“北斗+5G”天地一体化系统赋能文旅行业发展探析

1 概述

 

北斗卫星定位与导航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、独立运行的卫星导航系统。北斗卫星定位与导航系统性能优异、功能强大，可面向全球用户提供定位、导航、授时、短报文通信等服务。

 

5G是第五代移动通信系统的简称，5G系统数据传输速率更高、延迟更低、网络容量更高、连接可靠性更好等优势。在移动通信的信号体制中，由于引入了定位参考信号，移动通信网络在满足通信服务功能的同时，也具有了定位功能。

 

基于北斗和5G网络的行业应用，不同的学者从不同的角度进行了相关领域的研究。赵耀升、郭飚结合渔业信息化建设过程中的问题，对北斗系统在海南渔业信息化建设中的推广与应用模式进行了分析和探讨。贺维、王世伟结合其自身项目，通过对北斗系统在海洋船只监控及渔业信息统计等方面的应用进行了分析。曹众佳对北斗导航系统在列车运行控制，轨道交通安全管理和运输安全管理等方面的应用方式进行了介绍。周玲提出，北斗系统可以在我国的海洋渔业、远洋执法管理等方面开展应用。在5G方面，张书楠对室内的5G毫米波的TOA估计及定位算法进行了分析，提出基于最大路径增益的压缩感知估计毫米波TOA估计算法。刘中令以5G的关键技术为背景，提出了优化的基于正交匹配追踪的信道估计算法。尚立、李毅超、蔡硕、李保罡结合变电站、发电厂等电力场景，阐明了一种基于智能反射表面辅助的“北斗+5G”融合定位算法。

 

当前，我国旅游信息化建设已取得了初步成果，物联网、大数据、云计算、北斗定位与导航、人工智能等技术已开始在文旅行业展开应用，但是，在提升旅游服务质量，提高全要素生产率，优化供给质量和效率，更好地满足游客日益增长的个性化需求等方面仍有巨大的提升空间。

 

按照卫星定位与导航系统的特点，北斗卫星定位与导航系统只有在不少于4颗星的情况下，移动接收终端才能实现其位置的定位。这对于在建筑物比较密集的城区，狭长的山道，密闭的室内等环境，由于建筑物和周围环境对卫星信号的阻挡、反射等原因，移动接收终端接收到的可见星的数量通常较少，单独依靠卫星进行定位与导航往往存在应用盲区，无法满足用户对于定位和导航的实际需求。

 

得益于5G网络系统更大的带宽、更高密度的组网、更高的载频，以及大规模天线阵列等技术特性，利用5G网络具有的高精度时间分辨率和角度分辨率，可以精确地测量基于到达时间或者到达时间差算法进行定位所需的关键数据。

 

因此，随着5G建设成本的逐渐降低，5G网络的普及越来越广，利用5G基站与卫星信号进行融合定位，可以填补单独依靠北斗卫星进行定位过程中存在的定位盲区。

 

2  “北斗+5G”的天地一体化系统组成

 

北斗与5G天地一体化定位系统的组成主要包括北斗卫星系统、5G基站网络系统、移动接收终端等相关设备。其中，北斗系统向移动终端提供基于卫星的室外定位与导航服务，5G基站网络系统向移动终端提供基于5G网络的室内外定位服务，移动终端用于接收北斗卫星或者5G网络的定位信息，根据所在位置进行定位切换，从而实现更加精确和快速的定位服务。

 

北斗卫星系统的组成主要包括空间的卫星星座部分和地球表面的地面监控部分。空间的卫星星座部分是卫星定位与导航系统的基础，它们被置放在地球的轨道平面上，向地球发送无线电信号。北斗卫星系统的地面监控部分主要实现对卫星的跟踪，对其进行距离测量，监测和调整卫星的运行轨道及时钟。

 

5G基站网络系统的结构组成主要包括核心网、传输网和无线接入网三个部分。其中，核心网主要负责处理和管理网络资源，提供各种网络服务。传输网负责传输5G系统的大量数据，包括数据中心的互连、基站与核心网之间的连接等。无线接入网包括基站、天线、用户设备等，主要用于无线信号的传输和接收。

 

作为中国自主研发的卫星导航系统，北斗系统具有高精度、全球覆盖、全天候监测等优势，可以为室外应用提供精准的定位、导航和授时服务。而5G网络则具有高速、低延迟、大容量等特点，可以在有5G网络覆盖的区域提供更稳定和更快速的数据传输和网络连接服务。

 

基于卫星的定位与导航系统，其工作原理主要是通过4颗及以上已知位置的卫星，利用空间测距交会定点的方法来确定接收机的位置。北斗系统采用主动式双向测距二维导航方式，地面中心控制系统负责解算，并为用户提供三维定位数据。采用5G网络进行空间物体定位，其定位的过程其实就是通过测量待测点与基站的距离进行定位求解的过程，主要有基于到达时间（Time of Arrival，TOA）的算法和基于到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）的算法。其中，基于TOA的算法是通过测量基站到待测点的传播时间来完成距离的计算，通常采用的方法是三边定位法。

 

采用北斗与5G联合定位的方式，从北斗系统定位到5G网络定位的过程由移动终端内置的切换系统进行实现。这种方式下，移动端对在定位过程中的关键信息进行获取，然后利用内置的代价函数衡量当前定位系统的定位性能，如果切换条件满足，则执行切换，否则则维持在当前的定位系统。

 

将北斗与5G系统进行综合运用，可以充分发挥各自的特点和优势，实现更快速、更准确的位置更新和联合定位功能。

 

3  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅行业发展的应用场景

 

3.1  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅交通出行

 

文旅出行可以让人们从日常生活和工作的压力中脱离出来，在欣赏美好的风景和独特的文化氛围时，了解不同的文化和风土人情。

 

游客在外旅行时，交通出行经历的路径不仅有开阔大道，也可能有狭路窄巷、高楼林立。由于北斗定位与导航系统在室外、开阔的场景下具有较为明显的优势，而在城市高楼密集、河道峡谷、隧道、立交桥、树木遮挡等地形复杂的区域，由于受到地形反射和遮蔽的影响，车载移动终端接收到的信号存在严重的多径效应，就会出现定位精度较差，甚至出现因无法搜到卫星而无法定位的情况。

 

通过将北斗定位与5G定位与导航系统进行结合，构建基于北斗与5G的天地一体化系统，可以有效地解决游客出外旅行时单纯依靠北斗所面临的挑战，消除游客在采用自驾方式出外旅行过程中因建筑物的遮挡和天气条件等因素，影响卫星信号质量并导致定位不准确的状况发生。

 

在这种方式下，通过使用具有定位与导航功能的移动终端，用户可以对想要前往的文旅景区、宾馆、停车场等在终端屏幕上进行选择，移动终端根据内嵌的地图软件，经过自动处理后会自动规划出从当前地点到目的地的行驶路线。同时，游客在驾车前往的过程中，可以实时地进行定位和导航，而不用担心所在区域、前进过程中途经的路段、路况的影响。

 

采用基于北斗与5G天地一体化定位系统，游客还能够实时、准确地获取到车辆的位置信息，快速地实现定位寻车功能。游客在外出旅游时，无论车辆停放在露天的室外，还是停放在游玩场所的地下，也无论车场的区域是如何的复杂，或者是怎样的庞大，当游客游玩结束需要返回车辆时，根据北斗或者5G系统提供的车辆定位，游客都能够快速地找到车辆停放的位置，避免以往停车后因不能清晰记忆车辆停放位置所带来的烦恼。

 

此外，当游客外出旅游过程中发生车辆异常无法行驶时，通过采用基于北斗与5G的天地一体化系统，车主能够将车辆发生故障的地点准确无误和及时地发送给救援人员，救援人员在收到故障车辆车主发送的位置信息后，同样在基于北斗与5G的天地一体化系统的支持下，可以顺利抵达车辆需要救援的地点，对故障车辆展开救援行动，从而大大节约游客的时间和精力，减少车辆问题给游客带来的麻烦和困扰。

 

3.2  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅景区导览

 

随着无线通信、全球定位、移动互联网、物联网等技术的发展，基于智能化、信息化和网络化的智能导览系统逐渐在文旅景区展开应用。在智能化的导览系统中，文旅景区的全部信息都被标注在移动终端的电子地图上，通过移动网络和电子地图，游客可以快速地进行线路规划，准确地查询文旅景区内和附近的吃、住、游、乐、购以及各种公共设施信息。

 

智能的导览系统能够向游客提供连续、优质的服务，其根本原因在于智能导览系统所依赖的精准的位置服务。由于我国旅游景区覆盖范围广泛，文旅景区景点的分布既有室外的风景美色，也有室内的文化展览，既有广袤场所的一览无垠，也有狭窄巷道的深院悠长，完全依赖于北斗的定位与智能导览系统在实际应用中逐渐显现出一些问题。如对于一些室内的游览场所，由于卫星信号的缺失，游客往往不能实时地获取到自己当前的精确位置，不能在室内的环境下进行游览路线的规划和自助式的导航。

 

北斗与5G的天地一体化系统能够在游客游览的过程中，既能够向其提供室外的导览服务，也可以提供卫星定位手段无法实现的室内定位与导览服务。当游客在室外卫星信号比较强烈的区域，智能导览终端采用基于北斗的卫星信号进行定位和导航，而在室外卫星信号不足的场所，智能导览终端则可以采用基于5G的无线网络信号进行定位和导航。即使游客在从室外移动到室内的参观过程中，基于北斗与5G的天地一体化系统也能够实现北斗卫星与5G网络间的自动切换，使游客在无感的状态下流畅、自然地继续自己的游览行程。

 

基于北斗与5G天地一体化为游客的游览提供的高精度位置服务，游客在游玩的过程中，能够便利地找到周边的服务设施，可以随时查询周边的美食、餐馆、特色小吃，找到并体验到沿途最佳的景点，最好的餐厅，最舒适的旅馆以及其他休闲娱乐设施，而不用担心会错过最佳的旅游体验。

 

3.3  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅饮食安全

 

游客旅行的过程中，品尝当地具有特色的美食已成为文旅活动的重要组成部分，成为游客体验当地风土文化的重要途径。饮食消费不仅让游客品尝到了当地的美味佳肴，获得口腹之欲，同时也提升了旅行地的知名度、增加了旅行地旅游产业的收入，使当地旅游产业的价值得到了延伸。

 

通过将北斗与5G天地一体化的网络系统应用于文旅行业的食品和饮食安全管理，能够从食品和饮食的生产、加工、运输、分销、仓储、售卖等环节实现全方位、无缝隙的监控和管理，通过反馈的监控数据实现对食品和饮食的全过程查询和追溯。比如，一只农家鸡从喂养环境、屠宰时间，到物流运输，送货到店、分销到户等流程都可以实现精准追溯、全程跟踪。

 

将北斗与5G的天地一体化系统在农作物、动植物的养殖过程进行应用，能够从源头上对文旅行业的饮食安全实现监督和管控。可以将内置有北斗与5G定位模块的移动装置佩戴在家禽或者牛羊群的脚踝或脖颈上，饲养人员或者游客可以远程查看每个家禽、动物的活动量和行动轨迹，了解它们的运动量和活动规律。

 

在货物的运输过程中，由于采用了北斗与5G的天地一体化系统，物流企业和游客能够对食品的运输过程实施全程的了解和监控，由卫星与5G构建的全覆盖网络能够实时、无缝地对物流车辆的行程进行密切跟踪，在信息化的软件平台上实时地显示货物的当前位置。

 

在货物到达目的地需要装卸存储时，5G基站网络通过无线定位技术对货物在室内的流转情况继续跟踪，食品货物的入库情况、库存量信息、被放置的货架号、摆放位置、出库情况等都能够被精确地记录和查询，全方位的货物跟踪方式大幅地提高了食品货物的仓储效率和管理水平。

 

3.4  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅非遗保护

 

非物质文化遗产代表一个国家、地区或民族的文化和传统，承载了一个民族的历史和文化，是文化和旅游产业中重要的组成部分。非物质文化遗产中尤其是建筑类的非物质文化遗产通常具有悠久的历史。由于年代久远，许多非遗文化建筑因年久失修，缺乏维护，致使其历史、文化和艺术价值面临落寞甚至丧失的风险。

 

对非物质文化遗产中建筑物的监测，以往通常采用人工使用水准仪或者测斜仪的方式。这种方式需要人工定期地进行测量，不仅需要消耗大量的人工和设备资源，而且如果测量不及时，当建筑物发生不均匀沉降或下陷问题时，则会出现由于未及时发现而未采取措施的情况。

 

此外，水准仪和测斜仪在使用的过程中，在受到如温度、气压、湿度等多种因素的影响时，其测量结果往往也会出现偏差。而当非遗建筑附近存在大型机械设备作业或其他干扰影响时，水准仪或测斜仪则会出现无法正常工作的情况。

 

将北斗和5G组成的天地一体化系统应用于对非遗建筑沉降的观测可以避免人工测量和因外界因素对测量结果的影响。

 

在建筑物的室外部分，通过采用北斗卫星定位系统进行观测，非遗建筑物的位置信息可以被精确地捕捉和获取，再结合北斗定位系统提供的精准的定位数据，建筑物室外部分的任何沉降、下陷、偏移都能够实时地得到测量和记录。而对于建筑物的室内部分，可以采用5G基站网络的方式对建筑物的位置变化进行监测，5G高密度、低时延、广覆盖的技术特性能够实现对室内建筑物高精度的距离和角度测量。

 

根据北斗与5G天地一体化系统提供的数据，非遗建筑的任何位置和角度的偏移都可以被实时地监测和获取，通过对相关数据的分析和记录，文物管理机构可以制定对非遗建筑的保护和修复计划，采取适当的修复手段和措施进行保护。

 

3.5  “北斗+5G”的天地一体化系统赋能文旅应急救援

 

游客在旅行过程中，山洪、泥石流、地震等地质和自然灾害严重地危害了游客的人身安全。当山洪暴发时，瞬时集中的水量对山地区域形成了巨大的破坏力，对游客的生命和财产安全构成严重威胁。而在地震多发区或者地质活跃地区，由于地壳运动引起的地震更让游客防不胜防。此外，游客在外出游玩过程中，也常常会遇到因对地形不熟发生迷路的情况。

 

当游客在旅游过程中遇到意外情况，及时的救援无疑是十分重要的。在救援的过程中，通过采用技术手段对发生危险的区域和需要救援的人员快速地进行定位，不仅能够节省救援过程所需要的时间，节省人力和物力的消耗，而且对于减少被救援人员的痛苦，甚至挽救被救人员的生命都至关重要。

 

通过将北斗定位与导航技术与5G移动网络定位技术相结合，构建基于北斗与5G的天地一体化救援定位与导航系统，将能够为实现精准定位、快速导航、高效救援提供重要的支撑与帮助。

 

在文旅应急救援过程中，北斗与5G的天地一体化系统为实现快速救援提供了精准的定位功能。北斗卫星定位技术通过接收来自北斗卫星的信号来确定目标的位置，具有快速、准确的特点。通过北斗卫星定位技术，救援队伍能够快速地获取到受灾地区的详细地图和坐标信息，帮助救援团队快速了解灾区的地形、道路、建筑物等信息，为制定救援方案提供依据。

 

根据被救援人员所在的区域和位置信息，北斗与5G的天地一体化系统能够快速地规划出最佳的救援路线和方案。在对救援路线进行制定时，北斗与5G的天地一体化系统可以根据道路、桥梁的拥堵情况自动寻求到最佳的路线，对详细的路况信息、交通状态信息预知、预报，帮助救援团队选择最快、最安全的路线抵达救助地点，确保救援行动的准确和及时。

 

报道显示，2023年11月，海南省海口市公安局采用北斗与5G联合定位方式对铜鼓岭国家级自然保护区走失的游客进行寻找、救援，在较短的时间里快速地实现了对走失人员的定位和救援路线的确定，并顺利将被困人员安全救援下山。

 

北斗和5G系统能够对不同地理环境、不同场所需要救援的人员进行精准地定位。通过北斗卫星或者室内5G基站的无线信号，救援团队能够快速地确定受灾人员的实时位置信息，找到受灾人员，不仅提高了救援效率，同时还使救援人员自身的人身安全得到了保障。

 

4 结语

 

北斗系统高精度、全球覆盖、全天候监测的技术优势可以为室外应用提供精准的定位、导航和授时服务。5G网络具有的高速、低延迟、大容量等特点，可以为有5G网络覆盖的区域提供更稳定、更快速的数据传输和网络定位服务。将北斗系统与5G系统综合运用，可以充分发挥各自的特点和优势，能够实现更快速、更准确的位置更新和联合定位服务。

 

面向未来，基于北斗与5G的天地一体化系统，将能够形成泛在、融合和智能的综合时空体系，通过高弹性、高智能、高精度和高安全的定位导航与授时服务，更好地惠及民生福祉，服务人类社会的发展和进步。基于北斗与5G的天地一体化系统在文旅行业的应用，能够为文旅行业的交通出行、景区导览、饮食安全、非遗保护、应急救援等提供定制化、精准化的服务，推动文旅行业的跨界融合发展，并促使文旅行业个性化服务迈向更高的层次。（来源网络，侵删）