基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務研究＊

康 永，胡安平

（西安導航技術研究所，陜西 西安710068）

0 引 言

2012年10月25日，我國“長征三號丙”運載火箭，將第16顆北斗導航靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射升空，加快了我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網(wǎng)進程，對實現(xiàn)全球覆蓋起到積極的推動作用?？梢灶A計，不久的將來，我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將按照計劃實現(xiàn)在全球范圍內(nèi)的應用。在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)平臺上，會出現(xiàn)諸多的應用，其中，基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務系統(tǒng)是一種很有前景的應用方式。

1 概念與內(nèi)涵

所謂基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務，是在云計算、云存儲、云安全等技術的基礎上，進行網(wǎng)絡化北斗導航信息服務的方式，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)、通過虛擬化方式共享資源的北斗導航服務模式，存儲和導航資源可以按需動態(tài)部署、動態(tài)優(yōu)化、動態(tài)收回。若用新名詞來說，可以稱為北斗“云導航”位置服務技術。“云導航”的基本原理就是用戶端的簡單化，僅負責數(shù)據(jù)輸入和讀取，而將龐雜的導航信息處理融合工作交給“云”，也就是聯(lián)網(wǎng)的計算機群和數(shù)據(jù)中心來處理。在“云導航”中，采用“云計算”技術進行導航信息處理，即導航信息的交付和使用通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式提供用戶所需導航、定位和授時服務。基于北斗“云導航”的電子信息服務平臺，用戶端是聯(lián)網(wǎng)的北斗導航設備，可以采集車載用戶位置、速度等信息，將這些信息提交給云端，云端根據(jù)這些信息，同時結合地理信息系統(tǒng)，評估當前路段交通狀況，再通過終端反饋給用戶以提供行車參考，從而達到節(jié)省時間、節(jié)約能源的效果。云端也負責計算復雜行駛路線、地圖更新、路況信息的推送、業(yè)務系統(tǒng)的集成等。采用“云導航”模式，能實現(xiàn)許多現(xiàn)有導航終端模式所不能實現(xiàn)的功能，例如輔助導航、增強導航等，側重于提供與位置相關的服務，提升了現(xiàn)有衛(wèi)星導航應用的性能。另外，北斗導航系統(tǒng)是我國自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，因此，基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務可以提供北斗系統(tǒng)自身的運行數(shù)據(jù)，為用戶提供國外衛(wèi)星導航系統(tǒng)所不能提供的北斗運營數(shù)據(jù)，增強用戶的導航性能，這也是基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務的特色。

基于網(wǎng)絡的北斗“云導航”技術，把北斗運控和監(jiān)測系統(tǒng)作為其組成部分之一，采用北斗導航＋“云計算”＋“云存儲”＋“云安全”的網(wǎng)絡化處理模式，能夠提供北斗導航數(shù)據(jù)的增值服務，與“位置云”等系統(tǒng)相比具有一定的優(yōu)越性和先進性。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展情況

國外早期的位置服務，大多是采用基于GPS＋專用通信網(wǎng)的形式。1996年，美國FCC要求公眾無線網(wǎng)絡能夠追逐到用戶的位置，以滿足E911相關要求。自2001年美國“911”事件后，美國政府要求加強E911能力，采用GPS、無線通信技術來增強位置服務。2001年12月，日本的KDDI推出第一個商業(yè)化位置服務。在韓國，KTF于2002年2月利用GPSOne技術成為韓國首家在全國范圍內(nèi)通過移動通信網(wǎng)絡向用戶提供商用移動定位業(yè)務的公司。2004年7月，韓國SK電訊推出了保障兒童安全的網(wǎng)絡定位服務——i－Kids，用來確認孩子當前的位置和活動路徑，一旦孩子的活動超出設置的范圍，就會自動發(fā)出報警短信［1］。

以美國和歐洲交通管理部門為首的相關機構曾提出了面向全IP時代的下一代911系統(tǒng)的構想。它的先進性體現(xiàn)在：不僅能夠承載語音，還能夠用文字、語音和圖像等多媒體形式更好地、自動地為緊急救援服務；公共安全應答點（PSAP）的位置將變得不再重要，呼叫將根據(jù)地理坐標自動進行路由，并且系統(tǒng)可以支持轉接回退等功能；利用IP路由技術更好地處理鏈路擁塞問題。

英國移動運營商O2公司在2009年11月推出業(yè)務品牌為O2More的位置信息服務，用戶基于Web設定自己接收廣告信息的偏好（如商家品牌類型、接收時間、接收頻率等），一旦用戶接近商家門店附近，就自動收到訂閱的廣告信息。瑞典愛立信公司在世界各地部署了約120套LBS系統(tǒng)，支持包括CELL ID、CELL ID＋TA、AECID、ECGI、AGPS等在內(nèi)的各種定位技術，支持2G、3G、LTE和IMS網(wǎng)絡，充分保證用戶隱私［2］。

近年來，在基于位置服務相關的應用方面，美國谷歌公司走在世界前列，最主要的產(chǎn)品是谷歌地球及相關地圖位置服務。2005年6月20日，Google Maps的覆蓋范圍，從原先的美國、英國及加拿大，擴大至全球。2005年9月，Google和北京圖盟科技有限公司（Mapabc）合作出版中國大陸地區(qū)的Google本地。后來，Google本地重新命名為Google地圖?；贕oogle地圖，可以提供導航、購物、餐飲、娛樂等多種服務［3］。Garmin公司于2011年，推出了基于云導航的服務，主要用于iPhone手機移動應用。

2.2 國內(nèi)發(fā)展情況

國內(nèi)最早開展位置服務是在上世紀九十年代初，GPS開始在國內(nèi)得到應用，一般需要自建專用移動電臺網(wǎng)絡，在區(qū)域實現(xiàn)基于GPS的位置監(jiān)控服務，例如運鈔車監(jiān)控等。隨著公用移動通信網(wǎng)的發(fā)展，位置服務的無線通信逐步由電臺轉向采用2G和3G公共移動通信網(wǎng)絡。中國移動在2002年11月開通“我在哪里”、“你在哪里”的位置服務，在2009年5月中國移動又開通了“位置服務”、“位置交友”等；2003年，中國聯(lián)通在其CDMA網(wǎng)上推出“定位之星”業(yè)務；中國電信也曾經(jīng)啟動了在小靈通（PHS）平臺上的位置服務業(yè)務［1］。國內(nèi)專業(yè)領域的基于位置服務得到一定的發(fā)展，曾涌現(xiàn)出像賽格、中國衛(wèi)通這樣的較大的基于位置的服務（LBS）提供商，這些位置服務商一般采用了GPS＋移動通信的方式，為車輛等移動載體提供位置服務。隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，基于北斗的導航通信服務在交通運輸、漁業(yè)等領域逐步得到越來越廣泛的應用。

2010年8月，北京合眾思壯科技股份有限公司推出了“位置云”技術，采用3S技術（遙感技術（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）和網(wǎng)絡技術（IT），提供基于位置的服務［4］。國內(nèi)開展類似技術研究的單位還有四維圖新、超圖數(shù)碼、數(shù)字政通、北斗星通、華力創(chuàng)通等多家上市企業(yè)和北大、清華、北航等高校。國內(nèi)的百度也推出了百度地圖，提供基于網(wǎng)絡的相關位置服務。

3 體系架構設計

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務平臺分為用戶端、無線通信網(wǎng)絡、云導航網(wǎng)絡服務端三個部分，融合了3S技術、IT技術、云計算、云存儲、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡與通信技術等多種技術手段，吸納所有與北斗導航定位和位置時間相關的信息及資訊，利用分布式云處理平臺進行信息融合和處理，為各領域用戶提供基于位置和時間的各種信息服務［5－7］。由于北斗導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務平臺可以將北斗連續(xù)運行監(jiān)測系統(tǒng)以及北斗數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)相連接，提供具有我國北斗特色的位置信息增強服務。

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務平臺的用戶端設備，采用標準模塊化設備搭建，硬件設計上盡量簡化以降低成本和功耗，將大量的信息處理能力通過網(wǎng)絡云端處理，網(wǎng)絡服務端將信息處理后，實時發(fā)送到用戶端進行顯示和信息服務。

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務體系架構如圖1所示。

圖1 基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務體系架構

3.1 用戶端設計

用戶端采用模塊化低功耗設計，并且進行小型化和低成本設計，以方便攜帶與使用。在工業(yè)和特種應用領域，根據(jù)需要，除了配置北斗導航／通信模塊外，還可以配置其它導航定位模塊以增強其導航定位服務的可用性，其它的導航定位模塊包括有GPS、GLONASS、GALILEO衛(wèi)星導航模塊以及基于WiFi的無線定位模塊（如SKYHOOK）等；由于北斗系統(tǒng)是我國自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在客戶端可以獲得獨有的北斗增強服務信息，提升用戶的導航性能；在無線通信方面，根據(jù)工作范圍及信息交互容量要求，選擇北斗短消息通信、WiFi通信、3G／4G無線網(wǎng)絡通信、衛(wèi)星移動通信等多種配置；在人機交互方面，根據(jù)信息交互的要求，選擇鼠標／鍵盤、觸摸屏、語音聲控等多種方式；另外，為了更好的實現(xiàn)云導航服務，需要在用戶端加入位置環(huán)境信息采集模塊，采集諸如路況擁堵（通過采集里程計速度）、溫濕度天氣等信息，發(fā)送給網(wǎng)絡服務中心，以便更好的為其它用戶提供云導航服務信息。在普通民用終端中，根據(jù)實際需要進行簡化，對于個人用戶來說，最簡的方式為智能手機＋軟件的方式，即硬件采用具有衛(wèi)星導航能力智能手機，安裝基于“云導航”信息服務的客戶端軟件即可。

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務的信息存儲和處理能力盡可能的上移到網(wǎng)絡服務端進行，因此，所有用戶終端的軟件、硬件設計可以盡量簡化，以降低成本和方便大批量推廣使用。

3.2 通信方式

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務所采用的通信方式為無線＋有線相結合的方式，在移動用戶端與網(wǎng)絡服務端的信息交互，采用無線通信方式，在固定節(jié)點以及無線轉有線可以使用有線骨干網(wǎng)絡的情況下，則使用有線信息交互方式，以提高信息傳輸?shù)目煽啃约八俾省o線通信方式常用的有北斗短消息、衛(wèi)星通信、WiFi熱點通信、移動3G／4G公共網(wǎng)等，在局部特定區(qū)域也可以采用傳統(tǒng)的無線電臺通信方式以及數(shù)字集群通信，為了方便與“云導航”網(wǎng)絡服務端的信息交互，無線通信信息需要通過轉換節(jié)點轉換為IP包的格式進行網(wǎng)絡傳輸，轉換節(jié)點可以并址到某一個無線接收基站。

由于我國北斗導航系統(tǒng)除了具備衛(wèi)星導航的功能外，還具有短消息通信功能，即具有衛(wèi)星導航＋衛(wèi)星通信的能力，因此，特別適用于海洋、沙漠等特殊環(huán)境無法使用公眾3G／4G移動網(wǎng)絡的情況，與采用衛(wèi)星導航＋衛(wèi)星通信的方式相比，省去了專門配置衛(wèi)星通信終端的麻煩，具有很大的便利性。

3.3 網(wǎng)絡服務端

網(wǎng)絡服務端是北斗位置信息服務的核心部分，需要進行大量的信息融合處理。網(wǎng)絡服務端需要與北斗運行連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)和北斗數(shù)據(jù)運營中心相連接，獲得有價值的北斗增強數(shù)據(jù)，提供給北斗用戶。這也是基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務與其它國外衛(wèi)星導航位置信息服務的區(qū)別之處，是基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務的特色。除此之外，網(wǎng)絡服務端的其它功能模塊可分為以下幾個部分：

1）基于智能地圖的室內(nèi)／室外地圖規(guī)劃

對于室外交通路線規(guī)劃，則采用基于類似Google地圖技術的陸上交通路徑規(guī)劃方法，對于室內(nèi)公共環(huán)境，則采用基于類似Micello地圖技術的室內(nèi)路徑規(guī)劃，并實現(xiàn)室外、室內(nèi)路徑的無縫結合，實現(xiàn)到達點的最佳路徑規(guī)劃［5］。

2）位置相關海量信息統(tǒng)計分析

實時統(tǒng)計和處理用戶端以及探針采集車采集各種與“云導航”位置服務相關各種信息，以便得出此時某一路段是否擁擠、是否適合、實時天氣等位置輔助信息，以便給用戶最佳的出行服務體驗。

3）IP信息包預處理及轉換

為了將各種信息進行融合處理，需要對通過各種有線／無線以及專網(wǎng)傳輸?shù)男畔⑦M行IP打包、解包轉換處理，以適合“云導航”信息服務平臺信息傳輸和處理的需要。

4）位置相關云計算／云存儲

對于某些載體終端的位置軌跡及相關信息，根據(jù)用戶設定，采用基于云計算／云存儲技術，進行壓縮處理和存儲。

5）鑒權／計費／安全／維護

對用戶能夠鑒權，以便區(qū)分免費用戶和收費用戶，對收費用戶能夠按服務需求進行計量和收費，同時，采用云安全設計手段，防止用戶隱私信息的泄露，并能對云信息進行技術維護。

6）應急處理和緊急救援

對于用戶發(fā)出的緊急救援信息，及時進行甄別和響應處理，可以與公安、邊防、海警等系統(tǒng)進行聯(lián)動處理，并提供緊急用戶的位置連續(xù)跟蹤服務。

7）高精度定位／測繪／授時科研服務

對于特殊用戶，可以通過差分、RTK、共視、雙向以及事后處理等技術手段，提供高精度的定位和授時服務，以便滿足測繪、科研等對高精度位置和時間有需求的高端用戶需要。

8）交通運輸導航／定位／監(jiān)控

面向公路、鐵路、航空、海運、漁業(yè)等各種交通運輸相關行業(yè)，充分發(fā)揮“云導航”信息服務的優(yōu)勢，為集團用戶提供專屬的導航、定位和監(jiān)控服務［6］。

9）基于位置的餐飲／購物／娛樂服務

在“云導航”信息平臺的基礎上，為個人及單位，提供與用戶位置相關的餐飲、住宿、購物、娛樂信息服務，方便人們的日常生活。

10）與位置相關的廣告投放

根據(jù)用戶當前的位置以及吃、住、行、娛樂等生活需要，開展針對性的廣告投放，為“云導航”信息服務平臺的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

11）網(wǎng)絡信息擴展支持

“云導航”信息服務平臺的網(wǎng)絡端，留有與其它網(wǎng)絡資源的接口，可以根據(jù)需要，隨時增加相關的服務功能。

4 基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務作用和意義

我國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展時期，預計2015年產(chǎn)值將超過2 250億元，成為國民經(jīng)濟重要的新增長點［7］?；诰W(wǎng)絡的北斗位置信息服務，將在以下方面對我國衛(wèi)星導航行業(yè)及產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生積極的推動作用：

1）推動我國衛(wèi)星應用技術進步

全球正掀起以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動網(wǎng)等技術為主導的新發(fā)展浪潮。信息化與工業(yè)化緊密融合，互聯(lián)互通、信息共享、智能處理、協(xié)同工作等將主宰下一個時代。在應用大爆發(fā)前夜，與衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的碰撞，“云導航”技術有了大施拳腳的機會。未來，導航、位置服務應用面窄、大眾普及率低的現(xiàn)狀將徹底改變，基于位置的”云導航”信息服務將會使用戶從云中獲取有價值的信息，“云導航”也會覆蓋全社會的各個角落，從個人應用到行業(yè)應用，從大眾、專業(yè)市場到特殊應用，基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務將促進我國北斗衛(wèi)星應用技術的發(fā)展。

2）改變我國北斗衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的應用方式

采用北斗“云導航”技術，將目前銷售北斗應用終端產(chǎn)品為主轉變?yōu)檫\行服務為主，使北斗衛(wèi)星導航應用轉變?yōu)橐约瘓F或個人消費為主，形成為深入社會每一個角落的導航信息服務網(wǎng)，極大的推動和促進我國北斗導航系統(tǒng)的應用和發(fā)展?；诒倍贰霸茖Ш健钡碾娮有畔⒎掌脚_，以導航、位置和時間服務產(chǎn)業(yè)為推動力，將帶動國家與公共安全、節(jié)能減排、救災減災、交通運輸、物聯(lián)網(wǎng)、精細農(nóng)業(yè)等領域的發(fā)展，帶動許多相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3）促進我國北斗衛(wèi)星導航相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

基于網(wǎng)絡的北斗位置信息服務平臺，是整合現(xiàn)有導航與位置服務產(chǎn)業(yè)鏈資源，將位置服務內(nèi)容轉化給廣大消費市場的系統(tǒng)平臺。通過北斗“云導航”的信息服務平臺，推動北斗與其它GNSS的融合，促進GNSS與通信系統(tǒng)以及非GNSS手段的融合。衛(wèi)星導航的市場空間很大，應用領域廣，北斗系統(tǒng)作為我們自主研發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，未來必將會在特殊行業(yè)，以及部分民用領域取得相應的市場份額，應用范圍也將從我國逐步拓展至全球。

5 結 論

今后的衛(wèi)星導航相關產(chǎn)業(yè)，將由目前的以賣產(chǎn)品為主，過渡到產(chǎn)品＋服務的產(chǎn)業(yè)模式，未來位置相關信息服務在衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)中占據(jù)越來越多的比重，應大力發(fā)展基于北斗的衛(wèi)星導航服務產(chǎn)業(yè)，以使我國在未來衛(wèi)星導航領域中占據(jù)更多的市場份額，獲得更大的發(fā)展。

［1］ 國內(nèi)外位置服務（LBS）的發(fā)展［OL］.http：／／gps.org.cn。

［2］ LBS業(yè)務的發(fā)展及應用創(chuàng)新［OL］.http：／／labs.chinamobile.com／yueke／.

［3］ 谷 歌 地 圖 ［OL］http：／／baike.baidu.com／view／275908.htm.

［4］ 位 置 云 ［OL］.http：／／baike.baidu.com／view／4180132.htm.

［5］ ANGIN P，BHARGAVA B K.Real－time mobilecloud computing for context－aware blind navigation［J］.International Journal of Next－Generation Computing，2011，2（2）：1－13.

［6］ 金錦輝，毛中亞，郭其一，等.鐵路智能交通系統(tǒng)的云計算［J］.交通信息與安全，2011（4）：62－65.

［7］ 徐德明.中國地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2011）藍皮書［M］.北京：社會科學文獻出版社，2011.