北斗导航系统在物联网中的应用

北斗导航系统在物联网中的应用话题引入物联网是信息技术领域又一个重要发展，它使传统网络从人与人的联系扩展到物与物、物与人的联系。北斗导航系统是我国正在建设的全球卫星导航系统。在这里，我们将分析北斗导航系统在物联网中应用的可行性，从物联网的组成结构出发，分析北斗导航系统相比于传统电信网络的优势，并对北斗导航系统在物联网中的应用模式进行展望。A北斗导航简介B导航系统与物联网的联系C北斗导航在物联网中的应用前景D北斗导航在物联网中的发展前景北斗导航与物联网北斗导航简介北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，能够为用户提供高精度的定位信息，还能为用户提供类似于短信的通信服务，将在物联网的应用中体现GPS所不具备的优势。北斗导航简介英文BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称BDS我国自主研制、自行建设、自行管理，具有完全知识产权的全球卫星导航系统继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后的世界第三个成熟的卫星导航系统。工作频率在2491.75MHZ，可向用户提供全天候、高精度的即使定位服务，定位精度可达到纳秒级，与GPS相当北斗导航的发展历史上世纪80年代到2000年初步建立北斗一号两颗卫星2001年到2012年覆盖亚太区域系统性能与GPS不相上下2013到2020年组成全球卫星系统2020年，35颗卫星全部发射，实现全球覆盖北斗导航系统功能•短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。•精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。•定位精度：水平精度100米，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。•系统容纳的最大用户数：每小时540000户。“北斗一号”卫星导航系统在2008年的汶川地震抗震救灾中发挥了重要作用，救灾部队携带的“北斗一号”终端机不断从前线发回各类灾情报告，为指挥部指挥抗震救灾提供了重要的信息支援。北斗卫星导航系统的组成太空段5颗静止轨道卫星30颗中轨道非静止轨道卫星地面控制中心主控站测轨站测高战校正站计算中心用户终端北斗用户终端GPS用户终端GLONASS用户终端地面控制段要实时地掌握卫星及用户工作情况01地面控制段接收到用户信号后，解读出用户申请的服务内容并计算出用户的三维坐标位置，再将相关信息发送到卫星03用户终端主动发射信号进行定位申请，卫星接受到后将其转发到地面控制段02卫星在接收到地面控制段发来的坐标资料或者通信内容，转发给用户，实现导航与定位服务04北斗卫星导航工作流程北斗卫星导航系统的优势北斗系统由我国独立自主建设，不受制于人，这对于一些事光国民经济发展和人民正常生活的行业应用非常重要，如地面移动通信网、电力及金融行业北斗系统集导航定位、短信通信和授时三大功能于一体，相比GPS等国外卫星导航系统，有短信通信的独特功能北斗系统集基本导航定位和高精度广域差分导航定位功能于一体，用户终端要实现高精度广域差分导航定位功能相比GPS简单，只需解出北斗系统播放的高精度广域差分电文信息即可。当你收到带有你位置信息的短信后，你可以告诉或者转发给别人，别人就能准确知道你在哪里了导航系统与物联网北斗卫星导航系统除能提供准确的三维位置、速度信息和授时功能外，还可提供短信报文功能。我们将以北斗系统为例，从物联网的各功能组成部分出发，分析导航系统在物联网的优势和应用可能性。北斗导航与物联网的联系北斗导航与物联网技术之间的关系，具体地来讲，北斗导航为物联网技术应用提供位置导航服务，有了北斗导航的导航功能，可以增加物联网的应用范围。而物联网技术作为北斗导航系统的产业链中的一环，既可以直接形成导航应用产品，服务于广大用户，又可以促进新产业的出现，促进信息科技产业的发展。物联网的组成感知层用以完成物品信息的收集并上传网络传输层A传输层将信息传送至相应的处理中心，进行分类处理B处理层将数据进行计算机的数据处理，并分发到不同的信息门户C北斗导航在物联网的应用—感知层在感知层，导航系统的芯片本身可以是一个可精确测量目标位置和速度的传感器，可作为传感器使用，并且物联网中接入的物体绝大多数都需要位置信息，这样就可以不通过RFID上传读写器，而是直接用短报文功能上传，这是电信网络所不具备的。另外，在RFID中，可以将其读写器与导航芯片融合设计在一起，利用导航终端直接上传网络。北斗导航在物联网的应用-传输层在网络传输层，由于北斗导航系统独有的短报文功能，可用于上传、下行信息。北斗卫星系统具有双向通讯功能，可以一次传送40～60个汉字的短报文信息，这是GPS所不具备的。短报文通信是北斗卫星导航定位系统最具特色的功能，能够在固网及移动网络不能提供服务的情况下，保证通信的畅通，但是由于系统工作原理的限制，北斗系统在并发用户数量上受到制约，即使在将来也仅能满足部分重要用户的通信服务需求，这就要求将北斗系统和现有通信网络融合，各取所长，最大限度地保持物联网接入网络的畅通北斗导航在物联网应用中的优势物联网技术是在互联网技术基础上的一种延伸和拓展，其核心和基础仍然是相互之间的通信和交流，以此来达到资源共享之目的。在物联网通信过程中，当需要对物体的位置进行准确的定位，特别是移动中的物体，采取传统的方法是比较困难的，甚至是无法解决的。现在最好的解决方法是利用卫星导航定位系统，即利用GPS的定位和导航服务。相对于传统意义上的方法，具有明显的优点和可操作性，准确的位置信息，精准的授时服务，无需组建网络，覆盖范围广，获取信息方便等优点。同时，其缺点也是很明显的：利用GPS有较大的安全隐患，特别是在战争时候，风险可能更大，物联网通信就会受到影响，其功能会受到一定程度的削弱。因为美国政府从来没有对GPS的质量和使用寿命做出过承诺和保证，而且美国军方还可以对特定地方的GPS信号进行干扰和致盲。因此，完全自主的北斗导航系统，可以完美地解决网联网技术中的定位导航问题，同时也可以保障系统工作的安全性和可靠性。导航系统与物联网北斗卫星导航系统除能提供准确的三维位置、速度信息和授时功能外，还可提供短信报文功能。我们将以北斗系统为例，从物联网的各功能组成部分出发，分析导航系统相对于电信网络的优势和应用可能性。导弹指导卫星导航系统一出现，导弹的制导不在是传统的惯性制导和红外制导，而是发生了革命性的变化，出现了利用卫星定位系统来进行制导的精确制导导弹。例如在海湾战争表现得较好的战斧式巡航导弹。如果把导弹连入物联网，在北斗系统准确定位导航的辅助下，导弹的生存力和制导精度可以实时地掌握，一旦有什么变化，可以随时调整，提高了打击精度，特别是对移动中的物体。环境监测生态环境问题不仅制约着国民经济的发展，对人类的健康也构成极大的危害。部分地区生态环境已经得到有关部门的重视，但是在监测、管理、应对方面还是很不到位的。设想利用物联网技术来监测环境，并利用北斗系统对具有相应环境指标的地点进行精确定位，从而可实现对环境状况实时全面的了解，且方便快捷，改变传统人工监测时效性差的问题。智能交通当前，已经将GPS等导航定位系统应用于智能交通，但针对目前城市交通拥挤、交通事故频发、超载超速等现象，相关部门对其监管感到较为困难。为此，设想将物联网应用于智能交通，车辆上安装北斗系统接受芯片用于对车辆进行精确导航和定位，同时车内配置有采集载重，测速信息的传感器，将采集后的信息通过物联网传送给交通监测中心，监测中心通过技术处理，可获得任意车辆的位置、是否超载、是否超速等信息，并可在必要时刻发送消息对驾驶员进行提醒和对行车状态进行控制。还可以利用北斗系统和物联网技术实时收集路况信息，利用北斗系统的短信通信功能，随时对路况进行播报。无人工厂传统意义上的工厂都需要投入大量的人力，财力，但是生产效率相对来说还是较低，基本上都处于半自动化水平状态。为了解决生产成本高和效率低的问题，设想把物联网应用于工厂生产，利用北斗导航对工厂的各部门进行准确的定位，让工厂在无人状态下工作，或者只需少量的人在监控室实时进行调度即可。利用北斗的双向通信功能，各部门还可以随时向监控人员了解实时的情况。现代物流随着电子商务的快速发展，这就使其下游产业物流行业得到不断壮大。在物流行业中的流动的物品数量越来越大，种类越来越多，依靠传统的管理方法难以实现，不仅增加物流行业中的成本，也增加了顾客对物品安全到手的担忧。北斗导航技术与物联网结合应用可以很好地解决这个问题。在每个物品上都贴有一个唯一的电子标签，并嵌入微型北斗导航芯片，当顾客想要知道物品的信息时，可以利用北斗导航系统发射定位信号给微型北斗导航芯片，然后将信息传给RFID站，通过RFID站连接物联网，于是顾客就可以在移动IP技术的帮助下，利用移动终端就可以随时随地获取实时的物流信息。灾害预警建设地震、海啸等地质灾害监测系统，对地质灾害进行早期监测、预警和有效的应对措施。一旦发生了地震、海啸等地质灾害，在地面的通信系统瘫痪后或者没有通信信号的盲区，北斗导航不但可以给检测站提供导航定位信息，而且可以通过接受传感器信息实时检测该区域的灾害情况，同时可以利用北斗导航的报文发送功能，及时对灾害情况进行报告，给救援提供了便利。北斗导航发展前景由之前北斗导航系统的应用前景，不难看出，物联网为北斗系统的应用扩展提供了舞台。同时，我们也应该看到，大部分用户仍是采用GPS系统定位而用北斗的通信功能进行数据传输，在其他方面北斗系统的应用也远不如GPS系统普及，在席卷而来的物联网大潮中，北斗系统如何更好地发挥系统优势，是我们要深入思考的问题。扩大北斗通信容量虽然现在已经有很多研究人员试图通过编码或建立词库等方式扩充北斗通信容量，如果未来建设中能够在系统方面扩充北斗通信容量，从而进一步为物联网中的接入网络通信传输带来更高的适应性北斗集群服务功能的扩展北斗系统通过指挥型用户机可提供最简便的集群服务功能，指挥型用户机可对所属用户定位、通信信息兼收、并具有对其进行通播指挥管理，定位查询功能，以及其他相关的功能。在实际应用中，这种集群服务为指挥调度提供了非常简便的解决方案，也是各应用系统最为倚重的功能之一。目前，指挥型用户设备下属用户数还不够多。随着今后终端设备及系统能力的扩充。在不久的将来，下属扩容和普通型用户机兼收也非难事，这无疑为北斗系统在物联网时代的大发展提供了有利筹码。进一步提高系统安全保密性能目前，北斗卫星导航定位系统可传输机密级信息，在未来的物联网应用中，鉴于接入网络物品的安全性不同要求，可能要求更高级别的信息传输保密性能，这就要求进一步优化系统的加密算法。用户终端的改进目前看来，北斗卫星导航系统的终端设备还不尽人意。从硬件角度来说，质量大，式样笨重、电池续航能力不强，按键操作不灵活在一定程度上限制了北斗设备的应用推广：在软件方面，系统界面要适人化，操作也需进一步简化。当然，随着未来全球卫星导航系统建成使用，定位方式由主动向被动方式的转变会给终端设备研发生产带来突破，北斗装备逐步向小型化推进，尤其是北斗模块芯片的研发和投入使用，可大大降低设备集成的难度，但如果要在物联网赛普及应用，那么终端设备仍要进一步降低成本，提高软件的可用性，提高适人化的程度。加快北斗导航产业化进程当前，北斗导航应用管理逐步规范，国家也开始着力培育卫星导航产业和应用市场，但是如今从事北斗用户装备研发生产的厂家还比较少，必须大力推进北斗导航产业化进程，加强应用设备与系统研发开发和生产制造，这样才能在竞争中提高产品质量、降低成本、使用户受益。