杨元喜院士报告北斗及智慧城市

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1、智慧城市与 北斗卫星导航系统,1,杨元喜,智慧城市概念,2,全球50%以上的人口居住在城市(Dirks et al 2009, 2010) 世界上10%的人口生活在30个大都市（Dobbs et al 2011） 如此多的人口聚集现代大都市居住拥挤、交通拥堵、管理困难，甚至导致生活秩序混乱 如何使得城市生活变得智能一些？ 使得城市更智慧需要那些核心要素？ 我们的观念需要哪些变化？,一、 智慧城市概念与建设需求,智慧城市概念（续）,一、 智慧城市概念与建设需求,城市智慧如何体现 全面、实时了解信息 科学决策、果断处置 精确管理、精密服务 快捷保障、快捷处置 管理有序、实施高效 时空基准、信息获取

2、、信息传输、信息加工、关联挖掘,3,“智慧城市”来自于“智慧地球”概念（2008年11月纽约召开的外国关系理事会上IBM公司提出的概念） “智慧地球”通过“互联网”将“物联网”整合起来，使人们能以精细和动态方式智慧化管理生产和生活 智慧城市可理解为：基于统一的时空基准，将传感器装备到城市生活的各种物体上，通过超级计算机和云计算实现物联网整合 智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物，包含智慧传感网、智慧控制网和智慧安全网（李德仁2011）,智慧城市概念（续）,4,一、 智慧城市概念与建设需求,智慧城市的三大要素（Nam & Pardo 2011稍作修改） 第一，时空基础设施是智慧城市核心要素之一

3、，各系统通过时空基础设施互连互通、集成、优化，是使城市变得智能的基础，而不是分散的基础设施 第二，服务观念是提升城市智慧的核心要素之一，智慧城市的关键之一是转换和改进服务职能，实现智慧管理和智慧服务，包括位置服务 第三，想象也是智慧城市的重要因素，对智慧经济、智慧管理、智慧环境、智慧生活的未来憧憬,5,一、 智慧城市概念与建设需求,智慧城市概念（续）,一、 智慧城市概念与建设需求,科学决策和决策科学是政府执政能力和执政水平的重要体现 信息化时代，多部门协同管理和决策是必然趋势 跨部门信息错综复杂，而时空信息是核心共性要素,基于位置服务的综合服务、智能服务系统将是多部门协同管理决策的核心关键基础

4、,政府宏观管理和辅助决策中的位置服务,南水北调工程,7,一、 智慧城市概念与建设需求,智慧城市将大大缩短机构与机构，公众与政府之间的距离基于网络服务位置服务的政府服务 扩展公众信息资源的利用与获取，提高信息流通的时效性，信息资源的可靠性和现势性高精度时间同步 “智慧”一般强调：科学、智能、机敏、快捷 “智慧”来自于信息信息获取、信息处理、信息的综合利用、智慧决策、管理、服务基于时空基准,智慧城市发展需求,8,一、 智慧城市概念与建设需求,全国有数十万辆重要物资车辆需要精细管理 重要物资运输监控 重要物资运输的路径选择 特殊时期交通运输调度与指挥 重要交通载体事故如何快速处置,解决这些问题需要知

5、道载体的位置(Position)、载体的速度(Velocity)和相应的时间(Time)！PVT，需要智慧服务、智慧管理系统,导航的实际需求（车辆导航）,9,一、 智慧城市概念与建设需求,二、智慧城市的时空观,智慧城市的时间观,什么时间？,Hi，午饭后我们好好聊聊,下午1点如何？,好！落空！,北京：下午1点,纽约,北京,纽约：凌晨2点,时间基准不一致可能造成的麻烦！,10,11,11,时间就是金钱，贷款与还贷的时间系统应该统一 智慧城市各银行之间时间相同应该统一 如果时间系统不统一，则存在安全隐患（美国欠中国的债务每天需还中国利息7400万美元，833美元/秒） （参考消息）,二 智慧城市的时

6、空观,智慧城市的时间观,智慧城市的时间观,独立的时间系统对城市管理非常重要 时间是追究责任的重要指标 时间是犯罪案件侦查和分析的核心要素之一 时间也是安全的重要指标之一，各电网并网发电的时间同步，电网故障的排查等 智慧的城市应该是基于高度时间统一的信息获取与 管理,12,二 智慧城市的时空观,智慧城市的空间观,在哪儿？北京？,Hi，6点在北京见面吧?,北纬 3954 xx” 东经11623 xx”,这是哪里？晕！,北三环中路，远望楼西边，北影南边,需要位置、需要引导、需要参照，需要测绘地理信息！ 导航与测绘密不可分！,13,二、 智慧城市的时空观,“智慧城市”首先需要“物联网”，然后需要“互联

7、网”，否则无信息可互换 物联网需要那些核心信息？ 位置、速度、时间 周围环境（影像信息） 地理空间信息 虚拟空间信息 需要位置服务,物联网需要时空信息,14,空间关系信息,时空信息,二、 智慧城市的时空观,从单纯定位服务为主与位置相关的信息服务为主 从专业位置服务为主大众位置服务为主 从少数位置服务模式多种按需求服务模式 被动服务为主主动或预设服务为主位置服务基础设施 建设智慧城市的位置服务基础设施不是目的，让基础设施服务于智慧生活才是目的,从智慧城市看位置服务的主要形态,二、 智慧城市的时空观,15,智慧指挥的空间观,智慧指挥依赖可靠的地理空间信息,及时处置险情需要可靠的位置信息和了解周围关

8、联信息,16,二 智慧城市的时空观,17,突发事件处置（洪灾、火灾） 反恐维稳快速反应 抗震救灾,突发事件处置的空间观,宁波水灾,北京石景山商场火灾,和田恐怖事件,云南彝良地震,二 智慧城市的时空观,交通安全 经济安全（金融、电力、能源）,非传统安全的空间观,18,二 智慧城市的时空观,空间基准不一致可能出现的问题，魄力可能解决不了这类问题！,19,二 智慧城市的时空观,20,位置,速度,时间,通信,监测,智慧物联 智慧互联 智能决策 智慧服务,20,智慧城市,智慧城市时空信息总体描述,二、智慧城市对卫星导航系统的需求,北斗定位,北斗测速,北斗授时,北斗短报文通信,北斗位置跟踪,智慧城市80%

9、以上的信息与时间和空间有关，需要位置、速度、时间及地理信息,北斗卫星导航系统是智慧城市的重要基础设施,21,二、智慧城市对卫星导航系统的需求,三 北斗卫星导航系统发展,22,我国卫星导航的起步,中国自80年代决策，建设独立自主的卫星导航系统(北斗) 2003年北斗卫星导航试验系统建成 集导航、定位、授时与短报文通信于一体 使中国成为全球GNSS核心供应商之一,北斗实验系统服务区域为东经70-140度，北纬5-55度，定位精度优于20米,北斗试验系统的特点,23,三 北斗卫星导航系统发展,北斗试验系统的特点（续）,24,“北斗一号”集定位、授时和报文通信为一体，解决了“Who，When，Wher

10、e”的相关问题。实现了位置报告、态势共享。GPS和GLONASS系统只解决何时、何地的定位和授时问题 授时精度高。北斗一号”系统的单向授时精度达100纳秒，双向定时精度达到20纳秒 实现分类保障。可划分使用等级范围，具有优先权调配和能力集成功能,三 北斗卫星导航系统发展,第二步：扩展的区域导航系统,25,由14颗卫星组成，体制采取有源无源相结合，兼容北斗试验系统的全部功能,5颗GEO，5颗IGSO，4颗MEO 2012年12月27日宣布正式启用,三 北斗卫星导航系统发展,基本系统,发射时间,初始运营系统,最终运营系统,区域导航系统卫星组网状态,26,共发射16颗卫星 最初的两颗卫星不能正常工作

11、（对外：在轨试验）,三 北斗卫星导航系统发展,扩展的区域导航系统,服务区域：南北纬55度，东经55度至180度（东至斐济群岛、西至阿联酋的迪拜、南至新西兰的奥克兰群岛、北至俄罗斯的腾达）,27,三 北斗卫星导航系统发展,现阶段北斗运控系统,1 个主控站 7 个A类监测站测定卫星轨道、电离层延迟等 22个B类监测站 完好性增强服务 2 个时间同步上行注入站,28,未来运控系统可能会改善,三 北斗卫星导航系统发展,第三步：北斗全球卫星导航系统,2012年,2020年左右,29,GEO 卫星,MEO/IGSO卫星,29,三 北斗卫星导航系统发展,服务和性能（两种全球服务）,免费开放服务,定位精度:

12、10 m 测速精度: 0.2 m/s 授时精度: 20 ns 广域差分服务，定位精度: 1 m,授权服务,确保高可靠应用(甚至是在复杂条件下） 短报文通信服务,30,三 北斗卫星导航系统发展,5 颗GEO卫星 30颗Non-GEO卫星,空间段,主控站(MCS) 注入站(US) 监测站(MS),地面控制段,北斗用户终端 兼容终端,用户段,系统组成,31,三 北斗卫星导航系统发展,运控系统主要功能,四 北斗卫星导航系统基本性能,32,33,四 北斗卫星导航系统基本性能,运控系统主要性能目标,34,定位精度：平面10米，高程10米,测速精度：0.2米/秒,授时精度：单向50纳秒,短报文通信服务,广域

13、差分服务,北斗区域导航基本性能,四 北斗卫星导航系统基本性能,主要服务性能,综合国内多个站点的定位结果，得到B1I频点静态单点定位精度,定位测速精度静态,水平优于6m 高程优于10m 三维优于11.2m （95%）,四 北斗卫星导航系统基本性能,35,36,四 北斗卫星导航系统基本性能,携带北斗接收机的高空探测气球 电离层与水气探测 海洋风浪与波动检测 气象灾害预警信息及发送系统 未来的掩星大气探测,大气、海洋、空间天气监测预警验证系统,37,气象应用,五 北斗在智慧城市中的可能应用,38,动态载体导航与管理需求,五 北斗在智慧城市中的可能应用,导航与地理信息用于车载导航,39,五 北斗在智慧

14、城市中的可能应用,抢险救灾,40,五 北斗在智慧城市中的可能应用,六 结束语,北斗卫星导航与智慧城市有效集成，将提高建设规划水平和资源监测、环境监测水平 加强卫星导航、地理信息与智能交通的集成，将提高城市智能交通管理效率 加大导航、地理信息与其它电子信息系统的集成与融合，将扩大位置服务领域，带动智慧城市智慧物联网的应用 统筹导航地理产品集成应用，将提高智慧城市安全运行（行业融合、信息融合）水平 完善各类导航、地理标准，将提高智慧城市建设规范 改进智慧城市服务观念，将提升智慧城市保障效能,41,卫星导航、地理信息是智慧城市建设的重要支撑 发展以北斗系统为支撑的智慧城市应作为国家战略 发展导航及智

15、慧城市也是国家重大经济发展策略，是国家经济发展的重要支撑 将北斗卫星导航系统与智慧城市紧密结合是应对公共安全、事故灾难、反恐维稳，提高政府决策能力的重要手段 卫星导航及智慧城市将为城市宏观管理和辅助决策提供支持,六 结束语,42,43,智慧城市的行业标准是智慧城市发展的重要依据 强化服务观念，强化智慧城市的特色服务是智慧城市相关产品发展的重点，也是智慧城市理念推广的重要途径 集成导航、地理信息及其他信息技术是提高智慧城市位置服务产品适应性的重要手段 北斗导航与手机集成将极大拓展位置服务领域，极大促进经济发展（9亿手机，18个月更新一次） 我国北斗导航系统及位置服务在智慧城市建设中潜力巨大，融合应用领域广阔,六 结束语,DBS与GPS信号精度相当 BD/GPS组合定位模糊参数固定成功率显著提高 组合定位的可靠性显著提高 北斗导航系统将促进中国智慧城市建设 BDS与智慧城市建设的需求可能还存在差距 北斗导航系统的理论、技术及其在智慧城市建设中的应用还需要深入研究,44,六 结束语,时空基础 设施,45,六 结束语,