基于位置的服務在3G系統中的應用

　　 
　　一、引言
　　無線定位業務又稱為位置業務(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及通信系統，實現各種與位置相關的業務。

狹義地說，LBS業務是通過無線通信網絡獲取無線用戶的位置信息，在地理信息系統平臺的支持下提供相應服務的一種無線增值業務。廣義地說，只要是基于位置的信息服務均屬于位置服務，有些業務可能與用戶本身的位置無關，例如固定地點的天氣、固定起始終止點之間的公交路線等。但在移動通信網中，LBS業務應用最多的應是與終端持有者本身的位置緊密相關的那些業務。
　　
　　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應用的網絡模型如圖1所示。從圖1可以看出，實現LBS業務涉及到多個實體。
　　　
　　圖1　在3G系統中實現LBS應用的網絡架構
　　
　　(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系統
　　LBS服務中關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系統將經緯度轉換成用戶真正關心的地理信息，如地圖、路徑搜索結果等。
　　
　　對于無線運營商而言，如何發展面向最終用戶的SP是任何增值服務發展的關鍵。而對于廣大的SP而言，對于涉及位置信息服務的關鍵技術――地理信息系統(GIS)不太了解。單從技術上來說，SP獨立提供位置信息服務的難度就很大。因為需要考慮如何和無線運營商的各種廠商的定位網關接口，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，考慮如何開發，考慮如何推動市場的發展使得更多的用戶加入他們的運營網絡等。對于以上考慮來說，每個CP需要投入相當一大筆費用去建設一個提供地理信息服務的平臺，并且不斷地對地理信息數據進行維護。
　　
　　在這種情況下，非常不利于移動位置信息服務的推廣，也不利于移動互聯網的增值業務的發展。因此，SP在整個增值業務的價值鏈上的主要任務是加入自己有特色的服務，做市場推動，發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中的核心部件――地理信息服務平臺建設起來。讓CP減少投入，專注于自己的服務。
　　
　　位置信息服務中的地理信息服務平臺是一個關鍵部件。從無線運營商管理和開通位置信息服務的角度來看，能夠使得無線運營商提供較為全面的位置信息服務，同時也集中地管理并維護了地圖數據庫，使得各個想要進入位置信息服務行業的CP門檻大大降低，從而促使位置信息服務的發展。
　　
　　1　地理信息系統的發展
　　
　　地理信息目前已經滲透到各行各業的信息系統中。從需求角度看，無論是宏觀上的決策支持，綜合經營分析，還是具體業務層面的一個目標的定位、一條線路的規劃，都離不開地理信息的支持。從技術角度看，隨著計算機信息技術的發展，尤其是近年來移動計算領域和空間數據庫領域技術的不斷更新，地理信息技術(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，對于一些受關注人群和移動物品的跟蹤，以及與地理位置相關的分析和研究，它對政府應對突發事件是非常重要的。
　　
　　2　技術的發展
　　
　　(1)從GIS到Web-GIS。早期的地理信息系統專業性色彩較強，需要引入復雜的數學模型，對最終使用者的要求較高，系統獨立設計，不對外開放接口。這類系統比較常見于地質、氣象、水利、交通等行業的專業分析。在這種需求的驅動下，按照Client/Server模式設計的應用系統居多，其最大的優點是開發模型相對簡單，開發成本較低。但隨著這些C/S模式的信息系統的不斷投入使用，其缺點也逐漸暴露出來。C/S模式下的應用系統由于其專業性使得只有少量的專業用戶可以使用，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數量和覆蓋范圍都受到很大的局限，在一定程度上已經嚴重制約了地理信息系統的繼續發

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