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沈飞:浅谈北斗卫星导航系统应用

时间:2017-04-27 来源:测绘发展研究中心 点击:
我国自行研制的北斗卫星导航系统(简称“北斗系统”)从正式运营、全面对民用用户开放至今,整个系统运行稳定,工作状态良好,已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作用。

  一、北斗系统简介

  我国北斗卫星导航系统建设分“三步走”:第一步,实现区域性导航系统,即北斗一号卫星 定位系统,为用户提供全天候、覆盖中国和周边地区的卫星定位系统;第二步,在“十二五”前期完成发射12颗到14颗卫星任务,组成区域性、可以自主导航的 定位系统,即在2012年实现覆盖亚太区域的北斗卫星导航系统;第三步,2020年形成由30多颗卫星组网具有覆盖全球的能力,即高精度的北斗卫星导航系 统实现自主创新,既具备GPS和伽利略系统的功能,又具备短报文通信功能。

  目前,北斗卫星导航系统已进入第三步建设阶段,截止2015年9月,我国成功发射了 20颗北斗导航卫星,全球组网建设正按计划稳步推进。北斗二号将为中国及周边地区的军民用户提供陆、海、空导航定位服务,促进卫星定位、导航、授时服务功 能的应用,为航天用户提供定位和轨道测定手段,满足导航定位信息交换的需要等。

  同时,卫星导航与位置服务产业在国际上已成为继互联网、移动通信之后发展最快的新兴产 业之一。2014年,国内产业总产值1343亿元,北斗相关企事业单位13000余家,行业上市公司21家,从业人数近40万人。预计到2020年,我国 卫星导航产业规模将超过4000亿元,北斗对国内卫星导航应用市场的贡献率达到60%,北斗卫星导航系统在重要应用领域达到80%以上。

  随着北斗系统迅速发展,相应北斗的应用也渗透到各行各业,已在测绘、渔业、交通运输、 电信、水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用,产生了显著的经济效益和社会效益,特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的 作用。接下来,本文主要从大众应用、执法应用、智慧农机、交通物流、电力精确授时、应急指挥救援、管线安全预警、驾考驾培等8个领域介绍北斗典型应用情 况。

  二、北斗典型应用情况

  1、大众应用

  1)北斗儿童定位

  北斗平安校园服务平台基于北斗卫星定位技术,通过提供实时位置信息,对儿童进行全面安 全防护。登录手机APP,家长可进行实时位置监控、运动轨迹回放、安全区域设置等,随时掌握孩子行踪。遇到紧急情况时,孩子可触发紧急呼救按钮,确保危险 在第一时间获得响应;同时,校园专业版具有丰富的消息通知及信息分享功能,可快速建立起家长与学校之间的沟通渠道。

  佩戴使用的北斗卫士智慧卡和北斗儿童定位手表具有多种功能:亲情号码实现一键呼叫;实 时定位精度达5米;开启蓝牙防丢功能,超出安全距离报警;紧急呼救、监听、通话;轨迹回放实现全程跟踪;消息通知实现信息共享;超强电力续航保障出行无 忧;设置儿童行动安全范围越界报警等。

  2)北斗老人关爱

  北斗为老服务平台,通过融合卫星定位技术、地理信息技术、远程健康监测及传感技术、物 联网技术,为有特殊监护需求的老人群体提供基于位置定位的远程健康监护服务。老人携带智能定位手表,与北斗星使关爱老人服务平台进行绑定,家属即可在手机 上查询老人实时位置、查看老人健康监护(心率、血压、体温等检测)数据、观看老人运动历史轨迹。

  同时,老人可以通过智能老人定位手表实现双向通话、运动计步、NFC(市民卡、门禁卡)、实时定位、微语音对讲、心率监测、语音播报、跌倒报警、一键告警、亲情号码等功能。

  3)北斗一代短报文应用

  短报文通信功能是北斗系统最大的特色,北斗特有的短报文通信功能在移动通信网络覆盖不到的区域,依靠自有的独立、可靠的位置服务系统,返回位置信息,提供及时的通讯服务。

  北斗短报文通讯与移动通信的无缝融合,使得驴友在无通讯信号、无移动网络、地理位置偏僻的区域,通过北斗手机伴侣,利用北斗一代短报文服务,发送卫星包含地理位置的文字短信,在遇到危险时与外界进行通信。

  2、执法应用

  北斗执法调度指挥平台融合了北斗导航定位、有线通信、无线通信、计算机软件、网络安全、多平台互操作、地理信息系统等技术,实现了警务管理、视频监控、车辆定位、指挥调度、现场取证等功能,满足了指挥中心与警务目标的相互通信、管理调度和指挥控制的需求。

  通过在警务车辆安装北斗4G视频监控设备,监控中心可实时监控执法车辆位置及现场图 像,并实现对执法车辆的远程调度与管理;通过警员配备北斗执法记录仪记录执法场景、规范执法行为、掌握执法警力实时位置,并实现对执法人员远程指挥调度与 取证管理;平台从而实现对执法车辆、警力远程监控调度、统筹部署。在公安及城管领域,“北斗+移动4G”已经成功应用于多个大型

  项目中。

  3、智慧农机

  在现代农业领域,充分利用北斗定位导航、地理信息系统、新一代互联网等技术,实现农机 设备监控、农田作业调度和农场精细化管理,在确保信息安全的前提下,建设农业信息综合管理系统,进行资源整合、开发利用和综合管理,对农户、农机手、农机 合作社以及上级主管部门都有重要的现实意义,引入北斗定位导航将成为助力打造现代化高效农业的必要手段。

  北斗农机秸秆还田作业精准管理系统集成了北斗地基增强技术、地理信息系统技术、传感器 技术、移动网络通讯技术、信息融合与数据处理技术,通过对秸秆还田机械状态、北斗位置信息、农机作业现场高清图像的实时数据采集、处理,通过本地和远程数 据传输和监控,开发农机秸秆还田作业精准管理系统,实现对农村地区农田秸秆为实施对象的“作业面积测量”、“统计分析”、“实时监控”、“农机引导”等服 务。

  4、交通物流

  在交通物流行业,北斗除了可提供对车辆位置进行实时监控、轨迹回放等基本服务外,还可根据行业自身特点提供油耗监测、温湿度监测、实时视频监控、车辆调度、车队分组管理、统计报表分析等个性化服务,满足多样化的客户需求。

  北斗商用车辆监控管理平台是针对物流行业管理特点开发的,系统可实现车辆调度监控、位 置监管、冷链温度监管、开关门异常等功能,进而实现对人、车、路、货的全程可视化管理。平台符合道路运输车辆卫星定位系统标准,是江苏省备案的道路运输车 辆卫星定位系统服务商,已对接省运管平台和全国货运公共平台。江苏地区多家大型食品企业、物流公司、旅游公司均已使用北斗商用车辆监控管理平台对此车辆进 行运输监管。

  5、电力精确授时

  授时系统是国家最关键的基础设施之一,涉及国家信息安全和经济安全。  基于北斗的广 域信息大电网低频振荡在线分析和辅助决策、基于北斗的多点同步电量电压失稳预测及辅助决策,可大大提高电力系统广域同步采样的可靠性,基于广域同步采样数 据可大大提高继电保护装置、故障测距装置、变电站一次设备状态监测装置、安全稳定控制系统、WAMS系统的算法的准确性和应用的广泛性,为我国坚强智能电 网的建设奠定坚实的基础。

  北斗精确授时技术在电厂、变电站的应用中衍生出多种设备,如基于北斗的变电站过程数据同步采集设备、基于北斗的电流光纤差动保护设备、基于北斗的“三态”数据同步采集设备和基于北斗的变电站状态监测设备等。

  6、应急指挥救援

  依靠北斗系统可快速可靠的了解灾区情况,以及引起的次生水情、雨情等各类灾情信息,保障防灾抗灾救灾指挥信息传达,最大限度地减少灾害损失。利用北斗卫星导航系统的报文数据通信功能进行防灾减灾救灾具有不受地域限制,抗自然灾害能力强的特点。

  通过建设一套功能齐全、性能可靠、技术领先的以北斗卫星导航系统为主,结合通信卫星及 其他通讯手段为辅的综合应急指挥平台,当重特大灾害事故发生时,此应急指挥平台能够实现通讯、图像、数据、位置信息的双向传输及系统的统一指挥调度,保证 应急救援工作自上而下的指挥调度网络的畅通,提高在应急现场指挥调度能力。

  7、管线安全预警

  在挖掘机械管理工作中,对城市地下管线安全防护的需求日益增多。各类施工建设及管道老化等因素引起的管线事故频发,给人们的生命财产和安全带来巨大影响。

  在城市管线信息管理系统的基础上,充分应用先进的北斗导航定位、物联网、信息通讯、信 息化和自动控制等技术,从感知、通讯、数据、调控、运营、决策层面,建立城市地下管线施工安全防护系统。实现施工人员的精确引导、辅助决策;实现对施工车 辆的动态实时监控、视频监控、电子围栏、远程控制等功能;实现施工过程的实时挖深测算、管线施工分析功能;有效保障施工作业的合法、安全和规范,杜绝野蛮 施工和盲目作业对地下管线带来的破坏,最终实现“智慧地下管线管理,安全施工零危险”。

  8、驾考驾培应用

  由购车热、学车热带动了驾培市场迅速发展,也暴露出一些亟待解决的问题,如培训学时不足、培训质量参差不齐、教练员素质有待提高、驾驶培训经营者规范化程度不高等。

  采用北斗高精度定位技术,建设驾考与驾培系统,通过获取的高精度定位数据,对场地和车 辆分别进行建模,从而对考试过程进行实时评价,快捷准确实现考试自动化的要求;研究高效的传感器来获取车辆驾驶过程中的相关数据,通过无线传输系统网络将 数据处理后传回管理中心;并建设考场管理信息化系统,将考试信息与驾管平台实现安全信息交互。开发基于北斗的定位系统,实时记录车速和行驶里程的功能,实 现电子围栏功能,实现学员训练信息管理、驾驶车车辆管理、教练员管理、教学日志管理以及相关行业主管部门管理的功能。(作者单位: 江苏北斗卫星应用产业研究院有限公司)