馬俊鵬 ，郝 放 ，孫希延，姜映舟，黃銘潔，薛 璐

(1.廣西軍區(qū)辦公室，南寧 530000； 2.桂林電子科技大學(xué) 廣西精密導(dǎo)航技術(shù)與應(yīng)用重點實驗室，廣西 桂林 541004；3.衛(wèi)星導(dǎo)航定位與位置服務(wù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，廣西 桂林 541004)

0 引言

在日常生活中，“時間”、“地點”、“人物”、“事件”四要素是人們了解消息、掌握信息不可或缺的關(guān)鍵因素。隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誕生發(fā)展和人民生活質(zhì)量的日益提升，人類正在從信息化時代步入智能化時代，時空信息對這一過程起到了積極的作用。如今，時空信息服務(wù)已經(jīng)與人類的工作生活密不可分，成為人類生活不可缺失的一部分。世界各國均積極建設(shè)智能信息化區(qū)域和城市，將其作為提升綜合國力、推動經(jīng)濟(jì)增長和應(yīng)對突發(fā)挑戰(zhàn)的重要戰(zhàn)略，可見大力推進(jìn)我國智能信息化城市建設(shè)事業(yè)已經(jīng)到了刻不容緩的地步。時空信息在建設(shè)智能信息化城市乃至智能信息化國家的進(jìn)程中起到極其重要的作用，而衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)作為獲取時空信息數(shù)據(jù)的重要手段之一，在建設(shè)與應(yīng)用智能信息化的過程中得到了快速的普及。美國、歐洲、俄羅斯等世界強(qiáng)國均在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域投入了巨大的物力、財力，擁有了各自的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)，且在該領(lǐng)域取得了不小的成就。自20世紀(jì)60年代以來，美國政府部門與地方企業(yè)聯(lián)手大力推進(jìn)智能信息化區(qū)域和城市的建設(shè)和發(fā)展，將衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)、物聯(lián)網(wǎng)及其云計算等高新技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療衛(wèi)生、智慧泊車、交通監(jiān)察智能化、災(zāi)害防治等方面并獲得了極其顯著的效果。目前時空信息的應(yīng)用在美國的普及率已達(dá)80 %以上，而且與之相關(guān)的產(chǎn)品也處于世界領(lǐng)先水平。文獻(xiàn)[1]論述了美國將時空信息應(yīng)用在車上的實例，利用全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)和超寬帶(ultra wide band，UWB)技術(shù)交替給智能車輛提供時空信息以保證車輛的正常行駛。

自20世紀(jì)80年代開始，歐洲開展了對時空信息方面的研究及其關(guān)于時空信息的項目開發(fā)，研制出了伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，Galileo)，充分利用Galileo及其他高端新穎的科學(xué)技術(shù)，使得其在時空信息的發(fā)展和應(yīng)用方面僅僅介于美國與日本之間。文獻(xiàn)[2]說明了歐洲將時空信息應(yīng)用在智慧交通方面，取得了顯著成效。文中指出歐洲各國正在進(jìn)行對Telematic全方位研發(fā)，未來交通無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)將以道路交通為主的形式在全歐洲建立，利用Galileo采集汽車的時空信息，并輔以先進(jìn)的出行信息服務(wù)系統(tǒng)(advanced traveler information system，ATIS)、先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)(advanced vehicle control systems，AVCS)、先進(jìn)的電子收費系統(tǒng)(electronic toll collection，ETC)等，不僅使交通通暢率提高15 %以上，而且能夠起到節(jié)能減排的功效。同時，歐洲各國為了減緩交通壓力，車輛裝載了Galileo以起到實時收集車載時空信息內(nèi)容的作用，在降低交通堵塞率同時，大幅度提升了城市區(qū)域交通智能化管理能力。而在中國，也有著獨立自主的時空信息服務(wù)，阻止了他國的技術(shù)壟斷進(jìn)程。

中國大力推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)的建設(shè)，將擁有一套獨立、自主、全球覆蓋的獲取時空基礎(chǔ)信息的系統(tǒng)，使我國時空信息服務(wù)水平顯著提高，為智能信息化新產(chǎn)業(yè)(共享汽車、單車等)提供了技術(shù)支持，保障了中國智能信息化發(fā)展在世界浪潮中的航行。

BDS是促進(jìn)中國民事與軍事戰(zhàn)略發(fā)展進(jìn)程的重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。目前，已正式進(jìn)入北斗三號的建設(shè)時期。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》中明確要求，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項要“帶動交通、導(dǎo)航、通信等基于時空定位的現(xiàn)代信息服務(wù)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，提升我國作為世界大國的國際地位”。BDS帶來的時空信息服務(wù)，將引領(lǐng)人們走入智能化的生活，比如，人們?nèi)粘Ｓ玫氖直硪苍谝揽緽DS技術(shù)逐漸走向智能化信息化。傳統(tǒng)的普通手表最常見的功能就是顯示時間，而加入時空信息服務(wù)的“北斗”版智能手表，可以獲取定位信息以對天氣進(jìn)行分析并顯示天氣數(shù)據(jù)，也可以實時監(jiān)測人們最關(guān)心的霧霾問題，還可以輕松知道PM2.5的數(shù)值，甚至可以直接接收BDS時間信號，時間授時的誤差不會超過50 ns。另外還有步數(shù)統(tǒng)計等其他實用技術(shù)，大大方便了人們生活，促進(jìn)了智能化的發(fā)展。

本文主要對時空信息在智能現(xiàn)代化建設(shè)中的作用和地位、時空信息服務(wù)的特點和關(guān)于時空信息服務(wù)的應(yīng)用做出分析。

1 時空信息服務(wù)在智能信息化建設(shè)中的地位和作用

時空信息是智能化實施進(jìn)程的推動力。所有的智能化應(yīng)用都離不開位置點、位置關(guān)系、時間統(tǒng)一和時空分析這些時空元素。時空信息是實現(xiàn)智能化的必經(jīng)之路，是最終實現(xiàn)智能化的重要部分。各種不同類型服務(wù)大眾生活的智能化應(yīng)用都代表了智能化計算和服務(wù)在時間和空間上的實現(xiàn)關(guān)系，例如在線上到線下(online to offline，O2O)中，在線信息交流和線下指導(dǎo)分別是對時間和位置的引導(dǎo)。BDS集成天空、海上以及地面?zhèn)鞲衅?，實現(xiàn)全球、全天、全面的時空數(shù)據(jù)采集，及時反饋智能業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持智能業(yè)務(wù)。

時空信息數(shù)據(jù)是城市智能化建設(shè)的重要基礎(chǔ)之一，也是城市實體信息化的實現(xiàn)方式，它可以記錄城市智能化發(fā)展的軌跡，促進(jìn)智能化城市管理，推動城市智能化的可持續(xù)健康發(fā)展，并在不同的社會化和城市智能化應(yīng)用中產(chǎn)生作用。由BDS、衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)絡(luò)組成的綜合信息網(wǎng)絡(luò)布局，為智能化提供時空信息服務(wù)，使數(shù)據(jù)發(fā)生先到信息再到智能形態(tài)的演變。

時空信息是智能化建設(shè)中各種信息資源的粘合劑。一幅地圖、多規(guī)集成、時空信息云服務(wù)等新產(chǎn)品是整合了大數(shù)據(jù)智能化設(shè)計的核心基礎(chǔ)，提出了針對各部門時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成的解決方案，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)向信息化及其智能化的升級，打破了基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用壁壘，確定了時空信息在智能化建設(shè)中無可替代的地位。時空信息與智能化的關(guān)系如圖1所示。

“北斗+”計劃推動BDS時空系統(tǒng)與移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的融合。 “北斗+物聯(lián)網(wǎng)”：全面感知、廣泛互聯(lián)，時空信息的廣泛覆蓋和空間信息的實現(xiàn)構(gòu)成了位置智能化的基礎(chǔ)。它是指BDS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)不僅為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供通信與位置導(dǎo)航服務(wù)，又可利用其自身優(yōu)勢，遠(yuǎn)程傳遞各種傳感器數(shù)據(jù)信息。這就使得開發(fā)出的產(chǎn)品不僅有BDS衛(wèi)星的定位和通信功能，而且能夠使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在更大的范圍應(yīng)用。反過來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠直接推動BDS衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品?！氨倍?大數(shù)據(jù)”：數(shù)據(jù)挖掘、精確管理以及時空地理信息的普遍應(yīng)用產(chǎn)生了時空位置大數(shù)據(jù)，大規(guī)模時空定位數(shù)據(jù)的生成實現(xiàn)了資源重構(gòu)，使區(qū)域網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)能更加有效實施。它是指通過建立專業(yè)的BDS接收機(jī)數(shù)據(jù)處理平臺，應(yīng)用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，提升BDS的數(shù)據(jù)處理能力，為BDS的應(yīng)用帶來更廣闊的發(fā)展空間?！癇DS+云計算”：海量資源、高效運算等特點實現(xiàn)時空信息的快計算以及復(fù)雜的時空協(xié)同操作，推動智能化服務(wù)的發(fā)展。它是指利用云計算的可靠性高、數(shù)據(jù)處理量大、計算速度快等特點，建立BDS云計算服務(wù)平臺，使得BDS的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，服務(wù)越來越綜合，越來越貼近人們生活。這些“+”構(gòu)筑了我國智能信息化技術(shù)體系，如圖2所示。

圖2 時空信息引導(dǎo)的智能信息化技術(shù)體系

2 智能現(xiàn)代化建設(shè)中時空信息服務(wù)的特點

目前，人類已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時代，因此建設(shè)智能信息化地球和智能信息化城市賦予了時空信息新時期的新特性。

2.1 無處不在

在當(dāng)今這個以大數(shù)據(jù)作為背景的時代，時空信息的數(shù)據(jù)采集播發(fā)不僅來自天空，還來自物聯(lián)網(wǎng)中眾多散布各地的非專用傳感器。例如，手機(jī)就是其中一種時空數(shù)據(jù)傳感器，目前我國很多手機(jī)廠商已經(jīng)在手機(jī)中加入BDS導(dǎo)航相關(guān)模組，開發(fā)拓展了手機(jī)的傳訊、路徑規(guī)劃、位置確定、拍照、視頻和發(fā)送等功能。時空信息的數(shù)據(jù)采集播發(fā)能力依靠大量的傳感器有了極大提升。此外，隨著大數(shù)據(jù)時代的穩(wěn)步發(fā)展，時空信息的應(yīng)用隨處可見，已從特定用戶擴(kuò)展到世界公共用戶，人們可以更方便地獲取自己想要了解的信息，比如可以實時監(jiān)測快遞狀態(tài)，將快遞的運輸軌跡、狀態(tài)變化展現(xiàn)在二維電子地圖上，讓顧客對快件派送時間有一個更精確的推算，體驗BDS導(dǎo)航帶來的信息化智能化的新世界。

2.2 多維動態(tài)

在大數(shù)據(jù)的今天，隨處可見由BDS導(dǎo)航和傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生且每分鐘都在實時監(jiān)測著的時空信息數(shù)據(jù)，使人類能迅速地獲取多維動態(tài)數(shù)據(jù)以觀察、探討發(fā)生在地球上任何時間、任何地點的事件。智能現(xiàn)代化的建設(shè)從里到外、從下到上，是真正的三維高精度建模?；跁r空動態(tài)數(shù)據(jù)的感知、分析、認(rèn)知和變化檢測在人類社會智能信息化建設(shè)可持續(xù)發(fā)展中有著舉足輕重的作用[3]，因此，以BDS導(dǎo)航為基礎(chǔ)的時空信息將會對人類生活和智能信息化建設(shè)作出巨大貢獻(xiàn)。

2.3 全自動與實時化

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，時空信息可以結(jié)合模式識別和人工智能(artificial intelligence,AI)等技術(shù)進(jìn)行自動化處理，并且實時滿足用戶需求，如軍事和民用急救反應(yīng)、車輛自動駕駛等方面的應(yīng)用。目前正在進(jìn)行的“空間信息網(wǎng)絡(luò)”國家自然科學(xué)基金重大專項就是要研究面向應(yīng)急任務(wù)的空天信息資源自動組網(wǎng)、通信傳輸、在軌處理和實時服務(wù)的理論和關(guān)鍵技術(shù)[3]。根據(jù)“一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)融合”的基本原則，構(gòu)造天基網(wǎng)(具有通信、遙感以及導(dǎo)航功能的衛(wèi)星組成的網(wǎng))與陸地互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)集成網(wǎng)絡(luò)，再加上與BDS的緊密合作，完成了對地表分米級空間分辨率、小時級時間分辨率的影像與視頻數(shù)據(jù)采集和優(yōu)于米級精度的實時導(dǎo)航定位服務(wù)，在時空大數(shù)據(jù)、云計算和天基信息服務(wù)智能終端支持下，通過與天地通信網(wǎng)絡(luò)全球無縫的互聯(lián)互通，實時地為國民經(jīng)濟(jì)各部門、各行業(yè)和廣大手機(jī)用戶提供快速、精確、智能化的定位、導(dǎo)航、授時、遙感、通信(positioning，navigation，timing，remote sensing，communication，PNTRC)一體的天基信息服務(wù)，構(gòu)建我國天基信息軍民融合產(chǎn)業(yè)化的實時服務(wù)系統(tǒng)。

3 時空信息服務(wù)的應(yīng)用

時空信息服務(wù)是與時俱進(jìn)的產(chǎn)物，是BDS與物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物，是范圍覆蓋一片區(qū)域、一座城市乃至全世界的龐大網(wǎng)絡(luò)，基于時空信息服務(wù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類生活的方方面面。憑借著對該服務(wù)的應(yīng)用，人們外出時實時更新的交通信息、看病的電子病歷、對生命特征數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實時動態(tài)更新的物流信息等等，任何想知道的信息都可以輕松查詢；遇到自然災(zāi)害、意外事故，該服務(wù)可以幫助有關(guān)部門快速反應(yīng)、及時救助；對城市污染指數(shù)、路況、公用設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控也得益于時空信息服務(wù)，使得人們對城市監(jiān)督治理更加方便綜合。時空信息服務(wù)將會給人們的日常生活帶來更多的便捷，目前已經(jīng)開始融入人類日常生活并與之緊密結(jié)合。圖3為時空信息服務(wù)引導(dǎo)的智能化應(yīng)用圖。

圖3 時空信息服務(wù)引導(dǎo)的智能化應(yīng)用

3.1 智能化交通

在全國范圍內(nèi)的城市化同步高速發(fā)展的今天，各城市在城市交通運輸領(lǐng)域也面臨眾多挑戰(zhàn)，比如城市道路堵塞、交通事故頻發(fā)、車輛調(diào)度方式落后等問題日益嚴(yán)重。開展城市智能化管理示范項目建設(shè)，與BDS地基增強(qiáng)系統(tǒng)相結(jié)合，推進(jìn)城市旅游、智能交通新發(fā)展，開發(fā)諸如車道級導(dǎo)航、車輛跟蹤調(diào)度、全程旅游監(jiān)管等城市智能化管理應(yīng)用迫在眉睫。

在城市公共交通監(jiān)管系統(tǒng)中應(yīng)用BDS導(dǎo)航終端，可以高效實現(xiàn)對每一種車輛的位置、行車軌跡的記錄。監(jiān)控中心通過定位導(dǎo)航終端，對所有車輛行車路線、方位、地理坐標(biāo)等信息都清晰可見。根據(jù)這些信息，監(jiān)控中心可以對不同車輛進(jìn)行分析以及安排，解決道路擁堵問題。在出現(xiàn)交通事故時，根據(jù)BDS的定位功能，可以分析事故發(fā)生時車輛行駛的速度以及所處的地理位置，有利于交通部門提取違章證據(jù)，也方便相關(guān)部門快速找到事故發(fā)生地點并實施救援。同時，對公共交通工具，比如公交車、火車等，通過與BDS相連，實現(xiàn)實時定位、測速、授時等功能，即可向乘客準(zhǔn)確地傳遞下一站地點、車輛到站時間等信息，極大地提高了人們生活質(zhì)量。

3.2 智能化醫(yī)療

當(dāng)時空信息服務(wù)應(yīng)用到醫(yī)療上時，智能定位系統(tǒng)被安裝在用戶移動終端以及各個醫(yī)院，并將醫(yī)院的位置信息存儲在城市醫(yī)療中心系統(tǒng)里。當(dāng)用戶使用移動終端求救時，系統(tǒng)能夠采集到移動終端的實時地理位置，并與其鄰近的各個醫(yī)院分布位置相對比，結(jié)合道路交通等各種因素為用戶篩選出最合理的就醫(yī)方案，由醫(yī)療中心派出救援人員及時趕往現(xiàn)場。還可以給病人佩戴生命體征檢測設(shè)備，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測的數(shù)據(jù)超出臨界值，設(shè)備自動將病人位置發(fā)送給醫(yī)療中心系統(tǒng)，系統(tǒng)就近派出救援人員、設(shè)備，節(jié)省患者就醫(yī)時間，遠(yuǎn)程為用戶群體提供保健咨詢、疾病預(yù)防、緊急呼救等服務(wù)。此外，放置實時監(jiān)測儀器，采集醫(yī)院人流量，發(fā)送至云端服務(wù)器，這些措施也會更方便用戶了解實時就醫(yī)信息，擇優(yōu)選取醫(yī)療單位就診。

3.3 智能化快遞

近幾年，隨著淘寶、京東等網(wǎng)購平臺的興起，快遞行業(yè)業(yè)務(wù)蒸蒸日上。但是，與之產(chǎn)生的快遞安全問題，也得到了社會的廣泛關(guān)注。物流運輸作為整個物流環(huán)節(jié)中最難以把控的一部分，不確定因素太多，因此需要針對運輸過程加強(qiáng)監(jiān)管。運輸監(jiān)管的主要任務(wù)是：針對物流車輛，需要準(zhǔn)確把控其位置、行車路線；然后基于車輛位置與行車路線，監(jiān)管中心通過電子地圖實時進(jìn)行路線下發(fā)以及線路調(diào)度安排，提高車輛運輸能力，實現(xiàn)運輸?shù)谋O(jiān)管高效性。

目前，各個網(wǎng)購平臺對用戶的物流信息展示還僅限于文字描述的方式，這樣顯示出的信息是不夠全面的?？梢越Y(jié)合BDS技術(shù)，在二維電子地圖上標(biāo)明空間位置，第三個軸則用來表示時間，并且用文字的方式來展現(xiàn)屬性，從而使用戶更加直觀、準(zhǔn)確地了解到物流配送過程中時間、空間以及相關(guān)屬性信息，提升用戶體驗。

針對于貨運部分，可以在貨運汽車上裝配導(dǎo)航定位終端設(shè)備，實現(xiàn)對貨運汽車的位置的實時跟蹤。監(jiān)管平臺不斷與車輛進(jìn)行信息交互，對其下發(fā)運行路線指示，檢查其是否偏離運輸路線，通過終端產(chǎn)品傳回來的視頻圖像實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控中心需要對終端提供的定位信息、地理坐標(biāo)、距離等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為貨物的及時安全運達(dá)提供一份保障。

3.4 智能化環(huán)保

將空氣質(zhì)量傳感器、地表水質(zhì)量傳感器等與BDS相結(jié)合，利用衛(wèi)星定位技術(shù)、圖片處理技術(shù)和傳感器發(fā)回的檢測數(shù)據(jù)，可以實時監(jiān)測城市空氣質(zhì)量、污染粒子以及有毒有害物質(zhì)，遙感出大氣中PM2.5等顆粒和地表污水的濃度及位置，鎖定污染源，并將污染信息及時傳回，讓有關(guān)部門做到及時發(fā)現(xiàn)污染源、及時治理污染源，為人們創(chuàng)建一個更健康、更舒適的生活環(huán)境。

3.5 智能化減災(zāi)

短報文通信是BDS的一個突出的特點，其在抗震救災(zāi)過程中發(fā)揮著不可替代的作用。2008年汶川地震發(fā)生后，地面上的通信設(shè)備被嚴(yán)重毀壞，當(dāng)?shù)赝ㄐ呕局袛?，信息傳輸受阻，救援難度加大。這時，正是憑借北斗一號衛(wèi)星系統(tǒng)終端，才能將災(zāi)區(qū)的災(zāi)情以及救援信息及時、可靠地傳回指揮中心，使得相關(guān)部門掌握第一手資料，確保了救援方案的及時、合理部署。同時，北斗二號將在2020年左右實現(xiàn)基本的全面覆蓋，屆時，其系統(tǒng)穩(wěn)定性、定位精度、授時精度相較于傳統(tǒng)衛(wèi)星都將得到很大的提高，使得其在重大自然災(zāi)害造成當(dāng)?shù)赝ㄐ旁O(shè)施完全癱瘓的情況下，能夠完成應(yīng)急通信的任務(wù)。

BDS在災(zāi)難預(yù)警及救災(zāi)指揮中發(fā)揮著重要的作用[9]。建立自然災(zāi)害預(yù)警指揮系統(tǒng)，盡可能地對各個地方進(jìn)行監(jiān)測，做到發(fā)現(xiàn)及時、通知及時、救援及時。此外，災(zāi)難一旦發(fā)生，短報文通信功能服務(wù)將會啟動，使得指揮中心全面了解災(zāi)區(qū)受災(zāi)狀況，遠(yuǎn)程指揮救災(zāi)現(xiàn)場，確立科學(xué)可行的救災(zāi)路線、物資調(diào)配計劃等，使救災(zāi)物資安全抵達(dá)。另外，利用衛(wèi)星系統(tǒng)拍攝衛(wèi)星圖片，有利于對災(zāi)情綜合分析，幫助救災(zāi)工作的順利展開，為應(yīng)急救助指揮體系的構(gòu)建發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)束語

本文通過分析時空信息在智能現(xiàn)代化建設(shè)中的作用、地位、特點及其特性展現(xiàn)了時空信息對于智能信息化建設(shè)的引領(lǐng)作用；接著對基于時空信息服務(wù)的應(yīng)用做了舉例說明，凸顯了時空信息與人類日常生活的緊密結(jié)合及其重要性?？傊贐DS的時空信息方便了人們的生活，促進(jìn)了中國由信息化向智能化的方向發(fā)展，引領(lǐng)了現(xiàn)代化新時代潮流，提升了我國的綜合國力。