摘   要： 研究了移動定位技術(shù)的原理和實現(xiàn)方式，探討了移動定位系統(tǒng)的開發(fā)思路,、各子模塊的主要實現(xiàn)方法以及移動定位服務(wù)的業(yè)務(wù)類型和市場狀況,。
關(guān)鍵詞： MPS,；GIS；移動通信,；空間定位

　當前人們對信息的需求越來越強烈,，據(jù)統(tǒng)計，有80％的信息與位置有關(guān),。為了尋找某個人,、某個地點，常常耗去人們大量的精力,，隨著社會的發(fā)展,，生活節(jié)奏的加快，節(jié)省時間,、提高效率已經(jīng)成為一種很普遍的追求,，位置信息因此也成為人們最渴求的信息之一。另一方面,，空間定位技術(shù)和移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展也使快捷傳遞人們的地理位置成為可能,。在市場和技術(shù)雙重驅(qū)動之下，位置服務(wù)LBS（Location-Based Service）隨之發(fā)展起來,。移動位置服務(wù)通過一定的技術(shù)從移動網(wǎng)絡(luò)獲取移動終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標）,，提供給該用戶或通信系統(tǒng)，或者提供給其他請求得到該用戶位置的機構(gòu)或個人,，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù),。
　移動定位系統(tǒng)MPS（Mobile Position System）是將移動位置服務(wù)和地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）相結(jié)合，把移動終端的位置信息實時動態(tài)地傳遞給具體的地理信息應(yīng)用系統(tǒng),，從而提供不同類型的服務(wù),。
　目前國外已經(jīng)開展了許多基于GSM的移動定位業(yè)務(wù)。如美國通用汽車公司的全資子公司OnStar公司使用全球定位系統(tǒng)（GPS）和無線通信方式,，研發(fā)了第一個“智能駕駛”的安全保障及信息系統(tǒng),。在歐洲，移動位置業(yè)務(wù)正在興起發(fā)展,。愛立信的MPS可以在手機上指出目標的經(jīng)度和緯度,，利用GIS獲得的信息可以給出不同準確度的位置。MPS的核心是移動定位中心,，該中心是設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)上的定位網(wǎng)關(guān),，可支持大多數(shù)的電信標準。
　在國內(nèi),，中國移動和中國聯(lián)通兩大移動運營商都開通了移動位置服務(wù)功能,，主要采用Motorola和Erission公司的位置服務(wù)設(shè)備，囿于沒能很好把握客戶需求、開發(fā)力度不夠以及網(wǎng)絡(luò)速度和終端設(shè)備等原因,，目前用戶相對較少,。相信3G實施后，會有所改觀,。
1 移動定位技術(shù)
1.1 移動定位的分類
　采用適當?shù)亩ㄎ患夹g(shù)獲得位置信息是實現(xiàn)位置服務(wù)的必要前提,，根據(jù)不同的劃分準則，蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)有以下幾種分類方法：
?。?）根據(jù)定位系統(tǒng)所處的空間位置不同,，可分為GPS、地基定位系統(tǒng)及混合定位系統(tǒng)三種,。GPS以高精度,、全天候等特點在全球廣泛應(yīng)用，在車輛調(diào)度管理中發(fā)揮重要作用,；傳統(tǒng)的廣域無線電測向定位系統(tǒng)屬于地基定位系統(tǒng),；A-GPS系統(tǒng)是GPS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物，定位精度高,，克服了GPS在建筑物內(nèi)和市區(qū)存在盲區(qū)的缺點,，是未來蜂窩定位技術(shù)標準最有力的競爭者。
?。?）根據(jù)定位參數(shù)測量位置不同,，可分為基于網(wǎng)絡(luò)的定位及基于終端的定位兩種?；谛^(qū)標識的CELL_ID技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用,。到達時間差（TDOA）與CDMA系統(tǒng)相結(jié)合能提供50 m以內(nèi)的定位，是當前發(fā)展最迅速的定位技術(shù)之一,。增強觀測時間定位技術(shù)（E-OTD）是目前GSM系統(tǒng)中最有發(fā)展?jié)摿Φ幕诮K端的蜂窩定位技術(shù),，但采用該技術(shù)需要改變終端的軟硬結(jié)構(gòu)，因此目前還沒有廣泛應(yīng)用,。
?。?）根據(jù)定位所用參數(shù)不同，可分為場強測量法（SSOA）,、增強型場強測量法/多徑指紋法（ESSOA/FingerPrint）,、到達角度測量法（AOA）、到達時間/時間差測量法（TOA/TDOA）及混合參數(shù)定位法等,。
1.2 移動位置服務(wù)的原理
1.2.1 移動定位技術(shù)介紹
　基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)主要有以下幾種：
?。?）CGI+TA+NRM（Cell Global Identify+Timing Advance+Network Measurement Report）定位技術(shù)。它是根據(jù)移動臺所處的蜂窩小區(qū)ID號來確定用戶的位置的,，因此其定位精度取決于蜂窩小區(qū)的半徑,。在此基礎(chǔ)上可根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的蜂窩基本數(shù)據(jù)進行增強,，從而進一步提高精度。TA是通過信號到達的時間提前量,，在CELL_ID的基礎(chǔ)上進行位置計算,，適用于大范圍覆蓋區(qū)域或郊區(qū)。NMR是手機端用來測定基站的場強信號的,，此測量數(shù)據(jù)可以被用來估計手機端與基站的距離，又稱E-CGI,。
?。?）增強觀測時間差分/高級先向鏈路三角測量法E_OTD/AFLT（Enhanced Observed Time Difference/Advanced Forward Link Trilateration）。E－OTD定位技術(shù)是通過布置位置接收器或參考點實現(xiàn)的,。這些參考點分布在較廣區(qū)域內(nèi)的許多站點上,，作為位置測量單元。每個參考點都有一個精確的定時源,，當具有E－OTD功能的移動臺和位置測量單元接收到來自至少3個基站信號時,，從每個基站到達移動臺和位置測量單元的時間差將被計算出來，這些差值可以被用來產(chǎn)生幾組交叉雙曲線,，由此估計移動臺的位置,。在這種定位模式下，每個BTS必須嚴格同步,，如果不能做到這一點,，則需要每個基站安裝一個LMU（Location Measurement Unit）進行輔助定位。
?。?）輔助GPS（A-GPS）定位技術(shù),。GPS雖然定位精度比較高，但其響應(yīng)時間比較長,，這對于一些緊急應(yīng)用是無法接受的,。將GPS與通信網(wǎng)結(jié)合起來，實現(xiàn)一種精度高,、定位快的方式——輔助GPS定位,。其基本思想是建立一個GPS參考網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)相連,，通信網(wǎng)的移動臺內(nèi)置一個GPS接收機,。通信網(wǎng)將GPS參考網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的輔助數(shù)據(jù)（如差分校正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星運行狀況）傳送給移動臺,，并將通信網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中移動臺的近似位置或小區(qū)基站位置傳送給移動臺,。移動臺得到這些信息后，根據(jù)自己所處的近似位置和當前的衛(wèi)星狀態(tài)可以很快地捕獲到衛(wèi)星信號,。
1.2.2 移動定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方案
　定位系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)主要有3種：
?。?）基于移動臺（MS）的定位——自主定位系統(tǒng),，它分為有兩類：一類是將GPS接收機集成于MS中；另一類是MS接收不同BTS（Base Transceiver Station）的信號,，通過進行運算定位,。
　（2）基于網(wǎng)絡(luò)的定位——遠程定位系統(tǒng),，它是由不同的BTS接收MS發(fā)射的信號,，進行參數(shù)測量，實現(xiàn)對MS的定位,。
?。?）混合定位系統(tǒng)——自定位系統(tǒng)與遠程定位系統(tǒng)相結(jié)合，是將測算位置所需要的定位函數(shù)放置在移動臺中,，將混合函數(shù)放置于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,，測定計算過程由移動臺和網(wǎng)絡(luò)共同完成。
1.2.3 移動定位系統(tǒng)的組成
　移動位置應(yīng)用服務(wù)的主要技術(shù)手段是依據(jù)GIS和移動通信技術(shù),，主要方法是利用移動網(wǎng)絡(luò)的可定位功能,、短消息服務(wù)功能以及地圖信息數(shù)據(jù)庫，由應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)來完成所需的定位業(yè)務(wù),。
在系統(tǒng)實現(xiàn)上,，主要由位置信息傳輸和接口單元、位置獲取和確定單元,、基于位置信息的應(yīng)用服務(wù),、城市地圖與信息數(shù)據(jù)庫及服務(wù)器共同組成，協(xié)調(diào)分工,。
?。?）位置信息傳輸和接口單元：GSM規(guī)范中稱為移動定位中心網(wǎng)關(guān)（GMLC），CDMA規(guī)范中稱為移動定位中心（MPC）,，通過標準的軟硬件接口將SMLC/PDE收到的定位數(shù)據(jù)傳送到提供定位服務(wù)或有定位需求的實體進行處理,。
　（2）位置獲取和確定單元：GSM規(guī)范中稱為移動定位中心（SMLC）,，CDMA規(guī)范中稱為定位實體（PDE）,，SMLC/PDE可與多個定位單元（LMU）連接，當收到MPC的位置請求時,，PDE與MSC,、BSC以及MS等相關(guān)設(shè)備交換信息，利用各種測量信息和各種數(shù)據(jù)通過特定的算法完成具體的定位計算,，并將最后的計算結(jié)果報告給MPC,。
　（3）基于位置信息的應(yīng)用服務(wù)：即定位服務(wù)客戶機（LCS Clients）,，主要與GMLC或MPC連接,，提供移動用戶之間信息傳遞通路,，完成移動用戶查詢請求及查詢結(jié)果的接收與發(fā)送工作。
?。?）業(yè)務(wù)承載平臺：主要是地理信息系統(tǒng)集成,，包括矢量地圖數(shù)據(jù)的采集、整理和更新,，地理信息的拓撲查詢和拓撲分析,，以及建立在其上的業(yè)務(wù)應(yīng)用。
移動定位系統(tǒng)的常見組網(wǎng)方式如圖1所示,。

1.3 移動定位系統(tǒng)接入方法

　移動定位系統(tǒng)的接入方法主要有：網(wǎng)絡(luò)接入（包括Web,、專網(wǎng)、PDA等）,、短信接入、WAP接入和語音接入等幾種,。不同的應(yīng)用接入方式特指應(yīng)用提供一方和MPC移動定位中心的連接,。同一應(yīng)用對幾種方式可能互有交叉，業(yè)務(wù)流向也是多種多樣的,。
2 移動定位系統(tǒng)的開發(fā)思路
　目前移動定位平臺已經(jīng)是相當成熟的產(chǎn)品了,，從硬件到軟件，各大移動設(shè)備制造商都提供了完善的解決方案,。移動定位服務(wù)作為一項通信增值業(yè)務(wù),，其核心競爭焦點是GIS的服務(wù)能力、點信息（POI）收集能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力,，因此,，對于移動定位系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，應(yīng)集中以下3個方面：
?。?）GIS服務(wù)的開發(fā),。其不僅包括傳統(tǒng)意義上C/S結(jié)構(gòu)的GIS開發(fā)，也包括B/S結(jié)構(gòu)的WebGIS開發(fā),。
?。?）移動終端（MS）的應(yīng)用開發(fā)。當定位服務(wù)提供地理信息的Web發(fā)布時,，具有WAP上網(wǎng)功能的移動終端則可以獲取豐富的地圖信息,，并可以和GIS服務(wù)器進行更直觀的交互，但要實現(xiàn)這些功能就要對移動終端進行應(yīng)用開發(fā),。
?。?）定位服務(wù)客戶機開發(fā)。主要指短信服務(wù)中心,、WAP網(wǎng)關(guān)的開發(fā),。
2.1 GIS服務(wù)的開發(fā)
　移動定位服務(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,、標志和方位等,，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,。
　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，一些新建的地理信息系統(tǒng)開始在應(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,，應(yīng)用上從傳統(tǒng)領(lǐng)域向所有領(lǐng)域的發(fā)展，用戶群上從少數(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,，因此GIS也在很多方面融入了新的特征。
2.1.1 地理信息數(shù)據(jù)庫的建立
　地理信息數(shù)據(jù)的存儲經(jīng)歷了文件存儲,、文件/數(shù)據(jù)庫分別存儲和空間數(shù)據(jù)庫存儲,。
地理空間信息是對地理空間實體的抽象描述，地理空間實體是指具有空間分布和一定集合形狀的事務(wù)和現(xiàn)象,，它有空間要素和屬性要素兩個最基本的特征,。地理空間信息的組織模型如圖2所示。

　地理空間要素的表示有柵格方式和矢量方式,。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,、操作簡便，但是精度低,、數(shù)據(jù)存儲量大,，難以建立實體間的拓撲關(guān)系,，難以操作單個實體。而矢量方式則點,、線,、面來描述空間要素，它顯示了建立地理空間實體間的空間關(guān)系,，其優(yōu)點是精度高,、易于完整地表達實體間的拓撲關(guān)系，容易操縱單個目標,，數(shù)據(jù)存儲量小,，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對復雜。
2.1.2 C/S結(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)
　目前C/S結(jié)構(gòu)是地理信息系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)方式,，大多數(shù)的地理信息系統(tǒng)都是C/S結(jié)構(gòu)的,。
目前地理信息系統(tǒng)的二次開發(fā)平臺相當豐富，都能實現(xiàn)復雜的空間查詢和空間查詢,。最著名的是MapInfo公司和ESRI公司提供的二次開發(fā)平臺,。其中有MapInfo公司的MapX控件、MapInfoPro Ruantime以及ESRI公司的MapObjects控件,、ArcEngine組件庫。
2.1.3 WebGIS開發(fā)
　WebGIS是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的趨勢,，它是GIS與互聯(lián)網(wǎng)的有機結(jié)合,，是GIS在廣域網(wǎng)環(huán)境下的一種應(yīng)用，最終目標是實現(xiàn)空間信息的網(wǎng)絡(luò)化,。GIS通過國際互聯(lián)網(wǎng)在功能上得到了延伸,，真正成為一種大眾使用的信息工具。從國際互聯(lián)網(wǎng)的任意一個節(jié)點,，人們可以瀏覽網(wǎng)上的各種分布式的地理空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù),，進行地理空間分析、查詢,，以支持智能輔助決策,，WebGIS提供給用戶的信息不僅有矢量化的空間信息，還有遙感影像,、動態(tài)視頻及文字說明等多種信息,。
　常見的WebGIS的結(jié)構(gòu)體系是由數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器和客戶端組成的三層結(jié)構(gòu)體系,。它把數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用邏輯分開,，相對于最初的兩層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的改變對應(yīng)用的影響減少了,?？蛻粝騑eb服務(wù)器通過HTTP協(xié)議請求數(shù)據(jù)服務(wù),，服務(wù)器返回HTML方式書寫的服務(wù)頁面。按照瀏覽器和服務(wù)器端功能多少,，可以劃分為胖客戶器/瘦服務(wù)器和瘦客戶器/胖服務(wù)器兩種,。胖客戶即基于Applet等有較多功能的客戶端，瘦客戶即基于瀏覽器等功能較少的客戶端,。
　WebGIS的開發(fā)平臺有MapInfo公司的MapXTreme,、MapX Java版，ESRI公司的IMS系列,、ArcGIS Server和MapObjects Java版,。
2.2 移動終端應(yīng)用開發(fā)
　隨著以高速數(shù)據(jù)傳輸為特征的2.5G和3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，以及智能手機等下一代移動裝置的出現(xiàn),，加之用戶對手機應(yīng)用程序多樣性的期望以及運營商回收網(wǎng)絡(luò)建設(shè)高額投資的要求,，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)正悄然升溫，而其中移動應(yīng)用平臺的角色尤為關(guān)鍵,。
移動終端的操作系統(tǒng)主要有80％的手機制造商支持的Symbian OS,、掌上電腦巨頭Palm的Palm OS、開放的Linux與微軟的Smartphone,；移動終端上的應(yīng)用開發(fā)平臺基本上是兩強爭霸,，即Sun公司的J2ME（Java 2 Micro Edition）和高通公司的BREW（Binary Runtime Environment for Wireless）。J2ME和BREW性能比較如表1所示,。

　在各種移動平臺中,，Java技術(shù)獲得了最廣泛的支持，而應(yīng)用開發(fā)上J2ME與C++又是一個極好的的互補,。
對于定位服務(wù)客戶機的開發(fā),，主要是基于短信服務(wù)（SMS）和WAP服務(wù)網(wǎng)關(guān)，在此不再做進一步介紹,。
移動位置服務(wù)在中國已經(jīng)開展了多年,，但始終處于市場導入的初級階段，現(xiàn)有位置服務(wù)大都屬于“模糊定位”的初級位置服務(wù),，業(yè)務(wù)內(nèi)容單一,，加上主要角色推廣力度不夠，產(chǎn)品認知度低,，致使用戶的潛在需求并沒有釋放出來,。本文研究了移動定位技術(shù)的原理和實現(xiàn)方式的，探討了移動定位系統(tǒng)的開發(fā)思路和各子模塊的主要實現(xiàn)方法以及移動定位服務(wù)的業(yè)務(wù)類型和市場狀況,。
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