国家新时空体系与智慧城市和物联网课件

1、以北斗为核心主线的国家新时空服务体系与智慧城市和物联网曹 冲中国卫星导航定位协会咨询中心以北斗为核心主线的国家新时空服务体系与智慧城市和物联网曹GPS两个“出乎意料”之外 GPS系统有两个“出乎意料”之外，这是系统设计者所始料未及的：一是其应用如此广泛，完全超出他们的想象，二是系统脆弱性如此地严重，达到令人吃惊的程度。尤其是2011年12月发生的伊朗劫持美国军方的无人机侦察机，给美国人一个大大的警告。GPS两个“出乎意料”之外 GPS系统有两个“出乎意料”后GNSS时代需解决六大难题 1. 异常的日地环境条件下的稳定工作 2. 严酷的物理环境条件下的稳定工作 3. 恶劣的电磁环境条件下的稳定工

2、作 4. 地下、水下、深空环境条件下的稳定工作 5. 多种多样的物理模型和仿真 6. 在特殊环境条件下，能够及时的进行事故报警，确保完好性后GNSS时代需解决六大难题 1. 异常的日地环境条件下的稳美国策划后GPSIII时代系统 1. 在2006-2008年期间，美国有30余个单位，共计200多人，历时一年半左右，制定后GPS（2025年后）的PNT发展演变研究规划；同时，发布了实施部署计划；欧洲人也在策划后伽利略时代的导航系统，2008-2013年间投入1.8亿欧元，进行预先研究； 2. 该规划是以卫星导航系统为基础，综合应用多种多样系统技术，实现一体化融合发展，重点解决导航与通信系统的技术

3、融合，确保可靠性和泛在服务。美国策划后GPSIII时代系统 1. 在2006-2008年中国的产业落后关键在于科技 卫星导航在我国的落后，主要问题是科技进步与产业发展脱节，落后在起跑线上，尤其是总体策划和顶层设计的薄弱，落后在人、财、物的分散使用，缺乏科技大平台，和产业基础设施。 欲要善其工，必先利其器。扭转这种被动局面的唯一办法是，建设新时空技术产业网络化科技大平台等基础设施。中国的产业落后关键在于科技 卫星导航在我国的落后，主要卫星导航是战略性新兴产业 由于其广泛的产业关联度，和应用与服务的高科技、泛在性、集大成、大众化、全球化等五大特质，以及与通信产业和互联网产业良好的互补性、融合性、增

4、值性等三大优势，因而能有效地渗透到国民经济诸多领域和人们的日常生活中，成为高技术产业高成长的助推器，成为继移动通信和互联网之后的全球第三个发展得最快的电子信息产业的经济新增长点，因而具备成长为巨大产业的所有有利条件，是高成长、高效能、前景不可限量的可实现高速度、跨越式、可持续发展的战略性新兴产业。 卫星导航是战略性新兴产业 由于其广泛的产业关联度，和应北斗是新一代信息技术与智能产业核心要素和共用基础北斗所提供的时间空间信息参量是信息的主体，也是所有智能运作，和实现泛在服务的基础，是连接新一代信息技术诸多系统的核心纽带；北斗和GNSS产生的数据，大数据成为现代服务业中的内容为王，是所有工作出发点

5、与落脚点，；所有智能产业都与时空信息密切相关，如智能网络（包括云计算）、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网、智能办公、智能大厦、智能家庭、智能车辆 北斗是新一代信息技术与智能产业核心要素和共用基础北斗所提供的单独的GPS与多传感器集成的定位效果比较单独的GPS与多传感器集成的定位效果比较为什么要增加环境/增强段？1. 环境段在GPS 原始设计中是隐含在内，但是实际应用中，它很快走上了前台；2. 现在的GNSS要求越来越高，尤其是精度和可靠性，环境段必须真正走向前台；3. 环境段是我国在卫星导航系统中实现创新的最重要的舞台和突破点，要好自为之；4. 环境段在现在和未来的日

6、子里，需要承担更多的责任和特殊的使命。为什么要增加环境/增强段？1. 环境段在GPS 原始设计中是什么是增加的环境/增强段？ 环境段包括空间环境、大气环境、电磁环境、多径环境，以及多种多样的应用环境与条件，它们会影响到系统工作、定位精度、完好性、安全性、可用性、连续性和可靠性等一系列关键指标。什么是增加的环境/增强段？ 环境段包括空间环境、大气环多系统集成融合发展是大趋势 1. 卫星导航系统本身实现兼容互操作，走向集成融合，已经是不争的事实，路还很长； 2. 卫星导航与移动通信的集成融合，是位置服务产业发展最重要的主流方向，是行业升级的制高点，必须快速占领，赢得主导权； 3. 卫星导航与其它非

7、GNSS的定位、导航、授时技术系统或手段的集成融合，是解决室内外无缝导航的必由之路，是当前和今后很长时期产业发展的基本技术路线。多系统集成融合发展是大趋势 1. 卫星导航系统本身实现无线定位技术精度及覆盖范围定位精度：米无线定位技术精度及覆盖范围定位精度：米13 主要室内定位方法13 主要室内定位方法 广域粗粒度移动定位技术CellID(COO)：易实现，定位覆盖整个蜂窝网，响应速度快/3s，鲁棒性好，无需改动网络和手机，应用最广，精度最差TA/U-ToA/GSM(时间提前量/上行链路到达时间)ToA/CDMAE-OTD/GSM(增强观测时差)AoA/TD-SCDMAAFLT/CDMA (高级

8、前向链路三边定位)OTDOA-IPDL/WCDMA (下行链路空闲周期观测到达时间差方法)A-GPS/GSM/CDMASMLCE-OTD CapableMobileE-OTDCell ID 广域粗粒度移动定位技术CellID(COO)：易实现，定位 GNSS/移动网络融合定位技术AGNSS移动台GPS接收机的启动和捕获时间大大缩短移动台GPS仅需同步伪随机噪声码而不需要考虑信号中的卫星导航信号，在低信噪比环境下仍可以工作，灵敏度得到提高使用静止GPS接收器的实际位置与测量位置之差对定位结果进行校正，可提高定位精度 GNSS/移动网络融合定位技术AGNSS移动台GPS接收 移动定位技术定位精度比

9、较不能区分不同建筑物难以满足细粒度室内定位应用需求 移动定位技术定位精度比较不能区分不同建筑物室内定位技术研究及应用需要考虑的问题是否需要另建定位基础设施部署是否方便部署和使用成本鲁棒性功耗精度实时性室内定位技术研究及应用需要考虑的问题是否需要另建定位基础设施 室内短距离无线定位技术利用已有基础设施WiFiFM需另建定位基础设施ZigBeeRFID红外线超声波蓝牙UWB无需任何基础设施IMU地磁定位 室内短距离无线定位技术利用已有基础设施WiFi定位的普适性WiFi网络广泛部署WiFi模块已成为智能终端标配低功耗WiFi标签日益普及WLAN AP智能手机笔记本padWiFi定位的普适性WiFi

10、网络广泛部署WLAN AP智能手 基于智能手机集成IMU自定位技术加速度/陀螺仪/罗盘航迹推断计步器（基于地图的步长自动估计、非步行摆动识别）运动方向须指定起点/与WiFi/RFID结合误差积累/定期校正 基于智能手机集成IMU自定位技术加速度/陀螺仪/罗盘Suksakulchai意识到地磁扰动可用于室内定位2000年2012年W. Storms将磁定位引入到车辆的leader-follower场景中J. Chung利用磁阵列传感器被用来探测室内地磁密度信息芬兰奥卢大学的一个研究团队推出了一款移动地图应用InDooRatlas，宣称定位精度达到1m左右地磁定位研究现状Suksakulchai2

11、000年2012年W. Storm地磁定位技术难点可用信息维度较少，只有XYZ三轴磁数据地磁定位技术优势无需部署任何基础设施设备离线或无信号情况依然可定位地磁信号较稳定，不随时间迁移静止情况下难以定位磁场干扰较大的环境下难以定位地磁定位难点及优势地磁定位技术难点可用信息维度较少，只有XYZ三轴磁数据地磁定其它短距离无线定位技术802.15.4a/CSS（Nanotron）：米级精度UWB（Ubisense）：高精度、高成本RFID：区域定位ZigBee蓝牙定位红外线超声波图像定位其它短距离无线定位技术802.15.4a/CSS（Nanot24 典型室内无线定位技术比较24 典型室内无线定位技术

12、比较智能信息产业的集合每一项都离不开卫星导航智能网络（包括云计算）、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网、智能办公、智能管理、智能大厦、智能家庭、智能车辆、智能城市、智能位置务、 智能信息产业的集合每一项都离不开卫星导航智能网络（包括云计智能位置服务产业举足轻重1. 智能手机开创位置服务新天地：2010年全球手机销量为16亿部，智能手机数量突破3亿大关，为位置服务打开了新天地，成为导航产业发展的重大里程碑;2. 位置服务产业风起云涌，高潮迭起：位置服务是从美国的E911开始的，10余年来，停留在安全急救、应急联动这样的安防领域，3G、移动互联网和智能手机的兴起，为位置服务

13、的发展，奠定基础，近年来出现发展大浪潮，规模空前扩大，前景无限。智能位置服务产业举足轻重1. 智能手机开创位置服务新天地：2卫星导航的产业关联性标配性 1. 与移动通信、互联网在一起成为当前发展最快的三大信息产业，并形成：有人认为这是位置服务概念。 2. 卫星导航成为所有车辆、飞机、舰船的标准配置，成为移动电话的标准配置，成为所有智能电子终端的标准配置。卫星导航的产业关联性标配性 1. 与移动通信、互联网新时空体系用户群体分类.用户群体科研需要军用需要经济需要民生需要海(水)陆空天地下/水下/深空政府团体个人飞机舰船潜艇无人机汽球航天器车辆个人大众市场安全市场专业市场新时空体系用户群体分类.用

14、户群体科研需要海(水)陆空天政府团卫星导航基础性与普适性1.世界上最重要的两个参量是时间和空间，人类发展过程中一直在寻找和改进这两个参考系；2.卫星导航用几十个卫星，就能解决全球的时间空间一体化、高精度、实时动态服务，是人类文明发展史上了不起的创举和空前壮举；3.时间和空间信息服务是信息化社会中应用最为频繁、最为普遍、最为深入的信息，是基础设施的基础支撑，是专业化应用的核心内容，是大众化应用的典型范例，是实现智能化服务的关键所在，而且其重要性与日俱增 。卫星导航基础性与普适性1.世界上最重要的两个参量是时间和空间产业及其产业链推进的四大支柱行业1. 高端制造业：导航芯片和模块、多种多样的通信芯

15、片和模块、接收机组件、输入/输出器件、显示器件,与整机集成;2. 先进软件业：系统类软件、导航定位授时软件、地图引擎与各种各样的应用软件；3. 现代服务业：位置服务成为产业的发展主体之一，成为现代信息服务业核心推动力；4. 综合数据业，或者说大数据业：数据是信息产业的根本，也是导航产业的特色，它既用数据，又产生数据，而时间空间数据是数据业主体，也是智能化的核心和灵魂。产业及其产业链推进的四大支柱行业1. 高端制造业：导航芯片 导航产业“新五力图模型”31 新五力图模型包括： 1. 北斗的核心带动力； 2. 时空的基础支撑力； 3. 产业的融合穿透力； 4. 国家的综合优实力； 5. 国际的优势

16、竞争力。 导航产业“新五力图模型”31 新五力图模型包括：智能位置服务平台 3S应用中间件(普通终端)公共内容基础设施层 (PAAS)服务层接入层(SAAS)通讯层终端层IT资源其它资源个人服务企业服务政府服务管理服务卫星信道3G网络旅游驾驶关爱购物餐饮住宿监控调度应急安防物流定位消防交通医疗规划安全设施地图道路POI交通天气油气物价娱乐停车政策行业内容地形地貌人口分布特殊地形要素林业,农业,电力市政,公安,医疗云存储资源云计算资源通讯带宽资源呼叫中心资源资源计费协议转换应用适配应用鉴权资源展示客户管理合作管理服务管理资源管理产品管理维护管理组合导航硬件平台(专业终端)标准,开放,整合标准,开

17、放,整合标准,开放,应用位置服务统一通信协议规范智能位置服务平台 聚焦重点行业聚焦重点业务领域聚焦重点行业聚焦重点业务领域 国家新时空服务体系路线图34 北斗导航系统导航位置服务体系系统融合智能服务普适传输泛在感知智能城市物联网移动互联云计算高端制造先进软件现代服务综合数据新一代信息技术与智能信息产业 国家新时空服务体系路线图34 北斗系智普泛智能物移动云云计算导航定位通信金三角 物联网概念云计算导航定位通信金三角 物联网概念Page 36什么是“智慧城市” ？ “智慧城市”在广义上指城市信息化。即通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息资源、建立电子政务、电子商务

18、、劳动社会保险等信息化社区，逐步实现城市国民经济和社会的信息化，使城市在信息化时代的竞争中立于不败之地。智慧城市将人与人之间的P2P通信扩展到了机器与机器之间的M2M通信；通信网+互联网 物联网构成了智慧城市的基础通信网络；并在通讯网络上迭加城市信息化应用。Page 36什么是“智慧城市” ？ “智慧城市”在广义上指Page 37保增长保民生智慧城市应用系统管理体系互联网物联网通信网打造安全、快捷、和谐的智慧城市关键点一: 传感与互联关键点二: 技术的综合应用关键点三:可持续保稳定传感网Page 37保增长保民生智慧城市应用系统管理体系互联网物联Page 38智慧城市全景图数字城管数字物流平安

19、城市数字执法数字巡检智能交通数字医疗数字社区 数字监察数字景区电子政务政府热线应急系统食品安全数字校园数字邮政智慧城市平台数字环保保稳定保增长保民生数字产业数字民生数字政务Page 38智慧城市全景图数字城管数字物流平安城市数字Page 39智慧城市整体框架智慧城市需要打造一个统一平台，设立城市数据中心，构建四张基础网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧城市系统框架。平台层IT能力CT能力城市数据中心网络层通信网互联网物联网手机PC摄像头RFID传感器网络视频电话internet呼叫中心无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监

20、控数字物流智能交通Page 39智慧城市整体框架智慧城市需要打造一个统一平台，Page 40打造四张网络： 传感通信互联物联物联网互联网通信网2MM基础网络传感网Page 40打造四张网络： 传感通信互联物联物联网互联网通Page 41 e-City智慧城市平台核心能力智慧城市平台第三方系统集成能力快速的应用提供能力系统资源共享能力系统平滑演进能力数据统一分析能力统一硬件/存储/安全方案构建统一的智慧城市平台，提供综合的应用支撑和管理能力Page 41 e-City智慧城市平台核心能力智慧城Page 42智慧城市需要构筑丰富的应用数字政务数字民生数字产业保稳定保增长保民生智慧城市将“P2P的无

21、限沟通”带入“M2M物联时代”，打造数字政务、数字产业和数字民生。智慧城市将通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息资源、为市民提供无处不在的公共服务，为政府公共管理（市政监控、智能交通、电子医疗、数字旅游、城市安全等层面需求）提供高效而有竞争力的手段，为企业提升工作效率，增强产业能力，最终使城市在信息化时代的竞争中立于不败之地。Page 42智慧城市需要构筑丰富的应用数字政务数字民生数字各国物联网战略或计划各国物联网战略或计划物联网（IOT）的特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种

22、信息进行实时传送。利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。物联网（IOT）的特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利北斗是科技驱动高端引领 北斗系统是当前许多新概念实施最有可操作性的技术支撑系统，囊括智能城市、物联网、云计算、移动互联，它提供时空能力，成为核心推动力、基础支撑力、融合穿透力，是新一代信息技术和智能信息产业核心要素、主线和共用基础。北斗是科技驱动高端引领 北斗系统是当前许多新概念实施最有可国家新时空服务体系提上议事日程 为了从根本上摆脱落后，实现赶超，塑造国家优实力和国际竞争优势，必须瞄准10-20年后的定位导航授时领域重大需求，建

23、立国家新时空服务体系，或者说是泛在时空服务体系，开展具有开创性、前瞻性、指导性的重大战略研究势在必行。国家新时空服务体系提上议事日程 为了从根本上新时空（PNT）服务体系架构研究的重要意义1.多种多样资源加以整合，形成更加高级的系统，提供更加可靠优良的性能，利于更加广泛深入的应用；2. 将现有的系统从发展角度提高和改进国家PNT能力，强化应用与服务功能和性能；3. 将很少应用的系统盘活，充分发挥其潜力，形成共享机制，为大多数人服务；4. 通过系统集成与国际接轨，为北斗走向世界，为开拓国内外两大市场奠定基础；形成协调管理机制，做好整体策划规划。新时空（PNT）服务体系架构研究的重要意义1.多种多

24、样资源国家新时空体系的建设原则1.战略先行，协调全局，举国体制，求实求精求卓越跨越，创新创业创造国际一流；2.创新引领，重点跨越，立足赶超，全面部署“BD+”计划；3.科技支撑，转型升级，赢得主动，实施“I3S3P3aaS”重大专项；4.打造体系，旨在超越，掌控国际话语权和核心竞争力，推进“位置服务”联合行动。国家新时空体系的建设原则1.战略先行，协调全局，举国体制，求49第二板块：基础设施 资源整合愿景：全球导航（PNT）系统中名列前茅国家新时空服务体系框架战略：系统最优化和效益最大化策略第一板块：总体策划 顶层设计 第三板块：集成融合 解决方案第四板块：协调管理 合作联合49第二板块：基础设施愿景：全球导航（PNT）系统中名列前茅国家新时空服务体系的性能要素和组成架构 1.总体性能要求：可用性、可换性、可靠性 2.体系功能性能创新