物聯(lián)網(wǎng)與其說(shuō)是網(wǎng)絡(luò )不如說(shuō)是應用,而若想要這個(gè)應用更好地為我們服務(wù),首先是要獲取節點(diǎn)的位置信息。物聯(lián)網(wǎng)應用對于位置信息的依賴(lài)高于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng),故位置服務(wù)將成為物聯(lián)網(wǎng)應用的一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)增長(cháng)點(diǎn)。一直以來(lái),如何通過(guò)定位技術(shù)來(lái)獲取節點(diǎn)位置信息都是物聯(lián)網(wǎng)應用系統的一個(gè)重要研究課題。

談到定位,讀者們最容易想到的就是衛星了,好吧,接下來(lái)我們首先談?wù)勱P(guān)于衛星定位系統。
全球衛星定位系統的工作原理
全球衛星定位系統分別是由空間部分、地面控制部分和用戶(hù)終端組成。
空間部分:當衛星按照特定的軌道運行時(shí),作為地球表面的用戶(hù)終端來(lái)說(shuō),至少要接收3顆衛星才能定位本地的經(jīng)緯度,至少4顆才可以定位海拔高度。以此為底線(xiàn),接收到的衛星越多,其終端定位的精確度越高。
地面控制部分:通常由主控站、地面控制站和監測站組成。其作用是控制衛星運行狀態(tài)與軌道參數,并且保證星座上所有衛星的時(shí)間基準一致性。
用戶(hù)終端信號接收機接收到衛星的信號后,從解調出的衛星軌道參數來(lái)獲取時(shí)鐘信息,通過(guò)衛星信號從發(fā)送到接收的時(shí)間來(lái)確定衛星到觀(guān)測點(diǎn)的距離,然后根據不同衛星的距離來(lái)計算自己的位置。
根據信號接收機經(jīng)緯度、海拔高度、速度的計算模型和算法,以及結合數字地圖計算從給定的出發(fā)地到目的地的最佳路徑的導航計算模型和算法,信號接收機可以實(shí)現定位、導航、測距和定時(shí)功能。
四大著(zhù)名的全球衛星定位系統
1、美國“GPS”定時(shí)測距導航衛星全球定位系統

總共由28衛星構成,其中4顆備用。
如今,28顆衛星早已升空,分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上,距離地面約20000千米。已經(jīng)實(shí)現單機導航精度約為10米,綜合定位的話(huà),精度可達厘米級和毫米級,但民用領(lǐng)域開(kāi)放的精度約為10米。
2、中國“北斗”全球衛星定位與通信系統

中國正在建設的北斗衛星導航系統空間部分由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成,提供兩種服務(wù)方式,即開(kāi)放服務(wù)和授權服務(wù)(屬于第二代系統)。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區免費提供定位、測速和授時(shí)服務(wù),定位精度為10米,授時(shí)精度為50納秒,測速精度0.2米/秒。授權服務(wù)是向授權用戶(hù)提供更安全的定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統完好性信息。
預計到2018年,要面向“一帶一路”沿線(xiàn)及周邊國家提供基本服務(wù),到2020年,建成由35顆衛星組成的北斗全球衛星導航系統,為全球用戶(hù)提供服務(wù)。
3、俄羅斯“格洛納斯(GLONASS)”衛星定位系統
“格洛納斯”系統標準配置為24顆衛星,而18顆衛星就能保證該系統為俄羅斯境內用戶(hù)提供全部服務(wù)。該系統衛星分為“格洛納斯”和“格洛納斯-M”兩種類(lèi)型,后者使用壽命更長(cháng),可達7年。研制中的“格洛納斯-K”衛星的在軌工作時(shí)間可長(cháng)達10年至12年。
4、歐盟“伽利略(Galileo)”衛星定位系統
系統由軌道高度為23616 Km的30顆衛星組成,其中27顆工作衛星,3顆備份衛星。衛星軌道高度約2.4萬(wàn)公里,位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內。截止2016年12月,已經(jīng)發(fā)射了18顆工作衛星,具備了早期操作能力(EOC),并計劃在2019年具備完全操作能力(FOC)。全部30顆衛星(調整為24顆工作衛星,6顆備份衛星)計劃于2020年發(fā)射完畢。
其它精確定位技術(shù)
1、基于移動(dòng)通信基站的定位技術(shù):傳統3G、4G網(wǎng)絡(luò )功耗大,價(jià)格偏高
2、基于RFID的定位技術(shù):只能在特定的地點(diǎn)對物品進(jìn)行監測,無(wú)法滿(mǎn)足資產(chǎn)的實(shí)時(shí)位置監測功能
3、基于UWB等技術(shù)組成的RTLS系統的定位技術(shù):目前很多公司通過(guò)UWB等定位技術(shù)融合開(kāi)發(fā)的RTLS系統,通過(guò)該高精度的RTLS實(shí)時(shí)定位系統對生產(chǎn)區的物料、零配件、半成品以及工人進(jìn)行精確地跟蹤定位,實(shí)時(shí)地記錄產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量數據,實(shí)時(shí)報告流水線(xiàn)上的狀態(tài)。對停滯不前的組件、半成品、異常質(zhì)量狀態(tài)等進(jìn)行主動(dòng)報警。

4、基于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )(LPWAN)的定位技術(shù):資產(chǎn)的定位追蹤終端大部分是使用在無(wú)源的環(huán)境中,這就對電池的續航能力提出了很高的要求,NB-IoT、eMTC等都能夠做到一節電池使用數年的水平。

5、基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)的定位技術(shù):無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有信息采集、傳輸、處理的功能和動(dòng)態(tài)的拓撲結構。微小型傳感器節點(diǎn)具有計算能力、通信能力,將其部署在監控區域內,構成可以自主完成自組織特定任務(wù)的WSN智能網(wǎng)絡(luò )信息系統,無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)在監控區域內實(shí)現自定位。
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