基于位置的服務(wù)在3G系統(tǒng)中的應(yīng)用（上）

　　摘要　對LBS的概念和應(yīng)用進行了描述，介紹了在3G系統(tǒng)中實現(xiàn)LBS的定位技術(shù)和GIS系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞　LBS 3G GIS

　　一、引言

　　無線定位業(yè)務(wù)又稱為位置業(yè)務(wù)(Location-Based Ser-vices，LBS)，是由移動通信網(wǎng)提供的一種增值業(yè)務(wù)，通過一組定位技術(shù)獲得移動臺的位置信息(如經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù))，提供給移動用戶本人或他人以及通信系統(tǒng)，實現(xiàn)各種與位置相關(guān)的業(yè)務(wù)。狹義地說，LBS業(yè)務(wù)是通過無線通信網(wǎng)絡(luò)獲取無線用戶的位置信息，在地理信息系統(tǒng)平臺的支持下提供相應(yīng)服務(wù)的一種無線增值業(yè)務(wù)。廣義地說，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)可能與用戶本身的位置無關(guān)，例如固定地點的天氣、固定起始終止點之間的公交路線等。但在移動通信網(wǎng)中，LBS業(yè)務(wù)應(yīng)用最多的應(yīng)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，移動運營商在不斷地尋找新的途徑去創(chuàng)造新的利潤點或者利潤增長點。在各種移動增值業(yè)務(wù)當(dāng)中，移動位置信息服務(wù)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(fā)展?jié)摿Γ渲嗅槍ζ嚨膶?dǎo)航、跟蹤等位置業(yè)務(wù)是今后一個非常具有發(fā)展?jié)摿Φ氖袌觥?

　　就無線定位服務(wù)而言，在傳統(tǒng)第二代無線通信網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展位置服務(wù)，由于二代系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力較低，因此所能提供的定位服務(wù)類型也受到限制。而3G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力比2G系統(tǒng)有很大提高，為向用戶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)通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)成為可能，如地圖顯示、實時導(dǎo)航，甚至3D地圖服務(wù)等。LBS業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)請求方式劃分

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

　　·PUSH類LBS業(yè)務(wù)：網(wǎng)絡(luò)根據(jù)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(guān)劃分

　　·與用戶位置有關(guān)的LBS，需要進行定位；

　　·與用戶位置無關(guān)的LBS，無需定位。

　　(3)按照面向的用戶劃分

　　·水平市場——大眾應(yīng)用；

　　·垂直市場——行業(yè)應(yīng)用。

　　(4)GIS系統(tǒng)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、公交線路查詢等；

　　·地理編碼/逆地理編碼；

　　·測算。

　　二、實現(xiàn)LBS應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　在3G系統(tǒng)中，實現(xiàn)LBS應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。從圖1可以看出，實現(xiàn)LBS業(yè)務(wù)涉及到多個實體。

圖1　在3G系統(tǒng)中實現(xiàn)LBS應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 本文引用地址：http://2s4d.com/article/201706/357983.htm

　　(1)定位操作平臺。通過各種定位技術(shù)來獲取移動臺的位置信息。

　　(2)LCS中間件。向SP提供定位服務(wù)接口，SP通過LCS中間件訪問運營商的定位資源(GIS)，以及完成對LBS業(yè)務(wù)的計費、管理等功能。

　　(3)GIS系統(tǒng)。提供各種基于LBS應(yīng)用的地理信息服務(wù)，包括地圖服務(wù)、路徑搜索、目錄查詢等。

　　(4)SP。面向最終用戶提供LBS服務(wù)。

　　(5)CP。本文中所指的CP專指提供電子地圖數(shù)據(jù)、POI(興趣點)信息的內(nèi)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(nèi)置矢量地圖瀏覽器。

　　對于移動網(wǎng)絡(luò)運營商來說，為了更好地開展LBS服務(wù)，首先需要建設(shè)定位操作平臺。對于GIS系統(tǒng)，可以由SP/CP自己實現(xiàn)，但目前我國在基于LBS方式下的GIS系統(tǒng)的發(fā)展只是剛剛起步，因此由SP/CP自己實現(xiàn)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，因此由運營商統(tǒng)一建設(shè)包括LCS中間件以及GIS系統(tǒng)，將對LBS應(yīng)用的推廣起到很大的推動作用。

　　三、定位技術(shù)

　　定位操作平臺主要負責(zé)通過各種定位技術(shù)來獲得終端的經(jīng)緯度信息。目前，可供移動網(wǎng)絡(luò)使用的定位技術(shù)多種多樣，下面將以cdma2000系統(tǒng)上實現(xiàn)的定位技術(shù)為例，介紹各種定位技術(shù)的實現(xiàn)方式。

　　1　基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

　　在CDMA系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)軟切換，移動臺在接收當(dāng)前服務(wù)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(fā)現(xiàn)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(zhǔn)備。移動臺的這種能力為實現(xiàn)定位奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。定位操作平臺可以通過CDMA網(wǎng)絡(luò)獲取到終端的這些信息(導(dǎo)頻強度信息)進行定位。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，例如測量移動臺的環(huán)路時延、信號到達角度等，但這些技術(shù)都需要在基站上增加相應(yīng)的測量設(shè)備，代價較高。

　　2　輔助GPS技術(shù)(AGPS)

　　輔助GPS技術(shù)主要依靠GPS衛(wèi)星完成定位操作。移動臺需要接收至少4個GPS衛(wèi)星的信號，根據(jù)這些信息完成定位計算，并將計算結(jié)果報告給網(wǎng)絡(luò)。對一般的GPS定位技術(shù)來說，需要GPS接收機在全空域范圍內(nèi)搜索可以使用的GPS衛(wèi)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(shù)中，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)移動臺當(dāng)前所在的小區(qū)，確定所在小區(qū)上空的GPS衛(wèi)星，將這些信息提供給移動臺。移動臺根據(jù)這些信息，縮小搜索范圍、縮短搜索時間，更快地完成可用衛(wèi)星的搜索過程。搜索完成之后，移動臺需要通過和網(wǎng)絡(luò)的交互，將用于計算移動臺位置的信息傳送給網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)計算移動臺的位置。

　　3　混合定位技術(shù)

　　CDMA系統(tǒng)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臺的技術(shù)。一般來說，GPS技術(shù)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(wèi)星。這時候，移動臺可以利用基站的信號補充衛(wèi)星的不足。這樣在降低一定精度的條件下，提高可用性，實現(xiàn)室內(nèi)定位。

　　4　基于移動臺的GPS定位

　　對于一些需要快速連續(xù)定位的LBS業(yè)務(wù)來說(例如實時動態(tài)汽車導(dǎo)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方式就很難滿足時間上的要求。因此，為了提高連續(xù)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(tài)，減少了與網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取GPS衛(wèi)星的信息。

　　四、GIS系統(tǒng)

　　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。一個經(jīng)緯度位置對于正常的使用來說，并不代表任何意義，必須將其置于一個地理信息中來，才能代表為某個地點、標(biāo)志、方位等，才能被人們所理解。因此，除了通過定位操作平臺獲取到終端的位置之外，必須通過GIS系統(tǒng)將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換成用戶真正關(guān)心的地理信息，如地圖、路徑搜索結(jié)果等。

　　對于無線運營商而言，如何發(fā)展面向最終用戶的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(tǒng)(GIS)不太了解。單從技術(shù)上來說，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線運營商的各種廠商的定位網(wǎng)關(guān)接口，考慮采用什么樣的地理信息系統(tǒng)，考慮采用什么樣的地圖數(shù)據(jù)庫，考慮如何去維護地圖數(shù)據(jù)庫，考慮如何開發(fā)，考慮如何推動市場的發(fā)展使得更多的用戶加入他們的運營網(wǎng)絡(luò)等。對于以上考慮來說，每個CP需要投入相當(dāng)一大筆費用去建設(shè)一個提供地理信息服務(wù)的平臺，并且不斷地對地理信息數(shù)據(jù)進行維護。

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

　　對于無線運營商僅有一個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(shè)起來。讓CP減少投入，專注于自己的服務(wù)。

　　位置信息服務(wù)中的地理信息服務(wù)平臺是一個關(guān)鍵部件。從無線運營商管理和開通位置信息服務(wù)的角度來看，能夠使得無線運營商提供較為全面的位置信息服務(wù)，同時也集中地管理并維護了地圖數(shù)據(jù)庫，使得各個想要進入位置信息服務(wù)行業(yè)的CP門檻大大降低，從而促使位置信息服務(wù)的發(fā)展。

　　1　地理信息系統(tǒng)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(tǒng)中。從需求角度看，無論是宏觀上的決策支持，綜合經(jīng)營分析，還是具體業(yè)務(wù)層面的一個目標(biāo)的定位、一條線路的規(guī)劃，都離不開地理信息的支持。從技術(shù)角度看，隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是近年來移動計算領(lǐng)域和空間數(shù)據(jù)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(tǒng)的建設(shè)也越來越得到政府的重視，尤其是在一些特殊情況下，如類似“非典”的情況，對于一些受關(guān)注人群和移動物品的跟蹤，以及與地理位置相關(guān)的分析和研究，它對政府應(yīng)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(tǒng)專業(yè)性色彩較強，需要引入復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，對最終使用者的要求較高，系統(tǒng)獨立設(shè)計，不對外開放接口。這類系統(tǒng)比較常見于地質(zhì)、氣象、水利、交通等行業(yè)的專業(yè)分析。在這種需求的驅(qū)動下，按照Client/Server模式設(shè)計的應(yīng)用系統(tǒng)居多，其最大的優(yōu)點是開發(fā)模型相對簡單，開發(fā)成本較低。但隨著這些C/S模式的信息系統(tǒng)的不斷投入使用，其缺點也逐漸暴露出來。C/S模式下的應(yīng)用系統(tǒng)由于其專業(yè)性使得只有少量的專業(yè)用戶可以使用，導(dǎo)致大量信息孤島的存在。而且其大規(guī)模部署及后期維護的成本相當(dāng)高昂，這就使得應(yīng)用系統(tǒng)的用戶數(shù)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(tǒng)的繼續(xù)發(fā)展。而另一方面，由于多數(shù)系統(tǒng)采用了獨立的設(shè)計，不同系統(tǒng)之間無法共享數(shù)據(jù)和功能，功能類似的模塊被重復(fù)建設(shè)的問題也越來越突出，造成投資的極大浪費。

　　近年來，地理信息系統(tǒng)的建設(shè)要求能夠滿足更多非專業(yè)用戶的需求。隨著Internet的逐漸普及，廣大用戶對瀏覽器這種通用類型、無須培訓(xùn)的客戶端應(yīng)用程序越來越認同，因此奠定了Web-GIS發(fā)展的基礎(chǔ)。另外，在技術(shù)層面上，用戶要求地理信息系統(tǒng)采用開放式設(shè)計，對其他信息系統(tǒng)開放可調(diào)用的接口以便集成。只有這樣地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用面才有可能從有限的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域擴展開來，同時覆蓋更多的用戶群。與Client/Server模式相比，Browser/Server模式在處理這些問題上有明顯的技術(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(tǒng)的首選開發(fā)模式。

　　(2)從Web-GIS到網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。進入21世紀(jì)，人們已經(jīng)不再滿足于坐在辦公室或家中的電腦桌前獲得信息，而是提出了“隨時隨地獲取信息”(Anytime，Any-where，Anything)的更高要求。強烈的需求推動了移動計算領(lǐng)域技術(shù)的飛速發(fā)展，信息系統(tǒng)的客戶端從傳統(tǒng)的PC，工作站等桌面型設(shè)備擴展到了PDA，WAP/SMS/kJava/Brew手機等移動終端上。由于所有的移動終端首先強調(diào)的是易于攜帶的特征，在硬件設(shè)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(tǒng)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(tǒng)的底層開始與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展為空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫技術(shù)在管理海量數(shù)據(jù)、分布式數(shù)據(jù)存儲、解決屬性與空間數(shù)據(jù)一致性等問題上比傳統(tǒng)的文件存儲方式有很大的優(yōu)勢，因而越來越受到大家的關(guān)注。

　　近年來，一些新建的地理信息系統(tǒng)開始逐漸引入這兩方面的技術(shù)。這些系統(tǒng)要求應(yīng)用層滿足對各類終端設(shè)備的兼容，數(shù)據(jù)層提供對異構(gòu)或分布數(shù)據(jù)的良好支持，我們把包括這些類型在內(nèi)的所有基于網(wǎng)絡(luò)的地理信息系統(tǒng)通稱為網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。

　　由于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的復(fù)雜性已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng)的C/S或B/S體系結(jié)構(gòu)所能描述的范疇，開發(fā)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(tǒng)的共性。同時，在此基礎(chǔ)上提供產(chǎn)品級的解決方案，盡可能地為應(yīng)用開發(fā)人員提供良好的底層支持，以減少開發(fā)系統(tǒng)的難度，提高系統(tǒng)的質(zhì)量。

　　從GIS到Web-GIS，再到網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，應(yīng)用上是從傳統(tǒng)領(lǐng)域向所有領(lǐng)域的發(fā)展，用戶群上是從少數(shù)專業(yè)用戶向大量普通用戶的發(fā)展，技術(shù)上是從簡單架構(gòu)向多層模型的發(fā)展。