浅谈Compass系统在物联网中的应用

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1、浅谈 Compass 系统在物联网中的应用摘 要 ： 本 文 介 绍 了 Compass 卫 星 导 航 系 统 的 构 成 及 特 点 ， 尤 其 指 出 了 它 的 短 报 文 通 信 的 特 点 ； 结合 物 联 网 的 就 是 的 概 念 ， 分 析 了 Compass 卫 星 导 航 系 统 在 物 联 网 时 代 应 用 的 现 状 ， 并 且 指 出 了 存 在的 问 题 ， 肯 定 了 在 将 来 物 联 网 与 Compass 卫 星 导 航 系 统 相 辅 相 成 的 良 好 发 展 前 景 。关 键 词 ： Compass 系 统 ， 物 联 网 ， 卫 星 导 航 ，

2、应 用1 Campass 导 航 系 统 简 介2012 年 10 月 25 日 23 时 33 分 ， 我 国 成 功 将 第 16 颗 北 斗 导 航 卫 星 送 入 预 定 轨 道 ，北 斗 导 航 工 程 区 域 组 网 顺 利 完 成 。 2012 年 12 月 27 日 ， 北 斗 卫 星 导 航 系 统 正 式 提 供区 域 服 务 新 闻 发 布 会 在 国 务 院 新 闻 办 公 室 新 闻 发 布 厅 召 开 。 北 斗 卫 星 导 航 系 统 新 闻 发 言人 、 中 国 卫 星 导 航 系 统 管 理 办 公 室 主 任 冉 承 其 宣 布 ， 北 斗 卫 星 导 航

3、系 统 今 日 正 式 提 供区 域 服 务 。 。 目 前 ， 在 轨 卫 星 和 地 面 系 统 工 作 稳 定 ， 通 过 各 类 用 户 终 端 测 试 和 评 估 ， 系统 服 务 性 能 均 满 足 设 计 指 标 要 求 。 据 专 家 预 计 ， Compass 导 航 系 统 可 以 在 2020 年 左右 形 成 覆 盖 全 球 的 卫 星 导 航 定 位 系 统 。 而 在 Compass 导 航 定 位 系 统 不 断 完 善 的 同 时 ，2009 年 中 国 开 始 进 入 物 联 网 元 年 ， 2010 年 成 为 中 国 物 联 网 产 业 突 进 发 展 的

4、 一 年 ，2011 年 成 为 中 国 物 联 网 发 展 的 关 键 一 年 。 随 着 中 国 Compass 系 统 的 建 成 ， 中 国 的 卫星 导 航 定 位 将 逐 渐 摆 脱 对 国 外 卫 星 导 航 系 统 的 依 赖 ， 尤 其 是 对 美 国 GPS 系 统 的 依 赖 。由 此 ， 物 联 网 和 Compass 导 航 定 位 系 统 将 会 在 中 国 的 经 济 和 社 会 生 活 的 发 展 中 相 辅 相成 ， 共 同 推 进 中 国 经 济 与 社 会 的 进 步 。Compass 导 航 定 位 系 统 是 由 我 国 最 初 的 双 星 系 统 而

5、 来 的 ， 又 被 称 为 北 斗 卫 星 定 位 系统 。 Compass 系 统 由 空 间 卫 星 系 统 、 中 心 控 制 系 统 、 标 校 系 统 和 各 类 用 户 机 等 部 分组 成 。 系 统 的 工 作 过 程 是 ： 首 先 由 中 心 控 制 系 统 向 卫 星 和 卫 星 同 时 发 送 询 问 信 号 ，经 卫 星 转 发 器 向 服 务 区 内 的 用 户 广 播 。 用 户 响 应 其 中 一 颗 卫 星 的 询 问 信 号 ， 并 同 时 向 两颗 卫 星 发 送 响 应 信 号 ， 经 卫 星 转 发 回 中 心 控 制 系 统 。 中 心 控 制 系

6、 统 接 收 并 解 调 用 户 发 来的 信 号 ， 然 后 根 据 用 户 的 申 请 服 务 内 容 进 行 相 应 的 数 据 处 理 。对 定 位 申 请 ， 中 心 控 制 系 统 测 出 两 个 时 间 延 迟 ： 即 从 中 心 控 制 系 统 发 出 询 问 信 号 ，经 某 一 颗 卫 星 转 发 到 达 用 户 ， 用 户 发 出 定 位 响 应 信 号 ， 经 同 一 颗 卫 星 转 发 回 中 心 控 制 系统 的 延 迟 ； 和 从 中 心 控 制 发 出 询 问 信 号 ， 经 上 述 同 一 卫 星 到 达 用 户 ， 用 户 发 出 响 应 信 号 ，经 另

7、一 颗 卫 星 转 发 回 中 心 控 制 系 统 的 延 迟 。 由 于 中 心 控 制 系 统 和 两 颗 卫 星 的 位 置 均 是 已知 的 ， 因 此 由 上 面 两 个 延 迟 量 可 以 算 出 用 户 到 第 一 颗 卫 星 的 距 离 ， 以 及 用 户 到 两 颗 卫 星距 离 之 和 ， 从 而 知 道 用 户 处 于 一 个 以 第 一 颗 卫 星 为 球 心 的 一 个 球 面 ， 和 以 两 颗 卫 星 为 焦点 的 椭 球 面 之 间 的 交 线 上 。 另 外 中 心 控 制 系 统 从 地 面 控 制 中 心 存 储 的 电 子 高 程 地 图 查 寻到 用

8、户 高 程 值 ， 可 知 道 用 户 处 于 某 一 与 地 球 基 准 椭 球 面 平 行 的 椭 球 面 上 。 从 而 中 心 控 制系 统 可 最 终 计 算 出 用 户 所 在 点 的 三 维 坐 标 ， 这 个 坐 标 经 加 密 由 出 站 信 号 发 送 给 用 户 ， 完成 对 用 户 的 定 位 。我 国 现 在 正 在 建 设 的 Compass 系 统 由 5 颗 静 止 轨 道 卫 星 和 30 颗 非 静 止 轨 道 卫 星组 成 ， 能 够 满 足 快 速 定 位 、 短 报 文 通 信 和 精 密 授 时 等 需 要 。Compass 卫 星 导 航 定 位

9、系 统 与 其 他 系 统 相 比 所 具 有 的 特 点 ：（ 1） 同 时 具 备 定 位 与 通 信 功 能 ， 无 需 其 他 通 信 系 统 支 持 。 Compass 系 统 与 GPS 系 统 的 民 用 精 度 基 本 相 当 ， 能 满 足 用 户 导 航 定 位 和 授 时 要 求 。 Compass 系 统 具 有 用 户与 用 户 、 用 户 与 地 面 控 制 中 心 之 间 的 双 向 报 文 通 信 能 力 。 需 特 别 指 出 的 是 ， Compass系 统 具 备 的 这 种 双 向 简 短 通 信 功 能 ， 目 前 已 广 泛 应 用 的 国 外 卫

10、星 导 航 定 位 系 统 （ 如GPS、 GLONASS 系 统 ） 并 不 具 备 ；（ 2） 全 天 候 快 速 定 位 ， 覆 盖 中 国 及 周 边 国 家 和 地 区 ， 无 通 信 盲 区 。 Compass导航 系 统 是 覆 盖 中 国 本 土 的 区 域 导 航 系 统 ， 覆 盖 范 围 东 经 约 70-140， 北 纬 5-55， 可 以 无 缝 覆 盖 我 国 全 部 国 土 和 周 边 海 域 ， 且 无 通 讯 盲 区 。 相 比 之 下 ， GPS 结合 地 面 无 线 通 讯 系 统 （ GSM、 集 群 ） ， 覆 盖 范 围 只 能 局 限 于 地 面

11、基 站 系 统 所 达 到 的 地区 ， 无 法 满 足 偏 远 山 区 、 海 上 、 跨 区 域 大 系 统 的 应 用 要 求 ；（ 3） 融合“导航系统”和“增强系统”两大资源，服务内容更加丰富。C ompass卫星导航系统中心站不仅可以保留全部C ompass终端的位置及时间信息，而且可实时存储大量非常有价值的G PS 数据，通过“卫星导航增强系统”为用户提供更加丰富的信息服务及精密导航定位服务；（4）自主控制，安全稳定，保密性好。C ompass系统是中国自行研制、自主控制的卫星定位导航系统。在当前复杂多变的国际形势下，过分依赖国外卫星导航系统难免受制于人，对一些要害部门的用户而言

12、，能否拥有自主控制的卫星导航系统至关重要。另外，Compass导航系统通信信号稳定，且设计有高强度加密措施，安全可靠，适合关键部门应用。2 物 联 网物联网的英文名称叫“T he Internet of things”，简而言之，物联网就是“物物相连的互联网” 。严格而言，物联网的定义是：通过射频识别（ RFID） 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到

13、了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。也就是说，物联网的建立和发展离不开互联网和传感器件的发展。这 里 的 “物 ”要 满足 以 下 条 件 才 能 够 被 纳 入 “物 联 网 ”的 范 围 ： 要 有 相 应 信 息 的 接 收 器 ； 要 有 数 据 传 输通 路 ； 要 有 一 定 的 存 储 功 能 ； 要 有 CPU； 要 有 操 作 系 统 ； 要 有 专 门 的 应 用 程 序 ； 要 有数 据 发 送 器 ； 遵 循 物 联 网 的 通 信 协 议 ； 在 世 界 网 络 中 有 可 被 识 别 的 唯 一 编 号 。3 Campass 系 统 在 物 联 网 中 的 应

14、 用 分 析从物联网的定义中能够容易看出，为实现物的定位及跟踪，具备全天时、全天候不受地域限制的卫星导航技术无疑是物联网中十分重要的支撑工具。C ompass 导航定位系统除具备定位、授时功能外，所独有的短信报文通信功能无疑会成为物联网时代最具亮点的特性，尤其是在互联网和通信网络不能提供服务的情况下，能够保证物联网的畅通。另外，C ompass 系统既可以迅速确定相关信息位置，又可以在服务区内远程传递各种传感器采集的数据，极大地增强了无线传感器网络的大范围信息获取能力。由于 Compass系统通过覆盖全服务区的卫星通信实现数据传输，弥补了传统通信网络分布不够广泛，传输距离不够远的不足。从 20

15、03 年至今，C ompass 系统已广泛应用于类物联网系统中，并且已有很多成功案例。例如：防火指挥调度系统、水情雨情防汛预警预报系统、铁路机车到站报名系统和铁路运输指挥调度系统、海洋观测数据采集系统、煤矿安全生产远程监控系统和无人职守自动气象站系统等。除此之外，将 Compass 系统与 RFID 射频识别，一种非接触式的自动识别技术）结合，有效地解决了物体的精确定位问题，也弥补了 Compass 设备在室内无法接收信号和无法定位的缺陷，这就为实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控，进而实现对物体更加高效、智能识别和管理奠定了基础。虽 然 Compass 系 统 应 用 取 得 了 良 好

16、的 经 济 和 社 会 效 益 ， 但 是 很 显 然 它 的 应 用 主 要集 中 在 海 事 、 气 象 、 水 利 、 交 通 、 地 质 等 领 域 。 产 生 这 种 现 象 的 原 因 主 要 有 ：（ 1） Compass导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未形成产业化的现状。据有关方面数据显示，目前在我国整个卫星导航市场上，系统注册在线的终端用户不足设计容量的千分之一，卫星资源闲置严重，系统效益远未充分发挥，与我国投入巨资发展Compass导航定位系统的期望有较大差距；（2）C ompass系统目前的技术体制决定了用户终端的价格偏高，缺乏竞争力。Compass用户终端成本昂贵，目前市场价格居高，多数用户难于接受。同样应用功能的用户终端产品，C ompass终端要比 “GPS终端短信”价格高出许多倍，导致近几来C ompass终端消费提高不是很大。（3）C ompass系统的用户终端设备严重滞后，跟不上应用需求。主要是由于关键器件部件生产基础差，没有与系统建设同步组织好力量攻关。C ompass系统终端研制难度大，这种竞争方式耗时较