1、在3G中實現LBS的定位技術和GIS系統09級計本三班 吳一非目錄一、引言與原理二、實現LBS應用的網絡架構 三、定位技術 1.基于網絡的定位技術2.輔助GPS技術(AGPS) 3.混合定位技術 4.基于移動臺的GPS定位 四、GIS應用領域實例 1.數字城市2、LBS3、行業應用 4.GIS系統在3G網絡中的業務功能 五、LBS業務的相關標準化工作 六、LBS業務在我國的應用 1.應用前景 2.實現LBS業務面臨的問題 七、結束語 在3G中實現LBS的定位技術和GIS系統 一、 引言與原理近年來，一些新建的地理信息系統開始逐漸引入這兩方面的技術。這些系統要求應用層滿足對各類終端設備的兼容，數

2、據層提供對異構或分布數據的良好支持，我們把包括這些類型在內的所有基于網絡的地理信息系統通稱為網絡地理信息系統。 由于網絡地理信息系統的復雜性已經遠遠超出了傳統的C/S或B/S體系結構所能描述的范疇，開發工作量也變得越來越龐大，所以需要找到一種有別于C/S或B/S的多層模型來描述這些系統的共性。同時，在此基礎上提供產品級的解決方案，盡可能地為應用開發人員提供良好的底層支持，以減少開發系統的難度，提高系統的質量。 從GIS到Web-GIS，再到網絡地理信息系統，應用上是從傳統領域向所有領域的發展，用戶群上是從少數專業用戶向大量普通用戶的發展，技術上是從簡單架構向多層模型的發展。無線定位業務又稱為位

3、置業務(Location-Based Ser-vices，LBS)，是由移動通信網提供的一種增值業務，通過一組定位技術獲得移動臺的位置信息(如經緯度坐標數據)，提供給移動用戶本人或他人以目前，電信業競爭激烈，移動運營商在不斷地尋找新的途徑去創造新的利潤點或者利潤增長點。在各種移動增值業務當中，移動位置信息服務是最具市場潛力的一種。另一方面，隨著我國私人汽車市場不斷增長，以汽車移動通信平臺的需求也將有很大的發展潛力，其中針對汽車的導航、跟蹤等位置業務是今后一個非常具有發展潛力的市場。 就無線定位服務而言，在傳統第二代無線通信網絡上發展位置服務，由于二代系統數據傳輸能力較低，因此所能提供的定位服務

4、類型也受到限制。而3G系統的數據傳輸能力比2G系統有很大提高，為向用戶提供更豐富的信息提供了網絡帶寬的保證，使一些信息量較大的定位業務通過無線網絡實現成為可能，如地圖顯示、實時導航，甚至3D地圖服務等。LBS業務的類型多種多樣，可以按照如下不同的分類方式劃分：(1)按業務請求方式劃分 ·PULL類LBS業務：移動終端采用短消息、WAP接入等方式請求LBS； ·PUSH類LBS業務：網絡根據特定的條件，主動向移動終端推送信息。 (2)按是否與用戶位置相關劃分 ·與用戶位置有關的LBS，需要進行定位； ·與用戶位置無關的LBS，無需定位。 (3)按照面向的用

5、戶劃分 ·水平市場大眾應用； ·垂直市場行業應用。 (4)GIS系統中對定位服務功能的劃分 ·地圖服務，包括柵格地圖和矢量地圖； ·路徑搜索，包括最短路徑查詢、公交線路查詢等； ·地理編碼/逆地理編碼； ·測算。 二、實現LBS應用的網絡架構 在3G系統中，實現LBS應用的網絡模型(1)定位操作平臺。通過各種定位技術來獲取移動臺的位置信息。 (2)LCS中間件。向SP提供定位服務接口，SP通過LCS中間件訪問運營商的定位資源(GIS)，以及完成對LBS業務的計費、管理等功能。 (3)GIS系統。提供各種基于LBS應用的地理信息服務，包

6、括地圖服務、路徑搜索、目錄查詢等。 (4)SP。面向最終用戶提供LBS服務。 (5)CP。本文中所指的CP專指提供電子地圖數據、POI(興趣點)信息的內容提供商。 (6)終端。需要與網絡交互完成定位操作(獲取終端經緯度)，通過WAP/Java/BREW/SMS等方式與SP交互得到最終服務。對于矢量地圖服務，終端需要內置矢量地圖瀏覽器。 對于移動網絡運營商來說，為了更好地開展LBS服務，首先需要建設定位操作平臺。對于GIS系統，可以由SP/CP自己實現，但目前我國在基于LBS方式下的GIS系統的發展只是剛剛起步，因此由SP/CP自己實現GIS難度比較大。而且由SP/CP各自建立GIS對資源也是一

7、種浪費，因此由運營商統一建設包括LCS中間件以及GIS系統，將對LBS應用的推廣起到很大的推動作用。三、定位技術 定位操作平臺主要負責通過各種定位技術來獲得終端的經緯度信息。目前，可供移動網絡使用的定位技術多種多樣，下面將以cdma2000系統上實現的定位技術為例，介紹各種定位技術的實現方式。 1.基于網絡的定位技術 在CDMA系統中，為了實現軟切換，移動臺在接收當前服務基站的信號的同時，需要不停地尋找來自其它基站的信號。如果發現來自其它基站的信號足夠強，移動臺需要確定來自不同基站信號的時間差，為合并兩個信號做準備。移動臺的這種能力為實現定位奠定了技術基礎。定位操作平臺可以通過CDMA網絡獲取

8、到終端的這些信息(導頻強度信息)進行定位。其它一些基于網絡的技術能夠提供更高的定位精度，例如測量移動臺的環路時延、信號到達角度等，但這些技術都需要在基站上增加相應的測量設備，代價較高。 2.輔助GPS技術(AGPS) 輔助GPS技術主要依靠GPS衛星完成定位操作。移動臺需要接收至少4個GPS衛星的信號，根據這些信息完成定位計算，并將計算結果報告給網絡。對一般的GPS定位技術來說，需要GPS接收機在全空域范圍內搜索可以使用的GPS衛星。通常這種搜索需要很長的時間，所以不能滿足快速移動定位的需要。在輔助GPS技術中，網絡可以根據移動臺當前所在的小區，確定所在小區上空的GPS衛星，將這些信息提供給移

9、動臺。移動臺根據這些信息，縮小搜索范圍、縮短搜索時間，更快地完成可用衛星的搜索過程。搜索完成之后，移動臺需要通過和網絡的交互，將用于計算移動臺位置的信息傳送給網絡，由網絡計算移動臺的位置。 3.混合定位技術 CDMA系統中使用的混合定位技術主要使用了前面提到的兩種基于移動臺的技術。一般來說，GPS技術能夠提供很高的定位精度，但在很多情況下，移動臺不能夠捕獲足夠多的GPS衛星。這時候，移動臺可以利用基站的信號補充衛星的不足。這樣在降低一定精度的條件下，提高可用性，實現室內定位。 4.基于移動臺的GPS定位 對于一些需要快速連續定位的LBS業務來說(例如實時動態汽車導航)，可能要求每隔幾秒鐘刷新終

10、端位置信息。在這種情況下，AGPS方式就很難滿足時間上的要求。因此，為了提高連續定位情況下的定位間隔時間，提出了基于移動臺的GPS定位。與AGPS不同的是，基于移動臺定位方式下，位置的計算全部由終端自己完成，終端始終處于GPS跟蹤狀態，減少了與網絡的交互時間。但是初次定位時間(TTFF)基本上與AGPS方式下的相同，與AGPS一樣，需要從網絡側獲取GPS衛星的信息。 四、GIS應用領域實例 GIS的應用領域非常廣泛，以下給出了一些比較典型的實例。 1.數字城市以GIS為核心的空間信息技術是數字城市的核心應用技術，它與無線通信、寬帶網絡和無線網絡日趨融合在一起，為城市生活和商務提供了一種立體的，

11、多層面的信息服務體系。 數字城市建設包括4部分內容，即基礎設施、電子政務、電子商務及公眾信息服務。而GIS應用貫穿上述4個部分和各個層面，從城市基礎地理信息數據庫到政府空間數據共享、電子商務物流配送以及基于網絡的公眾地理信息服務，GIS都發揮著不可缺少的作用。 從具體的應用來說，GIS已經廣泛應用于構成數字城市的眾多行業，如城市規劃、城市地下管網、電力、電信、公安、消防、急救等方面。GIS在各行各業中的廣泛應用，產生了各具特色的行業專題GIS，這電正是我們建設數字城市的基礎。數字城市只能是在這些專題GIS的基礎上，進行綜合、共享和擴充。 2、LBS通過LBS業務，移動用戶可以方便地獲知自己目前

12、所處的位置，并用終端查詢或收取附近各種場所的信息。同時，它還可以對特定用戶或組織進行定位，根據用戶的位置進行實時監測、跟蹤，結合共享的電子地圖，實現監控與調度。LBS業務和目前在國際上比較受關注的Telematics和ITS有著非常密切的關系，由于篇幅有限，就不再描述了。 3、行業應用 油田石油行業應用GIS技術由來已久。在選擇鉆孔位置，跟蹤一條管線進行故障分析，或者新建一個煉油廠等方面都十分依賴于對地理的理解以作出明智的商業決策。GIS在石油行業的應用非常廣泛，根據應用類別以及業務范圍，GIS的應用大致可以歸納為石油勘探、生產開發、設備管理、管道管理、運輸管理、銷售規劃、地面建設、附屬設施等

13、幾個方面。 電信GIS為電信業者提供了將地圖和其他數據綜合分析的能力。通過對基于空間位置的數據進行分析，為電信網絡的規劃和施工、移動信號的覆蓋區域分析、市場經營決策分析、管理當前用戶信息，甚至于發現新用戶等提供最佳的方案。通過地圖方式展示數據將比傳統的列表方式更直觀、并能更迅速地作出決策。 公安公安現代化建設需要地理信息系統(GIS)以及計算機網絡技術的支持。GIS技術在公安方面的應用很多，例如消防指揮系統、安防指揮管理系統、110指揮管理系統、戶籍管理系統、公安交通指揮系統、緊急情況下公安指揮管理系統、安全保衛系統、治安情況匯報系統等。 水利 GIS在水利上的應用已經擴展到了水資源、水環境、

14、水土保持、農田水利、水利工程規劃與管理等許多方面，具有廣泛的生長點和良好的成長性，為我國的水利建設發揮了重大作用。 交通GIS在交通方面可以應用于公路規劃設計及管理、運輸調度、公共交通管理、鐵路規劃設計及管理、港口和水運管理、智能交通系統(ITS)等。 4.GIS系統在3G網絡中的業務功能 在移動網絡中使用GIS，可以向外提供的主要服務具體如下： (1)地圖繪制(Mapping) 地圖繪制是GIS系統提供的最基本的功能。GIS系統根據客戶端的請求(地圖范圍、圖層和繪制樣式等)，返回地圖數據。地圖數據可以是柵格形式的地圖，也可以是特定格式的矢量數據。地圖柵格化定義多種圖片格式輸出支持，例如GIF

15、，JPEG，PNG，WMP，BMP等。地圖圖片可以通過BASE-64編碼文檔的方式在XML文檔里返回，也可以只返回URL。“地圖繪制”還可以在“原始”的地圖上“繪制”各種幾何元素或地理對象。 矢量地圖與柵格地圖相比，具有較大的優勢。首先，同樣一幅地圖，矢量格式的文件是柵格格式文件大小的1/7左右，大大節約了無線網絡中使用的資源。同時，終端通過矢量地圖瀏覽器操作矢量地圖的靈活度與柵格地圖相比很高，地圖多比例尺的放大、縮小等在終端本地即可完成，而且在導航應用方面也具有優勢。但由于矢量地圖數據格式目前各個廠家不統一，因此如果在網絡中存在多個GIS系統時，就不得不考慮兼容的問題。由于終端的能力有限，因

16、此目前還沒有一個較好的解決辦法。另一方面，向外發布矢量地圖還需要考慮地圖的安全性和加密問題。 (2)目錄服務(Directory) 主要是指POI(興趣點)的查找，包括距離最近查找、一定范圍內查找和根據屬性(如名稱、電話號碼等)查找。查找的內容可以包括商場、酒店、加油站等。 (3)路徑搜索(Route) 主要提供兩點之間的各種方式(自駕車、公交車、步行)的行駛路線。路徑搜索服務是LBS業務中非常重要的一種服務，也是體現移動網絡優勢和特點的業務，是實現導航服務的基礎。 路徑搜索服務對地圖數據的要求較高，如要地圖數據提供商提供完全和準確的路網數據，包括各種規則，如單行、禁左、車道數量等。路徑搜索服

17、務可以支持如下的操作： 全路徑：依據請求指定的信息(自駕車、步行、公交車方式，最短、最快以及不走高速公路，途經多點等等方式)返回整個路徑的信息。 途經多點方式：依據請求指定的點序列(缺省的情況下首末點為起止點)，搜索經過所有指定點的路徑。 排除條件：基于不同的道路類型、地域類型，可以指定是否走高速公路、城區，還可以指定不走的道路。 時間與距離信息：服務將返回多個基于起點、終點和分段路線的時間和距離計算結果。 (4)地理編碼(GeoCode)把一個街道地址或郵編編碼成一個地理位置。 (5)逆地理編碼(Reverse Geocode)把一個地理位置反編碼成一個街道地址或郵編。 (6)測算(Cogo

18、)進行幾何要素的測算。目前，該服務支持的操作包括計算兩點之間的直線距離，判定點是否在某個指定的區域內。測算服務可以通過一次請求完成多個測算操作。 (7)導航(Navigation)導航服務也可以看作是路徑搜索服務中的一種，但由于導航服務有其自身的特點，因此在OGC(Open GIS Consortium)制訂的位置業務規范中將其獨立出來。導航服務可以分成靜態導航和動態導航。 靜態導航是指用戶在出發前獲取出發地和目的地的最佳路徑信息，出發后不再有提示信息給用戶； 動態導航則是用戶在行駛過程中由GIS系統(網絡側或用戶本地)根據當前用戶所在位置動態的提示用戶前進的方向(如提前通知用戶左轉，地圖上動

19、態顯示當前用戶所在位置，以及與目的地在行駛路線上的距離等)，這種服務對系統的處理能力、定位的準確度、定位的時延和地圖的準確度等要求較高。 五、LBS業務的相關標準化工作 前面已經提到，LBS業務實現可以分成兩個層面，即位置的獲取和信息的提供。相應地，標準化工作也對應不同的標準組織。 (1)對于位置的獲取也就是定位技術的標準，目前主要在3GPP和3GPP2中進行標準化工作。相關的用戶在業務層面的認證授權、業務漫游以及隱私管理等內容的標準工作，目前主要是在OMA中進行，但由于3GPP和3GPP2在OMA中對LBS的流程、網絡結構等方面存在分歧，所以標準化的進度可能會放慢。同時，也應注意到，在3GP

20、P2中實際上也在做與OMA相同的工作。 (2)對于地理信息提供層面上的標準工作，目前主要由OGC負責制訂，并且已經基本完成了除導航服務之外的其他業務。 在我國，目前已經完成了Le/L1接口(客戶端與定位服務器之間的接口)的行業標準，以及WCDMA和cdma2000系統中的定位技術行業標準。與GIS相關的標準，目前也有了的GIS接口，SPACCESS接口的企業標準。對應于OMA的基于IP層面的定位技術標準也將要啟動。六、LBS業務在我國的應用 1.應用前景 LBS業務是移動網絡的一個特色業務，尤其是隨著今后3G系統的使用，為LBS的應用提供了網絡帶寬的保障。由于LBS業務在我國也剛剛開始發展，影

21、響其發展的因素也非常多，因此本文也只是就目前可以遇到的有發展潛力的LBS業務作一個簡單的分析。 (1)手持終端的LBS應用 手持終端的LBS應用范圍很廣，可以基于話音，短信，WAP，Java/BREW和多媒體短信/郵件向大眾用戶提供各種服務，包括信息查詢、地圖服務、手持終端的導航、弱勢群體的跟蹤和區域告警(如老人和兒童)等。 (2)個人汽車的LBS應用 導航是LBS應用在汽車中的主要方式，目前我國已經有汽車導航的實際應用，這種應用是GPS接收機+簡化版的GIS引擎+地圖數據的模式，這種模式有其自身的局限性，如成本較高(對車載臺的要求較高，如處理能力、存儲能力)，地圖資源不能共享(如需要存儲大量

22、的地圖數據，對于駕車者偶爾經過的地區也需要存儲)，不能做到動態的地圖更新，業務組織靈活性也受限。而這些問題通過與移動網絡結合可以解決。隨著汽車市場的不斷增加，汽車導航業務是需要移動運營商關注的一個業務增長點，可以結合運營商目前已經有的話音、短信等業務，向用戶提供更豐富多樣的LBS業務，如汽車防盜、跟蹤、求救等。 LBS業務和目前在國際上比較受關注的Telematics有著非常密切的關系，Telematics的目的是構建一個車內的通信平臺通過與網絡的交互，為駕駛者和乘坐者提供各種服務。韓國在這方面比較積極，目前已經有類似的應用，主要是提供汽車導航、郵件服務。 (3)行業應用 行業應用的范例很多，

23、包括汽車調度(如出租車的調度)、物流管理、員工的跟蹤(如郵遞員的跟蹤)等，這里不再一一描述。 2.實現LBS業務面臨的問題 LBS業務具有廣闊的應用市場，但與其他基于移動網絡的增值業務相比，其業務實現涉及的方面更多，難度更大，因此LBS業務要真正達到廣泛應用，還面臨一些問題需要解決。 (1)定位的精度 目前，LBS應用所能用到的精度最高的定位技術是GPS定位技術，但GPS定位存在局限性，如在深度室內環境下將無法進行GPS定位。如果采用基于網絡的定位，精度則大大降低，目前還沒有其他更好的解決方案。因此，比較實際可行的作法是，對業務進行劃分，將各種不同業務對定位精度的要求進行分類。對于精度要求高的業務，由網絡側判斷是否能夠滿足要求，并進行相應的處理。當然，最終的解決方案是能提出一