基于北斗系統的物聯網技術與應用

謝 軍，莊建樓，康成斌

（中國空間技術研究院，北京100094）

自20世紀90年代以來，物聯網（Internet of things，IoT）技術得到了飛速的發展，被稱為繼計算機、互聯網和移動通信網絡之后的又一次信息技術革命［1］。物聯網是通過信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的過程與技術。物聯網技術融合了感知技術和網絡技術，建立在高新科技迅猛發展和網絡覆蓋無所不在的基礎之上。作為能夠使萬物互聯的一個全新技術，物聯網正在給我們的生產、生活方式帶來深刻變化。

時空信息是物聯網領域智能感知的剛性需求，衛星導航作為時空基準的空間基礎設施，具有統一、精確、易用及廉價的獨特優勢，起到了統一時空基準下獲取用戶或物體時間信息和位置信息服務的重要作用，并以其覆蓋范圍大、精度高、應用領域廣和獲取成本低等優勢為物聯網的發展提供時空信息支持。

中國北斗衛星導航系統（Beidou navigation satellite system，BDS）的建設和物聯網的發展幾乎同時起步，成為世界四大衛星導航系統之一，包括北斗二號區域導航系統（以下簡稱北斗二號系統）和北斗三號全球衛星導航系統（以下簡稱北斗三號系統）。2020年7月31日，中國北斗三號系統全面開通服務，可為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的基本定位、導航和授時（Positioning，naviga?tion，and timing，PNT）服務和其特有的高精度與短報文通信等特色服務，已經廣泛融入國民經濟和國防安全的各類核心基礎設施中，促進了社會生產方式變革和產業結構升級，成為信息社會萬物互聯和萬物智能的基礎。

北斗系統建設初期就有學者提出北斗系統與物聯網技術融合發展的構想。2011年潘程吉等［2］對北斗系統在物聯網感知層和網絡傳輸層的應用進行了展望，趙凱等［3］提出了以北斗系統作為網絡傳輸層的物聯網體系架構設想。但是，早期研究盡管認識到北斗系統PNT服務和信息傳輸在物聯網體系中可發揮的作用和重要地位，但尚未系統提出基于北斗系統的物聯網技術架構。

隨著北斗系統建設的推進，具有北斗特色的物聯網在建筑、海洋漁業、智能交通、野外勘探、物流監測、農業種植及能源電力等行業得到了廣泛應用。在大多數應用場景下，北斗系統僅提供了物聯網所必須的PNT信息，并未深度參與網絡的構建。這些應用場景根據所采用信息傳輸手段的不同可大致分為3種類型：第1種采用非北斗系統的移動通信、Wi?Fi、Zigbee等通信技術［4?5］；第2種采用北斗系統的短報文通信技術［6?8］；第3種則兼有前兩種類型的信息傳輸手段，以移動通信等為主，以短報文通信為輔［9?11］。

本文結合中國北斗三號系統的服務類型及物聯網應用北斗的主要模式，分析了物聯網架構和關鍵技術，提出了融合互聯網和人工智能技術的北斗物聯網技術架構；總結了北斗各類服務在物聯網各個領域的應用，提出了“物聯網+北斗”的應用模式；分析了北斗物聯網技術的挑戰并給出了下一步研究的初步建議，展示了北斗系統在促進各行業提高生產水平、加快信息化產業升級等方面發揮的巨大作用。

1 北斗系統及其服務功能

1.1 衛星導航系統的建設

衛星導航系統結合航天科學技術和時空基準要求，利用空間分布的多顆衛星組成星座，在統一時間和位置坐標系中，通過地面站對衛星位置與軌道精確測量，將衛星作為標準位置與時間的導航臺站，以播發無線電導航信號為載體，將時空基準信息廣泛傳遞給覆蓋范圍內的無限用戶。可以說，衛星導航系統是信息社會萬物互聯和萬物智能的基礎。

中國北斗衛星導航系統堅持“自主、開放、兼容、漸進”的原則，著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行，是為全球用戶提供全天時、全天候、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施［12］。按照全球范圍提供基本導航定位授時服務、中國及周邊地區提供特色服務的要求，在北斗二號系統區域星座基礎上，北斗三號系統設計采用“3GEO+3IGSO+24MEO”衛星組成的混合星座［13?14］。北斗三號系統星座構型如圖1所示。

圖1 北斗三號系統星座示意圖Fig.1 Sketch of the BDS-3 constellation

1.2 北斗系統的基本服務

目前，北斗系統已提供PNT和信息傳輸兩大類7種基本服務［15］。PNT類具體包括基本導航（RNSS）、星基增強（SBAS）、地基增強（GBAS）及精密單點定位（PPP）四種服務；信息傳輸類具體包括區域短報文通信（RSMC）、全球短報文通信（GSMC）和搜索救援（SAR）三種服務。其中，RNSS、GSMC、SAR三種服務覆蓋全球，SBAS、GBAS、PPP和RSMC僅覆蓋中國及周邊地區。北斗系統提供的服務性能如下：

（1）基本導航服務：在地球表面近地空間1 000 km以下范圍，北斗三號系統可以提供基本導航服務，空間信號精度優于0.5 m；全球定位精度優于10 m，測速精度優于0.2 m/s，授時精度優于20 ns；亞太地區定位精度優于5 m，測速精度優于0.1 m/s，授時精度優于10 ns。北斗三號系統基本導航服務于2018年12月正式面向全球開通［16］。為了確保從北斗二號系統到北斗三號系統的平穩過渡，北斗三號系統在區域范圍內保留了北斗二號系統B1I、B3I等導航信號，與全球系統設計的新型導航信號混合播發，保證已有北斗二號系統用戶的正常使用和升級［17］。北斗三號系統按照與GPS、GLONASS、Galileo等其他全球衛星導航系統公開服務信號具備良好的兼容性與互操作的要求，優化設計了其播發的導航信號體制。目前，北斗三號系統播發的B1C、B2a和B3I空間信號接口控制文件已在中國北斗官網正式發布［18］。

（2）星基增強服務：通過地球同步軌道衛星配置衛星導航增強信號轉發器，向用戶播發星歷誤差、衛星鐘差和電離層延遲等多種修正信息，實現對于原有衛星導航系統定位精度的改進和提升。系統按照國際民航組織標準建設，服務中國及周邊地區用戶，支持單頻及雙頻多星座兩種增強服務模式，實現一類垂直引導進近（APV?I）指標和一類精密進近（CAT?I）指標。目前北斗星基增強系統服務平臺已基本建成，即將開展民航應用驗證評估工作，定位精度實測值水平優于1.13 m，高程優于1.81 m。

（3）地基增強服務：通過在地面按一定距離建立的若干固定北斗基準站接收北斗導航衛星發射的導航信號，經通信網絡傳輸至數據綜合處理系統，處理后產生北斗導航衛星的精密軌道和鐘差、電離層修正數、后處理數據產品等信息，通過衛星、數字廣播及移動通信等方式實時播發，并通過互聯網提供后處理數據產品的下載服務。目前已在中國范圍內建設155個框架網基準站和2 200余個區域網基準站，可提供實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級增強定位服務。

（4）精密單點定位服務：通過北斗三號GEO衛星播發北斗三號系統和其他全球衛星導航系統精密軌道和鐘差等改正參數，為中國及周邊地區用戶提供服務。目前系統已通過3顆GEO衛星播發精密單點定位信號，定位精度實測值水平優于15 cm，高程優于30 cm，收斂時間優于15 min。

（5）區域短報文通信服務：服務中國及周邊地區，入站容量可達到1 200萬次/h，出站容量可達到600萬次/h，用戶機發射功率降到1～3 W，單次報文長度達1 000個漢字。同時，通過在部分衛星上配置可動點波束，使得服務范圍拓展到印度洋和太平洋。目前基本完成區域短報文服務平臺建設，推動短報文與移動通信有機融合，進一步發揮北斗系統導通融合服務優勢。

（6）全球短報文通信服務：利用北斗系統“全球覆蓋、星間互聯”的特點，通過在部分中軌道衛星配置基于處理轉發體制的報文通信接收機，將短報文通信服務能力拓展到全球，實現對全球范圍15°仰角雙重覆蓋、30°仰角單重覆蓋，為全球用戶提供試用服務，支持報文通信、位置報告和應急搜救等業務。系統服務業務容量為入站34萬次/h，出站22萬次/h；每條報文的最大長度不超過40個漢字（560 bit），用戶機終端的發射功率為10 W左右。

（7）搜索救援服務：北斗三號系統通過在部分衛星上搭載國際海事搜救載荷設備，按照國際搜救衛星組織標準，與其他衛星導航系統共同組成全球中軌搜救系統，同時提供北斗特色的返向鏈路服務，極大提升搜救效率和能力。

2 物聯網技術

物聯網的起源可追溯到1993年，此后經過長時間的醞釀，2005年國際電信聯盟在《Internet Re?ports 2005：The Internet of Things》中正式提出了物聯網的概念，即“任何時刻、任何地點、任意物體之間的互聯，無所不在的網絡和無所不在的計算”。時至今日，物聯網技術已經取得了長足的進步和發展，其廣闊的應用前景受到了世界各國的高度關注。

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象之間形成互聯互通的網絡，可以視為互聯網的延伸和擴展。人們通過物聯網的應用可以獲得一個新的溝通維度，即從任何時間、任何地點的人與人的溝通聯接擴展到了人與物、物與物之間的溝通聯接。物聯網的概念包括3層含義：（1）物聯網現階段的基礎還是互聯網，只是在現有互聯網基礎上延伸和擴展的網絡；（2）物聯網用戶端擴展和延伸到了任何人和人、人和物、物和物之間進行的信息交換和通信；（3）在前兩點的基礎上，能夠實現對物理世界的實時感知與控制、精確管理和科學決策。

物聯網的架構可劃分為3層[19]，從下到上分別為：感知層、網絡層、應用層，如圖2所示。

圖2 物聯網架構示意圖Fig.2 Sketch of IoT architecture

感知層包含各種傳感器及傳感器組成的傳感網絡，如射頻識別（RFID）、攝像頭、溫濕度傳感器、全球衛星導航系統（GNSS）、自組織網（Ad Hoc）、無線多媒體傳感網絡（WMSN）、無線傳感器和執行器網絡（WSAN）、傳感操作系統（如tinyOS）等。網絡層又分為接入網和傳輸網，前者用于實現物理層的接入，如近場通信（NFC）、超寬帶（UWB）、以太網、衛星通信等，后者是物聯網的基礎，即包括互聯網、廣電網、電信網、電力通信網等在內的信息網絡。應用層可劃分為云計算、物聯網中間件、物聯網應用3個層次：云計算可利用各種智能計算技術，對海量的感知數據和信息進行分析并處理，實現智能化的決策和控制，具體提供基礎架構服務、平臺服務、軟件服務；物聯網中間件用于對各種公用的計算能力進行統一封裝；物聯網應用包含各類與具體行業需求結合的智能應用，例如智慧電網、智慧農業、智慧交通、智慧醫療等。

物聯網關鍵技術需要跨越物聯網架構的多個層次，其關鍵技術分布在如下幾個方面：

（1）物體信息感知技術：包括標識、尋址及可供感知的信息等，在感知層涉及芯片、RFID、二維碼、傳感器、識別器、定位、授時和低功耗等技術，在網絡層則利用了IPv6技術，具有區別每一個硬件的能力。其中，RFID由于具有標識物體的能力，曾是早期物聯網的技術基礎。

（2）物體信息傳輸技術：包括傳感網絡、衛星通信、互聯網及機器對話（M 2M）等技術，也大量利用了傳統網絡中物理層和數據鏈路層的技術。其中傳感器網可視作是物聯網的代名詞，機器對話貫穿了物聯網的所有層，是物聯網現階段最普遍的應用形式。

（3）物體信息智能處理技術：包括模糊識別、云計算、機器學習和人工智能等技術，用于對海量感知數據的分析處理。物聯網的感知和智能，是對人類智力的仿生，也是物聯網的本質特征之一。

在以上技術中，一部分是采用傳統網絡和計算的通用技術，另一部分則是物聯網所獨有的關鍵技術，主要包括識別技術、定位技術、傳感技術、傳感網絡技術和物聯網應用技術等。

由于物體處于時空之中，物體所處的空間坐標和時間信息是物體在標識過程中不可缺少的基本屬性。移動通信蜂窩網絡定位、衛星定位、室內定位（如Wi?Fi、藍牙、UWB）等技術在物體定位（授時）技術的基礎上得到開發和利用。其中，基于GNSS的衛星定位技術可提供全球性大尺度的時空基準，能夠為物體提供定位和授時等基本的感知信息，還能夠為某些物聯網應用提供頻率基準和信息傳輸等功能，日益成為物聯網的重要支撐技術，對未來物聯網的發展和應用必將起到至關重要的作用。

3 基于北斗系統的物聯網技術

據統計，當今信息化社會中80%以上的信息數據都與位置和時間相關。北斗系統本質上是全球化的天基時空基準，是構建信息社會必不可少的信息來源和信息提供者。北斗系統提供的精準時間和位置信息可為廣泛的用戶提供定位、授時、授頻等可感知信息，是信息時代最為核心的關鍵基礎數據。

自北斗系統2012年底正式提供區域服務以來，北斗衛星導航定位的應用逐步推廣，繼交通、海事、電力、民政、氣象和漁業等傳統行業之后，北斗應用也走向普通民眾生活，如共享單車、雙頻北斗高精度智能手機等。2020年7月31日北斗全球衛星導航系統全面建成開通，形成了包括基礎產品、應用終端、運行服務等較為完整的北斗產業體系，呈現快速發展局面。

同時，北斗系統還是中國重大信息基礎設施，具有全球短報文通信、星間星地鏈路等數據傳輸手段，提供了全球范圍內的信息傳輸服務，進一步為用戶提供了天基時空基準感知信息以及其他各類感知信息的傳輸手段。因而，北斗系統能夠在物聯網架構的感知層和網絡層都發揮作用，并在應用層與人工智能、云計算等技術融合，形成基于北斗的物聯網技術架構，如圖3所示。

圖3 基于北斗系統的物聯網技術架構示意圖Fig.3 Architecture sketch of the IoT technology based on BDS

在感知層，北斗定位終端、授時終端、授頻終端和常規傳感器構成了傳感器子層，RTK網絡、常規傳感器網絡等構成了傳感網絡子層。在網絡層，北斗系統的全球短報文通信、區域短報文通信、星地鏈路和國際搜救業務等構成了北斗衛星接入網；接入北斗系統的時空感知信息或業務數據信息通過北斗星間鏈路覆蓋全球，可以作為互聯網、移動通信網的延伸和重要補充，一起構成了傳輸網。在應用層，對時空信息進行處理和計算的人工智能與云計算構成了北斗智能子層，在此基礎上構建了“+北斗”應用子層，孵化出大批以“+北斗”為特征的物聯網應用，如“交通+北斗”“智能穿戴+北斗”“物流+北斗”“電力+北斗”等。

近年來，隨著物聯網技術、計算機技術、網絡通信技術和人工智能技術的飛速發展，終端接入、感知和計算能力不斷提升，人類對于北斗高精度服務的需求正從事后走向實時和瞬間、從靜態走向動態和高速、從粗略走向精準和完備。特別是當人工智能引領新一輪技術革命以來，由北斗高精度服務提供的時空信息成為了智能化進程的重要推動力。通過將北斗系統取得的位置點、位置關系、時間統一和時空分析這些時空元素與物聯網、互聯網、云計算、大數據和人工智能等信息技術有機結合，必將對萬物互聯的智能時代起到巨大的支撐和推進作用。

北斗系統作為物聯網的一個重要組成部分，主要在感知和網絡兩個層面體現出優勢。在感知層方面，北斗的定位和授時功能可完成精準時間信息和位置信息感知；在網絡層方面，北斗短報文通信功能可實現感知信息和控制信息的全天候、全天時及無縫傳遞。

根據有關研究統計，當前物聯網應用主要可劃分為10大領域[20]，即智慧物流、智能交通、智能安防、智慧能源（智慧電網）、智能醫療、智慧建筑、智能制造（智能工業）、智能家居、智能零售和智慧農業，此外智慧城市和智能防災等新的應用也在不斷地豐富物聯網的應用領域。北斗系統提供的每一項服務都能夠密切地參與到多個領域的物聯網應用，形成了“物聯網+北斗”的應用模式，如圖4所示。

4“物聯網+北斗”的典型應用

4.1“物聯網+北斗”構建智慧城市

智慧城市是指利用各種信息技術或創新概念，將城市的系統和服務打通、集成，以提升資源運用的效率，優化城市管理和服務，并且改善市民生活質量。

圖4“物聯網+北斗”的應用模式Fig.4 Application mode of“IoT+BDS”

“物聯網+北斗”的融合創新，是實現科技跨越發展、產業優化升級、生產力整體躍升的必然選擇，更是推進技術創新和社會價值完美融合、構建“智慧城市”新格局的最佳途徑之一。隨著穿戴設備、智能制造以及其他各種智能硬件的興起，“智慧城市”的概念逐步清晰和物化，涌現出了“北斗時空表”（某可穿戴產品）、“北斗魔盒”（某高精度定位終端）、“北斗約車”（某網約車APP）、“北斗菜”（某蔬菜物流APP）、“貨車幫”（某物流平臺網站）等融合北斗定位技術的產業新生態，推動了供給側結構改革，讓應用從傳統走向智能。此外，采用北斗IP核的華為等國產手機已投放市場；裝有北斗接收芯片的老人、兒童智能手表在上海、南京等地的養老機構和小學展開應用。“物聯網+北斗”正在進入千家萬戶，給人們帶來觸手可及的應用服務。

4.2“交通+北斗”實現智能交通

交通運輸是北斗系統最大的民用用戶。智能交通是將傳感器技術、信息技術和人工智能等綜合運用于交通運輸、服務控制和車輛制造的一種物聯網應用技術，對衛星導航系統提供的定位導航授時和通信功能有著較強的需求。

截至2020年底，國內超700萬輛道路營運車輛、超過30 000輛郵政快遞干線車輛、1 400艘公務船舶已應用北斗系統，綜合交通管理效率和運輸安全水平全面提升，重特大事故發生起數下降93%，死亡率下降86%。北斗鐵路行業綜合應用示范工程項目正式啟動，推廣各型號北斗終端近8 000臺。約300架通用飛行器安裝使用北斗系統，占比11%，運輸航空器上成功實現了北斗首次應用。此外，已有10萬只集裝箱安裝北斗定位終端，1萬只應用于中歐班列。由中國交通運輸部設立的“全國道路貨運車輛公共監管與服務平臺網站”如圖5所示。

圖5 全國道路貨運車輛公共監管與服務平臺網站Fig.5 Website of public supervision and service platform for road freight vehicle

中國建造的首條智能高鐵線路——京張高鐵的智能動車組也采用北斗系統，其高精度定位技術還被用于京張鐵路基礎設施維護，對沿線橋梁、隧道、鋼軌及路基等實行高精度、24小時全天候自動化監測，大幅降低巡檢成本與難度。

4.3“5G+北斗”領跑車聯網

“車聯網”技術是指通過在車輛儀表臺安裝車載終端設備，實現對車輛所有工作情況及靜態、動態信息的采集、存儲和發送。車聯網系統一般具有實時實景功能，利用移動網絡實現人車交互。車聯網還能利用先進的傳感器及控制技術實現智能駕駛，降低交通事故發生率。

智能駕駛是未來汽車行業的重要增長點之一，其中高精度地圖、自動駕駛和車路協同是智能駕駛發展的3大重要方向，北斗技術和服務在其中都起著至關重要的作用。各種感知技術與北斗技術的結合，是實現智能駕駛產業發展的關鍵。汽車要實現自動駕駛，高精度定位不可或缺，一般需要亞米級甚至厘米級的定位精度。但目前就室外來說，如衛星信號接收不到或衛星信號不穩定的高架橋下、隧道、林蔭遮擋和城市峽谷等各類復雜場景，容易導致定位不精準。

5G作為新一代信息通信技術演進升級的重要方向，是實現萬物互聯的關鍵信息基礎設施、經濟社會數字化轉型的重要驅動力量。相對于4G技術，5G將以一種全新的網絡架構，提供峰值10 Gb/s以上的帶寬、毫秒級時延和超高密度連接，實現網絡性能新的躍升，開啟萬物互聯的新時代。

為了提高城市復雜環境下的定位精度，未來北斗與5G結合為必然趨勢。通過北斗地基增強系統、5G基站輔助定位構建“5G+北斗”高精度定位網絡，能夠提供厘米級定位服務，極大地擴展導航的范圍，有效提升時空信息的精確度，為用戶提供穩定可靠的服務；還可以進一步構建和豐富5G生態應用，以此打造全場景、高精度的位置感知，從而實現在這些復雜場景下的穩定、可靠、精準的定位。

未來車聯網與“5G+北斗”相結合，既能夠通過“5G+北斗”實現高精度實時定位與智能駕駛，又能夠通過5G實現高速視頻信息傳輸、行車信息和控制信息實時交互。因此，車聯網成為“5G+北斗”的重要應用場景。

4.4“海洋漁業+北斗”揚帆遠航

中國從事海洋漁業的漁船有一百多萬艘。這些漁船出海后，離開了岸基通信與導航設施的覆蓋范圍，必須借助衛星導航進行航行。不同于GPS等衛星導航系統，北斗系統除了能夠播發PNT信號，還能夠通過短報文把漁船位置信息發送給地面運控中心，或者向漁民推送天氣海況信息，實現漁業監控中心對漁情的掌控，為漁民提供生命安全保障，對促進漁業現代化管理和維護國家海洋漁業權益意義重大。通過地面運控中心接入互聯網，漁民還可以用短報文發微博。可見，以北斗系統為基礎建立的海洋漁業監控管理系統已經具備了簡單的物聯網的形態。

目前海洋漁業主要使用的是覆蓋中國周邊海域的區域大容量短報文通信服務，隨著北斗三號系統建成以及全球短報文通信服務的逐步普及，海洋漁業的安全保障將擴展到全球，并在北斗擴展服務和人工智能的支持下，與海洋運輸、物流等產業結合，共同促進智慧漁業的發展。

4.5“物流+北斗”開啟智慧物流

物流行業是最早大規模應用物聯網技術的行業之一，促進了RFID等技術的發展。而RFID由于其所具有的標識物體的能力，也奠定了早期物聯網的基礎。智慧物流的目的是提高物流系統智能化分析決策和自動化操作執行能力，因此通過北斗系統獲取物品的位置信息至關重要。

目前，國內已有多家電子商務企業的物流貨車及配送員配備了北斗車載終端和手環。以北斗系統應用技術為核心，綜合利用無線通信、現代物流配送規劃等技術研發的基于北斗的電子商務云物流信息系統可實現對物流過程、交易產品、運載車輛的全面管理，極大地節約人力、物力和財力成本。

4.6“農業+北斗”加速智慧農業發展

智慧農業是指傳統農業與信息技術相結合，實現無人化、自動化、智能化管理的物聯網應用技術。北斗無人駕駛、高精度定位導航、系統監管等一系列新興技術讓起壟播種、土地深松、作物收割、秸稈還田等農業生產工序充滿了現代科技的魅力，節省出更多的人力、物力和財力。例如：在北斗導航自動駕駛拖拉機上輸入數據和方位，拖拉機就能在田間實現精準作業。與傳統農機相比，單臺北斗導航自動駕駛拖拉機日均作業量提高30%，作業后的條田接行準確、播行端直，精度可達2.5 cm，同時大幅降低了勞動強度，實現了舒適化操作。

目前，“農業+北斗”智慧農業應用足跡已遍布大江南北，北京、黑龍江、遼寧、新疆、山西、湖北、江蘇、上海及浙江等省、市、自治區，逐漸享受到北斗帶來的農業機械自動化的便捷。

4.7“電力+北斗”保障電網安全

智能電網是建立在通信網絡的基礎上，具有先進的傳感和測量技術、先進的控制方法以及決策系統的物聯網應用技術。電網安全關系國家經濟安全和國防安全，是電網企業的“頭等大事”。北斗系統可為智能電網、泛在電力物聯網、能源互聯網的建設提供導航定位、精密授時、短報文通訊服務等基礎技術支撐，是中國能源戰略發展的有效支撐手段。

在北斗授時方面，電力調控領域及管理信息領域已全面應用北斗授時信號。在北斗授頻方面，頻率同步骨干網已全部接收北斗授頻。在北斗導航及定位方面，試點建設了基于北斗的輸電線路地質災害監測評估預警體系，切實提升輸電線路抵御自然災害的能力，主動應對暴雨洪澇誘發地質災害對輸電線路的威脅。另外，國家電網和南方電網大力開展電力北斗地基增強系統建設用于高精度服務，截至2020年底，已建設完成了約1 700座電力北斗地基增強系統。在短報文方面，北斗系統在浙江、寧夏、甘肅及陜西等地進行了用電信息采集的試點應用，解決了偏遠無公網覆蓋區域通信手段匱乏及用電信息采集難問題，在河北秦皇島開展了北斗系統支撐配網自動化試點應用，讓“被動報修”變為“主動搶修”，試點區域故障發現時間同比縮短8 min，到達現場時間同比縮短10 min，搶修效率得到有效提升。

北斗系統用于電力領域，解決了部分省市無通信信號覆蓋區域電力信息采集難的問題，有效解決了自然災害可能導致公網通信癱瘓的難題；降低了供電故障率，電網運行更加安全；提高了電網系統的服務效率，縮短事故發生后的應急響應時間；提高了管理水平，降低了供電成本。

5 北斗物聯網技術面臨的挑戰與發展建議

北斗系統與物聯網技術的結合形成了一個應用生態，總體呈現蓬勃發展的態勢，但也應看到，要真正發揮好北斗系統的作用，釋放技術進步帶來的創新動力，仍然面臨諸多挑戰，主要在于：（1）很多行業的北斗物聯網應用僅僅是利用了北斗系統的PNT服務，并未廣泛應用北斗系統特有的信息傳輸服務能力，如果把其替換為GPS，無本質上的不同；（2）北斗物聯網應用的開發各自為戰，缺乏標準體系的規范，同時造成一些重復開發和資源浪費；（3）北斗系統已經建成，但物聯網技術仍在不斷演進發展，例如與5G通信和人工智能技術的銜接，北斗系統面臨地面應用與其他熱點技術融合、在軌運維升級和下一代北斗建設規劃的壓力。對于上述挑戰，本文給出了一些發展建議。

對于第1個問題，應認識到北斗系統具有物聯網技術特征的重要因素是其具有信息傳輸服務的能力，尤其是北斗三號系統擁有全球短報文通信及高速骨干網星間星地鏈路，其信息傳輸能力比北斗二號系統大大提升，滿足物聯網用戶低速和中高速信息傳輸的各類需求，充分利用信息傳輸服務可以豐富中國物聯網產業內涵，并促使新的應用模式的不斷涌現。由于北斗三號系統的這些新的服務對于社會行業用戶來說還不夠熟悉和了解，如何有效地推動北斗系統信息傳輸服務的應用，提升用戶使用北斗系統信息傳輸服務的體驗，是一個值得研究的問題。

對于第2個問題，應該進一步加強北斗物聯網應用技術的標準化工作。北斗系統通過公開一系列服務的標準，自身已經形成了一套完備的技術規范，并且通過行業標準化逐步被民航、鐵路、航海等行業接納。物聯網技術也形成了一套標準體系，例如RFID、M 2M、云計算等技術標準均被納入，促進了物聯網技術的發展。因此，一方面應該推動北斗物聯網技術的標準化建設，通過總結和歸納成熟應用模式的經驗和成果，讓北斗物聯網技術的生態環境擺脫低水平重復，健康有序發展。另一方面，應該推動北斗物聯網應用中間件的開發，把基本的應用模式通過封裝，接入云計算平臺，使各行業用戶能夠直接調用相應接口，獲得標準化的服務；推動建立北斗物聯網技術開源社區，積聚開發者，使北斗物聯網技術的開發趨于標準化。

對于第3個問題，應該準確把握物聯網技術演進的脈搏，結合北斗物聯網技術在地面應用中面臨的實際問題，通過融合各類熱點技術（如大數據、機器學習、人工智能等）提升北斗物聯網技術應用的水平，并進一步形成北斗物聯網技術融合創新、持續發展的態勢。

中國下一代北斗系統建設已提上日程，將包括高中低3種類型軌道，尤其是低軌導航增強星座的規劃，將以智能駕駛等物聯網應用的商業價值為導向，發展高精度定位和信息傳輸技術，為車聯網、智慧城市等物聯網產業提供更有力的技術支撐。

6 結 論

本文結合中國北斗三號系統的基本服務，分析了基于北斗系統的物聯網技術，提出了“物聯網+北斗”的應用模式，并總結了各行業的典型應用。可以預期，“物聯網+北斗”是對位置和時間信息的深度整合和利用，將促進各行各業加速產業升級，發揮巨大作用。

2035年前，中國將建成“更加泛在、更加融合、更加智能”的國家綜合定位導航授時體系，為全球用戶提供基準統一、覆蓋無縫、安全可靠、便捷高效的PNT服務，也為未來智能化、無人化的萬物互聯提供核心支撐。在不遠的將來，隨著北斗系統定位精度提升，北斗終端小型化和電池續航能力提高，以及物聯網技術商業模式日臻成熟，北斗系統將融入更為廣泛的應用場景。基于北斗系統PNT服務和信息傳輸服務的“物聯網+北斗”應用模式，將幫助更多行業實現跨越式發展，也必將為大眾生活和社會生產活動帶來深刻變革。