陳洪武,李洪亮
(上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306)
?
基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
陳洪武,李洪亮
(上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306)
本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史和物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀,詳細(xì)論述了依托北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用情況,以北斗物流終端應(yīng)用為例對(duì)未來(lái)應(yīng)用進(jìn)行分析和展望。
北斗;物聯(lián)網(wǎng);應(yīng)用分析
物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)(傳感網(wǎng),射頻識(shí)別系統(tǒng),紅外感應(yīng)器,激光掃描器),條碼與二維碼,全球定位系統(tǒng),按約定的通信協(xié)議,將物與物、人與物、人與人連接起來(lái),通過(guò)各種接入網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)通用體系架構(gòu)將物聯(lián)網(wǎng)分為網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層、支撐層的分層結(jié)構(gòu),在將來(lái)的復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下,從而對(duì)“物”進(jìn)行精準(zhǔn)的定位、操控和跟蹤,實(shí)現(xiàn)全面靈活可靠的物-物通信、人-物通信。物聯(lián)網(wǎng)感知層最主要的就是實(shí)現(xiàn)物理世界信息的采集,物聯(lián)網(wǎng)中的一項(xiàng)很重要的信息就是位置信息,位置信息是很多應(yīng)用甚至是物聯(lián)網(wǎng)底層通信的基礎(chǔ)。位置信息不僅是單純的物理空間坐標(biāo),還是關(guān)聯(lián)到該位置對(duì)象以及處在該位置的時(shí)間,要實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)、任何物體、任何時(shí)間之間的連接這一物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo),位置信息是不能缺少的,怎樣利用定位技術(shù)更全面更精準(zhǔn)地獲取位置信息,這將會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)重要研究課題。定位導(dǎo)航技術(shù)已成為當(dāng)今應(yīng)用最成熟、最廣泛的無(wú)線定位技術(shù)。雖然GPS定位系統(tǒng)能夠滿足絕大部分的商用需求,但針對(duì)移動(dòng)定位,仍然存在耗時(shí)長(zhǎng)、環(huán)境受限、精度低等無(wú)法彌補(bǔ)的缺點(diǎn)。隨著現(xiàn)在無(wú)線通信技術(shù)日趨快速的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)信息的定位技術(shù),開(kāi)啟了移動(dòng)定位嶄新的一頁(yè)。以此同時(shí),對(duì)于定位盲區(qū),室內(nèi)環(huán)境的定位技術(shù)也在近幾年引起業(yè)界強(qiáng)烈的關(guān)注。定位技術(shù)正面向更精準(zhǔn)、更全面的目標(biāo)不斷前行[1]。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)( GNSS)能為用戶提供連續(xù)、精確的速度信息和三維位置,同時(shí)具有授時(shí)的功能。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)包括歐洲的伽利略系統(tǒng)、美國(guó)的全球定位系統(tǒng)、中國(guó)的北斗系統(tǒng)和俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)等。中國(guó)的北斗系統(tǒng)不但能提供速度、時(shí)間和位置的信息,還能為用戶提供短報(bào)文服務(wù),這是北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)。
此外,全球經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、一體化、人為或自然災(zāi)害日益頻繁化等帶來(lái)的許多社會(huì)問(wèn)題,人們正常運(yùn)行的工作、高效管理以及生活已成為我國(guó)甚至全世界急待解決的問(wèn)題。同時(shí),全球新一代移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi) 星 導(dǎo) 航 定 位 技 術(shù)、云計(jì)算與物 聯(lián) 網(wǎng)(Internet of Things)等新的信息技術(shù)在快速的發(fā)展和不斷的深入應(yīng)用,這些都將為當(dāng)今城市的運(yùn)行管理步入“智慧化”奠定了良好的科技基礎(chǔ),提供了良好的技術(shù)保障,從而面向更頂級(jí)的城市智慧化發(fā)展。本文對(duì)于北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)典型的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探討,分析了北斗系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),為我國(guó)的北斗系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用提供技術(shù)與理論支撐。
物聯(lián)網(wǎng)理念最早可追溯到1995年出版的《未來(lái)之路》一書(shū),比爾·蓋茨已經(jīng)提及物互聯(lián),只是當(dāng)時(shí)受限于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展,并未引起重視。1998年,美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時(shí)被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。1999年,建立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,美國(guó)Auto-ID中心首先提出物聯(lián)網(wǎng)概念。ITU在2005年發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005: Internet of Things》,正式提出了“Internet of Things(物聯(lián)網(wǎng))”的概念,包括所有物品的應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)[2]。
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有近七年的歷史,最早在2004年日本就提出了以發(fā)展泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)為目標(biāo)的U-Japan構(gòu)想的計(jì)劃,并計(jì)劃在2004-2007年期間投入29億美元,預(yù)計(jì)到2010 年將收益371億美元。美國(guó)政府也提出在2009年公布計(jì)劃,將投資智能電網(wǎng)40億美元,智能電網(wǎng)指的是現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ),通過(guò)在輸電、發(fā)電等各環(huán)節(jié)引入先進(jìn)的測(cè)量和傳感技術(shù)、決策支持系統(tǒng)和控制方法,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高效運(yùn)行、高可靠性。韓國(guó)也提出了U-Korea戰(zhàn)略及IT839戰(zhàn)略,計(jì)劃在2010年投入700億美元,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是韓國(guó)的三大基礎(chǔ)建設(shè)之一。由于物聯(lián)網(wǎng)的興起,國(guó)外許多知名的運(yùn)營(yíng)企業(yè)( 包括國(guó)外Vodafone、Telenor、Orange等) 都紛紛開(kāi)始嘗試建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐平臺(tái)[3]。中國(guó)的電信運(yùn)營(yíng)商也開(kāi)始面向企業(yè)、個(gè)人用戶提供許多的特色信息化服務(wù)。雖然這些服務(wù)也只能算作是“物聯(lián)網(wǎng)”概念下的業(yè)務(wù)分支,但為物聯(lián)網(wǎng)的全面建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。
其中物聯(lián)網(wǎng)最重要的環(huán)節(jié)就是傳輸、感知、處理,然后實(shí)現(xiàn)精確、及時(shí)、全面地獲取信息以及對(duì)信息的處理。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)與它關(guān)鍵的環(huán)節(jié)緊密相關(guān)。1999年,我國(guó)提出了傳感網(wǎng),與此同時(shí),我國(guó)啟動(dòng)了傳感網(wǎng)的開(kāi)發(fā)與研究,逐漸開(kāi)始形成了中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)。目前,全球物聯(lián)網(wǎng)和中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展同時(shí)處于剛起步階段,剛剛具備應(yīng)用基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)和技術(shù),這些都表現(xiàn)出很好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。
產(chǎn)業(yè)的發(fā)展初具基礎(chǔ):通信設(shè)備制造業(yè)具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力;無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)100億元;對(duì)于公共互聯(lián)網(wǎng)和公共通信網(wǎng)已經(jīng)建成的全球最大和先進(jìn)的技術(shù)。機(jī)器到機(jī)器(M2M)終端數(shù)量在1000萬(wàn)左右,已經(jīng)成為全球最大的M2M 市場(chǎng)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),在2010年我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模在2000億元左右。
標(biāo)準(zhǔn)的研制和技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)取得重大的突破,如我國(guó)在通信協(xié)議、芯片、智能計(jì)算、協(xié)同處理、網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域開(kāi)展了多年的技術(shù)研究,由此也取得很多成果。在傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)、接口、安全、物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、通信網(wǎng)融合和傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究我國(guó)也取得很大進(jìn)步,已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組(WG7)的重要國(guó)之一?,F(xiàn)在我國(guó)在安防、電力、物流、環(huán)保等許多領(lǐng)域都有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
雖然我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用拓展和標(biāo)準(zhǔn)研制等許多領(lǐng)域上已經(jīng)取得了許多的進(jìn)展,但是我們也要時(shí)刻保持清醒的意識(shí),我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還有許多的制約因素以及瓶頸,我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)還處于初步階段。其中主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:高端綜合集成服務(wù)能力低,高端產(chǎn)品和核心技術(shù)與國(guó)外差距大,缺乏強(qiáng)大的龍頭企業(yè),規(guī)?;瘧?yīng)用少,信息安全方面存在隱患和應(yīng)用水平較低等。
現(xiàn)在人們普遍關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中比較重要的RFID技術(shù),實(shí)際上它并不是一項(xiàng)新的技術(shù),其中最為典型的試應(yīng)用能追溯到1991年的第一次美伊戰(zhàn)爭(zhēng)。那時(shí),美國(guó)軍方就發(fā)現(xiàn),戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后在一些機(jī)場(chǎng)、港口堆積許多的軍需物資集裝箱,然而這些物品應(yīng)該運(yùn)到哪,應(yīng)該屬于誰(shuí)都不知道。如果想搞清楚這些信息,需要消耗大量的財(cái)力和人力,由此美國(guó)的五角大樓就啟動(dòng)了一個(gè)“軍需物資可視化管理”的重要項(xiàng)目,并成功地將RFID技術(shù)應(yīng)用在此項(xiàng)目中。
中國(guó)移動(dòng)在 “e物流”業(yè)務(wù)上,將對(duì)物流運(yùn)輸行業(yè)推出無(wú)線通信、地理信息系統(tǒng)、集全球定位系統(tǒng)、短信技術(shù)于一體的硬、軟件綜合信息系統(tǒng)管理平臺(tái),提供運(yùn)輸路徑的選擇、貨況信息、短信通告、車(chē)輛定位、優(yōu)化等服務(wù)與運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。
中國(guó)電信對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)分為兩個(gè)部分: “商務(wù)領(lǐng)航”和“平安 e 家” ,主要面向企業(yè)用戶“商務(wù)領(lǐng)航”為業(yè)務(wù)統(tǒng)合名稱的業(yè)務(wù),包括: 農(nóng)村信息化、車(chē)輛定位、全球眼、漁業(yè)監(jiān)控等,用戶范圍涉及司法、農(nóng)林牧副漁、交通等領(lǐng)域。而“平安e家”主要面向家庭的業(yè)務(wù)在2007年推出,那時(shí)物聯(lián)網(wǎng)概念在中國(guó)還沒(méi)有得到很好的關(guān)注,該業(yè)務(wù)可結(jié)合利用感應(yīng)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)傳輸為用戶提供以家庭為單位的看護(hù)、安防、緊急呼叫等功能[4]。此外,中國(guó)電信還向物流行業(yè)提供“物流e通”業(yè)務(wù),是采用移動(dòng)通信、GPS定位和自動(dòng)識(shí)別等多個(gè)技術(shù),將物流的管理系統(tǒng)嵌入到 CDMA手機(jī)中,提供物流業(yè)務(wù)管理、物流數(shù)據(jù)采集、第三方定位和自主導(dǎo)航等功能[5]。
中國(guó)聯(lián)通代表性的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)則是3G污水監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù),它已經(jīng)脫離了個(gè)人消費(fèi)的傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可以通過(guò)3G和WiFi等網(wǎng)絡(luò),能夠及時(shí)對(duì)灌溉、水文、水表等動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),還能對(duì)碳排放、噪音和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)[6]。
針對(duì)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀以及對(duì)《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的理解,提出了兩個(gè)方面的構(gòu)想[7]。
2.1大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的中間件
在“物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)部分”中已經(jīng)描述了中間件。處于感知層、傳輸層的嵌入式設(shè)備中或物聯(lián)網(wǎng)的集成服務(wù)器端的中間件則是物聯(lián)網(wǎng)中間件[8]。從本質(zhì)看,物聯(lián)網(wǎng)中間件是物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用的共性需求。首先,它受限于底層不同的硬件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)中間件的研究主要還集中在互聯(lián)互通和底層的感知方面;然后,當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模和復(fù)雜度都還處于剛起步的階段。
目前,我國(guó)在《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中也沒(méi)有明確提到關(guān)于中間件的發(fā)展和規(guī)劃[9],想要占領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)的制高點(diǎn),必須高度重視中間件和軟件的作用。
把現(xiàn)有的子系統(tǒng)和智能物件聯(lián)系起來(lái)這就是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的“管控營(yíng)一體化”和大集成,實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的社會(huì)服務(wù)。中間件和軟件將作為靈魂和核心起到關(guān)鍵的作用,和硬件設(shè)施一起推動(dòng)著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
2.2物聯(lián)網(wǎng)將從依托電信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向依托北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)主要是包括中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)這三大運(yùn)營(yíng)商的電信網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)[10]。如中國(guó)電信推出的面向企業(yè)用戶的“商務(wù)領(lǐng)航”和面向家庭業(yè)務(wù)的“平安e家”,廣泛應(yīng)用于緊急呼叫、安防、司法、看護(hù)、農(nóng)林、物流的領(lǐng)域;中國(guó)聯(lián)通推出的代表性物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)則是3G污水檢測(cè)業(yè)務(wù),實(shí)時(shí)對(duì)灌溉、水表、水質(zhì)、水文等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),還可以對(duì)碳排放量、噪音和空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè);中國(guó)移動(dòng)推出了面向物流運(yùn)輸行業(yè)“e物流”推出的硬、軟件綜合信息系統(tǒng)管理平臺(tái)。以電信網(wǎng)絡(luò)為依托,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)有了一定的發(fā)展,但整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)缺少統(tǒng)一的支撐平臺(tái),由此對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化造成非常大的障礙。在物聯(lián)網(wǎng)前期的發(fā)展中限制許多導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用,隨著北斗系統(tǒng)的建成和使用,將足以促進(jìn)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅猛的發(fā)展。和電信網(wǎng)絡(luò)作比較,北斗系統(tǒng)有著以下的優(yōu)勢(shì):
1) 用戶容量大。單星每小時(shí)就可提供200萬(wàn)次導(dǎo)航服務(wù),目前國(guó)內(nèi)已有11 顆衛(wèi)星,所以每天能提供近6億次的導(dǎo)航服務(wù)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獨(dú)有的短報(bào)文功能,每次就能夠提供 120字左右的短信服務(wù)功能。簡(jiǎn)單的推算一下,以36 Mb的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為例,每秒能發(fā)送大約20000條報(bào)文,一天就能轉(zhuǎn)發(fā)約17億條報(bào)文,假如每顆衛(wèi)星只有一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,十幾顆衛(wèi)星每天也能夠轉(zhuǎn)發(fā)幾百億條報(bào)文,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電信網(wǎng)絡(luò)的承載能力大。
2) 導(dǎo)航信號(hào)分布廣泛。電信網(wǎng)絡(luò)就是利用遍布全國(guó)的信號(hào)塔進(jìn)行傳送,在地形復(fù)雜的地區(qū)(如盆地、山地)和偏遠(yuǎn)的地理位置,信號(hào)質(zhì)量不夠穩(wěn)定,且網(wǎng)絡(luò)覆蓋較差。而導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)在全部地區(qū)都能夠穩(wěn)定地覆蓋。這對(duì)于所有地區(qū)的電力監(jiān)控、“管道檢測(cè)”環(huán)境監(jiān)測(cè)、物流跟蹤等業(yè)務(wù)都有很大應(yīng)用價(jià)值。
3) 計(jì)劃在2020年物聯(lián)網(wǎng)中“物與人”的比例提高到30:1,然而電信網(wǎng)絡(luò)主要是針對(duì)人與人的通信進(jìn)行設(shè)計(jì),沒(méi)有考慮到物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)將會(huì)比現(xiàn)在的人與人的連接數(shù)高出很多。而且電信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效隔離物聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)和人與人通信服務(wù),那么物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)就會(huì)沖擊現(xiàn)有的人與人通信的應(yīng)用,造成此業(yè)務(wù)的中斷。在北斗的短報(bào)文業(yè)務(wù)中,人與人的日常通信應(yīng)用很少,大多都是作為位置信息來(lái)傳遞使用,由此導(dǎo)航系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的沖突。北斗系統(tǒng)提供的免費(fèi)服務(wù),假如作為物聯(lián)網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡(luò),服務(wù)的成本比電信網(wǎng)絡(luò)低很多。
4) 物聯(lián)網(wǎng)終端通信具有頻繁的位置更新和狀態(tài)切換這些功能,例如在某一個(gè)特定的時(shí)間集中聚集到某一地區(qū)等這些特點(diǎn)。關(guān)于電信網(wǎng)絡(luò),則需要在基站間頻繁的切換,對(duì)基站帶寬要求非常高,很容易造成基站通信阻塞,從而影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。北斗的單星覆蓋范圍非常廣,一般的位置切換完全不會(huì)影響其信息的傳輸。況且每個(gè)地區(qū)的可見(jiàn)衛(wèi)星至少有四顆,能夠通過(guò)有效的資源調(diào)配,從而避免造成通信阻塞。
因此,物聯(lián)網(wǎng)在國(guó)內(nèi)外已得到了一定的發(fā)展和重視,而目前我國(guó)每個(gè)運(yùn)營(yíng)商的開(kāi)展都是屬于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的分支,但是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的支撐平臺(tái),所以還需進(jìn)一步整合資源。此外,在物聯(lián)網(wǎng)前期的發(fā)展中,對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用很有限,隨著我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成和使用,對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)下一步發(fā)展中的應(yīng)用,充分發(fā)揮北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到支撐作用。
北斗導(dǎo)航和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系就是北斗導(dǎo)航為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提供位置導(dǎo)航服務(wù)的關(guān)系,不但有北斗導(dǎo)航的定位功能,而且還能夠增加物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。而物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)則是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)環(huán)節(jié),既能夠直接促進(jìn)信息科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)新型產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn),又可以服務(wù)于廣大客戶,形成導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品。
在物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的通信過(guò)程中,對(duì)于物體的位置則需要進(jìn)行準(zhǔn)確的定位,尤其是移動(dòng)中的物體,如果采取傳統(tǒng)的方法十分困難。目前最好的解決方法就是利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)[11]。這與傳統(tǒng)意義上的方法相比較,它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)以及可操作性,精準(zhǔn)的授時(shí)服務(wù),準(zhǔn)確的位置信息,獲取信息方便,無(wú)需組建網(wǎng)絡(luò)等這些優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí),其缺點(diǎn)也十分明顯:利用 GPS 會(huì)有較大的安全隱患。對(duì)于GPS 的壽命和質(zhì)量美國(guó)政府從來(lái)沒(méi)做出保證和承諾,況且美軍還能夠?qū)σ欢ǖ胤降?GPS 信號(hào)進(jìn)行致盲和干擾。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是由我國(guó)自主研發(fā),可以很好解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的導(dǎo)航和定位問(wèn)題,同時(shí),也能夠保障此系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有短報(bào)文通信、授時(shí)和定位功能。物聯(lián)網(wǎng)由三個(gè)層級(jí)來(lái)構(gòu)成,分別是:網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和感知層[12]。它與GPS單純的作為感知層有所不同,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能夠同時(shí)作為物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)層和感知層。北斗授時(shí)功能已經(jīng)在金融、電力、通信及科學(xué)及得到了應(yīng)用。通信和定位功能也在森林防火、漁業(yè)、氣象及大氣環(huán)境檢測(cè)、勘探及地質(zhì)監(jiān)測(cè)、水利及海洋信息檢測(cè)的方面取得了廣泛的應(yīng)用,例如:油田管道的生產(chǎn)監(jiān)控、車(chē)輛的調(diào)度、數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、鐵道運(yùn)輸?shù)娜瘫O(jiān)控系統(tǒng)以及船舶航行的調(diào)度指揮等。
目前,物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域物流行業(yè)的發(fā)展和交通部的“兩客一?!笔痉豆こ虒?duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用都起到積極的作用。
4.1物流行業(yè)的應(yīng)用
物流行業(yè)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要的應(yīng)用,目前,隨著電子商務(wù)的飛速發(fā)展物流行業(yè)也不斷的壯大,尤其是如今的天貓?zhí)詫氈鲗?dǎo)的雙十一活動(dòng)后的大量貨物。流通的貨品種類越來(lái)越多、數(shù)量越來(lái)越大,單純依靠傳統(tǒng)的管理方法已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代物流需求;同時(shí),客戶對(duì)物流行業(yè)的體驗(yàn)提出了更多更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此,無(wú)線手持終端產(chǎn)品在自動(dòng)化物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如一維/二維碼、GPS、RFID等已經(jīng)在物流行業(yè)被廣泛應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)物流調(diào)度、車(chē)輛的監(jiān)控、客戶服務(wù)、車(chē)輛服務(wù)、預(yù)警管理和商品的跟蹤等。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)不僅有獨(dú)特的短報(bào)文通信功能,而且還可以提供像GPS一樣的導(dǎo)航服務(wù),因此,作為國(guó)產(chǎn)化的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)北斗智能物流終端會(huì)隨著時(shí)間的推移還將逐步在物流行業(yè)導(dǎo)航定位中有著廣泛的應(yīng)用。
4.2兩客一危”的示范工程
“兩客一?!惫こ讨傅氖锹糜伟?chē)、三類以上班線客車(chē)和危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē),它是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的首個(gè)民用示范工程,交通運(yùn)輸部《交通運(yùn)輸部關(guān)于加快推進(jìn)“重點(diǎn)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程”實(shí)施工作的通知》中在2012年12月31日要求,在湖南、貴州、江蘇、安徽、寧夏、陜西省,天津市、山東、河北9個(gè)省市建立的首個(gè)北斗專項(xiàng)示范項(xiàng)目,要求“兩客一?!钡能?chē)輛必須安裝北斗兼容車(chē)載終端,不按規(guī)定加裝北斗兼容車(chē)載終端的車(chē)輛,將不給予核發(fā)審驗(yàn)道路運(yùn)輸證。
2010年,全國(guó)重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)在上海世博會(huì)開(kāi)始建立,系統(tǒng)采用橫向?qū)?、縱向分級(jí)的體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多地區(qū)、相關(guān)企業(yè)以及多部門(mén)的聯(lián)合監(jiān)管和信息共享。
該系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端和GPS為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)跨部門(mén)、跨地區(qū)流轉(zhuǎn),建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換,整合了全國(guó)30個(gè)省級(jí)平臺(tái)資源。對(duì)于重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛動(dòng)態(tài)信息公共交換平臺(tái)的建成,明顯地降低了交通事故,做到防禍于未然,提升了交通主管部門(mén)的公共服務(wù)能力,該項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了將相關(guān)預(yù)警信息及時(shí)發(fā)布給管理相對(duì)人,能夠避免交通風(fēng)險(xiǎn)的信息化管理[13]。
5.1傳統(tǒng)物流
物流系統(tǒng)指的就是在特有的空間和時(shí)間,由輸送的物料和輸送倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備、通信、人員、資料以及工具聯(lián)系等若干相互制約的動(dòng)態(tài)要素構(gòu)成了特定功能性的有機(jī)整體。
圖1 物流的基本流程
從圖1流程可以看出,傳統(tǒng)物流過(guò)程中實(shí)時(shí)性差,客戶不能有效地了解到貨物中轉(zhuǎn)的情況,體驗(yàn)差。
目前,在現(xiàn)代的物流體系中物流手持終端已得到了廣泛的應(yīng)用,但主要集中在物流配送、物流倉(cāng)儲(chǔ)等環(huán)節(jié)。物流倉(cāng)儲(chǔ)中物流手持終端主要實(shí)現(xiàn)組盤(pán)、組箱、下達(dá)入庫(kù)任務(wù)、入庫(kù)任務(wù)確認(rèn)、物料信息查詢、出庫(kù)確認(rèn)、庫(kù)存查詢等。物流配送環(huán)節(jié)主要是用于配送貨物信息掃描以及結(jié)算的環(huán)節(jié)。手持終端還是沒(méi)有在整個(gè)物流的各個(gè)環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮它的作用。
5.2北斗智能物流終端在物流各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用
北斗智能物流終端主要是面向行業(yè)用戶的移動(dòng)信息化產(chǎn)品,它建立在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上,它是基于GSM和WCDMA等蜂窩網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的整套物流行業(yè)信息化的終端解決方案。它不同于傳統(tǒng)的物流手持終端的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的融入。
北斗智能物流終端在物流中主要作為移動(dòng)辦公終端,使物流過(guò)程智能化、可視化、便捷化、時(shí)效化。北斗智能物流終端依托網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度員、提派員、驗(yàn)貨員、庫(kù)管等常處于非辦公場(chǎng)所的角色提供隨時(shí)隨地的資源調(diào)度、信息查詢、消息發(fā)布,能極大地提高物流行業(yè)上工作效率。與此同時(shí),在貨物全程跟蹤、任務(wù)全程跟蹤、路徑規(guī)劃以及任務(wù)調(diào)度過(guò)程中發(fā)揮著重要的應(yīng)用。該系統(tǒng)包含的服務(wù)器構(gòu)成物流信息化平臺(tái)作為云端,將北斗智能物流終端和各分公司的信息化系統(tǒng)作為終端。
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的存在,服務(wù)器端能夠?qū)崟r(shí)的獲得終端的位置;另外北斗智能物流終端依靠蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)的和物流信息化平臺(tái)相互連接,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和終端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以為服務(wù)器間提供時(shí)鐘的同步,短報(bào)文功能還能夠在沒(méi)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)位置維持其應(yīng)急的通信。
應(yīng)用流程詳細(xì)描述如下:
1) 在客戶下單的環(huán)節(jié),需要物流公司工作人員取件,物流信息化平臺(tái)將信息推送給相應(yīng)工作人員的北斗智能物流終端。取件信息實(shí)現(xiàn)即時(shí)推送,讓工作人員在第一時(shí)間了解取件的信息,也能夠在終端上顯示具體的位置。對(duì)于傳統(tǒng)物流,這個(gè)過(guò)程主要是依靠電話來(lái)告知情況,對(duì)人的依賴性強(qiáng)且缺乏時(shí)效性,而且還會(huì)產(chǎn)生不必要的額外的通信費(fèi)用。
2) 在取件過(guò)程中,用北斗智能物流終端能夠掃描包裹的信息以及錄入地理位置信息等,且能及時(shí)上傳至物流公司信息化平臺(tái)。
3) 如果當(dāng)包裹送至分揀中心進(jìn)行分撿時(shí),用北斗智能物流終端進(jìn)行分撿錄入工作,能夠有效的提高精確度和省去額外的多余的培訓(xùn)快件細(xì)分工作員的成本。傳統(tǒng)物流的分揀主要是依靠快件細(xì)分工作員,憑借熟練程度和高超的記憶,需要很長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)才可以上崗。工作人員有誤差在所難免,準(zhǔn)確率也只有80%.
4) 通過(guò)鐵路、航空、公路運(yùn)輸包裹時(shí),配有車(chē)載北斗導(dǎo)航終端,可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)程中的全程監(jiān)控,車(chē)載北斗導(dǎo)航終端及時(shí)的向物流信息化平臺(tái)傳輸車(chē)輛的速度、駕駛員的狀態(tài)、位置等信息。
5) 當(dāng)貨物抵達(dá)目的地時(shí),再次通過(guò)北斗智能物流終端對(duì)貨物進(jìn)行分揀,從掃描包裹信息到物流公司的物流的信息化平臺(tái),信息化平臺(tái)將會(huì)自動(dòng)推送包裹消息給所在地的作業(yè)工人通知進(jìn)行配送。
6) 在配送過(guò)程中,作業(yè)人員用北斗智能物流終端知道同一小區(qū)包裹數(shù)量、包裹地點(diǎn)分布、和到達(dá)送貨地址后并通知客戶取包裹。與此同時(shí),記錄每一個(gè)包裹被取走信息及客戶的電子簽名信息等。
北斗智能物流終端還能夠?yàn)樽鳂I(yè)員在取件和派件過(guò)程提供導(dǎo)航服務(wù),實(shí)現(xiàn)配送軌跡記錄、包裹查詢、任務(wù)全程跟蹤等服務(wù)。北斗導(dǎo)航的短報(bào)文功能還能夠在蜂窩網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有覆蓋的地區(qū)提供連續(xù)的通信功能。
由此,上述流程就是充分地利用了智能化終端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的便利性及信息推送,同時(shí),再加上北斗導(dǎo)航的定位功能,不僅實(shí)現(xiàn)整個(gè)物流環(huán)節(jié)的可視化、智能化、提高工作效率,同時(shí)也可以及時(shí)了解各環(huán)節(jié)作業(yè)人員的工作狀態(tài)以便于管理,更為重要的是讓客戶方便的及時(shí)了解物流的各個(gè)環(huán)節(jié),增強(qiáng)用戶的體驗(yàn),讓客戶更為滿意。
5.3技術(shù)構(gòu)架
5.3.1總體的技術(shù)構(gòu)架
北斗物流信息化平臺(tái)是以整個(gè)物流系統(tǒng)為核心,主要由北斗導(dǎo)航倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)、車(chē)輛管理調(diào)度系統(tǒng)、推送系統(tǒng)、信息采集和用戶管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)組成。在此其間,北斗導(dǎo)航位置服務(wù)系統(tǒng)將完成接收定位信息和將其翻譯轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中;提供地理信息查詢、地圖基本操作以及對(duì)終端的位置進(jìn)行查詢、監(jiān)控、軌跡回放、以及實(shí)時(shí)定位等功能。推送系統(tǒng)和信息采集主要用來(lái)完成北斗終端消息推送和信息的采集。
5.3.2北斗智能物流的終端
北斗智能物流終端既是信息和服務(wù)接收的終端又是信息采集的終端。北斗導(dǎo)航模塊是通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)回的信號(hào)及響應(yīng)衛(wèi)星的廣播信號(hào)獲知自己的位置。使用Android系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)的推送,結(jié)合Wifi和3G等通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)云端服務(wù)器和信息同步。
介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展歷史以及它的核心技術(shù)。針對(duì)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析,指出在過(guò)去的十年時(shí)間,我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)所取得的成就,同時(shí)也指出了我國(guó)目前存在的不足以及瓶頸;詳細(xì)論述了大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)中間件和依托我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國(guó)物流行業(yè)的應(yīng)用情況,以北斗智能手持終端在物流領(lǐng)域的應(yīng)用為示例對(duì)未來(lái)應(yīng)用進(jìn)行展望。
[1] 3GPP.TS 25.305 v11.0.0. Functional Specification of user equipment positioning in UTRAN[S].2012.
[2] 3GPP.TS 36.305 v11.0.0.Functional specification of user equipment positioning in E-UTRAN[S].2013.
[3] DENG Z L, ZIU D J, HUANG J M.A Study of neunan Hoffman codes for GNSS application [C]//5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing. Beijing University of Posts and Telecommunications, September 24-26,2009:1832-1835.
[4] 工信部電信研究院. 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系列季度報(bào)告——物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展監(jiān)測(cè)[R].2013.
[5] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社,2010:74-75.
[6] 劉傳潤(rùn).北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的功能原理與前景展望[J].中國(guó)水運(yùn),2008(1):165-166.
[7] 張衡.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)與 TD-SCDMA 移動(dòng)通信技術(shù)融合及其應(yīng)用初探[C]//CSCN 2010 第一屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì), 2010.
[8] 劉旭,周東傲.物聯(lián)網(wǎng)與北斗二號(hào)的結(jié)合應(yīng)用之二次探討[J].2011(3):1-7.
[9] 百度百科.物聯(lián)網(wǎng)[EB/OL] http://baike.baidu.com/view/1136308.htm.
[10]陳富玉.北斗導(dǎo)航通訊技術(shù)的應(yīng)用與展望[C]//中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)海洋測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)第二十一屆海洋測(cè)繪綜合性學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2009.
[11]潘程吉,汪勃.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用展望[J].遙測(cè)遙控,2011(6):14-17.
[12]ITU Stategy and Policy Unit(SPU).ITU internet reports 2005:The internet of things[R].Reneva International Telecommunication Union(ITU),2005.
[13]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院《物聯(lián)網(wǎng)十二五規(guī)劃》[R].2012
[14]王磊,董晶晶,張婷.物聯(lián)網(wǎng):北斗系統(tǒng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].導(dǎo)航天地,2011(2):44-46.
Application of BeiDou Navigation System Based on Internet of Things
CHEN Hongwu,LI Hongliang
(ShanghaiOceanUniversityengineeringinstitute,Shanghai201306,China)
This paper introduces the development history of the Internet of things and its in China's development present situation, advantages of the development of the Internet of things based on BeiDou navigation system was described in detail. Some typical examples of the BeiDou satellite navigation system in our country applied in Internet of things is introduced. Beidou logistics terminal application brings us prospect for the future.
BeiDou; Internet of things; application analysis
10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.04.024
2016-04-10
P228.4
A
1008-9268(2016)04-0110-07
陳洪武(1969-),男,山東濟(jì)南人,副教授,研究方向?yàn)榛诒倍穼?dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。
李洪亮(1989-),男,重慶渝北區(qū)人,碩士生,研究方向?yàn)榛诒倍穼?dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。
聯(lián)系人: 李洪亮 E-mail: 870003317@qq.com.