基于网络的北斗位置信息服务研究＊

康 永，胡安平

（西安导航技术研究所，陕西 西安710068）

0 引 言

2012年10月25日，我国“长征三号丙”运载火箭，将第16颗北斗导航静止轨道卫星发射升空，加快了我国北斗卫星导航系统组网进程，对实现全球覆盖起到积极的推动作用。可以预计，不久的将来，我国的北斗卫星导航系统将按照计划实现在全球范围内的应用。在北斗卫星导航系统平台上，会出现诸多的应用，其中，基于网络的北斗位置信息服务系统是一种很有前景的应用方式。

1 概念与内涵

所谓基于网络的北斗位置信息服务，是在云计算、云存储、云安全等技术的基础上，进行网络化北斗导航信息服务的方式，是一种基于互联网、通过虚拟化方式共享资源的北斗导航服务模式，存储和导航资源可以按需动态部署、动态优化、动态收回。若用新名词来说，可以称为北斗“云导航”位置服务技术。“云导航”的基本原理就是用户端的简单化，仅负责数据输入和读取，而将庞杂的导航信息处理融合工作交给“云”，也就是联网的计算机群和数据中心来处理。在“云导航”中，采用“云计算”技术进行导航信息处理，即导航信息的交付和使用通过网络以按需、易扩展的方式提供用户所需导航、定位和授时服务。基于北斗“云导航”的电子信息服务平台，用户端是联网的北斗导航设备，可以采集车载用户位置、速度等信息，将这些信息提交给云端，云端根据这些信息，同时结合地理信息系统，评估当前路段交通状况，再通过终端反馈给用户以提供行车参考，从而达到节省时间、节约能源的效果。云端也负责计算复杂行驶路线、地图更新、路况信息的推送、业务系统的集成等。采用“云导航”模式，能实现许多现有导航终端模式所不能实现的功能，例如辅助导航、增强导航等，侧重于提供与位置相关的服务，提升了现有卫星导航应用的性能。另外，北斗导航系统是我国自主的卫星导航系统，因此，基于网络的北斗位置信息服务可以提供北斗系统自身的运行数据，为用户提供国外卫星导航系统所不能提供的北斗运营数据，增强用户的导航性能，这也是基于网络的北斗位置信息服务的特色。

基于网络的北斗“云导航”技术，把北斗运控和监测系统作为其组成部分之一，采用北斗导航＋“云计算”＋“云存储”＋“云安全”的网络化处理模式，能够提供北斗导航数据的增值服务，与“位置云”等系统相比具有一定的优越性和先进性。

2 国内外发展现状

2.1 国外发展情况

国外早期的位置服务，大多是采用基于GPS＋专用通信网的形式。1996年，美国FCC要求公众无线网络能够追逐到用户的位置，以满足E911相关要求。自2001年美国“911”事件后，美国政府要求加强E911能力，采用GPS、无线通信技术来增强位置服务。2001年12月，日本的KDDI推出第一个商业化位置服务。在韩国，KTF于2002年2月利用GPSOne技术成为韩国首家在全国范围内通过移动通信网络向用户提供商用移动定位业务的公司。2004年7月，韩国SK电讯推出了保障儿童安全的网络定位服务——i－Kids，用来确认孩子当前的位置和活动路径，一旦孩子的活动超出设置的范围，就会自动发出报警短信［1］。

以美国和欧洲交通管理部门为首的相关机构曾提出了面向全IP时代的下一代911系统的构想。它的先进性体现在：不仅能够承载语音，还能够用文字、语音和图像等多媒体形式更好地、自动地为紧急救援服务；公共安全应答点（PSAP）的位置将变得不再重要，呼叫将根据地理坐标自动进行路由，并且系统可以支持转接回退等功能；利用IP路由技术更好地处理链路拥塞问题。

英国移动运营商O2公司在2009年11月推出业务品牌为O2More的位置信息服务，用户基于Web设定自己接收广告信息的偏好（如商家品牌类型、接收时间、接收频率等），一旦用户接近商家门店附近，就自动收到订阅的广告信息。瑞典爱立信公司在世界各地部署了约120套LBS系统，支持包括CELL ID、CELL ID＋TA、AECID、ECGI、AGPS等在内的各种定位技术，支持2G、3G、LTE和IMS网络，充分保证用户隐私［2］。

近年来，在基于位置服务相关的应用方面，美国谷歌公司走在世界前列，最主要的产品是谷歌地球及相关地图位置服务。2005年6月20日，Google Maps的覆盖范围，从原先的美国、英国及加拿大，扩大至全球。2005年9月，Google和北京图盟科技有限公司（Mapabc）合作出版中国大陆地区的Google本地。后来，Google本地重新命名为Google地图。基于Google地图，可以提供导航、购物、餐饮、娱乐等多种服务［3］。Garmin公司于2011年，推出了基于云导航的服务，主要用于iPhone手机移动应用。

2.2 国内发展情况

国内最早开展位置服务是在上世纪九十年代初，GPS开始在国内得到应用，一般需要自建专用移动电台网络，在区域实现基于GPS的位置监控服务，例如运钞车监控等。随着公用移动通信网的发展，位置服务的无线通信逐步由电台转向采用2G和3G公共移动通信网络。中国移动在2002年11月开通“我在哪里”、“你在哪里”的位置服务，在2009年5月中国移动又开通了“位置服务”、“位置交友”等；2003年，中国联通在其CDMA网上推出“定位之星”业务；中国电信也曾经启动了在小灵通（PHS）平台上的位置服务业务［1］。国内专业领域的基于位置服务得到一定的发展，曾涌现出像赛格、中国卫通这样的较大的基于位置的服务（LBS）提供商，这些位置服务商一般采用了GPS＋移动通信的方式，为车辆等移动载体提供位置服务。随着我国北斗卫星导航系统的建设，基于北斗的导航通信服务在交通运输、渔业等领域逐步得到越来越广泛的应用。

2010年8月，北京合众思壮科技股份有限公司推出了“位置云”技术，采用3S技术（遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）和网络技术（IT），提供基于位置的服务［4］。国内开展类似技术研究的单位还有四维图新、超图数码、数字政通、北斗星通、华力创通等多家上市企业和北大、清华、北航等高校。国内的百度也推出了百度地图，提供基于网络的相关位置服务。

3 体系架构设计

基于网络的北斗位置信息服务平台分为用户端、无线通信网络、云导航网络服务端三个部分，融合了3S技术、IT技术、云计算、云存储、数据分析、网络与通信技术等多种技术手段，吸纳所有与北斗导航定位和位置时间相关的信息及资讯，利用分布式云处理平台进行信息融合和处理，为各领域用户提供基于位置和时间的各种信息服务［5－7］。由于北斗导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，基于网络的北斗位置信息服务平台可以将北斗连续运行监测系统以及北斗数据服务系统相连接，提供具有我国北斗特色的位置信息增强服务。

基于网络的北斗位置信息服务平台的用户端设备，采用标准模块化设备搭建，硬件设计上尽量简化以降低成本和功耗，将大量的信息处理能力通过网络云端处理，网络服务端将信息处理后，实时发送到用户端进行显示和信息服务。

基于网络的北斗位置信息服务体系架构如图1所示。

图1 基于网络的北斗位置信息服务体系架构

3.1 用户端设计

用户端采用模块化低功耗设计，并且进行小型化和低成本设计，以方便携带与使用。在工业和特种应用领域，根据需要，除了配置北斗导航／通信模块外，还可以配置其它导航定位模块以增强其导航定位服务的可用性，其它的导航定位模块包括有GPS、GLONASS、GALILEO卫星导航模块以及基于WiFi的无线定位模块（如SKYHOOK）等；由于北斗系统是我国自主的卫星导航系统，在客户端可以获得独有的北斗增强服务信息，提升用户的导航性能；在无线通信方面，根据工作范围及信息交互容量要求，选择北斗短消息通信、WiFi通信、3G／4G无线网络通信、卫星移动通信等多种配置；在人机交互方面，根据信息交互的要求，选择鼠标／键盘、触摸屏、语音声控等多种方式；另外，为了更好的实现云导航服务，需要在用户端加入位置环境信息采集模块，采集诸如路况拥堵（通过采集里程计速度）、温湿度天气等信息，发送给网络服务中心，以便更好的为其它用户提供云导航服务信息。在普通民用终端中，根据实际需要进行简化，对于个人用户来说，最简的方式为智能手机＋软件的方式，即硬件采用具有卫星导航能力智能手机，安装基于“云导航”信息服务的客户端软件即可。

基于网络的北斗位置信息服务的信息存储和处理能力尽可能的上移到网络服务端进行，因此，所有用户终端的软件、硬件设计可以尽量简化，以降低成本和方便大批量推广使用。

3.2 通信方式

基于网络的北斗位置信息服务所采用的通信方式为无线＋有线相结合的方式，在移动用户端与网络服务端的信息交互，采用无线通信方式，在固定节点以及无线转有线可以使用有线骨干网络的情况下，则使用有线信息交互方式，以提高信息传输的可靠性及速率。无线通信方式常用的有北斗短消息、卫星通信、WiFi热点通信、移动3G／4G公共网等，在局部特定区域也可以采用传统的无线电台通信方式以及数字集群通信，为了方便与“云导航”网络服务端的信息交互，无线通信信息需要通过转换节点转换为IP包的格式进行网络传输，转换节点可以并址到某一个无线接收基站。

由于我国北斗导航系统除了具备卫星导航的功能外，还具有短消息通信功能，即具有卫星导航＋卫星通信的能力，因此，特别适用于海洋、沙漠等特殊环境无法使用公众3G／4G移动网络的情况，与采用卫星导航＋卫星通信的方式相比，省去了专门配置卫星通信终端的麻烦，具有很大的便利性。

3.3 网络服务端

网络服务端是北斗位置信息服务的核心部分，需要进行大量的信息融合处理。网络服务端需要与北斗运行连续监测系统和北斗数据运营中心相连接，获得有价值的北斗增强数据，提供给北斗用户。这也是基于网络的北斗位置信息服务与其它国外卫星导航位置信息服务的区别之处，是基于网络的北斗位置信息服务的特色。除此之外，网络服务端的其它功能模块可分为以下几个部分：

1）基于智能地图的室内／室外地图规划

对于室外交通路线规划，则采用基于类似Google地图技术的陆上交通路径规划方法，对于室内公共环境，则采用基于类似Micello地图技术的室内路径规划，并实现室外、室内路径的无缝结合，实现到达点的最佳路径规划［5］。

2）位置相关海量信息统计分析

实时统计和处理用户端以及探针采集车采集各种与“云导航”位置服务相关各种信息，以便得出此时某一路段是否拥挤、是否适合、实时天气等位置辅助信息，以便给用户最佳的出行服务体验。

3）IP信息包预处理及转换

为了将各种信息进行融合处理，需要对通过各种有线／无线以及专网传输的信息进行IP打包、解包转换处理，以适合“云导航”信息服务平台信息传输和处理的需要。

4）位置相关云计算／云存储

对于某些载体终端的位置轨迹及相关信息，根据用户设定，采用基于云计算／云存储技术，进行压缩处理和存储。

5）鉴权／计费／安全／维护

对用户能够鉴权，以便区分免费用户和收费用户，对收费用户能够按服务需求进行计量和收费，同时，采用云安全设计手段，防止用户隐私信息的泄露，并能对云信息进行技术维护。

6）应急处理和紧急救援

对于用户发出的紧急救援信息，及时进行甄别和响应处理，可以与公安、边防、海警等系统进行联动处理，并提供紧急用户的位置连续跟踪服务。

7）高精度定位／测绘／授时科研服务

对于特殊用户，可以通过差分、RTK、共视、双向以及事后处理等技术手段，提供高精度的定位和授时服务，以便满足测绘、科研等对高精度位置和时间有需求的高端用户需要。

8）交通运输导航／定位／监控

面向公路、铁路、航空、海运、渔业等各种交通运输相关行业，充分发挥“云导航”信息服务的优势，为集团用户提供专属的导航、定位和监控服务［6］。

9）基于位置的餐饮／购物／娱乐服务

在“云导航”信息平台的基础上，为个人及单位，提供与用户位置相关的餐饮、住宿、购物、娱乐信息服务，方便人们的日常生活。

10）与位置相关的广告投放

根据用户当前的位置以及吃、住、行、娱乐等生活需要，开展针对性的广告投放，为“云导航”信息服务平台的可持续发展提供支持。

11）网络信息扩展支持

“云导航”信息服务平台的网络端，留有与其它网络资源的接口，可以根据需要，随时增加相关的服务功能。

4 基于网络的北斗位置信息服务作用和意义

我国卫星导航产业进入高速发展时期，预计2015年产值将超过2 250亿元，成为国民经济重要的新增长点［7］。基于网络的北斗位置信息服务，将在以下方面对我国卫星导航行业及产业产生积极的推动作用：

1）推动我国卫星应用技术进步

全球正掀起以物联网、云计算、移动网等技术为主导的新发展浪潮。信息化与工业化紧密融合，互联互通、信息共享、智能处理、协同工作等将主宰下一个时代。在应用大爆发前夜，与卫星导航产业的碰撞，“云导航”技术有了大施拳脚的机会。未来，导航、位置服务应用面窄、大众普及率低的现状将彻底改变，基于位置的”云导航”信息服务将会使用户从云中获取有价值的信息，“云导航”也会覆盖全社会的各个角落，从个人应用到行业应用，从大众、专业市场到特殊应用，基于网络的北斗位置信息服务将促进我国北斗卫星应用技术的发展。

2）改变我国北斗卫星导航产业的应用方式

采用北斗“云导航”技术，将目前销售北斗应用终端产品为主转变为运行服务为主，使北斗卫星导航应用转变为以集团或个人消费为主，形成为深入社会每一个角落的导航信息服务网，极大的推动和促进我国北斗导航系统的应用和发展。基于北斗“云导航”的电子信息服务平台，以导航、位置和时间服务产业为推动力，将带动国家与公共安全、节能减排、救灾减灾、交通运输、物联网、精细农业等领域的发展，带动许多相关产业的发展。

3）促进我国北斗卫星导航相关产业的发展

基于网络的北斗位置信息服务平台，是整合现有导航与位置服务产业链资源，将位置服务内容转化给广大消费市场的系统平台。通过北斗“云导航”的信息服务平台，推动北斗与其它GNSS的融合，促进GNSS与通信系统以及非GNSS手段的融合。卫星导航的市场空间很大，应用领域广，北斗系统作为我们自主研发的卫星导航系统，未来必将会在特殊行业，以及部分民用领域取得相应的市场份额，应用范围也将从我国逐步拓展至全球。

5 结 论

今后的卫星导航相关产业，将由目前的以卖产品为主，过渡到产品＋服务的产业模式，未来位置相关信息服务在卫星导航产业中占据越来越多的比重，应大力发展基于北斗的卫星导航服务产业，以使我国在未来卫星导航领域中占据更多的市场份额，获得更大的发展。

［1］ 国内外位置服务（LBS）的发展［OL］.http：／／gps.org.cn。

［2］ LBS业务的发展及应用创新［OL］.http：／／labs.chinamobile.com／yueke／.

［3］ 谷 歌 地 图 ［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］ 金锦辉，毛中亚，郭其一，等.铁路智能交通系统的云计算［J］.交通信息与安全，2011（4）：62－65.

［7］ 徐德明.中国地理信息产业发展报告（2011）蓝皮书［M］.北京：社会科学文献出版社，2011.