浅析北斗卫星导航系统及其在移动互联网中的应用

黄秋钦　工业和信息化部电信研究院南方分院工程师沈少明　工业和信息化部电信研究院南方分院工程师马治国　工业和信息化部电信研究院南方分院无线通信部主任，工程师

浅析北斗卫星导航系统及其在移动互联网中的应用

黄秋钦工业和信息化部电信研究院南方分院工程师
沈少明工业和信息化部电信研究院南方分院工程师
马治国工业和信息化部电信研究院南方分院无线通信部主任，工程师

在概述北斗卫星定位系统技术特点和移动互联网发展趋势的基础上，对比了北斗卫星定位系统和美国全球定位系统GPS，提出了北斗卫星定位系统应用于移动互联网的解决方案，分析了北斗卫星定位系统应用于移动互联网的优势。

北斗卫星定位系统；GPS；移动互联网

1　引言

随着宽带无线接入技术和移动终端技术的迅猛发展，人们迫切希望能够随时随地甚至在移动过程中亦能方便地从互联网上获取信息和服务，移动互联网应运而生并飞速发展。另外，移动智能终端日益普及，人们的移动性在日益增强，对位置信息的需求也日益高涨，市场对移动定位服务需求也快速增加。移动互联网中的移动定位服务将是一个非常大的突破性应用，该服务将更加注重个性化信息服务，实现这一服务的关键技术就是卫星导航定位。

全球卫星导航系统（GNSS）在我国的国民经济建设和社会服务中的应用越来越广阔了，已发展成为一个巨大的产业，拥有自己的卫星导航系统，已成为一个国家综合实力的重要标志。北斗卫星定位系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称为全球四大卫星导航系统。我国北斗卫星导航系统已于2012年底开通运行，计划到2020年左右覆盖全球，产业应用规模和国际化水平将大幅度提升，北斗卫星导航系统及其兼容的产品也将会在国民经济重要行业和关键领域中得到广泛使用。本文在北斗卫星导航系统应用于移动互联网这一热门领域的基础上，探索如何更好地发挥北斗卫星系统应用的广度和深度。

2　北斗卫星导航系统概述

2003年5月23日，我国“北斗卫星导航系统”3颗卫星成功发射。2004年开始启动北斗卫星导航系统二代的建设，2011年开始对中国及周边提供测试服务，2012年12月正式提供卫星导航服务，服务范围覆盖亚太大部分地产，预计2020年实现全球覆盖。

北斗卫星导航系统（Bei Dou Navigation Satellite System，BDS）是由中国自主研制，具有独立的知识产权，遵循自主性、开放性、兼容性和渐进性的建设原则，其目标是建成独立自主、开发兼容、技术先进、稳定可靠、覆盖全球的卫星导航系统，以促进卫星导航产业链成型，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行业的广泛应用。北斗卫星定位系统是由空间段、地面段和用户段3个部分组成的（见图1）。北斗卫星导航系统可全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信功能。

2.1北斗卫星导航系统的原理

北斗卫星系统定位是基于三球相交原理。用户需要进行定位服务时，提出申请服务项目发送信息，经两颗卫星转发至地面中心，地面中心站接收信息后解调出用户发送的信息，测量出用户至两颗卫星的距离，以两颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成两个球面，用户机位于这两个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子地图，可提供的是一个以地心为球心，以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面，已知目标在赤道平面北侧，求解圆弧线和地球表面交点即可获取用户位置，两颗卫星之一将该用户位置信息转发给申请用户；另外，也可由地面中心站主动进行指定用户的定位，定位后不将位置信息发送给用户，而由中心站保存，便于调度指挥和相关部门获得用户所在位置。

图1　北斗卫星定位系统的组成

简单地理解，北斗卫星定位系统是主动式双向测距二维定位，是由地面中心控制系统解算出位置后通过卫星转发给用户，用户接收并显示接收到的信息。地面中心站可以保留全部北斗用户的位置和时间信息，因此可以负责整个系统的监控管理。

2.2北斗卫星导航系统的优势

（1）同时具备定位和双向通信能力，无需其他通信系统支持就可以独立完成移动目标的定位和调度功能。GPS系统本身不具备通信能力，需和其他通讯系统结合才能实现移动目标的远程定位和监控功能。

（2）24h全天候服务，无通信区。目前，服务覆盖中国及周边国家和地区，预计2020年左右可覆盖全球范围。

（3）特别适合集团用户大范围监控和管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。

（4）独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪里”和“你在哪里”。

（5）自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定、适合关键部门应用。

3　移动互联网概述

3.1移动互联网的介绍

移动互联网是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取互联网业务和服务的新兴业务。它是宽带移动通信和互联网融合的产物，继承了通信网络移动性的特点和互联网分享、开放、互动的优势，即由移动运营商提供无线接入，互联网企业提供平台、商业模式和各种成熟的应用，用户可通过移动终端接入移动互联网，随时随地地享受互联网的多项服务。

3.2移动互联网的发展趋势

在互联网发展过程中，PC端互联网已处于日渐饱和状态，移动互联网正呈现井喷式发展。迄今，全球移动用户已超过20亿，互联网用户也逾10亿，这一快速增长现象反映了随着时代和技术的进步，人们对移动性和信息的需求急速上升。越来越多的人希望在移动过程中高速地接入互联网，获取需求的信息。移动互联网也逐渐渗透到了人们的生活、工作等各个领域，移动互联网经过几年的曲折前行，终于迎来了新的发展高潮。

根据中国互联网信息中心发布的《第37次中国互联网络发展状况调查统计报告》，截至2015年12月，中国网民规模达6.88亿，互联网普及率为50.3％；半数中国人已接入互联网。手机网民规模6.20亿，占比提升至90.1％。个人上网设备进一步向手机端集中，以互联网为基础的在线教育、网络医疗、网络约租车也已成规模。同时，移动互联网塑造了全新的社会生活形态，“互联网+”行动计划不断助力企业发展，移动互联网对于整体社会的影响已进入到新的阶段，未来几年也将是移动互联网增长的黄金时期。

4　北斗卫星导航系统在移动互联网中的应用

4.1北斗卫星导航系统和移动互联网技术的联系

北斗卫星导航系统和移动互联网技术的关系，可以理解为，北斗卫星导航系统为移动互联网技术应用提供位置定位服务，有了北斗导航系统的卫星定位功能，极大地拓展了移动互联网的应用范围。另外，移动互联网技术作为北斗定位系统产业链中的一环，既可以直接形成相关的定位应用产品，便于广大用户使用，也可促进新产业的发展。

在移动互联网通信过程中，当需要对某特定位置进行准确的定位，特别是移动中的物体，采用传统的方法是较为困难的，甚至无法定位。目前的解决办法就是利用卫星导航定位系统，采用较多的就是GPS的定位和导航服务。其相对于传统定位方法，具有显著的优点和可操作性，准确的位置信息，精准的授时服务，无需组建网络，覆盖范围较广，获取信息便捷等优点。同时，其缺点也较为明显：利用GPS有较大的安全隐患，特别是战争时，风险更大，移动互联网就会受其影响，其功能也会受到一定程度的削减。因为，美国政府从没对GPS的质量和使用寿命做出承诺和保证，并且美国军方还会对特定的GPS信号进行干扰和致盲。而由我国完全自主研发的北斗卫星定位系统，则可完美地解决移动互联网技术中的定位导航问题，亦可保障系统工作的安全性和可靠性，大力促进社会与经济的发展。另外，相对于美国的GPS导航系统，我国的北斗卫星导航系统具备有短报文通信功能（SMS），每次可发生多达120个汉字的讯息。即北斗导航系统同时具备定位和双向通讯能力，可独立完成移动目标的定位和调度功能。特别是在常规通讯手段无法覆盖的地方，可通过北斗卫星导航系统来实现发送短信的功能。若是遇到自然灾害或者战争等情况，通信基站被毁坏，可利用带有北斗系统的地面接收设备，通过卫星导航终端设备即可及时报告所在的位置信息。而GPS系统本身不具备通信功能，需和其他通信系统结合才能实现对移动目标的定位和监控功能。

4.2北斗卫星导航系统在移动互联网中的应用项目

随着我国北斗导航定位系统的发展，且北斗系统同时具有卫星定位和短报文通讯的优势，北斗系统应用于移动互联网中的案例也越来越多了。

（1）智能交通

智能交通需采用GPS等导航定位系统。近些年城市交通拥挤、交通事故频发、超载超速等现象越来越频繁，相关部门对其监管也较为困难。为此，可将移动互联网应用于智能交通，将北斗导航系统接收芯片安装在车辆上，并对车辆进行精准导航和定位，同时考虑在车内配置测速信息、采集载重等传感器，将这些信息通过移动互联网发送至交通监管部门，交通监管部门通过技术处理，可获取车辆的位置、是否超速、是否超载等信息，亦可在必要的时刻对司机进行提醒，更高效地对行车状况进行控制。交通部门还可以结合北斗导航系统高精度定位技术和移动互联网技术实时监控路况信息、采集车流量、交通事故情况以及其他交通设施信息等，及时协调交通处理交通事故。

另外，也可在公交车、出租车上安装车载定位系统，利用北斗卫星定位系统可精确定位其位置，便于乘客通过移动终端上的相关软件查看车辆位置信息，节省乘客等车时间。对于有车一族亦可利用北斗卫星传输路况信息，通过移动终端上相关软件平台随时查询路况，对自己的出行路线和时间做出调整。目前，热门的打车软件，如滴滴打车、优步UBER、易到用车等都是充分结合移动互联网技术和卫星导航定位功能而兴起的。

（2）智能物流

随着电商的迅速发展，物流行业也相应地不断壮大。随之而来的快递安全问题以及如何保障快递的速度和质量，成为人们普遍关注的焦点。将北斗卫星定位技术和移动互联网技术完美结合即可有效地解决这些问题。在每个快递上都贴上微型北斗导航芯片，可实时监测快递地理位置，用户也可通过移动互联网技术在移动终端上随时随地获取快递信息。

（3）移动医疗

“移动医疗”已成为了移动互联网产业的热点，它充分借助卫星技术和移动互联网来提供医疗服务和信息。可在用户移动智能终端和各个医院安装智能定位系统，各个医院的位置信息预先储存在城市医疗中心系统中，若有用户拨打求救电话，医疗中心系统可快速准确地获取用户位置，并为用户选择最近的医院，由其派出救护车及时救助病人。同时，也可帮助救护车上的医护人员，通过移动高清视频获得清晰、快速的远程指导，不错过治疗的“黄金半小时”。除此以外，还可在医院安装实时监控系统，获取医院就诊人数，上传至云空间，用户可通过移动终端上的APP应用查询，从而选择合适的就诊时间和医院，节省之前大量用于挂号、排队等候乃至搭乘交通工具前往的时间和成本。

（4）智能社区

“智慧社区”是社区管理的一种新理念，是新形势下社会管理创新的一种新模式。智慧社区是指充分利用云计算、移动互联网和卫星定位等新一代信息技术的集成应用，主要涉及到智能物业管理、社区电子商务服务、智能家居、智能养老等方面，为社区居民提供一个安全、舒适、便利的现代化、智慧化生活环境，从而加快和谐社区建设，推动区域社会进步。

例如，对于年轻上班族而言，家里有老人小孩，可在家里安装求助设备或者给老人小孩佩戴简易的求助设备，一旦发生紧急事件，只需一键求助，就可呼叫社区物业及家属，物业管理人员可快速为老人小孩提供帮助，同时也可以对老人小孩进行定位，一旦走丢，家属亦可方便地寻找。

（5）移动旅游服务

移动旅游服务是整合了旅游服务、导航、位置服务、景区营销、安全服务、旅游社区等功能，形成移动互联网旅游服务平台，提供的服务有：机票预订服务、酒店预订服务、餐饮信息服务、购物信息服务、娱乐信息服务、专业安全救援服务、景区数据及营销服务等。

5　结束语

移动互联网的实现和发展带来了ICT大融合，产生新产业、新模式、新格局，给整个信息产业带来了巨大的创新和变革，导航系统是移动互联网中一个必不可少的环节。北斗导航系统同时具有导航定位和通讯功能，且可全天候服务，无通讯盲区，不受通信网络的限制，完全适应移动互联网技术对定位功能的要求；最为重要的是北斗卫星导航系统是我国自主研发的系统，高强度加密设计，具有安全、可靠、稳定的优点。随着北斗导航系统技术的迅速发展，软硬件的集成度进一步提高，北斗相关的产品大量涌现，产品的性价比也越来越高，这些条件的改善大力促进北斗卫星导航系统在移动互联网中实用性的优势得到充分体现。

虽然北斗卫星导航系统目前还存在一些不足，例如应用服务研究开发相对少、市场占用率比较低和认可度低等，但其同时也存在很多潜在的优势，应当积极研究其应用服务产品，更好地与市场结合起来，充分发挥北斗系统的功能，使其更好地为军事、社会服务。

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［6］杨元喜，汤静.智慧城市与北斗卫星导航系统［J］.卫星应用，2014（4）：7-10.

Analyses BeiDou satellite navigation system and its application in the mobile Internet

HUANG Qiuqin，SHEN Shaoming，MA Zhiguo

This paper introduced the characteristics of BeiDou satellite navigation system and development trend of mobile Internet technology，compared the BeiDou satellite positioning system and the global positioning system GPS.The solution which can apply the BeiDou satellite navigation system to the mobile Internet have been presented in detail.At same time analysed the advantage for BeiDou satellite navigation system applied to the mobile Internet.

BeiDou satellite navigation system；GPS；mobile Internet

（2016-07-08）