北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用

周 田，张 辉，张 翔

（1.北京卫星导航中心，北京100094；2.93307部队，辽宁沈阳110000）

北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用

周 田1，张 辉1，张 翔2

（1.北京卫星导航中心，北京100094；2.93307部队，辽宁沈阳110000）

当今城市面临对于社会经济发展和生活质量提高等严峻挑战，“智慧城市”概念在应对这一挑战背景下应运而生。本文介绍了智慧城市的理念、特征及发展前景，从智能交通、智能家居和智慧物流三个方面，对北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用进行了探索，相关构想对我国智慧城市建设，以及城市可持续发展具有参考意义。

北斗导航；智慧城市；智能交通；智能家居；智慧物流

0 引 言

作为人类的交易中心和聚集中心，城市是人类步入社会文明时代的标志，其作为区域中心和政治中心的地位不断增强。麦肯锡全球研究院的一项统计表明，世界上10%的人口居住在全球30个大都市[1］。我国现阶段正处于城市化高速进程状态，我国国家统计局公布数据显示，2013年末中国城镇人口占总人口比重超过50%.城市人口剧增，城市规模迅速扩大，与此同时，交通系统拥堵、城市管理低效、应急系统不通畅等序列社会问题不断涌现，正成为城市可持续发展的障碍。克服现有城市发展困境并寻求新的发展动机是当前迫切需要解决的难题。近年来，以物联网、云计算等新一代技术为核心的智慧城市建设理念被提出并为广泛接受[2］，被认为是解决当前城市发展核心问题的有效方法，成为未来城市发展的主要方向。智慧城市80%以上的信息与时间和空间有关，需要位置、速度、时间及地理信息[3］。

北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后世界上第三个卫星导航定位系统，其正式投入运行，结束了我国完全依赖美国GPS的历史[4］。实践证明该系统性能稳定、使用方便，对我国的国防建设、森林防火、抗震救灾、海洋渔业、交通运输、物流、物联网等行业的发展发挥至关重要的支撑作用。北斗卫星导航系统具有定位、测速、授时、短报文通信功能[4－6］，是智慧城市的重要基础设施，中国科学院院士杨元喜更是明确指出，发展以北斗为支撑的智慧城市应成为国家战略[3］。

针对智慧城市建设，日本的Prendinger等[7］利用虚拟实验室构建东京智慧城市3D模型，研究了导航系统在智能交通上的作用。意大利的Zanella等[8］构架了城市物流网，并探讨其在智能城市建设中的应用。西班牙的Martinez－Balleste等[9］注意到智能城市建设中相应出现的公民隐私权暴露问题，提出了一系列应对措施。国内王冠生等[10］对北斗卫星在智慧交通、智慧减灾、智慧社区等方面进行了评述。张攀等[11］从交通、水电、环保等多方面探讨了北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用。李德仁院士等[12］基于智能传感器网和对地观测网等物联网新技术，探讨了数字城市发展到智慧城市的必然趋势和基础理论。

本文利用北斗导航系统的特点对智慧城市建设进行了探索，阐明了智慧城市的理念，对北斗导航在城市建设中智能交通、智能家居以及智慧物流等几个关键领域的应用进行了探讨与展望。

1 智慧城市

迄今为止，智慧城市并无严格定义，其概念大致起源于2008年IBM公司提出的“智慧地球”理念，构想充分利用IT技术，将各类传感器装备在世界各个角落，将电网、跌路、公路、隧道等有机联合，形成“物联网”，再通过互联网将“物联网”整合，实现全球智慧状态。两年后IBM又提出“智慧城市”理念，在《智慧的城市在中国》白皮书中对“智慧城市”的定义是：“能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活”。

智慧城市是人类对未来理想生活的一种美好愿望，人们可以借助科技的力量尽享便利的生活，并与环境和谐相处。智慧城市更是解决目前城市发展过程中遭遇到的诸多问题，如安全隐患、矛盾突出、资源不足、交通拥堵、环境污染等制约城市发展问题的重要途径。目前，很多国家已经开始建设智慧城市，中国智慧（数字）城市的理论研究和关键技术体系研发，仍基本处于起步阶段。

2 北斗导航在智慧城市中的应用

2013年9月，国务院办公厅发布的《国家卫星导航产业中长期发展规划》指出，如今全球卫星导航产业三大发展趋势之一，便是从以导航应用为主，向导航与移动通信、互联网等融合应用转变。北斗也需要在这样的历史机遇期，进一步与互联网、物联网等新一代信息技术相融合，主动融入智慧城市等新领域的发展，提供更多具有行业特色的位置、导航、时间和通信服务。

2.1 智能交通

随着经济的发展和社会的进步，城市人口增多，汽车的数量持续增加，交通拥挤和堵塞现象日趋严重，由此引发的环境噪声和大气污染等已经成为现在社会面临的严峻问题。智能交通系统作为近十年大规模兴起的改善交通堵塞减缓交通拥挤的有效技术措施，越来越受到国内外政府部门和专家学者的重视，在许多国家和地区也开始了广泛的应用。

智能交通即高度智能化程度的交通系统，在GPS、射频识别、GIS等技术的集成应用和有机整合的平台下而建立的一种大范围内、全方位发挥作用的高效、便捷、安全、环保、舒适、实时、准确的综合交通运输管理系统。目前我国的北斗卫星导航系统发展迅速，完全可以取代GPS在智能交通系统中的作用，甚至北斗系统所具有的短报文通信服务功能，作为一项优势将比GPS更适合应用在智能交通系统中，北斗系统将在我国的智能交通系统中具有更加重要和更广泛的应用。

1）智能交通监控与管理系统。利用北斗系统将采集到的各道路的车流量情况进行实时采集与整理，对道路交通状况进行分析，实时的监控各交通路段的车辆信息。同时将收集到的路况信息上传到智能交通系统中，利用北斗系统的短信通信功能以语音播报的形式为驾驶员提供交通路况信息，选择合理的驾驶路线，合理避开拥堵区。

2）行车安全管理。通过对北斗系统位置信息的显示分析，能对道路上一些不安全的行为进行记录，以便事后及时处理，加快事故的确认和处理，使受阻的路段尽快恢复通行，提高道路交通运营能力。如超速行驶，在单行线上逆行，不按交通限制行驶等情况。

3）公交车监控和调度。利用北斗系统的短报文通信功能，公共交通管理部门可以采用车辆监管系统对各车发回的信息进行综合分析，再将调度命令发送给司机，及时调整车辆运行情况，实现有效管理。同时，还可以推广使用电子站牌，电子站牌通过无线数据链路接收即将到站车辆发出的位置和速度信息，显示车辆运行信息，并预测到站时间，为乘客出行提供方便。

4）紧急援助。通过北斗卫星导航系统进行定位，并结合交通监控管理系统，可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，帮助值班人员快速的进行应急处理。

2.2 智能家居

随着经济的快速增长和社会的发展，快节奏的生活状态得人们越来越追求高品质的生活，人们对舒适，方便，高效的生活环境的渴望愈来愈强烈。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已经成为当今世界的一个热点问题。智能家居是建设智慧城市的一个重要环节，它能够为家庭提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

北斗系统最大的特色在于提供有源定位和短报文通信服务，这也是北斗相对其他导航系统的优势。利用北斗的短报文通信功能和定位功能，通过信息传感设备和智能控制系统，将与家居有关的子系统与北斗终端设备结合起来，进行监控，管理，信息交换和通信，同时通过嵌入有北斗芯片的手机发送指令到智能控制系统实现对住宅内所有灯及各种电器的远程控制。回家前，通过手机发送信息提前启动热水器、空调、洗衣机和电饭煲等设备；而家里的各种电器设备也可以通过触动信息传感设备并发送信息到户主的手机上。如果家中出现煤气泄漏或者火警，传感器监测到之后会及时触动智能控制系统发送信息通知户主和警方以及小区物业，即使不幸遇到小偷潜入，安防设备会自动报警，并通知小区物业和发送信息的方式通知到户主。这一切都将改变过去的家居方式，使生活更便捷，更美好。

2.3 智慧物流

目前，网上购物越来越多，而且呈飞速发展趋势，越来越多的物品流动，也造成了一定程度上的混乱，这给顾客带来了很多忧虑。目前，国内制造企业物流信息化水平普遍不高，大都采用“人工＋条形码”的方式，该方式效率低、人力成本高，已越来越不能满足现代物流行业提升核心竞争力的需求。传统的物流方式已逐渐无法适应快速发展的电子商务的需求。

智慧物流概念的提出可以有效地解决这个隐患。智慧物流是将射频识别、传感器和导航定位系统等物联网技术通过信息处理和网络通信技术平台广泛的应用于物流的各个环节，实现自动化运作和高效率管理。智慧物流概念的提出契合了现代物流的智能化、网络化、自动化、实时化的发展趋势，对物流业的影响将是全方位的。

利用北斗卫星导航系统，在物流车辆、中转环节设备中安装北斗导航终端，并在导航终端上设计射频识别读写器和处理器；在买家购买商品后，自动生成一个射频识别电子标签，物流公司在接收货物后将电子标签贴于商品上。在物流过程的每一个环节中，货物的射频识别通过传感芯片与物联网系统进行信息传递，从而实现了对物流过程的实时监控。货物损坏、掉包、丢失，甚至是谁什么时间将货物搬运到什么地点都可以准确查出，使业务流程公开、透明地呈现出来。这不仅有效避免了一些人为的过错，同时也明确了各方的责任。

3 结束语

本文介绍了智慧城市的基本概念，从智慧教育、智慧物流、智慧家居三个方面举例说明了北斗在智慧城市建设中的应用设想。北斗卫星导航系统在智慧城市的建设和发展中的应用非常广泛，除了以上三个领域，北斗在气象应用、抢险救灾、医疗、环境监测等方面都有很广阔的应用前景，将北斗卫星导航系统与智慧城市紧密结合是应对公共安全，事故灾难、反恐维稳、提高政府决策能力的和重要手段，并为城市宏观管理和辅助决策提供支持。

将北斗卫星导航技术应用到智慧城市中，既能促进智慧城市的建设发展，也可对北斗导航卫星产业的发展起到很好的促进作用。随着北斗导航系统功能的进一步完善，北斗导航系统的应用领域将进一步得到大胆探索和尝试。以北斗为支撑的智慧城市将成为国家重大经济发展策略和国民经济发展的重要支撑。

[1]DOBBS R，SMIT S，REMES J，et al.A urban world：Mapping the economic power of cities[R］.McKinsey Global Institute，2011.

[2]袁远明.智慧城市信息系统关键技术研究[D］.武汉：武汉大学，2012.

[3]杨元喜.智慧城市与北斗卫星导航系统[C］//第八届中国智慧城市大会，2013.

[4]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J］.测绘学报，2010，39（1）：39－45.

[5]唐金元.北斗卫星导航区域系统发展应用综述[J］.全球定位系统，2013，38（5）：47－52.

[6]谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考[J］.宇航学报，2008，29（2）：391－396.

[7]PRENDINGER H，GAJANANAN K，BAYOUMY ZAKI A，et al.Tokyo virtual living lab：Designing smart cities based on the 3Dinternet[J］.IEEE Internet Computing，2013，17（6）：30－38.

[8]ZANELLA A，BUI N，CASTELLANI A，et al.Internet of things for smart cities[J］.IEEE Internet of Things Journal，2014，1（1）：22－32.

[9]MARTINEZ－BALLESTE A，PEREZ－MARTINEZ P A，et al.The pursuit of citizens＇privacy：aprivacy－aware smart city is possible[J］.IEEE Communications Magazine，2013，51（6）：136－141.

[10]王冠生.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）：1－4，10.

[11]张 攀.北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用探讨[J］.全球定位系统，2013，38（4）：71－74.

[12]李德仁.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J］.地理空间信息，2011，9（6）：1－5.

作者简介

周 田（1988－），男，助理工程师，主要研究方向为卫星导航。

张 辉（1985－），男，硕士，助理工程师，主要研究方向为卫星导航。

张 翔（1981－），男，助理工程师，主要研究方向为卫星导航。

Application of Beidou Satellite Navigation System in Intelligent Cities

ZHOU Tian1，ZHANG Hui1，ZHANG Xiang2
（1.Beijing Satellite Navigation Center，Beijing100094，China 2.93307 Troops of PLA，Shenyang110000，China）

Cities nowadays face complex challenges to meet objectives regarding socio－economic development and quality of life.The concept of‘intelligent’cities is a response to these challenges.This paper introduces the concept，characteristics and development prospect of the intelligent cities，and explores the application of Beidou Satellite Navigation System in the construction of intelligent city.Three aspects，including intelligent transportation，intelligent house and intelligent logistics，are studied in this paper，for the purpose of providing significant reference to the country＇s city construction and sustainable development.

Beidou Satellite Navigation System；intelligent cities；intelligent transportation；intelligent house；intelligent log istics

P228.4

A

1008－9268（2015）01－0082－04

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.019

2014－06－23

联系人：周田E－mail：297476803＠qq.com