劉經(jīng)南

構(gòu)建北斗地基增強系統(tǒng)打造智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施

侯倩;蔣勇;李東俊

【摘要】2008年，IBM公司提出智慧地球理念。智慧城市是智慧地球理念在城

市中的實踐。IBM從技術(shù)上給出的智慧城市定義是：智慧城市是能夠充分運用信

息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對于

包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能的響

應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的城市生活”。它包括三方面的內(nèi)容：更透徹的感知、更全

面的互聯(lián)互通、更深入的智能化。
位置信息感知是建立透徹感知能力的

重要一步，也是實現(xiàn)城市智能化的基礎(chǔ)。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、

射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)的深度融合，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為是以衛(wèi)星導(dǎo)航

和地理空間信息為基礎(chǔ)、以具有時空特征標識的各類數(shù)據(jù)為資源、以面向市場需求

提供智能化服務(wù)產(chǎn)品為主要特征的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
當前北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

已具備區(qū)域定位能力，提升精準時空信息服務(wù)能力是北斗導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)和

前提，將促進基于高精度位置服務(wù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)諸如農(nóng)業(yè)信息化、工業(yè)智能化、測繪

服務(wù)業(yè)實時性等產(chǎn)業(yè)升級，是構(gòu)建智慧城市的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

【期刊名稱】《衛(wèi)星應(yīng)用》

【年(卷),期】2014(000)011

【總頁數(shù)】5頁(P29-33)

【作者】侯倩;蔣勇;李東俊

【作者單位】航天恒星科技有限公司;航天恒星科技有限公司;航天恒星科技有限公

司

【正文語種】中文

2008年，IBM公司提出智慧地球理念。智慧城市是智慧地球理念在城市中的實踐。

IBM從技術(shù)上給出的智慧城市定義是：智慧城市是能夠充分運用信息和通信技術(shù)

手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對于包括民生、環(huán)

保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能的響應(yīng)，為人類創(chuàng)

造更美好的城市生活”.它包括三方面的內(nèi)容：更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、

更深入的智能化。

位置信息感知是建立透徹感知能力的重要一步，也是實現(xiàn)城市智能化的基礎(chǔ)。隨著

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)的深度融合，衛(wèi)星

導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為是以衛(wèi)星導(dǎo)航和地理空間信息為基礎(chǔ)、以具有時空特征標識

的各類數(shù)據(jù)為資源、以面向市場需求提供智能化服務(wù)產(chǎn)品為主要特征的戰(zhàn)略性新興

產(chǎn)業(yè)。

當前北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已具備區(qū)域定位能力，提升精準時空信息服務(wù)能力是北斗導(dǎo)航產(chǎn)

業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提，將促進基于高精度位置服務(wù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)諸如農(nóng)業(yè)信息化、

工業(yè)智能化、測繪服務(wù)業(yè)實時性等產(chǎn)業(yè)升級，是構(gòu)建智慧城市的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

1.智慧城市內(nèi)涵

從技術(shù)上看，智慧城市是數(shù)字城市、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進技術(shù)的集合。從智慧城

市建設(shè)可實施、可操作的角度出發(fā)，可認為“智慧城市＝數(shù)字城市＋智能管理＋泛

在服務(wù)”。其中數(shù)字城市是建立在地理網(wǎng)格化、設(shè)施部件化、信息管理GIS化等

基礎(chǔ)上的城市基礎(chǔ)地理信息平臺；智能管理包括智能政務(wù)管理、智能民生管理和智

能行業(yè)管理三方面內(nèi)容；泛在服務(wù)是指綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、衛(wèi)星應(yīng)用等新一

代信息技術(shù)為智慧城市的服務(wù)對象（政府、公眾或企業(yè)）提供無處不在的服務(wù)。

“數(shù)字城市”的概念源于“數(shù)字地球”，它以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存

儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運用遙感（RS）、全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)

（GNSS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙測、仿真技術(shù)等對城市進行多分辨率、多

尺度、多時空和多種類的三維描述，即利用信息技術(shù)手段把城市的過去、現(xiàn)狀和未

來的全部內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上進行數(shù)字化虛擬實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上將城市的各種數(shù)字信息

及各種信息資源加以整合并充分利用。

“智慧城市”是繼“數(shù)字城市”后，城市信息化發(fā)展的新目標和新階段。相比數(shù)字

城市，智慧城市更加強調(diào)城市信息的全面感知、互聯(lián)互通，以及城市生活的智能決

策與處理。數(shù)字城市與智慧城市之間的區(qū)別見表1。

2.智慧城市體系架構(gòu)

從天地一體化綜合信息系統(tǒng)集成應(yīng)用的角度提出智慧城市體系架構(gòu)。智慧城市體系

架構(gòu)由一個平臺、兩張網(wǎng)絡(luò)、三類應(yīng)用、兩個保障組成，如圖1所示。一個平臺

為智慧共用的基礎(chǔ)信息平臺，兩張網(wǎng)絡(luò)為泛在感知網(wǎng)和天地立體通信網(wǎng)，三類應(yīng)用

為智慧政務(wù)應(yīng)用、智慧民生應(yīng)用和智慧行業(yè)應(yīng)用，兩個保障為信息安全體系和管理

機制。

其中，徹底、有效的感知是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)和核心要求。按照劉經(jīng)南院士對地

球空間智能傳感網(wǎng)的設(shè)想,未來應(yīng)建立互聯(lián)、共通、共享的天、空、地協(xié)同式感知

網(wǎng)絡(luò)。其中天基平臺由各類衛(wèi)星等構(gòu)成，空基平臺由平流層氣球、飛艇、無人機等

空基感知網(wǎng)絡(luò)平臺，地基平臺則以衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)為主要骨干網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

為提升北斗衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)性能以適應(yīng)關(guān)系國家安全戰(zhàn)略的重點行業(yè)及領(lǐng)域應(yīng)用需求，

促進北斗產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，亟待建設(shè)層次互補、開放兼容、面向應(yīng)用的北斗地基增

強基礎(chǔ)設(shè)施——基于北斗系統(tǒng)的多模連續(xù)運行參考站網(wǎng)。

1.北斗地基增強系統(tǒng)的組成

北斗地基增強系統(tǒng)主要由基準站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、用戶應(yīng)

用子系統(tǒng)構(gòu)成。基準站是CORS系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為用戶計算差分改正數(shù)等

其他監(jiān)測數(shù)據(jù)。CORS通信子系統(tǒng)是由GNSS衛(wèi)星、計算機、GNSS接收機、用

戶通信設(shè)備、無線通信基站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等物理設(shè)備構(gòu)成節(jié)點，由電話線、網(wǎng)線、無

線信號等建立起來的物理鏈路。可以實現(xiàn)“基準站——數(shù)據(jù)中心”、“數(shù)據(jù)中心

——用戶終端”之間的通信。用戶應(yīng)用子系統(tǒng)是保證用戶完成差分導(dǎo)航及定位的

終端設(shè)備。按照應(yīng)用場景不同可分為測量型、車載型、航空型、手持型等等。數(shù)據(jù)

中心子系統(tǒng)是北斗GNSS局域增強系統(tǒng)的核心單元，通過運行網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)管理

和定位服務(wù)軟件，實時快速處理多個GNSS基準站的數(shù)據(jù)，建立各種誤差修正模

型，為分布在各地的用戶提供高精度的實時差分修正數(shù)，同時為事后用戶提供高精

度的參考數(shù)據(jù)。

CORS網(wǎng)通過建設(shè)若干永久性連續(xù)運行的基準站，實現(xiàn)對衛(wèi)星信號長時間的連續(xù)跟

蹤觀測，利用網(wǎng)絡(luò)解算獲取覆蓋該地區(qū)和該時間段的“局域精密星歷”及其他改正

參數(shù)，用于測區(qū)內(nèi)其它基線觀測值的精密解算。其定位精度達到實時厘米級、事后

毫米級，大大提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用效能，可向社會各行業(yè)提供各種地理空間信息

數(shù)據(jù)服務(wù)，滿足高精度測量需求。同時，連續(xù)運行參考站網(wǎng)可以提供連續(xù)不間斷的

對導(dǎo)航衛(wèi)星的完好性監(jiān)測，可對衛(wèi)星精密星歷、衛(wèi)星精密鐘差、大氣層傳播延遲等

誤差進行確定并播報，大大克服導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在可靠性、可用性方面的脆弱性。

2.我國北斗地基增強系統(tǒng)建設(shè)情況

（1）國家級北斗地基增強系統(tǒng)總體布局

我國已迎來面向未來的重大空間信息化基礎(chǔ)設(shè)施的密集建設(shè)期。2013年9月國務(wù)

院辦公廳頒布了《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》。規(guī)劃明確提出完善導(dǎo)航基

礎(chǔ)設(shè)施，未來以提升衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)性能為目標，加快建設(shè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、完整、開放

的衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施體系，重點建設(shè)多模連續(xù)運行參考站網(wǎng)等重大地面基礎(chǔ)設(shè)施。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室已將北斗地基增強系統(tǒng)作為中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

重大專項應(yīng)用推廣與產(chǎn)業(yè)化項目，在“十二五”期間完成建設(shè)并投入使用。未來將

充分依托行業(yè)部門及地方政府先期建設(shè)積累的GPS監(jiān)測資源，借助各系統(tǒng)陸續(xù)開

展北斗性能監(jiān)測升級換代的時機，建成覆蓋我國大陸和海域的近千個框架網(wǎng)和加密

網(wǎng)基準站，構(gòu)建可靠的天基和地基增強信息播發(fā)手段，提供廣域2m級和分米級

的北斗高精度導(dǎo)航位置服務(wù)和相關(guān)的完好性監(jiān)測服務(wù)，以及區(qū)域厘米級、事后毫米

級的北斗/GNSS精密定位服務(wù)，提供北斗/GNSS實時和事后數(shù)據(jù)交換服務(wù)，形成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航地面監(jiān)測資源全國一張網(wǎng)，建成性能先進、穩(wěn)定可靠的北斗地基增強

系統(tǒng)。

（2）區(qū)域和行業(yè)北斗地基增強系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

我國多個區(qū)域和行業(yè)已意識到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用對提高產(chǎn)業(yè)效率、推動產(chǎn)業(yè)升級、

拓展新興消費領(lǐng)域等經(jīng)濟推動力，紛紛制定了導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)相關(guān)規(guī)劃并啟動了區(qū)域

CORS系統(tǒng)建設(shè)。

深圳市作為中國首個城市CORS示范建設(shè)城市，其先行先試效果明顯。2012年

11月，深圳市發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于深圳市北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化實施方

案》。方案中提出建設(shè)三大基礎(chǔ)工程，包括北斗地基增強系統(tǒng)、北斗時空服務(wù)平臺、

北斗產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺，并明確將按照“智慧深圳”統(tǒng)一部署，推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

的廣泛應(yīng)用，在智慧公交、警務(wù)車輛管理、私家車服務(wù)三大應(yīng)用實施推廣工程。深

圳市北斗地基增強系統(tǒng)建設(shè)2013年6月啟動，計劃2014年驗收投入使用。

湖北省CORS建設(shè)一直走在全國前列。2012年完成湖北省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)

系統(tǒng)（HBCORS）建設(shè)，建立了覆蓋全省范圍的80個連續(xù)運行參考站和1個固定

監(jiān)測站。2013年12月政府出臺了《湖北省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

（2014-2020年）》，規(guī)劃中將建設(shè)和完成省北斗地基增強系統(tǒng)作為重大項目，

提出要實現(xiàn)全省范圍內(nèi)的厘米級實時精密定位服務(wù)，并以此為基礎(chǔ)，開發(fā)厘米級高

精度定位智能終端產(chǎn)品，在智慧城市地理空間框架建設(shè)、地理國情普查及監(jiān)測、基

礎(chǔ)測繪等方面的深度應(yīng)用，實現(xiàn)北斗地基增強系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。規(guī)劃中還明確在智

慧交通、智慧物流、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧林業(yè)、智慧航運、智慧社區(qū)六大領(lǐng)域基于北斗

的智能化服務(wù)應(yīng)用工程，并選擇有條件的城市和區(qū)域開展智慧城市建設(shè)。

上海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)項目——“北斗衛(wèi)星高精度接收設(shè)備研制和地面增強網(wǎng)”

已取得初步成果。2012年底，上海市完成北斗CORS應(yīng)用示范項目建設(shè)。該項目

共15站點，覆蓋整個上海市區(qū)以及周邊城鎮(zhèn)，目前已經(jīng)完成第一期工作，通過內(nèi)

部組織驗收測試，精度和性能上均符合國家相關(guān)規(guī)范要求，正在進行試運行。

2013年6月，上海市測繪院啟動了上海市CORS系統(tǒng)北斗改造工程。根據(jù)上海市

衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展規(guī)劃，到2015年，上海市要率先建成衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施

比較完備，產(chǎn)業(yè)特色比較鮮明，產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對較大，應(yīng)用示范全面領(lǐng)先的城市，使

衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)成為上海展示智慧城市建設(shè)成果的載體。

除區(qū)域外，交通運輸部也啟動了導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)的建設(shè)和推廣應(yīng)用工作。以往交

通部在沿海建立了20余個GPSCORS構(gòu)成了衛(wèi)星定位地面差分站,主要用于沿海

船舶導(dǎo)航定位。2013年4月26日，交通運輸部綜合規(guī)劃司組織召開了“北斗地

基增強系統(tǒng)建設(shè)方案論證研究大綱咨詢會”,標志著交通運輸行業(yè)北斗地基增強系

統(tǒng)建設(shè)方案論證工作正式啟動。交通行業(yè)北斗地基增強系統(tǒng)，旨在為北斗交通行業(yè)

深度應(yīng)用提供有力支撐，為交通信息化和智能化提供高精度位置基礎(chǔ)。目前論證的

方案中具體建設(shè)內(nèi)容包括：建設(shè)基于高速公路光纖網(wǎng)的衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)觀測網(wǎng)絡(luò)、增

強數(shù)據(jù)處理中心，面向公路、內(nèi)河、沿海、鐵路、民航分別建設(shè)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，包

括高精度地圖，多種信息播發(fā)手段和應(yīng)用平臺。

1.北斗地基增強系統(tǒng)的行業(yè)應(yīng)用需求總體分析

北斗地基增強系統(tǒng)可將北斗導(dǎo)航定位性能提高至實時分米級、厘米級和事后毫米級，

在此梳理了四大類十四種行業(yè)應(yīng)用對高精度位置信息的需求，綜合其精度、可用性、

實時性三類需求，可以發(fā)現(xiàn)建設(shè)覆蓋全面的北斗地基增強系統(tǒng)是滿足應(yīng)用需求的最

便利和經(jīng)濟的方式和手段，見表2。

2.北斗地基增強系統(tǒng)的行業(yè)帶動作用

北斗地基增強系統(tǒng)是改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的助推器和倍增器。在產(chǎn)品和裝備中融入高

精度偽距差分終端或軟件，實現(xiàn)產(chǎn)品和裝備的數(shù)字化和智能化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準化、

測量實時性、大型設(shè)備自動化。在物流運輸過程融入時空位置信息，整合其他信息

化手段，即可優(yōu)化物流管理流程，實現(xiàn)過程智能化。CORS系統(tǒng)在高精度測量領(lǐng)域、

現(xiàn)代精準農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動化、物流自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用，大大提高提升整個產(chǎn)業(yè)鏈

的綜合競爭能力，促進傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

北斗地基增強系統(tǒng)是奠定物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基石。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)首先要形成縱

向天空地立體覆蓋、橫向全面無縫感知的信息感知網(wǎng)絡(luò)。CORS網(wǎng)作為時空基準為

所有智能感知網(wǎng)提供時空位置服務(wù)，其終端可與各類傳感器共同完成信息采集，構(gòu)

成天、空、地一體化的地理域情感知網(wǎng)絡(luò)。因此，CORS系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)

設(shè)施。CORS網(wǎng)終端、芯片與各類傳感器的融合，蘊含著巨大的創(chuàng)新空間，將催生

大量新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式也將不斷創(chuàng)新，從而推進物聯(lián)網(wǎng)感知能力。

在智慧城市建設(shè)中，區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)的運營平臺是智慧城市基礎(chǔ)信息平臺的

重要組成。掌握CORS網(wǎng)運營，就等于掌握區(qū)域北斗高精度位置服務(wù)的標準制定

和接口設(shè)計的主導(dǎo)權(quán)，對開拓區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等時空基準服務(wù)關(guān)聯(lián)市場掌握

先機。同時，區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)的運營管理將掌握區(qū)域內(nèi)大量用戶的時空動態(tài)

數(shù)據(jù)，為未來的大數(shù)據(jù)驅(qū)動型經(jīng)濟發(fā)展獲取先機。

未來北斗地基增強系統(tǒng)將作為智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，其部署將從根本上解決我

國高精度位置服務(wù)領(lǐng)域的信息安全，未來其與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算、大數(shù)據(jù)

的融合，將催生大量的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式，為北斗產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用帶來

難得的發(fā)展機遇和廣闊的發(fā)展空間。

當前，中國北斗地基增強系統(tǒng)仍然處于發(fā)展初期，依然存在亟待解決的問題。在技

術(shù)層面，與美國GPSCORS參考站網(wǎng)絡(luò)形成國家級、合作式、區(qū)域型三類設(shè)施不

同，中國尚未形成各行業(yè)北斗地基增強系統(tǒng)的分類標準和技術(shù)要求。因此，制定北

斗CORS建設(shè)和運營管理的標準對于促進各類地基增強系統(tǒng)的良性發(fā)展，并保證

最終全國一張網(wǎng)的互通性和標準化有重要作用。

中國原有的GPSCORS的建設(shè)者和使用者主要集中為測繪、氣象、地震等主管部

門，為促進北斗地基增強系統(tǒng)的社會化應(yīng)用，必須秉著開放、包容的原則，拓寬建

設(shè)和運營北斗地基增強系統(tǒng)的門檻；同時，在平臺的運營管理上，要結(jié)合分析其商

業(yè)模式，為用戶提供自動化、智能化解決方案，以創(chuàng)新商業(yè)模式帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

由于中國存在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不均衡的問題，當前真正開始建設(shè)北斗地基系統(tǒng)的區(qū)域

主要集中在經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域，在西部等經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)存在建站晚、站點少的問題，

亟需從國家層面進行支持。

高分二號衛(wèi)星上海融合影像

圖為高分二號衛(wèi)星獲取的上海區(qū)域影像，為全色影像（0.8m）和多光譜影像

（3.2m）融合圖，接收日期為2014年9月25日。