐步轉型升級為智能圖書館。圖書館的智能化建設有效提升了讀者的閱讀體驗，促進了知識的共享和傳遞。隨著圖書館建設規模的日益擴大和功能的愈加完善，功能區設計和內部地圖路徑變得越來越復雜，對圖書館導航技術提出了更高的要求。北斗定位作為我國在導航定位、授時和通信領域的一項重要技術，具有高精度定位功能、快速定位響應以及覆蓋區域服務范圍廣泛的特點。將北斗定位技術融入高校圖書館的智能導航系統，不僅能夠實現精準的室內導航服務，還可以結合大數據分析等技術，提供個性化的信息服務，從而優化用戶體驗，提高圖書館資源的利用率和管理的智能化水平。

一、定位技術概述

定位技術呈現出蓬勃發展的態勢，涵蓋了如藍牙、紅外線、RFID、Wi-Fi、超寬帶、超聲波、光追蹤、慣性傳感器技術和地磁定位等多種方法。這些技術在不同的應用場景中各自發揮作用，卻也各自面臨著一定的應用局限性，從而阻礙了其在實際環境中的廣泛推廣和完善應用。

二、北斗定位技術概述

（一）北斗定位技術的發展歷程

北斗衛星導航系統是中國自主建設、獨立運行，并與世界其他衛星導航系統兼容的全球衛星導航系統。1“北斗一號”系統于1994年啟動，發射了2顆\"北斗一號”衛星?！氨倍范枴毕到y于2004年啟動，發射了15顆“北斗二號”衛星，組成了包括5顆地球靜止軌道（GEO）衛星、5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星和4顆中圓地球軌道（MEO）衛星的區域衛星導航系統。 ^[2]2012 年，“北斗二號”系統正式宣布開始為亞太地區的用戶提供定位、導航和授時服務。“北斗三號”全球衛星導航系統于2009年啟動，2015年發射了新一代北斗導航衛星試驗星。2017年，“北斗三號”首批組網MEO發射升空，2顆衛星成功入軌。2018年，“北斗三號”第18顆、19顆衛星成功發射，我國正式宣布北斗系統可提供全球基本導航服務。2020年，“北斗三號”最后一顆導航衛星發射，“北斗三號”全球衛星導航系統正式開通。

（二）北斗定位的特點

北斗導航衛星是基于高精度時空基準，利用無線電偽距測量原理實現信號測量與播發的系統。與通信衛星、遙感衛星等其他種類的衛星相比，其具有以下特點：配置高準確度、高穩定度和高可靠性的星載原子鐘組，完成星地時間同步，建立并維持空間時空基準；測量參數精度和穩定性更高。由于衛星軌道位置、無線電時頻信號、天線相位中心、空間產品溫度范圍等控制要求高，因此，需要保證其測量參數的準確性和穩定性；信號連續性和可用性更高。為保證導航業務連續穩定、服務不中斷，需對測量和播發的信號及信息提出連續不中斷的要求；在具有大功率、多頻點、多信號的發射功率放大器和微波網絡的情況下，解決了衛星艙內信號電磁兼容性難題，為用戶提供了多種應用模式并達到良好的使用效果；星上產品的通用性和兼容互換性更好，有力地支持了北斗衛星密集發射和工程系統組網建設。上述特點決定了北斗導航衛星系統的任務分析、方案選擇、總體設計、產品研制和研制流程都有其獨特的構思。

（三）北斗定位的關鍵技術

北斗衛星系統由空間段、地面運行控制系統和用戶段組成?？臻g段即導觸衛星星座，由不同軌道、軌位的數顆至數十顆導航衛星，按照合理的幾何構型分布所組成。地面段包括主控站、時間同步、注入站和監測站等若干地面站。用戶段包括北斗兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端產品、應用系統與應用服務等。導航衛星在軌連續播發無線電導航信號供地面用戶使用，是整個工程系統中的關鍵核心部分。[3]

北斗定位融合系統級關鍵技術，涵蓋導航通信融合、中高軌及深空衛星導航、X射線脈沖星導航應用、導航增強、低軌衛星導航增強、高度自主的導航星座長期運行以及多源信息融合等多個方面。這些技術的綜合應用將有助于提高北斗系統的整體性能和可靠性。

三、北斗定位技術在高校圖書館智能導航中的優勢

北斗系統作為國家重點支持與發展的衛星導航系統，在定位精度、覆蓋與穩定性、融合通信能力和自主可控與安全性等方面具有顯著優勢，這些優勢為其在高校圖書館的智能導航系統中的應用提供了堅實的技術基礎。

第一，高精度定位能力。北斗衛星導航系統具有高精度的導航定位能力，能夠實現厘米級的位置精度。在圖書館導航中，這種高精度定位能力能夠確保讀者快速、準確地找到目標書籍或位置。相比傳統的圖書館導航方式，北斗定位技術減少了定位誤差，提高了導航的準確性和可靠性。

第二，全面覆蓋與穩定性。北斗衛星導航系統已經實現了從區域性到全球性的覆蓋，無論是偏遠地區還是城市中心，都能提供穩定的服務。在圖書館內，北斗定位技術可以確保信號覆蓋整個場館，讀者無論身處哪個角落，都能獲得穩定的導航服務。此外，北斗系統的穩定性也意味著在高峰時段或復雜環境下，導航服務依然能夠保持流暢和準確。

第三，融合通信能力。北斗導航系統創新融合了導航與通信能力，其中的短報文通信服務是其他已建成導航系統所沒有的。這一功能在圖書館導航中具有重要的應用價值。此外，短報文通信功能還可以用于圖書館內的信息發布和通知，提高信息傳遞的效率和準確性。

第四，自主可控與安全性。北斗衛星導航系統是中國自主研發的衛星導航系統，具有自主可控的優勢。這意味著，在圖書館導航中，我們可以避免依賴外部技術或平臺，確保導航服務的安全性和穩定性。同時，自主可控也意味著我們可以根據實際需求對系統進行定制和優化，以滿足圖書館導航的特殊需求。

四、基于北斗技術的高校圖書館智能導航系統設計

（一）系統設計原則

北斗定位技術在高校圖書館智能導航系統的架構設計遵循模塊化、智能化、人性化的原則，以確保系統設計的科學性、實用性和用戶友好性。模塊化的好處在于，當某個模塊出現問題時，可以局部進行修復，而不需要停用整個系統，這大幅減少了系統維護的復雜性和成本。智能化設計原則提高了系統的自動化和智能決策能力，隨著使用數據的積累，系統能夠不斷優化算法，提升導航效率和精確度。人性化設計原則出于對用戶體驗的重視，系統的操作界面、交互流程和反饋機制都需要為用戶著想，確保用戶可以直觀、方便地使用系統。

（二）系統架構設計

圖書館智能導航系統的架構設計需要滿足高并發、高可靠性、高安全性的需求。圖書館內的訪客數量眾多，系統設置要處理大量的并發請求，保持高準確性和安全性，以保護用戶的個人信息。系統的基本框架主要分為以下幾個層次。

第一，基礎平臺層。此層負責提供硬件支持和基礎設施，包括服務器、網絡設備、安全設備等。北斗定位模塊的集成在此層完成，確保定位數據的準確采集；第二，數據資源層。這一層處理和管理所有的數據資源，包括用戶數據、圖書定位數據、位置服務數據等。該層的設計用來實現數據存儲、查詢性能以及數據安全性；第三，業務實現層。這是系統的核心層，負責處理業務邏輯，包括用戶身份認證、導航路線規劃、位置服務的提供等。北斗定位技術的應用在此層中尤為重要，需要實現與北斗衛星的數據交互，以及對這些數據的分析和處理；第四，門戶展現層。此層負責系統的前端展示，包括用戶界面設計。用戶可以通過這個界面與系統進行交互。界面設計簡潔直觀，兼顧易用性和美觀性，同時確保良好的用戶體驗；第五，行業接入層。針對特定的用戶群體，如師生、訪客等，提供定制化的服務。這一層的設計需要考慮不同用戶的特定需求，如為學生提供圖書館座位導航的功能，為教師提供快速導航到特定圖書區的功能等。

系統架構實現了系統的可擴展性和可維護性，確保系統能夠適應未來可能的功能擴展和技術升級。同時，系統設計也應遵循相關的信息安全標準，保護用戶數據和隱私。高校圖書館智能導航系統架構，需要綜合考慮系統的功能需求、性能指標、用戶體驗以及安全性等多方面因素。北斗定位技術的引入可以有效提升圖書館的服務質量和管理效率，但同時也需要與現有的系統架構進行深度融合，以發揮最大的技術價值。

（三）系統功能模塊設計

1.高精度定位模塊

功能描述：利用北斗衛星導航系統的高精度定位能力，實現對圖書館內部各區域的精準定位。該模塊能夠實時獲取讀者的位置信息，為后續的導航服務提供基礎數據支持。

技術實現：通過部署在圖書館內部的北斗定位基站，結合北斗衛星信號，實現室內外的無縫定位。同時，利用室內定位技術，提高室內定位的精度和穩定性。

2.智能導航模塊

功能描述：根據讀者的目的地和當前位置，智能規劃最優路徑，并提供實時導航服務。該模塊能夠引導讀者快速、準確地到達目標區域，減少在圖書館內迷路和尋找的時間。

技術實現：結合圖書館的地圖數據和定位信息，利用路徑規劃算法和導航算法，實現智能導航功能。同時，通過圖形化界面展示導航路徑和實時位置信息，提高用戶的導航體驗。

3.大數據分析模塊

功能描述：收集并分析讀者的行為數據，如閱讀偏好、訪問頻率、停留時間等，為圖書館提供個性化的信息服務和管理決策支持。

技術實現：通過云計算平臺處理并分析定位數據和行為數據，運用大數據分析和機器學習算法，挖掘讀者的潛在需求和閱讀習慣。同時，根據分析結果，為讀者推薦相關的圖書、活動和資源。

4.緊急事件響應模塊

功能描述：在緊急情況下，如火災、地震等，快速定位讀者位置，并提供緊急疏散指導和救援服務。該模塊能夠確保讀者的安全和圖書館的應急管理能力。

技術實現：結合北斗定位技術和緊急疏散預案，實現緊急情況下的快速定位和疏散指導。同時，通過短信、 App 推送等方式，向讀者發送緊急通知和救援信息。

5.資產管理模塊

功能描述：對圖書館內的圖書、設備、家具等資產進行實時定位和跟蹤管理，提高資產管理的效率和準確性。

技術實現：為資產配備北斗定位標簽，通過定位基站實時獲取資產的位置信息。同時，結合資產管理軟件，實現資產入庫、出庫、盤點等功能的自動化和智能化。

（四）系統集成

系統集成是指將北斗定位技術與圖書館現有的信息系統、導航系統等多個系統的資源和功能有機地結合在一起，形成一個統一、高效、可靠的導航系統平臺。對接不同系統的兼容性、接口、數據交換等關鍵數據，保證新集成的系統能夠與現有系統無縫對接，實現數據的無縫傳輸和功能的無縫協作。系統集成包括以下幾個方面：第一，技術標準的統一。北斗定位技術的接口標準、數據格式等需要與圖書館現有的系統兼容。這要求在系統集成前，對相關技術規范進行充分的研究和統一，以確保系統間的無障礙通信；第二，數據融合與處理。北斗定位技術提供的位置信息需要與圖書館的圖書信息數據庫進行有效的融合，以提供精準的導航服務。這包括位置信息的準確性、更新速度以及與圖書信息的實時匹配等問題；第三，用戶接口的友好性。系統集成后的導航系統應該具有友好的用戶界面，能夠讓圖書館的服務人員和訪客方便地使用，包括直觀的操作界面、簡潔的操作流程以及人性化的交互設計等。

五、基于北斗定位的高校圖書館智能導航系統的應用場景分析

（一）讀者導航服務

讀者可以通過智能導航系統快速定位到圖書館內的任何位置，包括書架、閱覽室、休息區等。系統可以提供實時導航路徑，

幫助讀者快速找到目標位置，節省時間。對于初次到訪的讀者，系統還可以提供虛擬游覽功能，幫助他們熟悉圖書館的整體布局和各個功能區域。

（二）圖書查找與定位

圖書館員或讀者可以通過輸入圖書的名稱、作者或ISBN等信息，快速定位圖書在圖書館內的具體位置。系統可以實時更新圖書的位置信息，確保讀者能夠準確找到所需圖書。

（三）資產管理

圖書館內的各種設備、家具和資產都可以配備北斗定位標簽，實現實時定位和跟蹤管理。系統可以記錄資產的移動軌跡和位置變化，提高資產管理的效率和準確性。

（四）緊急事件響應

在緊急情況下，如火災、地震等，系統可以快速定位讀者和工作人員的位置，提供緊急疏散指導和救援服務。通過與圖書館的報警系統相連，系統可以自動觸發緊急響應機制，確保人員的安全。

（五）運送圖書車輛聯網

運送圖書的車輛可以配備北斗定位終端，實現車輛的實時定位和跟蹤，規劃最優的運輸路線，提高運輸效率，降低運輸成本。同時，系統還可以監控車輛的行駛狀態，確保運輸過程的安全。

基于北斗系統的高校圖書館智能導航系統具有廣泛的應用場景和重要的實用價值。通過繪制地圖、規劃線路、開辟專門路徑以及運送圖書車輛聯網等措施，可以進一步提高圖書館的智能化水平和服務質量。

六、結束語

北斗定位技術的發展歷程是中國科技實力不斷攀升的歷史見證，將其應用于高校圖書館智能導航，不僅能夠推動圖書館管理的現代化、智能化步代，還能夠提高圖書館的服務效率和管理水平。未來，隨著北斗定位技術的不斷發展和完善，其在高校圖書館智能導航中的應用將更加廣泛和深入。展望未來，我們堅信，北斗技術將在更多領域和行業中發揮重要作用，為推動社會進步和發展貢獻更多智慧和力量。

參考文獻：

[1]韓立巖.推動北斗產業高質量發展探析[J].人民論壇，2023（03）：72-76.

[2]謝軍，常進.北斗二號衛星系統創新成果及展望[J].航天器工程，2017，26（03）：1-8.

[3]中華人民共和國國務院新聞辦公室．《中國北斗衛星導航系統》白皮書[EB/OL].[2024-10-10].http：//www.xinhuanet.com/politics/2016-06/16/c_12906755.htm