杨元喜院士报告“北斗与智慧城市”)

1、智慧城市与智慧城市与北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统1杨元喜杨元喜n 智慧城市概念智慧城市概念2 全球全球50%50%以上的人口居住在城市以上的人口居住在城市(Dirks et al 2009, (Dirks et al 2009, 2010)2010) 世界上世界上10%10%的人口生活在的人口生活在3030个大都市个大都市（Dobbs et al Dobbs et al 20112011） 如此多的人口聚集现代大都市如此多的人口聚集现代大都市居住拥挤、交通居住拥挤、交通拥堵、管理困难，甚至导致生活秩序混乱拥堵、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？如何使得城市生活变

2、得智能一些？ 使得城市更智慧需要那些核心要素？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？我们的观念需要哪些变化？n 智慧城市概念智慧城市概念（续）（续） 城市智慧如何体现城市智慧如何体现全面全面、实时实时了解信息了解信息科学科学决策、果断处置决策、果断处置精精确管理、确管理、精精密服务密服务快快捷保障、捷保障、快快捷处置捷处置管理有序、管理有序、实施高效实施高效时空基准、信息获取、信息传输、信息加工、关联时空基准、信息获取、信息传输、信息加工、关联挖掘挖掘3 “智慧城市智慧城市”来自于来自于“智慧地球智慧地球”概念概念（20082008年年1111月月纽约召开的外国关系理事会上

3、纽约召开的外国关系理事会上IBMIBM公司提出的概念）公司提出的概念） “智慧地球智慧地球”通过通过“互联网互联网”将将“物联网物联网”整合起来，整合起来，使人们能以使人们能以精细精细和和动态动态方式方式智慧智慧化管理生产和生活化管理生产和生活 智慧城市可理解为：基于统一的智慧城市可理解为：基于统一的时空基准时空基准，将传感器，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慧传感网

4、、智慧控制网和智慧安全网（李德仁（李德仁20112011）n 智慧城市概念智慧城市概念（续）（续）4 智慧城市的三大要素智慧城市的三大要素（Nam & Pardo 2011稍作修改）稍作修改）第一第一，时空基础设施时空基础设施是智慧城市核心要素之一，各系是智慧城市核心要素之一，各系统通过时空基础设施互连互通、集成、优化，是使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城市变得智能的基础，而不是分散的基础设施第二第二，服务观念服务观念是是提升城市智慧的核心要素之一，智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，实现慧城市的关

5、键之一是转换和改进服务职能，实现智智慧慧管理和管理和智慧智慧服务，包括服务，包括位置服务位置服务第三第三，想象想象也是智慧城市的重要因素，对智慧经济、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智慧管理、智慧环境、智慧生活的未来憧憬5n 智慧城市概念智慧城市概念（续）（续）物联网物联网 + 互联网互联网+ 智慧管理智慧管理+ 智慧服务智慧服务 智智 慧慧 城城 市市 城市概况城市概况人口人文人口人文市民分布市民分布环境资源环境资源气象信息气象信息交通设施交通设施灾害信息灾害信息江河湖泊江河湖泊服务设施服务设施执法机构执法机构 空空 间间 数数 据据 基基 础础 设

6、设 施（测绘与导航）施（测绘与导航） 科学决策和决策科学是政科学决策和决策科学是政府执政能力和执政水平的府执政能力和执政水平的重要体现重要体现 信息化时代，多部门协同信息化时代，多部门协同管理和决策是必然趋势管理和决策是必然趋势 跨部门信息错综复杂，而跨部门信息错综复杂，而时空信息时空信息是核心共性要素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部门协同管理决策的核心关键基础 n 政府宏观管理和辅助决策中的位置服务政府宏观管理和辅助决策中的位置服务n 南水北调工程南水北调工程7 智慧城市将大大缩短机构与机构，公

7、众与政府之间智慧城市将大大缩短机构与机构，公众与政府之间的距离的距离基于网络服务位置服务的政府服务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时效性，信息资源的可靠性和现势性高精度时高精度时间同步间同步 “智慧智慧”一般强调：科学、智能、机敏、快捷一般强调：科学、智能、机敏、快捷 “智慧智慧”来自于信息来自于信息信息获取、信息处理、信信息获取、信息处理、信息的综合利用、智慧决策、管理、服务息的综合利用、智慧决策、管理、服务基于时基于时空基准空基准n 智慧城市发展需求智慧城市发展需求8 全

8、国有数十万辆重要物资车辆需要精细管理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监控 重要物资运输的路径选择重要物资运输的路径选择 特殊时期交通运输调度与指挥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重要交通载体事故如何快速处置解决这些问题需要知道载体的位置解决这些问题需要知道载体的位置( (Position) )、载体、载体的速度的速度( (Velocity) )和相应的时间和相应的时间( (Time) )！PVT，需要智慧服务、智慧管理系统需要智慧服务、智慧管理系统n导航的实际需求（车辆导航）导航的实际需求（车辆导航）9n 智慧城市的时间观智慧城市的时

9、间观什么时间？什么时间？ HiHi，午饭后我们好，午饭后我们好好聊聊好聊聊下午下午1 1点如何？点如何？好！好！落空！落空！北京：下午北京：下午1点点纽约纽约北京北京纽约：凌晨纽约：凌晨2点点时间基准不一致可能造成的麻烦！时间基准不一致可能造成的麻烦！101111 时间就是金钱，贷款与还贷的时间系统应该统一时间就是金钱，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债务每天需还中国利息74007400万美元，万美元，83383

10、3美元美元/ /秒）秒） （参考消息）（参考消息）n 智慧城市的时间观智慧城市的时间观n 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智慧的城市应该是基于高度时间统一的信息获取与 管理管理12n 智慧城市的空间观智慧城市的空间观在

11、哪儿？在哪儿？北京？北京？ HiHi，6 6点在北京见面吧点在北京见面吧? ?北纬北纬 39395454 xx xx”东经东经1161162323 xx xx”这是哪里？这是哪里？晕！晕！北三环中路，北三环中路，远望楼西边远望楼西边，北影南边北影南边 需要位置、需要引导、需要位置、需要引导、需要参照，需要测绘地需要参照，需要测绘地理信息！理信息！ 导航与测绘密不可分！导航与测绘密不可分！13 “智慧城市智慧城市”首先需要首先需要“物联网物联网”，然后需要，然后需要“互互联网联网”，否则无信息可互换，否则无信息可互换 物联网需要那些核心信息？物联网需要那些核心信息？位置、速度、时间位置、速度、时

12、间周围环境（影像信息）周围环境（影像信息）地理空间信息地理空间信息虚拟空间信息虚拟空间信息需要位置服务需要位置服务n 物联网需要时空信息物联网需要时空信息14空空间间关关系系信信息息时空信息时空信息 从单纯定位服务为主从单纯定位服务为主与位置相关的信息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从专业位置服务为主大众位置服务为主大众位置服务为主 从少数位置服务模式从少数位置服务模式多种按需求服务模式多种按需求服务模式 被动服务为主被动服务为主主动或预设服务为主主动或预设服务为主位置服务位置服务基础设施基础设施 建设智慧城市的位置服务基础设施不是目的，让基础建设智慧城市的位置服务基础设施

13、不是目的，让基础设施服务于智慧生活才是目的设施服务于智慧生活才是目的n 从智慧城市看位置服务的主要形态从智慧城市看位置服务的主要形态15n 智慧指挥的空间观智慧指挥的空间观 智慧指挥依赖可靠智慧指挥依赖可靠的地理空间信息的地理空间信息 及时处置险情需要及时处置险情需要可靠的位置信息和可靠的位置信息和了解周围关联信息了解周围关联信息1617 突发事件处置（洪灾、火突发事件处置（洪灾、火灾）灾） 反恐维稳快速反应反恐维稳快速反应 抗震救灾抗震救灾n突发事件处置的空间观突发事件处置的空间观宁波水灾宁波水灾北京石景山商场火灾北京石景山商场火灾和田恐怖事件和田恐怖事件云南彝良地震云南彝良地震 交通安全交

14、通安全 经济安全（金融、电力、能经济安全（金融、电力、能源源）n非传统安全的空间观非传统安全的空间观18空间基准不一致可能出现的问题，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！魄力可能解决不了这类问题！1920位置位置速度速度时间时间通信通信监测监测智慧物联智慧物联智慧互联智慧互联智能决策智能决策智慧服务智慧服务20智慧城市智慧城市n 智慧城市时空信息总体描述智慧城市时空信息总体描述 北斗定位北斗定位北斗测速北斗测速北斗授时北斗授时北斗短报文通信北斗短报文通信北斗位置跟踪北斗位置跟踪智慧城市智慧城市80%80%以 上 的 信 息以 上 的 信 息与 时 间 和 空与 时 间 和

15、空间 有 关 ， 需间 有 关 ， 需要 位 置 、 速要 位 置 、 速度 、 时 间 及度 、 时 间 及地理信息地理信息北斗卫星导航系统是智慧城市的重要基础设施北斗卫星导航系统是智慧城市的重要基础设施2122n 我国卫星导航的起步我国卫星导航的起步中国自中国自8080年代决策，建设独立年代决策，建设独立自主的卫星导航系统自主的卫星导航系统( (北斗北斗) )20032003年北斗卫星导航试验系统年北斗卫星导航试验系统建成建成集导航、定位、授时与短报文集导航、定位、授时与短报文通信于一体通信于一体使中国成为全球使中国成为全球GNSSGNSS核心供应核心供应商之一商之一北斗实验系统服务区域为

16、东经北斗实验系统服务区域为东经70-14070-140度，度，北纬北纬5-555-55度，定位精度优于度，定位精度优于2020米米n北斗试验系统的特点北斗试验系统的特点23n北斗试验系统的特点（续）北斗试验系统的特点（续）24 “北斗一号北斗一号”集定位、授时和报文通信为一体，解集定位、授时和报文通信为一体，解决了决了“WhoWho，WhenWhen，Where”Where”的相关问题。实现的相关问题。实现了了位置报告、态势共享位置报告、态势共享。GPSGPS和和GLONASSGLONASS系统只系统只解决何时、何地的定位和授时问题解决何时、何地的定位和授时问题 授时精度高。北斗一号授时精度高

17、。北斗一号”系统的单向授时精度达系统的单向授时精度达100100纳秒，双向定时精度达到纳秒，双向定时精度达到2020纳秒纳秒 实现分类保障。可划分使用等级范围，具有优先权实现分类保障。可划分使用等级范围，具有优先权调配和能力集成功能调配和能力集成功能u 第二步：扩展的区域导航系统第二步：扩展的区域导航系统 25基本基本系统系统2007200720092009201020102011201120122012发射时间发射时间初始运初始运营系统营系统最终运最终运营系统营系统u 区域导航系统卫星组网状态区域导航系统卫星组网状态 2626 共发射共发射16颗卫星颗卫星 最初的两颗卫星不能正常工作（对外：

18、在轨试验）最初的两颗卫星不能正常工作（对外：在轨试验）n 扩展的区域导航系统扩展的区域导航系统 服务区域：服务区域：南北纬南北纬5555度，东经度，东经5555度至度至180180度度（东至斐济群岛、西至阿联酋的迪拜、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、北至俄罗斯的腾南至新西兰的奥克兰群岛、北至俄罗斯的腾达）达）275555 E E5555 S S5555 N N 180180 E En 现阶段北斗运控系统现阶段北斗运控系统 1 个主控站个主控站 7 个个A类监测站类监测站测定卫星轨道、电离层延迟等测定卫星轨道、电离层延迟等 22个个B类监测站类监测站 完好性增强服务完好性

19、增强服务 2 个时间同步上行注入站个时间同步上行注入站28n 未来运控系统可能会改善未来运控系统可能会改善u第三步：北斗全球卫星导航系统第三步：北斗全球卫星导航系统20122012年年20202020年左右年左右29GEO GEO 卫星卫星MEO/IGSOMEO/IGSO卫星卫星29n服务和性能（两种全球服务）服务和性能（两种全球服务）免费开放服务免费开放服务定位精度定位精度: 10 m: 10 m测速精度测速精度: 0.2 m/s: 0.2 m/s授时精度授时精度: 20 ns: 20 ns广域差分服务，定位广域差分服务，定位精度精度: 1 m: 1 m授权服务授权服务确保高可靠应用确保高可

20、靠应用(甚至是在复杂条甚至是在复杂条件下）件下）短报文通信服务短报文通信服务30 5 5 颗颗GEOGEO卫星卫星 3030颗颗Non-GEONon-GEO卫星卫星空间段 主控站主控站(MCS)(MCS) 注入站注入站(US)(US) 监测站监测站(MS)(MS)地面控制段 北斗用户终端北斗用户终端 兼容终端兼容终端用户段n系统组成系统组成31n 运控系统主要功能运控系统主要功能坐标基准测定与坐标基准测定与维持维持时间基准测定时间基准测定与维持与维持卫星及地面时间卫星及地面时间同步测定系统同步测定系统卫星种差测定与卫星种差测定与预报预报BDS BDS 运控系统运控系统卫星轨道测定与卫星轨道测定

21、与预报预报导航电文的上行导航电文的上行注入与发播注入与发播电离层监测、处电离层监测、处理与预报理与预报完好性监测与预完好性监测与预警警增强信息处理增强信息处理RDSS 信息处理信息处理32北斗运控性能北斗运控性能OCSOCS卫星钟预报卫星钟预报 1.4ns/2h1.4ns/2h12ns/10h12ns/10hGEOGEO预报预报URE: 1m/2hURE: 1m/2hRDSS RDSS 反应速度反应速度 1s75%75%M/I M/I 轨道预报轨道预报URE: 1m/6hURE: 1m/6h5m/16h5m/16h轨道精度轨道精度2m2mURE 0.2mURE 0.2m33n 运控系统主要性能

22、目标运控系统主要性能目标34定位精度：平面定位精度：平面1010米，高程米，高程1010米米测速精度：测速精度：0.20.2米米/ /秒秒授时精度：单向授时精度：单向5050纳秒纳秒短报文通信服务短报文通信服务广域差分服务广域差分服务北斗区域导航基本性能北斗区域导航基本性能n 主要服务性能主要服务性能综合国内多个站点的定位结果，得到综合国内多个站点的定位结果，得到B1I频点静态单点频点静态单点定位精度定位精度n 定位测速精度定位测速精度静态静态 水平优于水平优于6m6m 高程优于高程优于10m10m 三维优于三维优于11.2m 11.2m （95%95%）3536BDSBDS星座星座现有性能现

23、有性能测距码精度测距码精度B1: 11cmB1: 11cmB2: 5cmB2: 5cmBDS/GPSBDS/GPS短基线模糊度短基线模糊度固定率固定率100%100%相位精度相位精度B1: 0.5mmB1: 0.5mmB2: 0.3mmB2: 0.3mm伪距差分定位伪距差分定位H: 1.5mH: 1.5mU: 2.0mU: 2.0m伪距导航定位伪距导航定位H: 6mH: 6mU:10mU:10m相位差分定位相位差分定位H: 1.3cmH: 1.3cmU: 2.0cmU: 2.0cm亚太可用率亚太可用率100%100%BD/GPSBD/GPS差分定位差分定位H:0.81cmH:0.81cmU:1

24、.08cmU:1.08cm 携带北斗接收机的高空探测气携带北斗接收机的高空探测气球球 电离层与水气探测电离层与水气探测 海洋风浪与波动检测海洋风浪与波动检测 气象灾害预警信息及发送系统气象灾害预警信息及发送系统 未来的掩星大气探测未来的掩星大气探测大气、海洋、空间天气监测预大气、海洋、空间天气监测预警验证系统警验证系统37n 气象应用气象应用38n动态载体导航与管理需求动态载体导航与管理需求n 导航与地理信息用于车载导航导航与地理信息用于车载导航39n抢险救灾抢险救灾 40六六 结束语结束语 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

25、监测、环境监测水平水平和资源监测、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合，将扩大位置服务领域，带动智慧城市智慧物联网的应用的应用 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完善各类导航、地理标准，

26、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 发展导航及智慧城市也是国家重大经济发展策略，是发展导航及智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安全、事故灾难、反恐维稳，提高