任务三　跟踪定位智慧物流信息

视频　京东北斗新仓

引　例

2020年6月17日，亚洲首个全流程智能柔性生产物流园——京东物流北斗新仓建成投用，这是继亚洲一号智能仓库、地狼仓、天狼仓、全流程无人仓之后，电商行业新一代先进的大规模自动化仓储生产与管理体系。这标志着，京东物流再次引领亚洲电商领域的颠覆式创新，让中国智慧物流的探索和应用水平达到了一个全新的高度。

图3-16　京东物流北斗新仓

京东物流北斗新仓（见图3-16）以商品为核心进行拣选任务优化，把人工静态的拣货任务分配变为全自动动态任务分配；大幅提高了拣货密度，缩短了拣货员走动距离，实现了人机配对的最佳应用；拣选动作从14个节点精简为6个节点。这也是京东物流北斗新仓实现的三大颠覆式创新。京东物流北斗新仓通过智能感应、北斗高精定位、动态分配、商品扫描、订单聚合、商品复核六个步骤的有机结合完成物流过程中最烦琐的作业，实现员工体能的巨大释放和机器智能的最佳应用，每一步都通过软件、硬件、员工的动态组合实现高效智能化的拣选。

（资料来源：物流指闻）

思考题：

1.什么是北斗卫星导航系统？

2.北斗卫星导航系统在智慧物流中有何应用？

引例分析：中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO后，联合国卫星导航委员会认定的第四大核心供应商。北斗系统集成了传感、自动化、定位追踪和数据处理等智能化技术，这一“国之重器”，是关系国家安全的重大信息基础设施，是推进我国信息产业升级换代的核心发动机。

智慧物流跟踪定位技术是对物品进行准确定位并实现其位置状况监控的技术，包括BDS/GPS、GIS、红外线室内定位、超声波定位技术、RFID定位技术、超宽带定位技术、视觉定位技术等。

视频　什么是北斗？

一、BDS概述

（一）BDS的概念

中华人民共和国国家标准《北斗卫星导航术语》（GB/T 39267—2020）中对北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）（以下简称北斗系统）的定义为：中国研制建设和管理的为用户提供实时三维位置、速度和时间等信息的全球卫星导航系统。它提供的服务包括基本导航服务、短报文通信服务、星基增强服务、国际搜救服务和精密单点定位服务等。

北斗系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。

我国北斗导航卫星的建设分为三步：第一步仅覆盖国内区域；第二步逐渐覆盖亚太区域；第三步覆盖全球。北斗一号（1994—2003年）为试验阶段，共发射了4颗实验卫星和1颗备份卫星，覆盖国内区域，目前均已退役；北斗二号（2004—2012年）发射了14颗组网卫星和6颗备份卫星，可实现亚太地区的覆盖；北斗三号（2009—2020年）则发射了30颗组网卫星和5颗实验卫星，可实现全球覆盖，精度可媲美GPS。

小思考：如何理解BDS相关概念GNSS、GPS、GLOGNSS以及GALILEO？

中华人民共和国国家标准《北斗卫星导航术语》（GB/T 39267—2020）中对GNSS、GPS、GLOGNSS、GALILEO相关概念定义如下。

全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是指能在全球范围内提供导航服务的卫星导航系统的通称。

视频　什么是GNSS？

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是指美国研制建设和管理的为用户提供实时三维位置、速度和时间等信息的全球卫星导航系统。提供的服务包括精密定位服务（PPS）和标准定位服务（SPS）等。

格洛纳斯卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GLOGNSS）是指俄罗斯研制建设和管理的为用户提供实时三维位置、速度和时间等信息的全球卫星导航系统。提供的服务包括标准精度通道（CSA）和高精度通道（CHA）等服务。

伽利略卫星导航系统（Galileo Navigation Satellite System，GALILEO）是指欧盟研制建设和管理的为用户提供实时三维位置、速度和时间等信息的全球卫星导航系统。提供的服务包括开放、商业、生命安全、公共授权和搜救等服务。

（二）BDS的组成

北斗系统由空间段、地面段和用户段三个部分组成，具体如图3-17所示。

图3-17　BDS构成图

1.空间段（Space Segment）

北斗系统空间段是指空间所有卫星及其组成星座的总称。其由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。北斗二号系统空间段由14颗组网卫星（5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星）和6颗备份卫星组成。北斗三号系统的空间段由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°和160°。非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星组成。其中，中圆轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间相隔120°，均匀分布。

2.地面段（Ground Segment）

北斗卫星导航系统的地面段是指维持卫星导航系统正常运行的地面系统的总称，由主控站、注入站和监测站组成。

主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入站执行信息的发送。同时，主控站还负责管理、协调整个地面控制系统的工作。

注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接受主控站的调度后，将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。

监测站用于接收卫星的信号，并发送给主控站，实现对卫星的跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。

3.用户段（User Segment）

用户端即用户的终端，用于接收、处理导航卫星信号并实现定位、测速和授时等功能的设备总称。用户端既可以是专用于北斗卫星导航系统的信号接收机，也可以是兼容其他卫星导航系统的接收机。接收机捕获并跟踪卫星的信号，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。接收机中的微处理计算机根据这些数据按一定的方式进行定位计算，最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息。

北斗卫星导航系统采用卫星无线电测定（RDSS）与卫星无线电导航（RNSS）集成体制，既能像其他导航系统一样为用户提供卫星无线电导航服务，又具备位置报告及短报文通信功能。

二、BDS定位的基本原理

北斗系统空间卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

由卫星的精确位置可知，在接收机对卫星的观测中，我们可以得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X，Y，Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高度。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。

卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘以光速，便能得到距离。每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。

小思考：思考BDS与GPS有何区别。

三、BDS与GPS的比较

视频　什么是GPS？

（一）信号的使用方面

北斗使用的是三频信号，GPS使用的是双频信号，这是北斗的后发优势。三频信号可以更好地消除高阶电离层延迟影响，提高定位可靠性，增强数据预处理能力，大大提高模糊度的固定效率。而且如果一个频率信号出现问题，可使用传统方法利用另外两个频率进行定位，提高了定位的可靠性和抗干扰能力。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。

（二）有无源定位方面

有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信，无源定位不需要。北斗一代使用的是有源定位，有源定位技术只要2颗卫星就可以完成定位，但需要信息中心DEM（数字高程模型）数据库支持并参与解算。它在北斗二代上被保留下来，但不作为主要的定位方式。而北斗二代使用的是无源定位，和GPS是一样的，不需要信息中心参与解算，有源定位则作为补充功能。

这个功能的好处是当你观测的卫星质量很差，数量较少时（理论上，无源定位至少要4颗卫星才能解算X、Y、Z和钟差四个未知参数，实际需要的更多），仍然可以定位。这个功能对于紧急情况会比较有用，比如在山谷中，观测条件非常差，能知道大概位置也是非常重要的。坏处是在战争中会暴露你的位置信息。

（三）通信服务方面

短报文通信服务，是中国卫星导航的原创功能，并且非常实用。在汶川地震的时候，震区唯一的通信方式就是北斗一代。这个特色功能毫不意外地在二代中保留下来。也就是说，北斗不但能让你知道自己在哪，还能让别人知道你在哪，有利于求救。但是这个功能是有容量限制的，所以并不适合作为日常通信功能，而是作为紧急情况通信比较合适。

（四）定位精度方面

目前双方的定位精度基本相同。整个北斗三号系统有35颗卫星，正常运行的为30颗，可提供的空间信号精度范围为0.36～0.66米，平均值为0.5米。

北斗现有能实现的精度：当前北斗总计发射了59颗卫星，于2020年正式完成组网，现在北斗能提供的空间信号精度平均值为0.41米，这个数据好于GPS的精度。

北斗系统定位精度由水平25米、高程30米，提高至目前水平10米、高程10米，测速精度由每秒0.4米提高至0.2米，受时精度优于20纳秒，目前在中国及周边地区，北斗系统服务性能与GPS相当。北斗的平面精度与高程精度是基本相当的，而GPS系统的水平精度确实不错，但是它的高程精度是软肋，比水平精度差得比较多。

四、BDS在智慧物流中的应用

（一）在交通运输中的应用

BDS在交通运输中的作用和影响主要有：应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域，有效提升了监控管理效率和道路运输安全水平。

1.保障运输安全

通过北斗技术，定位运输车辆的行驶线路和途经区域，避免车辆行驶在路况差、能见度低、弯道坡道过多的线路上以及在居民生活区、靠近火源的区域停车，保证运输安全。对于司机超速行驶、疲劳驾驶、超时停车等违规驾驶车辆的行为及时告警，避免造成生命财产损失。另外，货物损坏、调包、丢失，甚至是谁什么时间将货物搬运到什么地点都可以准确查出，使业务流程公开、透明地呈现出来。这不仅有效避免了一些人为的过错，同时也明确了各方的责任。

2.保障运输时效

通过北斗技术，再结合电子地图、移动网络等技术，将运输车辆途经各个站点的时间记录下来，并与企业规定时间对比，以做出车辆能否准时到达的判断，帮助企业保障运输时效。

3.提升运输品质

如在冷链运输企业的应用，通过北斗技术，再配合温度采集设备，对影响冷链货物品质的最主要的因素——温度实现全程监控，并定位温度异常的时间和地点，来监控司机实施全程冷链运输。

4.管控运输成本

如在公路干线运输，通过北斗技术，再配合车辆油量采集设备，实现对运输过程的全程油耗监控，避免运输过程油耗异常，增加企业成本。

5.敏感区域监控

在物流运输的过程中，某些区域经常发生货物丢失、运输事故等状况，系统监控到车辆进入该区域时，加强对车辆和货物的监控。

6.短报文通信

在物流车辆行驶至偏远地区或山区时，由于网络信号无法覆盖，车辆无法与调度管理中心取得联系，当发生意外状况时，车辆可通过北斗定位终端的短报文功能与调度管理中心取得联系，使调度管理中心及时了解车辆状态，并采取及时的救援措施。

（二）在突发公共事件应急管理中的应用

基于北斗系统的导航、定位、短报文通信功能，提供实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务。

（三）在无人配送中的应用

在疫情的特殊时期，“无人派送车”穿梭在一条条街道上，承担着派送快件的任务，尽可能减少了快件派送过程中人与人的接触，降低了感染率，为疫情防控贡献了一份力量。目前，国内多家电子商务企业的物流货车及配送员，应用北斗车载终端和手环，实现了车、人、货信息的实时调度。

案例分析

视频　新时代北斗精神

新时代北斗精神

中国北斗卫星导航系统是重要的空间基础设施，是事关国计民生的大国重器。建设独立自主的卫星导航系统，是党中央、国务院、中央军委做出的重大战略决策。习近平总书记对北斗全球卫星导航系统建设高度重视，多次做出重要指示批示。2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。该系统已经向“一带一路”沿线国家和地区亿级以上用户提供服务，相关产品出口120余个国家和地区。

从1994年北斗一号工程立项开始，一代代航天人一路披荆斩棘、不懈奋斗，始终秉承航天报国、科技强国的使命情怀，以“祖国利益高于一切、党的事业大于一切、忠诚使命重于一切”的责任担当，克服了各种难以想象的艰难险阻，在陌生领域从无到有进行全新探索，在高端技术空白地带白手起家，从北斗一号、北斗二号、北斗三号“三步走”发展战略决策，到有别于世界其他国家技术路径设计，再到用两年多时间高密度发射18箭30星，北斗卫星导航系统经历了从无到有、从有到优、从区域到全球的发展历程。

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。习近平总书记出席仪式，铿锵有力地宣布：“北斗三号全球卫星导航系统正式开通！”这标志着中国建成了独立自主、开放兼容的全球卫星导航系统，中国北斗从此走向了服务全球、造福人类的时代舞台。参研参建的400多家单位、30余万名科研人员合奏了一曲大联合、大团结、大协作的交响曲，孕育了“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神。

北斗全球卫星导航系统是中国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与人民生活关联最紧密的巨型复杂航天系统。这是中国航天人在建设科技强国征程上立起的又一座精神丰碑，是与“两弹一星”精神、载人航天精神既血脉赓续，又具有鲜明时代特质的宝贵精神财富，激励着广大科研工作者继续勇攀科技高峰，激扬起亿万人民同心共筑中国梦的磅礴力量。

“北斗精神”是北斗人不怕苦、不怕累的生动注脚，也是共产党人不忘初心、牢记使命的现实写照，诠释了中华民族“造星”之路上的点滴。以“北斗精神”造出中华民族更闪亮的星。北斗精神是中国航天人在建设北斗全球卫星导航系统过程中表现出来的“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代精神，以国为重是“北斗精神”的核心价值观。

（资料来源：百度百科）

思考题：

1.什么是新时代北斗精神？

2.查阅资料，请讲一讲北斗人故事，说一说对我们青年一代有什么激励作用。

3.中国北斗卫星导航系统在智慧物流领域有何应用？

案例分析：“北斗精神”体现了北斗人不怕苦、不怕累的精神，也是共产党人不忘初心、牢记使命的现实写照，诠释了中华民族“造星”之路上的点滴。北斗精神是中国航天人在建设北斗全球卫星导航系统过程中表现出来的“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代精神，以国为重是“北斗精神”的核心价值观。