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我國打造首個天基物聯網系統 未來應用場景廣闊
專欄:行業資訊
發布日期:2019-12-11
閱讀量:256
作者:安泰
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  物聯網,即物物相連的互聯網,其核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡。準確的來說,傳感器部署才是關鍵。地面物聯網,顧名思義,依靠的通信網絡是地面網絡,比如移動通信網絡。

  物聯網,即物物相連的互聯網,其核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡。在此基礎上,用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信,也就是物物相聯。

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  其中,傳感器是物聯網的關鍵技術之一,好比人的眼耳口鼻,但又不僅僅只是人的感官那么簡單。準確的來說,傳感器部署才是關鍵。從這一層面上來說,僅有
傳感器采集數據還不行,還需要芯片與通信網絡。其中,芯片負責存儲和處理傳感器數據,如存儲芯片、處理器等;通信網絡,則負責讓物-物、物-人之間順利傳輸數據。三者缺一不可,共同作用,才是物聯網概念的題中之意。

  地面物聯網與天基物聯網


  在5G時代來臨之際,兩大應用場景備受關注,那便是移動互聯網和物聯網,但大多應用場景主要體現在物聯網上。物聯網從1999年提出至今,已形成完整的概念,依托于地面物聯網應用逐漸發展成熟。地面物聯網,顧名思義,依靠的通信網絡是地面網絡,比如移動通信網絡。
  但移動通信網絡對于全球的覆蓋是有限的,很多地區都沒有信號。在一些大范圍、跨地域、惡劣環境等數據收集的領域,由于空間、環境等限制,地面物聯網無能為力,出現了服務能力與需求失配的現象。這時,便需要天基物聯網通過發射許多顆低軌道衛星組成衛星鏈,對全球進行有效的覆蓋。
  比如,海洋、森林、礦產等資源的監視與管理;地區災害的監測與預報;海洋監測管理、海上浮標、海上救生;交通、物流、輸油管道、電網等監控管理;野外珍稀動物的跟蹤監測;軍事的無人機、導彈、艦船、車輛的協同控制等。
  特別是在全球超過80%的陸地及95%以上的海洋,移動蜂窩網絡無法覆蓋。因此,在一些偏遠的山區以及極寒地區等,幾乎是收不到網絡信號,這些都促使我們去構建天地一體化的環境,也就是天基物聯,即靠天基信息網絡來實現,通過衛星實現全球覆蓋。

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  我國打造首個天基物聯網項目

  通過衛星組成的天基互聯網,可使我們能夠隨時隨地的接入網絡,而要實現“萬物互聯”,則需要的是另一種網絡——“物聯網”。在日前舉行的航天高峰論壇上,我國宣布將打造首個“天基物聯網”系統,兩顆試驗驗證星將于2019年年底發射。

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  據了解,我國首個“天基物聯網”被命名為“行云工程”,由中國航天科工集團有限公司所屬的航天行云科技有限公司負責實施。工程于2018年正式啟動,計劃通過構建由80顆低軌通信小衛星的星座系統,發揮通信衛星“全球覆蓋、通信距離遠、通信容量大、成本低”等優勢,以衛星為基站,將全球范圍內各種信息節點和傳感器等智能終端進行有效連接,與地面通信設施形成互補,形成基于衛星、覆蓋全球的物聯網信息系統。
  據悉,“行云工程”分為α、β、γ階段。α階段為試運營、示范工程建設階段,計劃建設由“行云二號”01星與02星組成的系統,同步開展試運營、示范工程建設,對實時數據要求不高的客戶就能使用網絡;β階段實現小規模組網,完成小星座系統構建,并開展第一階段系統運營和市場開拓工作。屆時,天基物聯網可以實現1小時提供一次數據;γ階段將完成80顆星的全球組網,實現全球覆蓋,在全球范圍內為全世界提供天基物聯網即時服務。

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  天基物聯網的優勢


  總的來說,天基物聯網擁有以下幾點獨特優勢:
  1、通信網絡覆蓋地域廣,可實現全球覆蓋,傳感器的布設幾乎不受空間限制;
  2、幾乎不受天氣、氣候影響,全天時全天候工作;
  3、系統抗毀性強,自然災害、突發事件等應急情況下依舊能夠正常工作。
  利用天基信息網絡的優勢,通過天基物聯網載荷和終端設備,將復雜環境下的傳感器連入天基物聯網,實現物聯信息的跨地域傳輸,是解決目前地面物聯網短板的有效途徑,隨著我國天地一體化信息網絡技術的不斷發展,天基物聯網的應用前景充滿潛力。


  應用前景展望


  理論上,我國擁有全球最大的衛星物聯網市場。目前,全球移動蜂窩網絡對很多偏遠區域無法實現覆蓋,對這些區域,“行云工程”將發揮重要作用。天基物聯網建成后,可在地面信號無法覆蓋的地區,對地面物聯網進行有力補充。
  以地區災害的監測與預報為例,我們知道,在很多偏遠山區,遇大雨都有發生自然災害的危險,如果有了天基物聯網,可在這些危險區域設置大量傳感器,并與天基衛星進行連接,天基衛星采集到數據后傳到處理中心,就可對災害進行預警。
  以無人駕駛為例,我們知道,高精度定位將給物聯網帶來創新應用,汽車除了要安裝激光雷達等傳感器外,還必須具備厘米級的絕對定位能力。天基高軌衛星增強,可用相對較小的成本,實現廣域范圍的覆蓋,只有星基增強系統才能快速實現極低成本的全球覆蓋。
  再以航運為例,全球前十大航運公司中,中國擁有三家,而且,中國生產了全球95%的集裝箱。集裝箱在跨國運輸的過程中,比如在海上運輸過程中,由于沒有地面網絡的覆蓋,可通過天基物聯網衛星,實時監測集裝箱軌跡狀態,以及監控集裝箱的溫、濕度等數據。

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  2018年9月,行云科技公司與武漢漢歐國際物流有限公司已開展市場應用合作。漢歐國際副總經理高若瑞表示,有了天基物聯網,隨時都能監測整個集裝箱的狀態,甚至可實時了解溫度、濕度,也能給客戶更好的反饋,讓客戶滿意。

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  除集裝箱遠洋運輸外,天基物聯網還可用于海洋島嶼通信、石油電力監管、農機數據采集與運輸、工程機械信息傳輸等眾多行業領域。特別是與現有通信衛星相比,天基物聯網終端很小,未來會是指甲殼大甚至更小的芯片,嵌入手機,就能與衛星通聯,在偏遠的海洋、島嶼、沙漠等地也能輕松上網。尤其是地面網絡無法覆蓋的偏遠地區和應急需要,如為應急救災快速建立通信鏈路和指揮系統,為戶外運動遇險人員搭建生命保護線,為海洋漁政提供動態監測信息,為水利防汛系統管理防汛地區,為勘探科考野外作業提供通信保障等。
  根據麥肯錫預測,預計在2025年前,天基物聯網產值可達5600億美元至8500億美元;美國最權威衛星行業咨詢公司NSR更是預測,在未來10年,亞洲將成為天基物聯網收入復合增長率唯一超過10%的區域。

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  未來可能面臨的困難


  不過,衛星上天,應用落地是關鍵。以地面窄帶物聯網NB-IoT為例,目前在該領域還沒有殺手級應用出現,基于此,行業人士也對表達了部分擔憂,稱天基物聯網可能會出現用戶群體不確定的情況,未來,星窄帶物聯網可能也需要花時間找出應用場景和應用群體。
  另外,市場需求雖然客觀存在,但并不是一兩個用戶能撐起整個天基物聯網的建設成本,因此,建立天基物聯網還存在另外一個困難,那就是沒有全球統一用于衛星物聯網的標準。總的來說,未來,業界還將針對這兩方面的困難進行進一步探索。


  國外天基物聯網建設概況


  目前,國外基于天基信息系統開展的數據采集、監測及控制等在某些領域已經發展較為成熟,這些應用本質上都屬于天基物聯網的范疇。比較典型有國外的Argos系統,Orbcomm系統,國內基于北斗系統的輸變電設施遠程監控,以及軍事上的衛星數據鏈等。可見,國際天基物聯網的市場,正在邁進爆發階段。
  另外,除現有的幾大天基物聯網,不少發達國家都計劃在未來數年,發射數百顆低軌道衛星組建衛星物聯網星座。

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