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

　　關鍵詞　LBS 3G GIS

　　一、引言

　　無線定位業(yè)務又稱為位置業(yè)務(Location-Based Ser-vices，LBS)，是由移動通信網(wǎng)提供的一種增值業(yè)務，通過一組定位技術獲得移動臺的位置信息(如經(jīng)緯度坐標數(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)各種與位置相關的業(yè)務。狹義地說，LBS業(yè)務是通過無線通信網(wǎng)絡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服務的一種無線增值業(yè)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(yè)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(wǎng)中，LBS業(yè)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(yè)務。

　　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(fā)展?jié)摿Γ渲嗅槍ζ嚨膶Ш?、跟蹤等位置業(yè)務是今后一個非常具有發(fā)展?jié)摿Φ氖袌觥?

　　就無線定位服務而言，在傳統(tǒng)第二代無線通信網(wǎng)絡上發(fā)展位置服務，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)絡帶寬的保證，使一些信息量較大的定位業(yè)務通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)成為可能，如地圖顯示、實時導航，甚至3D地圖服務等。LBS業(yè)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(yè)務請求方式劃分

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

　　·PUSH類LBS業(yè)務：網(wǎng)絡根據(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(yè)應用。

　　(4)GIS系統(tǒng)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(xiàn)LBS應用的網(wǎng)絡架構

　　在3G系統(tǒng)中，實現(xiàn)LBS應用的網(wǎng)絡模型如圖1所示。從圖1可以看出，實現(xiàn)LBS業(yè)務涉及到多個實體。

圖1　在3G系統(tǒng)中實現(xiàn)LBS應用的網(wǎng)絡架構 本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/201706/357983.htm

　　(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(yè)務的計費、管理等功能。

　　(3)GIS系統(tǒng)。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(shù)據(jù)、POI(興趣點)信息的內容提供商。

　　(6)終端。需要與網(wǎng)絡交互完成定位操作(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。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(wǎng)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(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)一建設包括LCS中間件以及GIS系統(tǒng)，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(jīng)緯度信息。目前，可供移動網(wǎng)絡使用的定位技術多種多樣，下面將以cdma2000系統(tǒng)上實現(xiàn)的定位技術為例，介紹各種定位技術的實現(xiàn)方式。

　　1　基于網(wǎng)絡的定位技術

　　在CDMA系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)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(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備。移動臺的這種能力為實現(xiàn)定位奠定了技術基礎。定位操作平臺可以通過CDMA網(wǎng)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(wǎng)絡的技術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(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，并將計算結果報告給網(wǎng)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(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技術中，網(wǎng)絡可以根據(jù)移動臺當前所在的小區(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)絡的交互，將用于計算移動臺位置的信息傳送給網(wǎng)絡，由網(wǎng)絡計算移動臺的位置。

　　3　混合定位技術

　　CDMA系統(tǒng)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(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)務來說(例如實時動態(tài)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(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)絡側獲取GPS衛(wèi)星的信息。

　　四、GIS系統(tǒng)

　　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(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(fā)展面向最終用戶的SP是任何增值服務發(fā)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(tǒng)(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(wǎng)關接口，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(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的推廣，也不利于移動互聯(lián)網(wǎng)的增值業(yè)務的發(fā)展。因此，SP在整個增值業(yè)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(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(shù)據(jù)庫，使得各個想要進入位置信息服務行業(yè)的CP門檻大大降低，從而促使位置信息服務的發(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)務層面的一個目標的定位、一條線路的規(guī)劃，都離不開地理信息的支持。從技術角度看，隨著計算機信息技術的發(fā)展，尤其是近年來移動計算領域和空間數(shù)據(jù)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(tǒng)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(fā)事件是非常重要的。

　　2　技術的發(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，需要引入復雜的數(shù)學模型，對最終使用者的要求較高，系統(tǒng)獨立設計，不對外開放接口。這類系統(tǒng)比較常見于地質、氣象、水利、交通等行業(yè)的專業(yè)分析。在這種需求的驅動下，按照Client/Server模式設計的應用系統(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高昂，這就使得應用系統(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建設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、無須培訓的客戶端應用程序越來越認同，因此奠定了Web-GIS發(fā)展的基礎。另外，在技術層面上，用戶要求地理信息系統(tǒng)采用開放式設計，對其他信息系統(tǒng)開放可調用的接口以便集成。只有這樣地理信息系統(tǒng)的應用面才有可能從有限的傳統(tǒng)應用領域擴展開來，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優(yōu)勢。因此在一些特定的領域，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)絡地理信息系統(tǒng)。進入21世紀，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域技術的飛速發(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(tǒng)和不同于IP網(wǎng)絡的通信協(xié)議。另一方面，地理信息系統(tǒng)的底層開始與數(shù)據(jù)庫技術相結合而發(fā)展為空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫技術在管理海量數(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。這些系統(tǒng)要求應用層滿足對各類終端設備的兼容，數(shù)據(jù)層提供對異構或分布數(shù)據(jù)的良好支持，我們把包括這些類型在內的所有基于網(wǎng)絡的地理信息系統(tǒng)通稱為網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)。

　　由于網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的復雜性已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng)的C/S或B/S體系結構所能描述的范疇，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，在此基礎上提供產(chǎn)品級的解決方案，盡可能地為應用開發(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)的質量。

　　從GIS到Web-GIS，再到網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，應用上是從傳統(tǒng)領域向所有領域的發(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，技術上是從簡單架構向多層模型的發(fā)展。