国家新时空体系与智慧城市和物联网课件.ppt
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- 国家 时空 体系 智慧 城市 联网 课件
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1、以北斗为核心主线的以北斗为核心主线的国家新时空服务体系与国家新时空服务体系与智慧城市和物联网智慧城市和物联网曹曹 冲冲中国卫星导航定位协会咨询中心中国卫星导航定位协会咨询中心GPS两个两个“出乎意料出乎意料”之外之外 GPS 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。后后GNSS时代需解决六大难题时代需解决六大难题 1.1.异常的日地环境条件下的稳定工作异常的日地环境条件下的稳定工作 2.2.严酷的物理环境
2、条件下的稳定工作严酷的物理环境条件下的稳定工作 3.3.恶劣的电磁环境条件下的稳定工作恶劣的电磁环境条件下的稳定工作 4.4.地下、水下、深空环境条件下的稳定工作地下、水下、深空环境条件下的稳定工作 5.5.多种多样的物理模型和仿真多种多样的物理模型和仿真 6.6.在特殊环境条件下,能够及时的进行事故报在特殊环境条件下,能够及时的进行事故报警,确保完好性警,确保完好性美国策划后美国策划后GPSIII时代系统时代系统 1.1.在在2006-20082006-2008年期间,美国有年期间,美国有3030余个单位,共余个单位,共计计200200多人,历时一年半左右,制定后多人,历时一年半左右,制定后
3、GPSGPS(20252025年后)的年后)的PNTPNT发展演变研究规划;同发展演变研究规划;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,后伽利略时代的导航系统,2008-20132008-2013年间投年间投入入1.81.8亿欧元,进行预先研究;亿欧元,进行预先研究;2.2.该规划是以卫星导航系统为基础,综合应用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,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融合,确保重点解决导航与通信系统的技术融合,确保可靠性和泛在服务。可靠性和泛在服务
4、。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,和产业基础设用,缺乏科技大平台,和产业基础设施。施。欲要善其工,必先利其器。扭转这种被欲要善其工,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。术产业网络化科技大平台等基础设施。卫星导航是战略性新兴产业卫星导航是战略性新
5、兴产业 由于其广泛的产业关联度,和应用与服务的高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、增值性等三大优势,因而能互补性、融合性、增值性等三大优势,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
6、点,因而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、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。跨越式、可持续发展的战略性新兴产业。北斗是新一代信息技术与智能产业核心要素和共用基础 北斗所提供的北斗所提供的时间空间信息参量是信息的主体时间空间信息参量是信息的主体,也是,也是所有智能运作,和实现泛在服务的基础,是连接新一所有智能运作,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;代信息技术诸多系统的核心纽带;北斗和北斗和GNSSGNS
7、S产生的数据,产生的数据,大数据大数据成为现代服务业中成为现代服务业中的的内容为王内容为王,是所有工作出发点与落脚点,;,是所有工作出发点与落脚点,;所有智能产业都与时空信息密切相关,所有智能产业都与时空信息密切相关,如如智能网络智能网络(包括云计算)、智能传感、智能交通、智能通信、(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、智能车辆厦、智能家庭、智能车辆 单独的单独的GPS与多传感器集成与多传感器集成的定位效果比较的定位效果比较为什么要增加环境为什么要增加环境/增强段?增强段?1.环境
8、段在环境段在GPS 原始设计中是隐含在内,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;但是实际应用中,它很快走上了前台;2.现在的现在的GNSS要求越来越高,尤其是精要求越来越高,尤其是精度和可靠性,环境段必须真正走向前台;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;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子里,需要承环境段在现在和未来的日子里,需要承担更多的责任和特殊的使命。担更多的责任和特殊的使命。什么是增加的环境什么是增加的环境/增强段?增强段?环境段
9、包括空间环境、大气环环境段包括空间环境、大气环境、电磁环境、多径环境,以境、电磁环境、多径环境,以及多种多样的应用环境与条件,及多种多样的应用环境与条件,它们会影响到系统工作、定位它们会影响到系统工作、定位精度、完好性、安全性、可用精度、完好性、安全性、可用性、连续性和可靠性等一系列性、连续性和可靠性等一系列关键指标。关键指标。多系统集成融合发展是大趋势多系统集成融合发展是大趋势 1.1.卫星导航系统本身实现兼容互操作,走向集成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;融合,已经是不争的事实,路还很长;2.2.卫星导航与移动通信的集成融合,是位置服务卫星导航与移
10、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;点,必须快速占领,赢得主导权;3.3.卫星导航与其它非卫星导航与其它非GNSSGNSS的定位、导航、授时的定位、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。展的基本技术路线。无线定位技术精度及覆盖范围定位精度:米13 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/3
11、s,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 CapableMobile 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
12、之差对定位结果进行校正,可提高定位精度 移动定位技术定位精度比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 室内短距离无线定位技术利用已有基础设施 WiFi FM需另建定位基础设施 ZigBee RFID 红外线 超声波 蓝牙 UWB无需任何基础设施 IMU 地磁定位WiFiWiFi定位的普适性定位的普适性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pad 基于智能手机集成基于智能手机集成IMUIMU自定位技术自定位技术加速度/陀螺仪/罗盘航迹推断 计步器(基
13、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地磁定位研究现状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
14、扰较大的环境下难以定位地磁定位难点及优势地磁定位难点及优势其它短距离无线定位技术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24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)、智智能网络(包括云计算)、智能传感、智能交通、智能通信、能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电智能物流、智能社区、智能电网、智能办公、智能管理、智网、智能办公、智能管理、智能大厦、智能家庭、智能车辆、能大厦、智能家庭、智能车辆、智能城市、智
15、能城市、智能位置务、智能位置务、智能位置服务产业举足轻重智能位置服务产业举足轻重1.1.智能手机开创位置服务新天地智能手机开创位置服务新天地:20102010年全年全球手机销量为球手机销量为1616亿部,智能手机数量突破亿部,智能手机数量突破3 3亿大关,为位置服务打开了新天地,成为亿大关,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导航产业发展的重大里程碑;2.2.位置服务产业风起云涌,高潮迭起位置服务产业风起云涌,高潮迭起:位置:位置服务是从美国的服务是从美国的E911E911开始的,开始的,1010余年来,余年来,停留在安全急救、应急联动这样的安防领停留在安全急救、应急联动这样的
16、安防领域,域,3G3G、移动互联网和智能手机的兴起,、移动互联网和智能手机的兴起,为位置服务的发展,奠定基础,近年来出为位置服务的发展,奠定基础,近年来出现发展大浪潮,规模空前扩大,前景无限。现发展大浪潮,规模空前扩大,前景无限。卫星导航的产业关联性标配性卫星导航的产业关联性标配性 1.1.与移动通信、互联网与移动通信、互联网在一起成为当前发展最快在一起成为当前发展最快的三大信息产业,并形成:的三大信息产业,并形成:有人认为这是位置服务概念。有人认为这是位置服务概念。2.2.卫星导航成为所有车辆、飞机、舰船的标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,成为所准配置,成
17、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。有智能电子终端的标准配置。新时空体系用户群体分类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卫星导航基础性与普适性卫星导航基础性与普适性1.1.世界上最重要的两个参量是时间和空间,人类发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;展过程中一直在寻找和改进这两个参考系;2.2.卫星导航用几十个卫星,就能解决全球的时间空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
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