LBS的一些基础知识

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1、LBS 作业提交一、 LBS 课程内容在我们的课程学习中，我们的目的是介绍 LBS 这一技术的产生的社会和技术背景，掌握 LBS 的概念，LBS 的系统架构，LBS 应用。重点掌握LBS 中采用的定位、地理信息系统、移动互联网等有关技术及数据组织与管理方法。下面进入我们的正文。在无线世界中，4 个W（ what、who、when 、 where）是最重要的因素，而其中的 where 又是很难确定的，所以 LBS 技术解决主要就是 where 的问题。介绍一种技术，必须实现明确其框架，借鉴 OSI 参考模型采用的分层技术的方法，建立标准的 LBS 层次体系结构，把 LBS 的体系结构划分为 5

2、个逻辑层：表示层、定位层、传输层、功能层、数据层。其中表示层就是像我们操作手机一样的即在终端设备上的操作；定位层是研究移动定位的技术、位置数据的表示方法、定位精度对 LBS 应用的影响、用户定位隐私权的保护等；传输层的主要作用是在上层和下层之间起到一种链接作用，为上下层提供端到端的、透明的、可靠的数据传输服务；功能层是核心，承载着 LBS 的大多数任务；数据层是为该技术提供类似数据库的功能，是该技术的数据支撑。数据层的内容涉及数据共享、数据管理、数据安全等方面的内容。LBS 以移动用户为服务对象，是一种基于移动计算环境的应用。在移动计算环境中, 移动终端通常是通过移动服务支持节点 MSS (M

3、obile Service Stat ion, 也称作移动基站) 与固定连接的。LBS 的计算模式由以下三类计算构成：“瘦”客户端/服务器的计算、服务器端的网格计算和云计算。也许云计算是其中最耀眼的计算模式了，云计算（Cloud Computing）是分布式处理（Distributed Computing） 、并行处理（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。其基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用

4、上，根据需求访问计算机和存储系统。是“人人为我，我为人人”的 IT 实现。接下来让我们了解一下目前的定位技术，由于我们的专业是 GPS，所以，对于 GPS 就不在赘述，以及 GPS 的局部差分和广域差分，主要介绍以下其他的技术。介绍以下网络定位技术，理论依据是无线射频（RF）信息传播速度不变及传播的路径可预测。包含有 COO 定位技术（小区定位 cell ID） ，TA 定位，TOA 定位，TDOA 定位， E-OTD 定位，AOA 定位，TOA-AOA 定位法， AGPS 定位技术，GPSone 定位技术。随着网络的发展，必定会对原来的单纯依靠 GPS 的定位方式产生影响，因此依靠网络辅助的

5、实时定位技术必定成为以后日常生活中定位的主力。那我们就来了解以下无线互联网通信技术吧，由于大三上学期，我们已经学修了张鹏老师的数据通信技术 ，所以关于通讯的技术还是略知皮毛。移动互联网的发展包括通信技术、应用模式和终端技术的三部分革新。先来看一下我们现今手机中常用的 GSM 技术，这是在蜂窝系统上发展起来的一种技术，是第二代移动通信技术的代表。要介绍以下多址技术，包括频分多址，码分多址，和时分多址三种技术，GLONASS 采用的是频分多址，而 GPS 采用的是码分多址。频分多址的缺点就是过于占用频谱，造成资源的浪费，而码分多址的缺点是安全性不高。接下来，又介绍了 GPRS 技术即分组无线技术，

6、而现阶段中国联通采用的 CDMA技术也是码分多址技术，所有的业务都是在同一通道上进行。再聊聊我们现在铺天盖地的 3G 技术吧， 1G 是基于频分多址技术， 2G 是基于码分多址技术，3G 是基于时分多址或者码分多址技术。其中最后一种主要是提供以多媒体为主要代表业务的服务，譬如中国移动的 CMMB 移动电视等等，采用的是 TD-CDMA 技术。关于蓝牙和 wifi 技术一带而过。接下来让我们走入嵌入式的世界,嵌入式系统是为控制、监视、辅助某个设备、机器或工厂的设备。有计算功能但又不是 PC 系统。最后让我们详细介绍LBS 的空间数据规范。目前世界上最主要的导航电子地图数据标准/格式有以下几种：G

7、DF(v3.0/ 4.0)、KIWI(v1.22)、NavTech(v3.0) 。不同的数据格式有着不同的规范。关于这些数据格式的模型，其实我们在地里信息系统的课程中已经学习了关于要素模型的知识。本章内容其实就是数据模型在 LBS 中的具体实现。最后说说咱们的这门课，众所周知，现在的大学，是感觉什么有用学什么，这来源于邓小平先生的黑猫白猫论，学院感觉有用就开这门课，学生感觉有用就学这门课，中间的老师就毫无权利，既不能阻止学院的决定，又不能强迫让学生听课，实属悲哀。但是 LBS 被国际上称作是继短信业务的第二大杀手级业务，按理说应该是蓬勃发展，在世界上，当然包括在中国，但是我感觉在测绘学院是蓬勃

8、不起来，现在的我院学生，毫无就业压力，上课如果有点意思还听听，自己感觉没意思的干脆不去，不能否认的是巢老师讲课是兢兢业业，对待我们就像看待自己的子女一样，恨铁不成钢，忍不住就像说两句，其实挺好的，老师就应该显示出自己的这一面，说几句后我们还能清醒一下，听听课，但过去了，啊哈，什么都没有了。现在测绘学院广大学生对这个编程技术和计算机技术不感兴趣，当然包括我在内，没有恒心和毅力去搞懂一些知识，属于混日子型的，所以老师说开着门课的需要，我认为是有必要的，但是方式可以改变，譬如老师你可以主动地介入同学们对这门课的态度，您可以通过您的方式去改变上课的形式，我上过老师讲的 CAD，那门课我是真学到东西了，

9、因为那是们软件学习课程，是操作技能，而 LBS 是们理论课，现在的学生对理论不感兴趣，操作又不是很快上手，实属悲哀。咱们能不能换个方式，譬如老师您给布置一下任务，压一下学生，至于这个任务的轻重缓急，还需您多思量，更应该重视小组的作用，一个组能不能合力完成一项作品，我想这对同学们的上课积极性有很大的影星阿力吧。综上所述，这门课应该开下去，因为这是大势所趋，重要的是变。二、 列举我们日常生活中位置服务的例子，并简述之现在手机上都具备上网功能，上网的时候我们很常用的一个浏览器就做UC 手机浏览器，打开浏览器有一个叫做 UC 乐园，里面可以获取你的位置信息，根据网络状况，一般能在 20s 以内获取你的

10、位置，譬如如果你在信息学部，上面显示的是在武汉大学，或者是在武汉大学自强超市旁边。我感觉这应该是一种 COO 定位方式，COO 即 Cell of origin，COO定位法是各种定位方法中最简单的一种定位方法，它的基本原理是根据移动台所处的小区 ID 号来确定移动台的位置。定位的精度不高，只是知道大概位置，譬如整个武汉大学可能有好几个基站，我的手机在提出服务请求后不一定连接的是哪个基站，因此获取的信息就不一样，这与人人网的人人报到业务很相似，当然人人报到采用的应该是 IP 定位，精度可能会更高，采用的是 foursqure 模式的 LBS 定位技术。譬如我们经常能在人人网界面上看到，XXX

11、同学在武汉大学信息学部图书馆做 XXX 事的登录状态。这估计将会成为推动在中国一直慢热的 LBS 业务。三、位置服务的定位方式有几种？说出其特点定位方式有（1） 卫星定位，目前已经在运行的有 GPS(美国)，GLONASS（俄罗斯） ，Galileo（欧盟在建） ，COMPASS（中国在建） ，四个系统，预计到 2020 年，天空中将有四大系统同时运行定位导航。功能有三种，定位、授时、测速。特点 GPS 是全球覆盖；GPS 可实现实时定位，捕捉卫星信号时间短； GPS 定位精度高；应用广泛（2） 网络定位技术有以下几种COO 定位技术（小区定位 cell ID）特点是实现简单，只需要建立关于

12、1小区中心位置和覆盖半径的数据库；定位时间短仅为查询数据库所需的时间；而且 COO 技术不用对现有的手机和网络进行改造就可以直接向用户提供移动定位服务。其缺点为定位精度差，特别不适合在基站密度低、覆盖半径大的地区使用TA 定位可描述为三个圈交于一个点，确定一个点的位置。特点是无须 2对移动台作任何改动，而对基站系统的改动也仅需在切换规程的控制软件中进行。其缺点在于采用了强制切换，在定位过程中移动台不能进行其它业务通信，同时也增加了更多的信令负荷；TA 参数的准确性受到着多径效应的影响:至少需要获得三个以上的 TA 参数才可以决定移动台的具体位置于一个点；定位时间较长。TOA 定位特点是对现有的

13、移动台无需作任何改造，定位精度较高并且 3可以单独优化，定位精度与位置测量单元的时钟精度密切相关。该方法的缺点在于每个基站都必须增加一个位置测量单元并且要做到时间同步，移动台也需要与基站同步，整个网络的初期投资将会很高；发射信号中加上发射时间标记，会增加上行链路的数据量，当业务量大时网络的负担会加重；即使在位置测量单元时钟精度很高的情况下，到达时间的测量仍然会受到多径效应的影响；如果移动台无法和三个以上的位置测量单元或者基站取得联系，定位将会失败;定位时间较长；由于要向多个基站发射信号，将会增加移动台的功耗。TDOA 定位 特点与 TOA 定位法类似，相一比于 TOA 定位法主要有以下 4优点

14、：无需移动台与基站同步，也无需在上行链路中发送发射时间标记。E-OTD 定位特点是无需增加移动台的额外费用，只需对移动台的软件 5进行更新;定位时间优于 TOA 或 TDOA 定位法;相比于 TOA 和 TDOA 定位法，移动台毋须向多个基站发送测量信号，节省了功耗。该方法的缺点在于受 RTD 和 OTD 的影响，定位精度较低;多径效应也将影响定位精度;如果移动台无法和三个以上的位置测量单元或者基站取得联系，定位将会失败。AOA 定位 特点是在于在障碍物较少的地区可以得到较高的准确度；相比 TOA 6、TDOA、E-OTD 定位法只需要两个基站就可以定出移动台的位置。AOA 定位法的缺点在于在

15、障碍物较多的环境中，由于多径效应误差将增大：当移动台距离基站较远时，基站测量角度的微小偏差将会导致定位的较大误差；另外在目前的 GSM 系统中，基站的天线不能测量角度信息，所以需要引入阵列天线测量角度才可以采用 AOA 定位法对移动台定位。TOA-AOA 定位法 特点是在于只需一个基站就可以定出移动台的位置。 7AGPS 技术，将在第四题中详细论。 8四、详细说明 AGPS 首次定位速度比测量型 GPS 定位快的原因。先看一下 AGPS 的原理A-GPS（Assisted Global Positioning System）即网络辅助的全球定位系统，这种方法需要网络和移动终端都能够接收 GPS

16、 信息，是一种结合了网络基站信息和 GPS 信息对移动终端进行定位的技术，可以在 2G 和 3G 网络中使用。其定位流程如下： （1）移动终端首先将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器（COO 定位） 。 （2）位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的 GPS 辅助信息（GPS 捕获辅助信息、GPS定位辅助信息、GPS 灵敏度辅助信息、 GPS 卫星工作状况信息等）和移动终端位置计算的辅助信息（GPS 历书以及修正数据、 GPS 星历、GPS 导航电文等） 。利用这些信息，终端的 A-GPS 模块可以很快捕获卫星，以提升 GPS 信号的第一锁定时间 TTFF 能力，并接收 GPS 原始信号。 （3）终端在接收到 GPS 原始信号后解调信号，计算终端到卫星的伪距（伪距即受各种 GPS 误差影响的距离） 。 （4）若采用网络侧计算，终端将测量的 GPS 伪距信息通过网络传输到位置服务器，位置服务器根据传来的 GPS 伪距信息和来自其他定位设备（如差分 GPS 基准站等）的辅助信息完成对GPS 信息的计算，并估算该终端的位置；