基于位置的服務(wù)在3G系統中的應用（上）

　　摘要　對LBS的概念和應用進(jìn)行了描述，介紹了在3G系統中實(shí)現LBS的定位技術(shù)和GIS系統。

　　關(guān)鍵詞　LBS 3G GIS

　　一、引言

　　無(wú)線(xiàn)定位業(yè)務(wù)又稱(chēng)為位置業(yè)務(wù)(Location-Based Ser-vices，LBS)，是由移動(dòng)通信網(wǎng)提供的一種增值業(yè)務(wù)，通過(guò)一組定位技術(shù)獲得移動(dòng)臺的位置信息(如經(jīng)緯度坐標數據)，提供給移動(dòng)用戶(hù)本人或他人以及通信系統，實(shí)現各種與位置相關(guān)的業(yè)務(wù)。狹義地說(shuō)，LBS業(yè)務(wù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )獲取無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的位置信息，在地理信息系統平臺的支持下提供相應服務(wù)的一種無(wú)線(xiàn)增值業(yè)務(wù)。廣義地說(shuō)，只要是基于位置的信息服務(wù)均屬于位置服務(wù)，有些業(yè)務(wù)可能與用戶(hù)本身的位置無(wú)關(guān)，例如固定地點(diǎn)的天氣、固定起始終止點(diǎn)之間的公交路線(xiàn)等。但在移動(dòng)通信網(wǎng)中，LBS業(yè)務(wù)應用最多的應是與終端持有者本身的位置緊密相關(guān)的那些業(yè)務(wù)。

　　目前，電信業(yè)競爭激烈，移動(dòng)運營(yíng)商在不斷地尋找新的途徑去創(chuàng )造新的利潤點(diǎn)或者利潤增長(cháng)點(diǎn)。在各種移動(dòng)增值業(yè)務(wù)當中，移動(dòng)位置信息服務(wù)是最具市場(chǎng)潛力的一種。另一方面，隨著(zhù)我國私人汽車(chē)市場(chǎng)不斷增長(cháng)，以汽車(chē)移動(dòng)通信平臺的需求也將有很大的發(fā)展潛力，其中針對汽車(chē)的導航、跟蹤等位置業(yè)務(wù)是今后一個(gè)非常具有發(fā)展潛力的市場(chǎng)。

　　就無(wú)線(xiàn)定位服務(wù)而言，在傳統第二代無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )上發(fā)展位置服務(wù)，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(wù)類(lèi)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(hù)提供更豐富的信息提供了網(wǎng)絡(luò )帶寬的保證，使一些信息量較大的定位業(yè)務(wù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現成為可能，如地圖顯示、實(shí)時(shí)導航，甚至3D地圖服務(wù)等。LBS業(yè)務(wù)的類(lèi)型多種多樣，可以按照如下不同的分類(lèi)方式劃分：

　　(1)按業(yè)務(wù)請求方式劃分

　　·PULL類(lèi)LBS業(yè)務(wù)：移動(dòng)終端采用短消息、WAP接入等方式請求LBS；

　　·PUSH類(lèi)LBS業(yè)務(wù)：網(wǎng)絡(luò )根據特定的條件，主動(dòng)向移動(dòng)終端推送信息。

　　(2)按是否與用戶(hù)位置相關(guān)劃分

　　·與用戶(hù)位置有關(guān)的LBS，需要進(jìn)行定位；

　　·與用戶(hù)位置無(wú)關(guān)的LBS，無(wú)需定位。

　　(3)按照面向的用戶(hù)劃分

　　·水平市場(chǎng)——大眾應用；

　　·垂直市場(chǎng)——行業(yè)應用。

　　(4)GIS系統中對定位服務(wù)功能的劃分

　　·地圖服務(wù)，包括柵格地圖和矢量地圖；

　　·路徑搜索，包括最短路徑查詢(xún)、公交線(xiàn)路查詢(xún)等；

　　·地理編碼/逆地理編碼；

　　·測算。

　　二、實(shí)現LBS應用的網(wǎng)絡(luò )架構

　　在3G系統中，實(shí)現LBS應用的網(wǎng)絡(luò )模型如圖1所示。從圖1可以看出，實(shí)現LBS業(yè)務(wù)涉及到多個(gè)實(shí)體。

圖1　在3G系統中實(shí)現LBS應用的網(wǎng)絡(luò )架構 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/357983.htm

　　(1)定位操作平臺。通過(guò)各種定位技術(shù)來(lái)獲取移動(dòng)臺的位置信息。

　　(2)LCS中間件。向SP提供定位服務(wù)接口，SP通過(guò)LCS中間件訪(fǎng)問(wèn)運營(yíng)商的定位資源(GIS)，以及完成對LBS業(yè)務(wù)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(wù)，包括地圖服務(wù)、路徑搜索、目錄查詢(xún)等。

　　(4)SP。面向最終用戶(hù)提供LBS服務(wù)。

　　(5)CP。本文中所指的CP專(zhuān)指提供電子地圖數據、POI(興趣點(diǎn))信息的內容提供商。

　　(6)終端。需要與網(wǎng)絡(luò )交互完成定位操作(獲取終端經(jīng)緯度)，通過(guò)WAP/Java/BREW/SMS等方式與SP交互得到最終服務(wù)。對于矢量地圖服務(wù)，終端需要內置矢量地圖瀏覽器。

　　對于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，為了更好地開(kāi)展LBS服務(wù)，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(shí)現，但目前我國在基于LBS方式下的GIS系統的發(fā)展只是剛剛起步，因此由SP/CP自己實(shí)現GIS難度比較大。而且由SP/CP各自建立GIS對資源也是一種浪費，因此由運營(yíng)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(dòng)作用。

　　三、定位技術(shù)

　　定位操作平臺主要負責通過(guò)各種定位技術(shù)來(lái)獲得終端的經(jīng)緯度信息。目前，可供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )使用的定位技術(shù)多種多樣，下面將以cdma2000系統上實(shí)現的定位技術(shù)為例，介紹各種定位技術(shù)的實(shí)現方式。

　　1　基于網(wǎng)絡(luò )的定位技術(shù)

　　在CDMA系統中，為了實(shí)現軟切換，移動(dòng)臺在接收當前服務(wù)基站的信號的同時(shí)，需要不停地尋找來(lái)自其它基站的信號。如果發(fā)現來(lái)自其它基站的信號足夠強，移動(dòng)臺需要確定來(lái)自不同基站信號的時(shí)間差，為合并兩個(gè)信號做準備。移動(dòng)臺的這種能力為實(shí)現定位奠定了技術(shù)基礎。定位操作平臺可以通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò )獲取到終端的這些信息(導頻強度信息)進(jìn)行定位。其它一些基于網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)能夠提供更高的定位精度，例如測量移動(dòng)臺的環(huán)路時(shí)延、信號到達角度等，但這些技術(shù)都需要在基站上增加相應的測量設備，代價(jià)較高。

　　2　輔助GPS技術(shù)(AGPS)

　　輔助GPS技術(shù)主要依靠GPS衛星完成定位操作。移動(dòng)臺需要接收至少4個(gè)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(wǎng)絡(luò )。對一般的GPS定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，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(cháng)的時(shí)間，所以不能滿(mǎn)足快速移動(dòng)定位的需要。在輔助GPS技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò )可以根據移動(dòng)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動(dòng)臺。移動(dòng)臺根據這些信息，縮小搜索范圍、縮短搜索時(shí)間，更快地完成可用衛星的搜索過(guò)程。搜索完成之后，移動(dòng)臺需要通過(guò)和網(wǎng)絡(luò )的交互，將用于計算移動(dòng)臺位置的信息傳送給網(wǎng)絡(luò )，由網(wǎng)絡(luò )計算移動(dòng)臺的位置。

　　3　混合定位技術(shù)

　　CDMA系統中使用的混合定位技術(shù)主要使用了前面提到的兩種基于移動(dòng)臺的技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，GPS技術(shù)能夠提供很高的定位精度，但在很多情況下，移動(dòng)臺不能夠捕獲足夠多的GPS衛星。這時(shí)候，移動(dòng)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(shí)現室內定位。

　　4　基于移動(dòng)臺的GPS定位

　　對于一些需要快速連續定位的LBS業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)(例如實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)汽車(chē)導航)，可能要求每隔幾秒鐘刷新終端位置信息。在這種情況下，AGPS方式就很難滿(mǎn)足時(shí)間上的要求。因此，為了提高連續定位情況下的定位間隔時(shí)間，提出了基于移動(dòng)臺的GPS定位。與AGPS不同的是，基于移動(dòng)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(tài)，減少了與網(wǎng)絡(luò )的交互時(shí)間。但是初次定位時(shí)間(TTFF)基本上與AGPS方式下的相同，與AGPS一樣，需要從網(wǎng)絡(luò )側獲取GPS衛星的信息。

　　四、GIS系統

　　LBS服務(wù)中關(guān)鍵的核心是位置與地理信息，兩者相輔相成，缺一不可。一個(gè)經(jīng)緯度位置對于正常的使用來(lái)說(shuō)，并不代表任何意義，必須將其置于一個(gè)地理信息中來(lái)，才能代表為某個(gè)地點(diǎn)、標志、方位等，才能被人們所理解。因此，除了通過(guò)定位操作平臺獲取到終端的位置之外，必須通過(guò)GIS系統將經(jīng)緯度轉換成用戶(hù)真正關(guān)心的地理信息，如地圖、路徑搜索結果等。

　　對于無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商而言，如何發(fā)展面向最終用戶(hù)的SP是任何增值服務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵。而對于廣大的SP而言，對于涉及位置信息服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)——地理信息系統(GIS)不太了解。單從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，SP獨立提供位置信息服務(wù)的難度就很大。因為需要考慮如何和無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商的各種廠(chǎng)商的定位網(wǎng)關(guān)接口，考慮采用什么樣的地理信息系統，考慮采用什么樣的地圖數據庫，考慮如何去維護地圖數據庫，考慮如何開(kāi)發(fā)，考慮如何推動(dòng)市場(chǎng)的發(fā)展使得更多的用戶(hù)加入他們的運營(yíng)網(wǎng)絡(luò )等。對于以上考慮來(lái)說(shuō)，每個(gè)CP需要投入相當一大筆費用去建設一個(gè)提供地理信息服務(wù)的平臺，并且不斷地對地理信息數據進(jìn)行維護。

　　在這種情況下，非常不利于移動(dòng)位置信息服務(wù)的推廣，也不利于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的增值業(yè)務(wù)的發(fā)展。因此，SP在整個(gè)增值業(yè)務(wù)的價(jià)值鏈上的主要任務(wù)是加入自己有特色的服務(wù)，做市場(chǎng)推動(dòng)，發(fā)展盡可能多的最終用戶(hù)。

　　對于無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商僅有一個(gè)定位操作平臺是遠遠不夠的，它必須要將位置信息服務(wù)中的核心部件——地理信息服務(wù)平臺建設起來(lái)。讓CP減少投入，專(zhuān)注于自己的服務(wù)。

　　位置信息服務(wù)中的地理信息服務(wù)平臺是一個(gè)關(guān)鍵部件。從無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商管理和開(kāi)通位置信息服務(wù)的角度來(lái)看，能夠使得無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商提供較為全面的位置信息服務(wù)，同時(shí)也集中地管理并維護了地圖數據庫，使得各個(gè)想要進(jìn)入位置信息服務(wù)行業(yè)的CP門(mén)檻大大降低，從而促使位置信息服務(wù)的發(fā)展。

　　1　地理信息系統的發(fā)展

　　地理信息目前已經(jīng)滲透到各行各業(yè)的信息系統中。從需求角度看，無(wú)論是宏觀(guān)上的決策支持，綜合經(jīng)營(yíng)分析，還是具體業(yè)務(wù)層面的一個(gè)目標的定位、一條線(xiàn)路的規劃，都離不開(kāi)地理信息的支持。從技術(shù)角度看，隨著(zhù)計算機信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是近年來(lái)移動(dòng)計算領(lǐng)域和空間數據庫領(lǐng)域技術(shù)的不斷更新，地理信息技術(shù)(GIS)也在很多方面融入了新的特征。

　　在我國，地理信息系統的建設也越來(lái)越得到政府的重視，尤其是在一些特殊情況下，如類(lèi)似“非典”的情況，對于一些受關(guān)注人群和移動(dòng)物品的跟蹤，以及與地理位置相關(guān)的分析和研究，它對政府應對突發(fā)事件是非常重要的。

　　2　技術(shù)的發(fā)展

　　(1)從GIS到Web-GIS。早期的地理信息系統專(zhuān)業(yè)性色彩較強，需要引入復雜的數學(xué)模型，對最終使用者的要求較高，系統獨立設計，不對外開(kāi)放接口。這類(lèi)系統比較常見(jiàn)于地質(zhì)、氣象、水利、交通等行業(yè)的專(zhuān)業(yè)分析。在這種需求的驅動(dòng)下，按照Client/Server模式設計的應用系統居多，其最大的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)模型相對簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)成本較低。但隨著(zhù)這些C/S模式的信息系統的不斷投入使用，其缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。C/S模式下的應用系統由于其專(zhuān)業(yè)性使得只有少量的專(zhuān)業(yè)用戶(hù)可以使用，導致大量信息孤島的存在。而且其大規模部署及后期維護的成本相當高昂，這就使得應用系統的用戶(hù)數量和覆蓋范圍都受到很大的局限，在一定程度上已經(jīng)嚴重制約了地理信息系統的繼續發(fā)展。而另一方面，由于多數系統采用了獨立的設計，不同系統之間無(wú)法共享數據和功能，功能類(lèi)似的模塊被重復建設的問(wèn)題也越來(lái)越突出，造成投資的極大浪費。

　　近年來(lái)，地理信息系統的建設要求能夠滿(mǎn)足更多非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的需求。隨著(zhù)Internet的逐漸普及，廣大用戶(hù)對瀏覽器這種通用類(lèi)型、無(wú)須培訓的客戶(hù)端應用程序越來(lái)越認同，因此奠定了Web-GIS發(fā)展的基礎。另外，在技術(shù)層面上，用戶(hù)要求地理信息系統采用開(kāi)放式設計，對其他信息系統開(kāi)放可調用的接口以便集成。只有這樣地理信息系統的應用面才有可能從有限的傳統應用領(lǐng)域擴展開(kāi)來(lái)，同時(shí)覆蓋更多的用戶(hù)群。與Client/Server模式相比，Browser/Server模式在處理這些問(wèn)題上有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。因此在一些特定的領(lǐng)域，B/S模式已經(jīng)取代了C/S模式而成為了地理信息系統的首選開(kāi)發(fā)模式。

　　(2)從Web-GIS到網(wǎng)絡(luò )地理信息系統。進(jìn)入21世紀，人們已經(jīng)不再滿(mǎn)足于坐在辦公室或家中的電腦桌前獲得信息，而是提出了“隨時(shí)隨地獲取信息”(Anytime，Any-where，Anything)的更高要求。強烈的需求推動(dòng)了移動(dòng)計算領(lǐng)域技術(shù)的飛速發(fā)展，信息系統的客戶(hù)端從傳統的PC，工作站等桌面型設備擴展到了PDA，WAP/SMS/kJava/Brew手機等移動(dòng)終端上。由于所有的移動(dòng)終端首先強調的是易于攜帶的特征，在硬件設計上受到體積、重量、功耗等方面的限制，因而采用了完全不同于PC的操作系統和不同于IP網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)議。另一方面，地理信息系統的底層開(kāi)始與數據庫技術(shù)相結合而發(fā)展為空間數據庫?？臻g數據庫技術(shù)在管理海量數據、分布式數據存儲、解決屬性與空間數據一致性等問(wèn)題上比傳統的文件存儲方式有很大的優(yōu)勢，因而越來(lái)越受到大家的關(guān)注。

　　近年來(lái)，一些新建的地理信息系統開(kāi)始逐漸引入這兩方面的技術(shù)。這些系統要求應用層滿(mǎn)足對各類(lèi)終端設備的兼容，數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(lèi)型在內的所有基于網(wǎng)絡(luò )的地理信息系統通稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )地理信息系統。

　　由于網(wǎng)絡(luò )地理信息系統的復雜性已經(jīng)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(kāi)發(fā)工作量也變得越來(lái)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(lái)描述這些系統的共性。同時(shí)，在此基礎上提供產(chǎn)品級的解決方案，盡可能地為應用開(kāi)發(fā)人員提供良好的底層支持，以減少開(kāi)發(fā)系統的難度，提高系統的質(zhì)量。

　　從GIS到Web-GIS，再到網(wǎng)絡(luò )地理信息系統，應用上是從傳統領(lǐng)域向所有領(lǐng)域的發(fā)展，用戶(hù)群上是從少數專(zhuān)業(yè)用戶(hù)向大量普通用戶(hù)的發(fā)展，技術(shù)上是從簡(jiǎn)單架構向多層模型的發(fā)展。