1、北斗导航在物联网中的应用分析程飞翔 陈金鹰成都理工大学信息科学与技 术学院，成都 610059摘要：在讨论了北斗导航和物联网的技术发展现状的基础之上，分析了北斗导航在物联网中的应用，主要的热点应用领域包括导弹制导、环境监测、智能交通、无人工厂、现代物流、灾害预警关键词：北斗导航；物联网；通信技术 1 引言北斗导航是我国具有独立自主知识产权的技术，物 联网技 术是一门新兴技术，在日 趋成熟的理论基础支撑下，北斗导 航将更好地服务于物联网，推进生产力发展，更好地服务于国民经济和国防建设。在物联网技 术中，信号需要 对网络中的每个物体 进行精准的导航和位置服务。北斗导航准确的定位、导航和授时功能可以
2、更好地促 进物联网技术的发展。2 技术发展现状北斗导航是我国自行研制、自行建 设、自行管理，具有完全自主知识产权的全球卫星导航系统。该系统工作在 2491.75MHz 的频率上，可向用户提供全天候、高精度的即时定位服务，定位精度可达到 纳秒级，与 GPS 相当。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促 进卫星导航产业链形成，形成完善的国家 卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导 航在国民经济社会各个行业的应用 1。北斗 导航的整体示意 图如图 1 所示。北斗导航是由太空的导航通信卫星、地面控制中心和用 户终 端三部分组成。 组成北斗导
3、航的三部分：太空段由 5 颗 静 止 轨 道 卫 星 和 30 颗 （27 颗 中 轨 道 (MEO)卫 星 和 3 颗 倾 斜同 步 (IGSO)卫 星 ）非 静 止 轨 道 卫 星 组 成 ，执 行 地 面 控 制 中 心 与 用 户 终 端 双 向 无 线 电 信号 的 中 继 任 务 ；地 面 控 制 段 包 括 主 控 站 、测 轨 站 、测 高 站 、校 正 站 和 计 算 中 心 ，主 要 是用 来 测 量 和 校 正 导 航 定 位 参 数 ，以 便 于 调 整 卫 星 的 运 行 轨 道 和 姿 态 ，并 编 制 星 历 ，完成 用 户 定 位 修 正 资 料 和 对 用 户
4、 进 行 定 位 ；用 户 终 端 由 北斗 用 户 终 端 以 及 与 美 国 GPS、俄 罗 斯 的 格 洛 拉 斯（GLONASS）、欧 洲 的 伽 利 略 （GALILEO）等 其 他 卫 星 导航 系 统 兼 容 的 终 端 组 成 1，具 体 实 现 导 航 定 位 的 流 程 如下 ：1）地 面 控 制 段 要 实 时 地 掌 握 卫 星 及 用 户 工 作 情 况 ；2）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 ；3）地 面 控 制 段 接 受 到 用 户 信 号 后 ，解 读 出 用 户 申
5、 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 ；4）卫 星 在 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 2。物联网技术的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的图 1应用层物联网管理层电信网络层物体互联层传感层图 2 物联网的结构构一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、 红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信
6、息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术 4。物 联网的基本结构如图 2 所示。3 北斗导航系统与物联网技术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
7、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
8、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。4 北斗导航在物联网中的应用前景北斗导航在物联网中的应用比较广泛，其中 热点领域有以下几个：4.1 导弹制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
9、动中的物体。4.2 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。4.3 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
10、 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。4.4 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
11、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。4.5 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
12、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。4.6 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 3，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。5 结束语物联网在北斗系统的支持下，将拓 宽物联网的应用范围。但是，目前这方面的理论还比较欠缺，技术也不够成熟，还没有达到我们理想的状态。为此，我们可以进行大胆的尝试和探索，来解决其中的问题，夺取战略制高点。 参考文献1刘传瑞，北斗卫星导航定位系统的功能原理与前景展望J。中国水运， 2008（1）2张衡，北斗卫星导航定位系统与 TDSCDMA 移动通信技 术融合及其应用初探C ，CSCN 2010 第一届中国卫星导航学术年会，北京，2010。3刘旭，周东傲，物 联网与北斗二号的结合应用之二次探讨J。2011（3）4物联网.百度百科, http:/
