淺析北斗衛星導航系統及其在移動互聯網中的應用

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

淺析北斗衛星導航系統及其在移動互聯網中的應用

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

在概述北斗衛星定位系統技術特點和移動互聯網發展趨勢的基礎上，對比了北斗衛星定位系統和美國全球定位系統GPS，提出了北斗衛星定位系統應用于移動互聯網的解決方案，分析了北斗衛星定位系統應用于移動互聯網的優勢。

北斗衛星定位系統；GPS；移動互聯網

1　引言

隨著寬帶無線接入技術和移動終端技術的迅猛發展，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網上獲取信息和服務，移動互聯網應運而生并飛速發展。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需求也快速增加。移動互聯網中的移動定位服務將是一個非常大的突破性應用，該服務將更加注重個性化信息服務，實現這一服務的關鍵技術就是衛星導航定位。

全球衛星導航系統（GNSS）在我國的國民經濟建設和社會服務中的應用越來越廣闊了，已發展成為一個巨大的產業，擁有自己的衛星導航系統，已成為一個國家綜合實力的重要標志。北斗衛星定位系統是我國自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo系統兼容共用的全球衛星導航系統，并稱為全球四大衛星導航系統。我國北斗衛星導航系統已于2012年底開通運行，計劃到2020年左右覆蓋全球，產業應用規模和國際化水平將大幅度提升，北斗衛星導航系統及其兼容的產品也將會在國民經濟重要行業和關鍵領域中得到廣泛使用。本文在北斗衛星導航系統應用于移動互聯網這一熱門領域的基礎上，探索如何更好地發揮北斗衛星系統應用的廣度和深度。

2　北斗衛星導航系統概述

2003年5月23日，我國“北斗衛星導航系統”3顆衛星成功發射。2004年開始啟動北斗衛星導航系統二代的建設，2011年開始對中國及周邊提供測試服務，2012年12月正式提供衛星導航服務，服務范圍覆蓋亞太大部分地產，預計2020年實現全球覆蓋。

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

2.1北斗衛星導航系統的原理

北斗衛星系統定位是基于三球相交原理。用戶需要進行定位服務時，提出申請服務項目發送信息，經兩顆衛星轉發至地面中心，地面中心站接收信息后解調出用戶發送的信息，測量出用戶至兩顆衛星的距離，以兩顆衛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，求解圓弧線和地球表面交點即可獲取用戶位置，兩顆衛星之一將該用戶位置信息轉發給申請用戶；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送給用戶，而由中心站保存，便于調度指揮和相關部門獲得用戶所在位置。

圖1　北斗衛星定位系統的組成

簡單地理解，北斗衛星定位系統是主動式雙向測距二維定位，是由地面中心控制系統解算出位置后通過衛星轉發給用戶，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的監控管理。

2.2北斗衛星導航系統的優勢

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

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

（3）特別適合集團用戶大范圍監控和管理，以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用。

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

（5）自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定、適合關鍵部門應用。

3　移動互聯網概述

3.1移動互聯網的介紹

移動互聯網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網業務和服務的新興業務。它是寬帶移動通信和互聯網融合的產物，繼承了通信網絡移動性的特點和互聯網分享、開放、互動的優勢，即由移動運營商提供無線接入，互聯網企業提供平臺、商業模式和各種成熟的應用，用戶可通過移動終端接入移動互聯網，隨時隨地地享受互聯網的多項服務。

3.2移動互聯網的發展趨勢

在互聯網發展過程中，PC端互聯網已處于日漸飽和狀態，移動互聯網正呈現井噴式發展。迄今，全球移動用戶已超過20億，互聯網用戶也逾10億，這一快速增長現象反映了隨著時代和技術的進步，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網，獲取需求的信息。移動互聯網也逐漸滲透到了人們的生活、工作等各個領域，移動互聯網經過幾年的曲折前行，終于迎來了新的發展高潮。

根據中國互聯網信息中心發布的《第37次中國互聯網絡發展狀況調查統計報告》，截至2015年12月，中國網民規模達6.88億，互聯網普及率為50.3％；半數中國人已接入互聯網。手機網民規模6.20億，占比提升至90.1％。個人上網設備進一步向手機端集中，以互聯網為基礎的在線教育、網絡醫療、網絡約租車也已成規模。同時，移動互聯網塑造了全新的社會生活形態，“互聯網+”行動計劃不斷助力企業發展，移動互聯網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網增長的黃金時期。

4　北斗衛星導航系統在移動互聯網中的應用

4.1北斗衛星導航系統和移動互聯網技術的聯系

北斗衛星導航系統和移動互聯網技術的關系，可以理解為，北斗衛星導航系統為移動互聯網技術應用提供位置定位服務，有了北斗導航系統的衛星定位功能，極大地拓展了移動互聯網的應用范圍。另外，移動互聯網技術作為北斗定位系統產業鏈中的一環，既可以直接形成相關的定位應用產品，便于廣大用戶使用，也可促進新產業的發展。

在移動互聯網通信過程中，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星導航定位系統，采用較多的就是GPS的定位和導航服務。其相對于傳統定位方法，具有顯著的優點和可操作性，準確的位置信息，精準的授時服務，無需組建網絡，覆蓋范圍較廣，獲取信息便捷等優點。同時，其缺點也較為明顯：利用GPS有較大的安全隱患，特別是戰爭時，風險更大，移動互聯網就會受其影響，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的北斗衛星定位系統，則可完美地解決移動互聯網技術中的定位導航問題，亦可保障系統工作的安全性和可靠性，大力促進社會與經濟的發展。另外，相對于美國的GPS導航系統，我國的北斗衛星導航系統具備有短報文通信功能（SMS），每次可發生多達120個漢字的訊息。即北斗導航系統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度功能。特別是在常規通訊手段無法覆蓋的地方，可通過北斗衛星導航系統來實現發送短信的功能。若是遇到自然災害或者戰爭等情況，通信基站被毀壞，可利用帶有北斗系統的地面接收設備，通過衛星導航終端設備即可及時報告所在的位置信息。而GPS系統本身不具備通信功能，需和其他通信系統結合才能實現對移動目標的定位和監控功能。

4.2北斗衛星導航系統在移動互聯網中的應用項目

隨著我國北斗導航定位系統的發展，且北斗系統同時具有衛星定位和短報文通訊的優勢，北斗系統應用于移動互聯網中的案例也越來越多了。

（1）智能交通

智能交通需采用GPS等導航定位系統。近些年城市交通擁擠、交通事故頻發、超載超速等現象越來越頻繁，相關部門對其監管也較為困難。為此，可將移動互聯網應用于智能交通，將北斗導航系統接收芯片安裝在車輛上，并對車輛進行精準導航和定位，同時考慮在車內配置測速信息、采集載重等傳感器，將這些信息通過移動互聯網發送至交通監管部門，交通監管部門通過技術處理，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。交通部門還可以結合北斗導航系統高精度定位技術和移動互聯網技術實時監控路況信息、采集車流量、交通事故情況以及其他交通設施信息等，及時協調交通處理交通事故。

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

（2）智能物流

隨著電商的迅速發展，物流行業也相應地不斷壯大。隨之而來的快遞安全問題以及如何保障快遞的速度和質量，成為人們普遍關注的焦點。將北斗衛星定位技術和移動互聯網技術完美結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航芯片，可實時監測快遞地理位置，用戶也可通過移動互聯網技術在移動終端上隨時隨地獲取快遞信息。

（3）移動醫療

“移動醫療”已成為了移動互聯網產業的熱點，它充分借助衛星技術和移動互聯網來提供醫療服務和信息。可在用戶移動智能終端和各個醫院安裝智能定位系統，各個醫院的位置信息預先儲存在城市醫療中心系統中，若有用戶撥打求救電話，醫療中心系統可快速準確地獲取用戶位置，并為用戶選擇最近的醫院，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護人員，通過移動高清視頻獲得清晰、快速的遠程指導，不錯過治療的“黃金半小時”。除此以外，還可在醫院安裝實時監控系統，獲取醫院就診人數，上傳至云空間，用戶可通過移動終端上的APP應用查詢，從而選擇合適的就診時間和醫院，節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

“智慧社區”是社區管理的一種新理念，是新形勢下社會管理創新的一種新模式。智慧社區是指充分利用云計算、移動互聯網和衛星定位等新一代信息技術的集成應用，主要涉及到智能物業管理、社區電子商務服務、智能家居、智能養老等方面，為社區居民提供一個安全、舒適、便利的現代化、智慧化生活環境，從而加快和諧社區建設，推動區域社會進步。

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備或者給老人小孩佩戴簡易的求助設備，一旦發生緊急事件，只需一鍵求助，就可呼叫社區物業及家屬，物業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

移動旅游服務是整合了旅游服務、導航、位置服務、景區營銷、安全服務、旅游社區等功能，形成移動互聯網旅游服務平臺，提供的服務有：機票預訂服務、酒店預訂服務、餐飲信息服務、購物信息服務、娛樂信息服務、專業安全救援服務、景區數據及營銷服務等。

5　結束語

移動互聯網的實現和發展帶來了ICT大融合，產生新產業、新模式、新格局，給整個信息產業帶來了巨大的創新和變革，導航系統是移動互聯網中一個必不可少的環節。北斗導航系統同時具有導航定位和通訊功能，且可全天候服務，無通訊盲區，不受通信網絡的限制，完全適應移動互聯網技術對定位功能的要求；最為重要的是北斗衛星導航系統是我國自主研發的系統，高強度加密設計，具有安全、可靠、穩定的優點。隨著北斗導航系統技術的迅速發展，軟硬件的集成度進一步提高，北斗相關的產品大量涌現，產品的性價比也越來越高，這些條件的改善大力促進北斗衛星導航系統在移動互聯網中實用性的優勢得到充分體現。

雖然北斗衛星導航系統目前還存在一些不足，例如應用服務研究開發相對少、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勢，應當積極研究其應用服務產品，更好地與市場結合起來，充分發揮北斗系統的功能，使其更好地為軍事、社會服務。

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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）