空间位置信息服务(LBS)技术与应用综述

空间位置信息服务(LBS)技术与应用综述

空间位置信息服务(LBS)技术与应用综述 篇1

空间位置信息服务（LBS）技术与应用综述

一、LBS历史

基于空间位置信息服务(LBS)技术是一种整合Internet、无线通信移动定位与GIS的技术。LBS顾名思义，可以理解为与地理位置相关的信息服务。众所周知，地理信息系统(Geographic Information System, GIS)技术的主要特点就是能够向用户提供与空间位置相关的信息。从这个角度来看，几乎所有的基于GIS的信息服务都属于基于位置服务的范畴，我们可称之为广义的LBS服务。另一方面，随着计算机技术、无线通讯技术、定位技术(Positioning), Internet技术及移动计算(Mobile Computing)技术的飞速发展，由移动通信和互联网的融合而形成的移动环球网(Mobile Web)使用户在任何地点、任何时问都能通过移动终端中获取各种信息服务，其中包括与移动终端用户所在地理位置相关的服务，我们可以称之为狭义的LBS服务，也是本文主要关注的内容。

最早LBS源于北美，20世纪90年代美国的一项统计表明，约40%的911紧急呼叫来自移动电话。在实际情况中，绝大多数911呼叫者往往由于对当地环境的不熟悉或特殊限制而无法告知急救中心其确切位置，从而耽误了急救时间，造成不必要的损失。为了进一步改善公众安全系统，美国联邦通信委员会（FCC，Federal Communication Committee）于1996年6月正式将移动电话定位列为其增强型应急救急系统（E911）实施的强制规范。FCC规定，到2001年10月，所有的移动网络运营商必须以67%的概率和125米的精度，定位所有的911呼叫。本世纪初，欧洲的E112也提出了同样的带有一定倾向性的要求。相信不久的将来，我国的110和目前正悄然兴起的社会应急联动系统也都会把位置信息列入报警的服务标准之中。而在日本和韩国，由于丰富多彩的业务创新，移动定位服务才真正的市场化并融入市场主流。2000年1月，日本最大的无线运营商NTT DoKoMo公司率先在全球开通了基于PDC 网络和个人数字助理(PDA, Personal Digital Assistant)的LBS应用。此外，美国的斯普林特公司(Sprint PCS)，韩国的KTF等世界著名的电信运营商从2001年底开始，也陆续推出了基于手机的LBS应用。

在中国，福建移动早在2001年4月2日成功完成第一套位置服务系统的试验，并于同年7月27日开始面向福州市的手机用户推出试运行服务，采用了东软诺基亚的mPosition解决方案，其SP则为北京国都信业实业集团(移动梦网的服务代码为5588)，服务的具体内容包括:自我定位服务、都市小精灵定位服务、周边信息查询服务。随后中国移动兼顾大众市场和行业市场的移动定位服务试点工作，始终在有条不紊的进行着；而中国联通也及时地推出了主要面对大众市场的定位之星服务。

LBS业务的类型多种多样，可以按照如下不同的分类方式划分：(1)按业务请求方式划分

·PULL类LBS业务：移动终端采用短消息、WAP接入等方式请求LBS；

·PUSH类LBS业务：网络根据特定的条件，主动向移动终端推送信息。

(2)按是否与用户位置相关划分

·与用户位置有关的LBS，需要进行定位； ·与用户位置无关的LBS，无需定位。

(3)按照面向的用户划分 ·水平市场——大众应用； ·垂直市场——行业应用。

(4)GIS系统中对定位服务功能的划分 ·地图服务，包括栅格地图和矢量地图；

·路径搜索，包括最短路径查询、公交线路查询等； ·地理编码/逆地理编码； ·测算。

二、LBS的市场前景分析

就无线定位服务而言，在传统第二代无线通信网络上发展位置服务，由于二代系统数据传输能力较低，因此所能提供的定位服务类型也受到限制。而3G系统的数据传输能力比2G系统有很大提高，为向用户提供更丰富的信息提供了网络带宽的保证，使一些信息量较大的定位业务通过无线网络实现成为可能，如地图显示、实时导航，甚至3D地图服务。

从2001年12月到2003年3月，gpsOne定位手机的销量在日、韩、美超过1000万台。据美国一家战略咨询公司预测，到2008年AGPS手机的销量将达到1.591亿台，将占世界手机总量的22.8%。美国联邦通信委员会则明确规定，到2005年12月31日，所有手机厂商和销售公司的入市手机都必须带有定位功能。虽然是强制性措施，却取得了良好的效果，近年来，美国定位手机用户数量明显急剧增长。在中国，中国联通公司推出以“定位之星”命名的定位服务基于CDMA-1X网络，采用带有gpsOne辅助全球定位系统（AGPS）定位特性的手机和终端。具有gpsOne技术的移动平台，可以同时从GPS卫星和蜂窝网络收集测量数据，然后通过组合这些数据生成精确的三维定位。在GPS卫星信号和无线网络信号都无法单独完成定位的情形下，gpsOne系统会组合这两种信息源来完成定位，解决了传统方案无法解决的问题。目前gpsOne的定位精度达到了5～50米，完全可以让用户知道他们的确切位置，并可以同时上传和下传定位地点的数据，无论是在钢筋水泥的高楼大厦中，还是在会议中心、购物商场或是高楼林立的城市街道等极具挑战性的环境下，均能提供强大稳定的位置数据可用性。中国移动则直接利用Cell ID方法初步开始了移动位置服务业务，并计划对其网络稍许进行改造，提供AGPS的移动位置服务模式。其中北京移动已经正式推动位置服务业务，随着国内一些地区LBS业务的开通，LBS已经从概念开始转向实用。

卫星导航应用市场大体分为三大块：行业应用、专业应用和大众化应用。所谓大众化应用就是大批量市场，其中包括车辆监控和导航应用、定位手机、与PDA结合的导航应用等。位置服务因为它独有的特质推动了大众化、大批量市场的发展，并将在今后5～10年内形成一个巨大的市场。加上中国人口众多，位置服务大众化应用的推广潜力巨大，最终它将通过各种移动定位终端改变着人们的工作和生活。2003年8月份中国的移动电话用户总数量已超过2.5亿户，近些年来一直以每月平均500万新增用户的高速度蓬勃发展。欧洲许多国家的移动电话数量通常占人口百分比的70%～80%，而我国还不足总人口的20%的持有量。这样巨大的潜在持有量如果与定位功能结合起来，其市场规模一定十分惊人。据权威部门预测，至2010年我国的手机用户将达5亿户，其中有50%应用定位手机。因此在今后数年间，平均每年定位手机的市场需求量能达到4000万～5000万台。若每个用户的位置服务费按每月10元人民币计算，年服务收入则将超过300亿元人民币，市场前景相当可观。经过近几年的预热和市场培育，中国移动定位服务市场已经进入了市场培育后期，即将进入快速成长期。

三、LBS的技术手段

作为一个新兴产业，位置服务要打开局面肯定困难重重。自从1996年美国FCC发出E911报警必须带有位置信息的规定以后，移动位置服务的概念一直被炒作得沸沸扬扬，但实际进展在头几年却不太大。问题出在定位技术上，因为要达到规定的定位精度必须采用切实可行的技术手段，从而需要大量的网络改造投资。

一般情况下，LBS系统由以下几个功能部分组成:(1)空间位置获取(定位平台);(2)LBS管理;(3)信急传送;(4)地理信息系统(GIS);(5)移动终端;(6)业务服务提供。

空间位置获取系统主要是通过定位技术获取移动客户的准确地理位置，这里的地理位置数据是LBS系统的基础。

LBS管理系统一般由移动运营商负责运营和维护，是整个位置服务系统的核心，其将移动终端和业务服务提供系统联系起来，使移动客户能够从业务服务提供商那里获取他所需要的服务，如客户需要通过定位服务查询附近有哪些著名的花店、酒家信急。或者是业务服务提供商根据移动客户的位置信息主动将信急推向客户，如通过定位服务系统发布广告等。同时，LBS管理系统还负责隐私管理、用户认证管理、业务管理和计费管理等功能。

信息传送系统是指移动客户和运营商之间、运营商和内容提供商之间的信息传送平台，日前比较成熟的传送平台是SMS，当然还包括如CDMA2000 1X、GPRS等。GIS系统，完成将移动终端的地理数据信急转换成地图中可视化位置的功能。一般情况下，我们从定位系统中只能获取到终端的一维地理数据，这种数据只有通过GIS的处理，才能为业务服务提供商所用。得到客户的地理位置信息，也就相当具备了锁定特定客户的手段，只有具备了锁定特定客户的功能，才能向这些特定客户提供相应的LBS服务。GIS系统可以由运营商提供，也可以由业务服务提供商提供。

业务服务提供系统是为移动客户提供的服务信急的源泉。根据不同的市场细分，业务服务提供商可以为不同类型的客户提供不同的服务，如为时尚青年提供基于位置的游戏、聊天、交友服务，为家庭客户、商务人士提供的移动保姆、交通导航、商业广告服务，为行业用户提供车辆调度、紧急救援、物流配送服务等。

此外，还需大量网络改造，网络改造不仅涉及电信运营商的网络，还涉及到卫星导航技术和Internet技术的支持。因为信息服务最终是多个产业的融合，所以木桶效应会相当明显。在移动通信、卫星导航、Internet、地理信息系统、综合信息服务等多个产业中，若有一个跟不上，位置服务整个产业便会被拖住上不去。

整个产业的总体集成和市场开发，需要大企业集团用大手笔策划来规划运作，需要系统集成、组织协调、集结整合和总体推进，只有在较短时期内形成一定规模，拥有大批量用户群，才能大有作为。事实上，无论从产品或服务角度来说，位置服务都是个大市场，不是一家公司或几家公司就能做得了的，甚至也不是一个国家能做得了的，因此必须在技术、产品、市场、服务上开展国内外的大联合和大合作。

四、LBS业务的相关标准化工作

LBS业务实现可以分成两个层面，即位置的获取和信息的提供。相应地，标准化工作也对应不同的标准组织。

(1)对于位置的获取也就是定位技术的标准，目前主要在3GPP和3GPP2中进行标准化工作。相关的用户在业务层面的认证授权、业务漫游以及隐私管理等内容的标准工作，目前主要是在OMA中进行，但由于3GPP和3GPP2在OMA中对LBS的流程、网络结构等方面存在分歧，所以标准化的进度可能会放慢。同时，也应注意到，在3GPP2中实际上也在做与OMA相同的工作。

(2)对于地理信息提供层面上的标准工作，目前主要由OGC(Open GIS Consortium)负责制订，并且已经基本完成了除导航服务之外的其他业务。

在我国，目前已经完成了Le/L1接口(客户端与定位服务器之间的接口)的行业标准，以及WCDMA和cdma2000系统中的定位技术行业标准。与GIS相关的标准，目前也有了SP访问接口的企业标准。对应于OMA的基于IP层面的定位技术标准也将要启动。

五、LBS业务在我国的应用

1、应用前景 LBS业务是移动网络的一个特色业务，尤其是随着今后3G系统的使用，为LBS的应用提供了网络带宽的保障。由于LBS业务在我国也刚刚开始发展，影响其发展的因素也非常多，因此本文也只是就目前可以遇到的有发展潜力的LBS业务作一个简单的分析。

(1)手持终端的LBS应用

手持终端的LBS应用范围很广，可以基于话音，短信，WAP，Java/BREW和多媒体短信/邮件向大众用户提供各种服务，包括信息查询、地图服务、手持终端的导航、弱势群体的跟踪和区域告警(如老人和儿童)等。

(2)个人汽车的LBS应用

导航是LBS应用在汽车中的主要方式，目前我国已经有汽车导航的实际应用，这种应用是GPS接收机+简化版的GIS引擎+地图数据的模式，这种模式有其自身的局限性，如成本较高(对车载台的要求较高，如处理能力、存储能力)，地图资源不能共享(如需要存储大量的地图数据，对于驾车者偶尔经过的地区也需要存储)，不能做到动态的地图更新，业务组织灵活性也受限。而这些问题通过与移动网络结合可以解决。随着汽车市场的不断增加，汽车导航业务是需要移动运营商关注的一个业务增长点，可以结合运营商目前已经有的话音、短信等业务，向用户提供更丰富多样的LBS业务，如汽车防盗、跟踪、求救等。(3)行业应用

行业应用的范例很多，包括汽车调度(如出租车的调度)、物流管理、员工的跟踪(如邮递员的跟踪)等，这里不再一一描述。实现LBS业务面临的问题

LBS业务具有广阔的应用市场，但与其他基于移动网络的增值业务相比，其业务实现涉及的方面更多，难度更大，因此LBS业务要真正达到广泛应用，还面临一些问题需要解决。

(1)定位的精度

目前，LBS应用所能用到的精度最高的定位技术是GPS定位技术，但GPS定位存在局限性，如在深度室内环境下将无法进行GPS定位。如果采用基于网络的定位，精度则大大降低，目前还没有其他更好的解决方案。因此，比较实际可行的作法是，对业务进行划分，将各种不同业务对定位精度的要求进行分类。对于精度要求高的业务，由网络侧判断是否能够满足要求，并进行相应的处理。当然，最终的解决方案是能提出一种更先进和受地理环境限制小的定位技术，目前已经开始研究在室内实现高精度定位的技术。

(2)位置信息的收集和组织

LBS最终向用户提供与位置有关的内容，位置信息主要包括各个层面电子地图和POI信息。在电子地图方面，我国的各个部门都有某些层面的数据，但这些数据没有整合在一起，地图的现势性在各个地域也参差不齐，这一问题的解决不是运营商和地图数据提供商单方所能够办到的，需要国家统一进行组织，将各种地理信息资源整合在一起，为各个行业使用。对于POI信息，其丰富程度直接影响着用户对业务的满意度，因此需要内容提供商提供丰富的POI信息。但信息搜集的工作量是相当大的，需要实地去一一采集。因此，需要运营商将各种CP提供的POI信息进行整合，统一提供给用户，这部分工作需要运营商和各个内容提供商协调统一来做。

(3)矢量地图浏览器

导航业务，尤其是实时导航业务，如果通过网络来实现地图的实时下载，那么数据不能太大，否则用户使用的成本会很高，不利于推广。矢量地图是解决这一问题的方案，但矢量地图与各个GIS厂商系统内容矢量数据的格式密切相关，目前无法统一成相同的格式。因此，如果存在多种GIS系统共存时，业务的覆盖范围将存在局限性，这可以通过终端支持多个矢量地图浏览器来解决，但对终端的处理能力和存储能力要求较高。因此，这一问题也是值得注意的。

六、结束语

LBS业务具有广阔的发展前景，目前商用的LBS业争也达到了相当程度的渗透率。LBS业务涉及的领域很多，需要移动通信领域与GIS领域相结合来共同实现。我国目前很重视GIS领域的发展，国内已经有相当多具有一定实力和发展潜力的GIS厂商。相信随着今后LBS业务需求的不断增长，以及我国GIS领域的不断发展完善，LBS业务将得到更广泛的应用。