北斗导航系统在智慧城市建设中的应用

Application of Beidou Satellite Navigation System in Intelligent City

Abstract: This paper introduces the concept, characteristics and development

prospect of the Smart City, and explores the application of Beidou satellite

navigation system in construction of intelligent city, then three aspects of research

include intelligent traffic, Intelligent Home Furnishing and intelligent logistics is

studied, which has reference significance to our country's city construction and

development.

Keywords: smart city；Beidou；the Internet of things；navigation

北斗卫星导航系统在智慧城市建设中的应用

【摘要】本文介绍了智慧城市的概念、特征及发展前景，对北斗卫星导航系统在智慧

城市建设中的应用进行了探索，并从智能交通、智能家居和智慧物流三个方面展开了研究，

对我国城市建设和发展具有参考意义。

【关键词】智慧城市；北斗导航；物联网; 导航

1 引言

北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，也是我国第一个全球化的基础设施建设

项目。北斗卫星导航系统的正式投入运行，结束了我国完全依赖美国GPS的历史。目前我国卫星导航

95%的应用建立在GPS之上的，在系统的安全性和稳定性方面存在着一定的风险，给国家安全和国民

经济可持续发展带来隐患

[1]

。建立基于北斗导航系统的卫星导航产业，对于保障国家安全、促进国民

经济各行业可持续发展具有重要战略意义。本文利用北斗导航系统的特点对智慧城市建设进行了探索，

将北斗导航的应用扩展到城市建设的几个领域中，对于促进城市的现代化发展具有十分重要的意义。

2 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，是继美国GPS、

俄罗斯GLONASS之后世界上第三个卫星导航定位系统。目前，北斗卫星导航系统能够同时提供北斗

特色的RDSS服务( radio determination satellite service) 模式，以及提供类似GPS的RNSS导航服

务(radio navigation satellite system) 模式，具备向亚太地区提供导航、定位、授时、通信一体化服

务的能力

[2]

。

随着北斗卫星导航系统的运行，它所具备的优势将使其成为国内导航应用的首选。自建成以来，

已广泛应用于各行各业，实践证明该系统性能稳定、使用方便，对我国的国防建设、森林防火、抗震

救灾、海洋渔业、交通运输、物流、物联网等行业的发展发挥重要的支撑作用

[3]

。经济效益和社会效

益显著，特别是在2008年中国南方冰冻灾害、汶川与玉树地震抗震救灾和北京奥运会中发挥出非常重

要的作用。随着我国经济实力的快速增长和我国航天事业的迅速发展，我国的北斗卫星导航系统将会

拥有更加广阔的应用前景，北斗卫星导航系统的建设与发展将满足国家安全、经济建设和社会进步等

方面的需求。

3 智慧城市

智慧城市的概念起源于2008年IBM公司提出的“智慧地球”理念,两年后IBM又提出“智慧的城市”

理念。IBM在《智慧的城市在中国》白皮书对“智慧城市”的定义是：“能够充分运用信息和通信技术

手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括民生、环保、公共安全、城

市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活”

[4]

。智慧城市

是人类对未来理想生活的一种美好愿望，人们可以借助科技的力量尽享便利的生活，并与环境和谐相

处。智慧城市更是解决目前城市发展过程中遭遇到的诸多问题，如安全隐患、矛盾突出、资源不足、

交通拥堵、环境污染等制约城市发展问题的重要途径。目前，很多国家已经开始建设智慧城市，中国

智慧（数字）城市的理论研究和关键技术体系研发，仍基本处于起步阶段。

智慧城市的发展离不开各种新技术的应用，物联网、导航定位、GIS，以及云计算等关键技术在

智慧城市设计建设中起到强大的作用。卫星导航和地理信息是智慧城市建设的重要技术支撑

[5]

。我国

北斗导航及位置服务在智慧城市建设中潜力巨大，有着广阔的融合应用领域。北斗卫星导航系统是智

慧城市设的重要基础设施，智慧城市80%以上的信息与时间和空间有关，需要位置、速度、时间及地

理信息

[5]

。而北斗导航系统可以为智慧城市的建设和应用提供定位、测速、授时和位置跟踪功能。中

国的北斗导航系统除提供位置、速度和时间信息外，还可以为用户提供短报文服务，这也是它在智慧

城市中应用的一个重要基础。

Figure 1. Simulation diagram of smart city

图 1.智慧城市模拟图

4 北斗导航在智慧城市中的应用

2013年9月，国务院办公厅发布的《国家卫星导航产业中长期发展规划》指出，如今全球卫星导

航产业三大发展趋势之一，便是从以导航应用为主，向导航与移动通信、互联网等融合应用转变。北

斗也需要在这样的历史机遇期，进一步与互联网、物联网等新一代信息技术相融合，主动融入智慧城

市等新领域的发展，提供更多具有行业特色的位置、导航、时间和通信服务。

4.1 智能交通

随着经济的发展和社会的进步，城市人口增多，汽车的数量持续增加，交通拥挤和堵塞现象日趋

严重，由此引发的环境噪声和大气污染等已经成为现在社会面临的严峻问题。智能交通系统（IIS，

intelligent transportation system）作为近十年大规模兴起的改善交通堵塞减缓交通拥挤的有效技

术措施，越来越受到国内外政府部门和专家学者的重视，在许多国家和地区也开始了广泛的应用。

智能交通即高度智能化程度的交通系统，在GPS、射频识别（Radio Frequency IDentification，

RFID）、GIS等技术的集成应用和有机整合的平台下而建立的一种大范围内、全方位发挥作用的高效、

便捷、安全、环保、舒适、实时、准确的综合交通运输管理系统

[6]

。现在我国的北斗卫星导航系统发

展迅速，完全可以取代GPS在ITS中的作用，甚至北斗系统所具有的短报文通信服务功能，作为一项优

势将比GPS更适合应用在ITS中，北斗系统将在我国的ITS中具有更加重要和更广泛的应用。将北斗卫

星导航系统代替GPS应用于ITS后，可以建立一种新型的ITS，并在智能交通的各个领域内有相当广泛

的应用。

（1）智能交通监控与管理系统。利用北斗系统将采集到的各道路的车流量情况进行实时采集与整

理，对道路交通状况进行分析，实时的监控各交通路段的车辆信息。同时将收集到的路况信息上传到

智能交通系统中，利用北斗系统的短信通信功能以语音播报的形式为驾驶员提供交通路况信息，选择

合理的驾驶路线，合理避开拥堵区。

（2）行车安全管理。通过对北斗系统位置信息的显示分析，能对道路上一些不安全的行为进行记

录，以便事后及时处理，加快事故的确认和处理，使受阻的路段尽快恢复通行，提高道路交通运营能

力。如超速行驶，在单行线上逆行，不按交通限制行驶等情况。

（3）公交车监控和调度。利用北斗系统的短报文通信功能，公共交通管理部门可以采用车辆监管

系统对各车发回的信息进行综合分析,再将调度命令发送给司机，及时调整车辆运行情况，实现有效管

理。同时，还可以推广使用电子站牌，电子站牌通过无线数据链路接收即将到站车辆发出的位置和速

度信息，显示车辆运行信息，并预测到站时间，为乘客出行提供方便。

（4）紧急援助。通过北斗卫星导航系统进行定位，并结合交通监控管理系统，可以对遇有险情或

发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，

帮助值班人员快速的进行应急处理。

4.2 智能家居

随着经济的快速增长和社会的发展，快节奏的生活状态得人们越来越追求高品质的生活，人们对

舒适，方便，高效的生活环境的渴望愈来愈强烈。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已经

成为当今世界的一个热点问题。智能家居是是建设智慧城市的一个重要环节，它能够为家庭提供全方

位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时

间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

北斗系统最大的特色在于提供有源定位和短报文通信服务，这也是北斗的优势。利用北斗的短报

文通信功能和定位功能，通过信息传感设备和智能控制系统，将与家居有关的子系统与北斗终端设备

结合起来，进行监控，管理，信息交换和通信，同时通过嵌入有北斗芯片的手机发送指令到智能控制

系统来实现对住宅内所有灯及各种电器的远程控制。回家前，通过手机发送信息来提前启动热水器家

里的空调、热水器、洗衣机和电饭煲等设备；而家里的各种电器设备也可以通过触动信息传感设备并

发送信息到户主的手机上。如果家中出现煤气泄漏或者火警，传感器监测到之后会及时触动智能控制

系统发送信息通知户主和警方以及小区物业，即使不幸遇到小偷潜入，安防设备会自动报警，并通知

小区物业和发送信息的方式通知到户主。这一切都将改变我们过去的家居方式，使得我们的生活更便

捷，更美好。

4.3 智慧物流

目前，网上购物越来越多，而且呈飞速发展趋势，大有取代传统的实体店购物方式的势头。越来

越多的物品流动，也造成了一定程度上的混乱，这给顾客也带来了很多忧虑，目前，国内制造企业物

流信息化水平普遍不高，大都采用“人工+条形码”的方式，该方式效率低、人力成本高，已越来越

不能满足现代物流行业提升核心竞争力的需求。传统的物流方式已逐渐无法适应快速发展的电子商务

的需求。

智慧物流概念的提出可以有效地解决这个隐患。智慧物流是将RFID、传感器和导航定位系统等物

联网技术通过信息处理和网络通信技术平台广泛的应用于物流的各个环节，实现自动化运作和高效率

管理

[7]

。智慧物流概念的提出契合了现代物流的智能化、网络化、自动化、实时化的发展趋势，对物

流业的影响将是全方位的。

利用北斗卫星导航系统，在物流车辆、中转环节设备中安装北斗导航终端，并在导航终端上设计

RFID读写器和处理器；在买家购买商品后，自动生成一个RFID电子标签，物流公司在接收货物后将电

子标签贴于商品上。在物流过程的每一个环节中，货物的RFID通过传感芯片与物联网系统进行信息传

递，从而实现了对物流过程的实时监控。货物损坏、掉包、丢失，甚至是谁什么时间将货物搬运到什

么地点都可以准确查出，使业务流程公开、透明地呈现出来。这不仅有效避免了一些人为的过错，同

时也明确了各方的责任。

5 结论

本文介绍了智慧城市的基本概念，简要描述了北斗的现状和应用情况。从智慧教育、智慧物流、

智慧家居三个方面举例说明了北斗在智慧城市建设中的应用设想。北斗卫星导航系统在智慧城市的建

设和发展中的应用非常广泛，除了以上三个领域，北斗在气象应用、抢险救灾、医疗、环境监测等方

面都有很广阔的应用前景，将北斗卫星导航系统与智慧城市紧密结合是应对公共安全，事故灾难、反

恐维稳、提高政府决策能力的和重要手段，并为城市宏观管理和辅助决策提供支持。

将北斗卫星导航技术应用到智慧城市中，既可以促进智慧城市的建设发展，也可以对北斗导航卫

星产业的发展起到很好的促进作用。随着北斗导航系统功能的进一步完善，我们可以对北斗导航系统

的应用领域进行大胆探索和尝试，不断提高我国信息科技产业的发展。发展以北斗为支撑的智慧城市

应作为国家战略，并将作为国家重大经济发展策略和国家经济发展的重要支撑[5]。

References (参考文献)

[1] 曹冲.卫星导航是新一代信息技术和智能信息产业的核心要素和共性基础［J］.数字通信世界，

2011，(12)：8-9

[2] 谭述森. 卫星导航定位工程[M].北京:国防工业出版社，2007

[3] 杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报，2010，(1)：39-45

[4] 方宗晓.富阳将用五年时间打造“智慧城市”［N］.富阳日报，2010-7-22（3）

[5] 杨元喜.智慧城市与北斗卫星导航系统[Z].第八届中国智慧城市大会，2013

[6] 许瑞斌，刘世立，浅谈GPS在城市智能交通网络中的应用［J］，机电产品开发与创新，2008，

（5）：75-76

[7] 冯志杰 . 北斗导航系统在物联网中的应用研究［J］. 电子商务，2013，(6)：1-8

[8] 石军.“感知中国”促进中国物联网加速发展[J].通信管理与技术，2009，(5)：9-13

[9] 孙家栋.北斗卫星导航系统发展之路［N］. 中国航天报，2010-5-28（3）

[10] 何晓梅.物联网技术及应用［J］.数字通信世界，2012，(4)：29-31