（通信与信息系统专业论文）无线定位业务仿真平台设计与实现.pdf

西南瓷通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随整黼技术兹出臻张不断完善，无线定位技术成为各大磅究橇褥及舔务 商关注的热点，而接受罄于位置的服务，如车辆导航、物流管聪、位置查 钳 等，也是广大地面移动朋户的迫切需鼹。但是无线电波传播环境擞有复杂性， 翔 # 褫线传撵、多径效癍等，绘准确的定位带来很大障碍。本文在研究了t d o a 定位算法的基础上，分析了现有定位服务方案，致力子位置鼹务仿真平台救 研究。 本文酋先分析了因内外基于无线定位的位置服务现状和国内外各大公司 及运营褰豹凌鸯援务方豢。垄于这些缀务方寨或系缝透露蔹赣予黪定魏无线 通信网络类型，而在警今甚至今后的一段时期，多种网络的并存蹩不可避受 的，本文掇出一种独立于具体网络类测的三层服务体系。该体系不依赖于特 定的网络，与地理信息系统紧密结合，为地面移动用户提供丰寓的基于位置 信惠熬麓镶瑕务。逶逶爨建无线定位缮蓬援务平台，实瑗了浚三落馋系。 接着，本文给出了该无线定位增值服务平台的总体设计，并就该仿真平 台的结构、功能模块、服务划分、服务流程等做了详细介绍。泼平台的实现 有赖于与g i g 系统的紧密结合。实现过程中，涉及到g i s 的数攒结构、图形 数瓣斡分麟方法、逮黧分层设嚣、羹羹瓣中翡蓬屡集合羽象，活动溜澄等关键 技术。在此罐础上，本文着重讨论了熬于时间测爨僵的t d o a 定位算法，并用 泰勒展丌法仿真了t d o a 定位算法( t 1 p 1 信道模型) 。最后，本文对该仿真平 台提供麴区域联务，个人耀户鼹务， 亍嫂用户服务，公共信息疆大类j 5 秘艘 务的实琵及流程做了详缁介绍，著举窭应雳实穗。 关键测：三层模型：地理信息系统：位置服务：无线定位 西南窝通大学硕士讲究生学位论文 第| l 页 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ee m e r g i n gc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e ss u c ha s3 g , w i m l e s s l o c a t i o nb e c o m e sa h o t s p o tf o rr e s e a r c hi n s t i t u t i o n sa n dc o r p o r a t i o n sa tt h es a m e t i m e ，u s e r sa r ee a g e rt oe n j o yl o c a t i o ns e r v i c e s ，s u c ha sv e h i c l e 1 0 9 i s t i c m a n a g e m e n t ，i o c a t i o nq u e r ya n ds oo n y e tt h ei n h e r e n tp r o b l e m sf a c i n gw i t ht h e w i r e l e s sc o m n m n i c a t i o n s ，s u c ha sn o i s e ，n o l st r a n s m i s s i o n ，m u l f i p a t hp r o b l e m s ， m a k ei te x t r e m e l yd i f f i c u l tt oa c c u r a t e l yl o c a t e 氇em o v i n gt e r r a i n a l si nw i r e l e s s c i r c u m s t a n c e b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ft d o al o c a t i n ga l g o r i t h m sa n d e x i s t i n gi o c a t i o ns e r v i c es c h e m e s t h i st h e s i sa i m sa tm a k i n gal o c a t i o ns e r v i c e s i m u l a t i o np l a t f o r m b a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ee x i s t i n gl o c a t i o ns e r v i c e sa n dc o m m e r c i a ls y s t e m s ， i ti sc o n c l u d e dt h a tm o s to ft h ee x i s t i n gl o c a t i o ns y s t e m sr e l i e so nag i v e np h y s i c a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e m b a s e do nt h i so b s e r v a t i o n ，at h r e e l a y e rs e r v i c em o d e l ， w h i c hi si n d e p e n d e n to fc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb u tc o m b i n e st i g h t l yw i t hg i s ，i s p r o p o s e d ，w h i c hc a np r o v i d er i c hv a l u ea d d e ds e r v i c e s t h e nt h eo v e r a l ls y s t e md e s i g ni sp r e s e n t e d i n c l u d i n gd e t a i l e dd e s c r i p t i o no n t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n a lm o d u l e s ，s e r v i c e s p r o v i d e d ， a n d i m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r e ，t h i ss i m u l a t i o ns e r v i c ep l a t f o r i l li sc l o s e l y1 i n k e dw i t h g i s n e x t ，t h et h e s i sp r e s e n t sr e l a t e dg i sd a t a b a s e d a t ad e l a m i n a t i o n 、l a y e r s e t a n da n i m a t i o nl a y e r t h e nat i m e b a s e dl o c a t i o na l g o r i t h m s t d o aa n di t s i m p l e m e n t a t i o ni nv i s u a lc + 4 - a r ed i s c u s s e d 盘d e t 8 i l a tl a s t 。d e s c r i p t i o n sa n d e x a m p l e so nm o s ts e r v i c e s ，i n c l u d i n ga r e al o c a t i o ns e r v i c e s ，p e r s o n a ll o c a t i o n s e r v i c e s ，c o r p o r a t i o nl o c a t i o ns e r v i c e sa n dp u b l i cl o c a t i o n i n f o r m a t i o n 。a r eg i v e n k e yw o r d s ：t h r e e l a y e rm o d e l ，g i s ，l o c a t i o ns e r v i c e ，w i r e l e s s l o c a t i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 无线定位业务是一个综合的课题，它涉及定位技术、地理信息系统等多 个领域。 1 1 无线定位 最早的车辆定位系统可以追溯到公元前2 6 0 0 年的指南车。随着科技的进 步，新的元素不断注入到“定位”这个课题中，直到现在，地面无线定位和 导航仍是研究的热点。m 7 埘1 1 1 1常用无线定位技术 无线定位是指地面无线设备通过对其接收或发射的信号进行综合、分析， 根据传输信号的强度、角度、到达时间、时间差及其综合信息，确定该无线 设备位置的技术。根据不同的标准，无线定位可以有多种划分。 定位按不同的方式可以分为地面无线定位、基于卫星的定位、公共无线 通信系统定位和专用通信系统定位。总的来说，基于卫星的定位方案适用于 空旷的地区：在市区建筑物密集，g p s 接收机难以奏效：而在郊区，由于基 站分布稀疏，移动台往往只能接收单个基站的信号，g p s 信号的加入很好地 辅助了准确定位。 根据信号的检测机制，可以分为基于移动台定位和基于网络的定位。 1 1 基于移动台的定位 基于移动台的定位方案需要对手持设备做改动，以计算自身位置，通过 反向数据链路向网络报告自身位置。这种方案需要改动现有手持设备，甚至 购买全新设备。移动台端定位模块的加入，使得移动设备功耗、成本、尺寸 增加。 2 ) 苍于网络的定位 基1 二网络的定位需要在网络中添加位置接收处理设备 2 1o 位置信息接收 处删设备可以添加到现有基站，也可以作为新增的定位站点添加到网络中。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 位置信息接收处理设备捕获要求定位移动台的信号，将信号或信号中的某些 特征值进行处理，得到位置估计。 1 1 2g s m 网络常用定位方式 不同的网络类型，采用的定位方式不同。定位技术的选择决定了定位精 度。在g s m 网络中，现有的定位方式主要有到达时问( t o a ) 、增强测量时间 差( e - o t d ) 和g p s 辅助定位( a g p s ) 三种方式。 1 t o a 采用t o a 方式定位时，要定位的手机发出一个接入突发信号，至少三个 位置计算单元( l m u ) 同时接收该信号。根据各个l m u 得到的g p s 绝对到达时 问，服务移动定位中心( s m l c ) 可以计算出突发信号到达时间差。出于各个 l m u 的准确地理位置和各个l m u 之间的时间偏移量已知，就可以得到定位手 机的准确位置。 图1 1t o a 定位方式示意图 t o a 定位方式不需要对移动台设备做任何改动，但是需要在网络端添加 硬件设备l m u 。t o a 方式本身精度不高但是可通过分集技术提高测量精度。 另外，选择t o a 定位方式的用户不能自主控制是否提供位置信息，因而用户 不能自主保密。 2 e o t d 这种定位方式是从测量时间差( o t d ) 发展而来的。定位时，手机接到各 基站发来的信号，得到t o a 参数；l m u 得到两两基站之问的相对同步时间差 ( r t d ) 参数，手机将两个参数传送到g s m 网络，进行计算，从而确定自己的 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 位置。 图1 2e - o t d 定位方式示意图 与t o a 方式相比，这种定位方式需要的l m u 数量大大减少，手机端也不 需要做任何硬件改动，但是需要更新软件。与t o a 方式一样，e - o t d 方式的 定位精度也受多径效应影响，在市区尤其明显。在g s m 网络中，e - o t d 方式 响应速度最快。 3 a - g p s 这种方式需要在手机端添加g p s 模块，另外需要添加一个全功能的g p s 接收器，接收器添加位置视定位方式而定：手机自主g p s 定位方式添加到手 机中，手机辅助定位方式中将g p s 接收器的大部分功能转移到网络处理器上 实现。 图1 3a - g p s 定位方式示意图 g p s 辅助定位方式的优点是定位精度很高，理论上可达到5 一i o m ，并且 网络改动少，几乎不需要添加新的设备，受到网络运营商的青睐。但是网络 端的小投入是以用户高投入为代价的：用户需要更换他们的手机。并且支持 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 g p s 辅助定位的手机功耗大，体积大，普通用户难以接受。 1 1 3c d m a 网络常用定位方式 在c d m a 网络中，定位也是通过对无线电波的传输时间、幅度、相位、到 达时间和角度等参数进行测量，再根据一定的算法得到被定位用户的位置和 误差范围。现有的移动定位主要有t 9 , 1 0 , 1 ： 1 c e l l i d 当移动台位置更新、呼叫、短消息传送或切换时b s c 会将用户所在基站 扇区的c e 1 一i d 传送给m s c 。这种定位技术得到得是用户所在小区位置，定 位精度取决于移动台所在小区大小。在闹市区，基站密集，定位精度可以达 到百米：在基站稀疏的郊区、山区，定位精度非常低。采用c e l l i d 最大的 好处是简单，不需要对用户移动设备做任何软硬件升级，网络端也不需要添 加任何实体设各。总的说来，这种技术只适用于对精度要求不高的服务，如 基于移动台位置的优惠收费。 2 a o a 移动台信号到达基站接收机，接收机天线阵列测出电波入射角。两个以 上基站测量的接收信号到达角综合，可以估计出移动台位置。 这种方式需要在网络侧增加智能天线。由于电波到达角受非视线传播影 响很大，定位精度较低。 3 t d o a 基于反向链路。通过测量移动台信号到达多个( 三个以上) 基站的传播 时间来确定移动用户位置。 4 t o a 基于反向链路。通过检测移动台信号到达两个基站的时j 司差确定移动台 位置。一对基站的到达时间差确定一个双曲面，多对双曲面相交区域是移动 台的位置。 5 a f l t 基于前向链路。移动台同时监听三个以上基站的导频信息，利用码片延 时来确定手机到附近基站的距离。 这种方式需要在网络中添加新的实体。而移动台需要软件升级。 6 c p s 辅助定位 移动台通过解调出的c p s 导航信号快速搜索到有效的g p s 卫星，利用卫 黼南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 錾演号诗算盘移鞠台俊黉。 遮秘方式在飕络端葶玎移动套端都需要添热硬件设备，定位精度缀蕊，照 受环境影响很大，如程室内或建筑密集区，w 挺卫星数鼹少，定位精度大大 降低。 ，2 地理信息系统溉述 籍罄懿定霞，只跫为蘑户筑供鬣黉坐标等裙步懿位餮信惑。整是，这黧 信息对用户来说，抽象不实用。将德- 置信息网地理信息系统融含，能提供更 加赢溉、方便的服务。 地理信息系统( o i s ) 是一门集计算机科学、信息科学、现代地理学、测 绘遥戆学、地图擎、环境科学、城市褥学、奎阊科学释鬻遴科举等为一体麓 掰兴边缘学秘7 。豁，骰爨上第一个地理信息系统建立于2 0 世纪年代：1 9 6 3 年，加拿大测量举家r f t o m l i n s o n 首先掇出了“地理依息系统”的概念， 著建立了世界上第一个实用的地理臻息系统，用于自然资源的管理和规划。 港璎信患系统楚在计算梳襞俘、软件系统的支持下，戳缝璎空闻数耀瘁 为鏊璐，采集、鼹存、罄理、分辑秘攘述整个域帮分避蘸袭嚣包括大气藩在 内) 与空间和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系 统。她理信息系统处理、警理麴对象是多耪她理空间实锩数据及其关系。包 括空潮定德数据、鼙形数据、遥感图像数疆、属件数据等，用于分析帮处理 在一定琏壤区蠛蠢分柱终蚕荦孛袋象积过程。勰决簸杂翦袭矧、决策彝繁毽溺 题。丽今，地理信息系统应用广泛，其主要成用方面有：测绘与地图制图、 资添管理、瑷乡竣划、灾害鉴溅、黪蠖镶护、罄躲、宏鼹决策支持等冬个方 面。 地理信怠系统粪肖强下三个方露翡特铥： 1 ) 舆有采集、管理、分析和输出多种地理空恻信息的能力，具有空问 黢鞠裁悫憋； 2 ) 以地理研究和地理决策为羁的、以地理模型方法为手段，具商区域 空问分稀、多要素综念分析辩动态预测熊力，产生离簇次虢稳理傣 息： 3 ) 由汁葵辊系统支持透静窆闼蘧理数掇餐璎，并基计冀橇程_ 享横羧常 烈豹或专门的地理分掇方法，作用予空脚数据，产生密疆信息。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 地理信息系统表现为计算机软硬件系统，而其内涵是由计算机程序和地 理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地 理系统。 1 3 无线定位服务现状 1 9 9 6 年美国联邦通信委员会( f c c ) 公布了e 9 1 1 ( e m e r g e n c yc a l l 9 1 l ) 定位需求，要求在2 0 0 1 年l o 月l 同前，各种无线蜂窝网络必须能够对发出 b 9 1 1 紧急呼叫的移动台提供精度在1 2 5 m 内的定位服务，且概率不低于6 7 ；2 0 0 1 年后，系统必须提供更高的定位精度及三维位置信息。1 9 9 9 年1 2 月公布的新要求提出，基于网络的定位方案要求，在1 0 0 m 精度范围内的概 率不低于6 7 ，在3 0 0 m 精度范围内的概率不低于9 5 ；基于移动台的定位 方案，要求在5 0 m 精度范围内的概率不低于6 7 ，在1 5 0 m 精度范围内的概 率不低于9 5 1 5 , 7 1 , e 9 1 1 需求的颁稚，掀起了国内外蜂窝网络无线定位研究的高潮。各大公 司，如美国高通，诺基亚，上海贝尔等，纷纷就定位技术进行了深入研究， 并制定了相应的定位实施方案。 美国高通公司开发出定位方案g p s o n e 1 6 1 g p s o n e 是一种无线辅助全球 定位系统和高级前向链接三边测量相混合的技术，具有精度高( 3 5 0 m ) ；可 用性好( 能在高度遮挡环境中定位) ；响应时间短( 在所有呼叫环境中均为几 秒) ；保密性好；集成度高，成本低的优点。 在同本已有成熟的定位服务及设备投入使用。小巧的移动定位没各集成 在个项圈上，用于宠物定位。 瑞典m o b i l e p o s i t i o n 公司开展了s e a k e y ( 海上电子业务) 、 f r i e n d p o s i t i o n ( 朋友定位) 、s a t s a f e ( 汽车定位报警) 、 w e a t h e r p o s it i o n ( 天气定位) 和就近黄页服务等业务。 诺基亚提出支持g s m 手机的m p o s i t i o n 解决方案，该方案采用c i ( 小区 号) ，c i + t a ( 定时提前) 、和更新的c i + t a + r x ( 登记) 方式定位。在支持e - o t d ( 增强观察时间差分) 定位的m p o s i t i o n 定位技术版本中，诺基亚为g s m 运 营商添加了e - o t d 定位方式，以便从定位容量和可靠性两方面提高性能“”。 诺基亚m p o s i t i o n 解决方案也支持从g s m 网络演进至3 g 。 在国内，中兴通讯提供c d m a 定位系统的全套解决方案。垓方案包括两 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 个实施阶段：第一阶段使用c e l l i d 和a f l t ( 高级前向链路三角定位) ，这 一技术对手机没有特殊要求，投入小，开展快；第二阶段使用高通公司的 g p s o n e 定位技术，定位精度高，业务范围广，但是投入较大i 2 0 1 。 上海贝尔推出了终端侧定位的g s m 移动定位解决方案r z 一- 2 2 1 利用小区 t 别号c e l l i d 、时间提前量t a 、o t d e o t d 等信息进行定位，为用户提供 了从终端到定位服务器的完整解决方案。该公司已经推出车辆防盗器“都市 小精灵”，利用g s m 网络定位功能，可以实现对车辆位罱移动的检测与报警。 “都市小精灵”使用车载电源和自各电池不间断工作，车辆被窃后，通过g s m 短消息自动报警，并给出车辆位置。车主也可以通过g s m 短信控制车辆熄火。 上海贝尔公司还研发出g p s g s m 智能车载定位监控系统，集g p s 卫星定位、 g s m 无线通信、g i s 电子地图和计算机数据处理等技术。定位时由车载g p s 接收机接收3 颗以上卫星发送的数据计算自身坐标，然后将该坐标发送至一 个中央监控系统，经过地图匹配，控制中心可以得到车辆的动态信息。 1 4 本论文的内容与安排 目前无线通信网络呈现多种网络类型并存的局面。不同的通信系统提供 给定位系统的接口可能不同。而现在甚至以后很长一段时j 副内，多种通信系 统可能并存。为了给所有的服务商提供定位服务平台，这个平台应能与具体 的网络分离，即独立于具体网络。 因此，本文提出一种与具体网络无关的三层定位服务体系。该体系忽略 具体的网络接口和信息获耿方式。作为该体系的实现，搭建了一个无线定位 业务仿真平台。平台从获得基站与移动台之间信号传播时间差入手，经过 t d o a 定位算法，g i s 优化，得到用户位置与地图匹配的结果，可以为用户 提供丰富多样的基于位置的服务。 基于位置的业务在今后相当长一段时间内，具有巨大的市场和旺盛的生 命力。定位服务的实现融合了地理信息系统和无线定位技术。论文的具体安 排如下： 第一章绪论，介绍了本文的研究背景及问题的提出。 第二章从与具体网络无关的角度提出一种三层服务模型。并基于该模型 设计了一个无线定位业务仿真平台，给出了平台的总体结构，运行机制，服 务划分等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第三章讨论了地理信息系统中的与定位、导航相关的问题及一些关键技 术。 第四章讨论了移动通信复杂的传播环境和基于时间测量值的定位算法数 学模型，重点分析了t d o a 定位算法及t 1 p i 信道模型，并给出仿真实现。 第五章针对多类服务的实现给出了说明和实例。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章定位仿真平台总体设计 本章首先介绍了平台的三层模型，给出了三层模型的实现一个独立 于具体网络的定位业务仿真平台，并对该平台作总体介绍。 2 1 三层模型与功能模块 移动通信网络发展到今天，出现了2 g 多标准( g s m ，c d m a ) 和3 g 共 存的局面。在这样的背景下，提供统一的，独立于具体通信系统的定位服务 平台十分必要。基于此，本文提出一个独立于具体通信系统的，由下至上共 三层的定位服务模型。 2 1 1 蜂窝网络概述 地面无线定位与网络密切相关。目前全球的移动通信网络呈现多种通信 网络并存的格局。现有的多种网络包括g s m ，i s 一9 5 和即将投入运营的3 g 网。 在2 g 蜂窝网中1 2 3 | 欧洲发起的“全球移动通信系统”( g m s ) 使用最为 广泛，迄今其手机用户数在世界总市场中约占2 3 。目前各国的2 g g s m 蜂 窝网使用9 0 0 m h z 和1 8 0 0 m k 两个频段，空中接口的主要制式是时分多址 ( t d m a ) 。此外，有些国家正使用码分多址( c d m a ) ，即美国的i s 9 5 系统。 这种蜂窝网有的与g s m 蜂窝网同时存在于同一城市，各有各的用户，持有不 同的移动手机，都属于2 g 。c d m a 技术在功耗、安全性、容量等多个方面 优于g s m 网络，是无线通信发展的必然趋势。 各利r 蜂窝网络的基本结构是相似的：各个基站负责多个用户的呼叫，基 站由m s c ( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r 移动交换中心) 控制，m s c 与公共电话 网络连接。m s c 负责维护h l r ( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r 归属位置寄存器) 和 v l r ( v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r 访问位置寄存器) 。这两个寄存器中存放了关 于用户合法性信息，漫游信息以及用户帐单等。不同的通信系统之间，差 别主要在于空中接口的定义。美国采用a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n e 西南交通大学硕士研究生学能论文第1 0 灏 图2 - 1 蜂窝网络鲐构 s y s t e m ) ，致溺鬟爝g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 。 标准不问，控制信邋数据格式，信号载波都不问。 2 。1 ，2 三层服努平台 移射能置计算与能置信息管理l c s 服基予位 动频 确定( p d g ( m p c g m l c ) 务器鼍臻想 台 r fs m l c ) 一静羧努二 = ：= fl l 图2 2 参与定位的网络单元 蜂窝移动逶绩翮络为移紊台撬供定位掇务瓣，主要涉及移动逶蘧网缨中 的移动台、射频r f 、饿簧计算与确定、位鬓信息管理和l c s ( l o c a t i o ns e r v i c e ) 服务器簿单元( 如图2 - 2 所示) ”“。定位服务提供商要为用户提供服务，必 须通过l c s 强务器获取移动叁的锭置信息。l c s 联务器与移渤通信网络中豹 g m l c m p c 按强，终愆是将定位鼹务斑用与佼餮傣惑戆溺量藤离开来，舞撬供 位置服务的服务提供商提供一个标准的应用程序开发接口。行业用户可以罄 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 r ：l c s 服务器的丌放接口，丌发提供具有行_ k 特点的服务。不同的网络l 。c s 服务器在和g m l c m p c 接1 2 1 时采用的协议和信令不一样因此，矸；同删络的 图2 - 3 系统结构框图 | c s 服务器提供的a p 【乜可能不一样。 为了使基于位置信息臼勺增值服务应用独立于具体的网络，本文捉出了一 个通用的跨系统定位服务平台，平台结构如图2 3 。该平台位于i c s 服务器 与基于位置信息的应用服务之间，为位置信息服务提供标准化公用软件平台， 从而方便实现各种各样的定位服务功能，通过增值服务平台的丌发，把基于 位置信息的服务移到网络运营范围之外，使得定位增值服务的开发与具体通 信系统独立，以便向独立的业务供应商开放市场，提供标准的、开放的应用 编程接口( a p i ) ，从而大大增加了定位增值服务的灵活性和通用性。 模型共分三层，中间件功能层作为底层，是平台与各种网络的接口，中 间件功能层将传入的数据经过一定的定位算法处理，得到被定位用户的基本 位置信息。其上的增值服务平台是交互式地理信息系统，提供基于位簧的信 息 图2 4 模块划分 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 定位平台的开发采用v i s u a lc + 十6 0 ；地理信息系统用m a p l n f o 制作， 使用m a p x 完成在v i s u a lc + + 6 0 下的二次开发。各个模块之间的调用见图 2 4 。 2 2 系统的服务划分 总的来说，基于定位的服务可以分为四大类弛”，而每类服务又可以包含 若干服务项目。 i 触发服务 i j 基于定位的信息服务 i i i 第三方跟踪服务 i v 终端用户救助服务 1 触发服务 当用户进入某个触发区域后，就自动接受服务。这些服务可以是免费的 公共信息，也可以让用户根据自己的需要选择按条计费或包月收费。发送形 式多以短信为主。具体的服务项目有： a ) 路况统计 交通部门定时统计道路繁忙情况，并及时告知附近移动用户， 以便缓解拥塞，更好的利用道路资源。 交通部门需要统计流量大的路口，然后根据拥塞状况，发布给 附近的移动用户，只有特定路口附近一定范围( 比如1 0 0 0 m ) 内的 用户可以接收到路况信息。 b ) 发送市政信息 市政部门可以通过这项服务发送相关信息。如修路请绕行，某 路段临时单行通知等。 c ) 基于用户位置的广播式服务 一旦用户进入某个地域，就可以收到诸如天气预报，当地新闻 等广播消息。 d ) 基于位置的计费 大多数用户活动区域有限，当用户停留在常驻区域时优惠计费。 这种基于用户位置的计费也是一种触发式服务。 2 基于定位的信息服务 西南交通大学礤士研究生学位论文第1 3 页 用户主动请求戆与自身位置德慰有关的服务。服务可以邂过短消息的形 式，毽霹戳通过致瞧疆务商的呼h 缀务中心_ 柬鼹侯。这类黢务影式多样，登 求的定位精度和响威时间差别也很大。 a ) 自身位鬣查询 髑户发出定使请求后，鼹务中心向用户发出定位结果。缆这种骚务中， 粥户可敬彝行选择定位精壤和稿应时阕，不丽韵选择对应豹羧费也不 同。 b ) 路线查询 窜溃这静服务豹爨户多是谗润行事路线。部我出当女i 位置到嚣的地的 簸短路径。 3 第三方跟踪服务 这类服务要求遂绥的定位，服务对象包括公司和个人两种级别。定位对 象逶鬻楚移动懿。这粪骧务不仅霹激通过移动台接入，氇可以通过控割中心 或互联网接入。 a ) 亲友或儿童位置查询 这两项服务可以放在越。他们都是给出被定位用户的号码，需要 缮裂被套谗入豹整嚣。不溺懿是，亲震链罨查瓷串狻奁询大可敬浚 定自己是否隐身，以便保护自己的权利不受侵犯。儿童定位中刚无 此功能。这两项服务的响应时问要求不高，定位精度要求一般。 b ) 公安部门追缉对象 这霹 缀务是镑瓣公安部门嚣震夔。它与萁蘧定蕴缀务豹不圈在予， 不仅要求得到被跟踪者的位置信息，并且要求很高f j 勺精确性、快速 响应和连续性。 c ) 车辆保安 车主够遥遥对车载穆麓台黪定位帮羹跺，及露攀篷车辆信惠，确 保车辆安全。 d ) 物流跟踪 遴递业务公砑、大型企业翡糖漉部门、出租车公司灞簧跟踪员工、 货物稻车辆，确傈公司的浚透调度，褥供高质量蔽务。丽嚣，这麓 公司的客户也希望了解托逡包裹、物晶的下落。 4 终端用户救助服务 这粪鼹努主要罴为了绘陷入溪壤翡蠲户提供个安全缳妒潮终。出于用 户静掇务要求很惫追，通常要求鬣黼的优先级剐和最遥速的喻应。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 a ) 服务查询 当用户需要了解附近的服务设施信息时，可以选择这项服务。而愿 意提供服务的商家如商场、旅馆、医院等，需要事先到服务商处登 记自己的基本信息，以各查询。当用户选定服务对象类型后( 商场、 医院、旅店等) ，输入查询的关键字，可以搜索到给定范围内的服务 对象，及乘车路线，经营项目等对象的基本信息。 b ) 紧急呼叫 当用户发出紧急呼叫后，移动服务提供商应能迅速确定他的位置， 并将用户的准确位置信息及呼叫要求转发给相应的部门。这项服务 对时问响应和定位精确度的要求是最高的。 2 3定位流程 系统设有管理员。管理员成功登陆后，显示平台主界面。 如下图2 。5 所示，主界面由电子地图、工具栏、状态栏、信息栏、菜单 组成。位置服务按类型划分，放在菜单中。工具栏是地图工具和操作工具的 集合，可以实现地图的缩放、拖动、分层编辑、对象添加以及定位的_ 丌始、 暂停和停止功能。丌始定位后，左边的状态栏显示被定位用户的各项信息， 有姓名，手机号码，当前位置，速度、方向等。系统管理员可以通过改变状 图2 5 平台主界面 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 念栏中的对象参数，改变定位对象属性。最下方的信息栏会交替显示当前被 定位用户的位置信息。 当系统管理员在菜单中选定服务项目后，即可启动，流程如下图所示。 图2 6 定位流程 西南交通大学硕士研究生学位论文 第16 页 2 4 数据库分析与设计 在移动台定位过程中，需要知道用户历史位置信息，姓名，号码，地理 信息，企业职工信息等，因而该平台数据库主要分为地理信息数据库和定位 用户数据库两大部分。地理信息数据属于地理信息系统的内容，将在第三章 介绍。下面就用户信息数据库的组成做一个简要说明。 2 4 1 数据库设计 用户信息数据库主要有系统信息数据和用户信息数据。 系统信息 由基站信息表( t b a s e ) 、服务费用表( t c h a r g e ) 、系统管理员表( t u s e r l o g ) t 主要包含定位需要的各种位置信息数据，各种服务费用。 用户信息 存贮所有用户基本信息表( t u s e r ) ( 该表包含普通用户、车载台、儿索 位置监控、被跟踪宠物在内的所有可查询对象信息) 、用户亲友分组表 ( t f r i e n d ) 、儿童监护人表( t c h i l d ) 、车辆信息表( t v e h i c l e ) 、企业职工分 组表( t s t u f r ) 以及宠物权限表( t p e t ) 。 图2 7 数据库 通过将t u s e r 与相应表作笛卡儿积，就可以得到诸如属于某用户的全部 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 宠物、某分组的全部职工的结果。再在该范围内指定对象进行定位。 2 4 2 使用a d o 实现数据库管理 微软推出了几种数据库访问技术供选择： o d b c ( o p e n d a t a b a s ec o n n e c t i v i t y )一种几乎可以访问所有重要的数 据库格式。但是利用o d b c 进行程序设计比较困难和复杂，不能满足快速丌 发应用程序的需要。 d a o ( d a t a a c c e s so b j e c t ) 为了给o d b c 创建一个易用的接口，微软 推出了d a o 技术，它是用来补充j e td a t a b a s ee n g i n e 的，因此它对a c c e s sm d b 格式的数据源支持良好，但对s q l s e r v e r 、o r a c l e 支持不太好。 a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t )使用简单，运行速度快，内存支出低，磁 盘空间占用较少，可访问各种数据库的数据，功能强大。 在v i s u a lc + + 环境中使用a d o 进行数据库编程的基本流程分四步： ( i ) 初始化c o m 库，引入a d o 库定义文件 用# i m p o r t 指令引入a d o 类型库，在应用程序初始化时，初始化c o m 库。 ( 2 ) 用c o n n e c t i o n 对象连接数据库 首先添加一个指向c o n n e c t i o n 对象的指针： 一c o n n e c t i o n p t rm _ p c o n n e e t i o n h r e s u l t h r ； t r y h r = mp c o n n e c t i o nc r e a t e l n s t a n e e r ”a d o d b c o n n e c t i o n ”) ； 创建 c o n n e c t i o n 对象 i “s u c c e e d e d ( h r ) ) ( ，连接字串中的p r o v i d e r 是针对a c c e s s 2 0 0 0 环境的，数据库名为 d b l m d b m _ p c o n n e c t i o n 一 o p e n r ”p r o v i d e r = m i c r o s o f t j e t o l e d b4 o ；d a t a s o u r c e = d b1 m d b i i t i l i l t ) a d m o d e u n k n o w n ) ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 c a t c h ( c o r ne r r o r e ) 捕捉异常 c s t r i n g e r r o r m e s s a g e ； e r r o r m e s s a g e f o r m a t ( ”连接数据库失败! k r k n 错误信 息：s ”，e e n o r m e s s a g e 0 ) ； a f i m e s s a g e b o x ( e r r o m l e s s a g e ) ；显示错误信息 ) ( 3 ) 利用建立好的连接，通过c o n n e c t i o n 、c o m m a n d 对象执行s q l 命令， 或利用r e c o r d s e t 对象取得结果记录集进行查询、处理。 定义一个指向r e c o r d s e t 对象的指针以取得结果记录集；对已取得的结果 记录集，可以用g e t c o l l e c t 0 去取字段值，m o v e + 4 + + ( ) 方法去移动到需要的记 录，d e l e t e ( ) 方法删除记录，a d d n e w ( ) 方法增加新的记录，p u t c o l l e e t 0 修改字 段值，u p d a t e ( ) 保存所做的修改至数据库中。 f 4 ) 使用完毕后关闭连接释放对象 2 5相关关键技术 定位实现过程中，定位算法的实现和g i s 系统的匹配是其中的关键技术。 定位丌始后，首先要将得到的被定位用户发射信号的某些信息( 在这罩 主要是传播时阳j 差) 输入定位算法进行计算，计算结果是初步位置信息。初 步位置信息经过地理信息系统的校f ，可以得到较为精确的结果。因此，定 位算法的选择和地理信息系统的优劣是该平台中对定位精确度最大的影响因 素。另外，地理信息数据的组织，对系统的效率影响很大。 2 6 本章小结 本章从整体上介绍了本定位平台。本章首先介绍了三层服务模型的思想 和接口，接下来，就该平台实现的服务进行详细的分类，并介绍了每类服务 中各项服务。最后，就数据库设计和其他关键技术做了介绍。 西南交通大学硕士研究生学俄论文 第19 戮 第3 章地理信息系统与无线定位服务 3 1 地理惰怠系统( g i s ) 3 。 。 地理镶怠系统孛懿数据结构 g i s 中的数据绪构主要有两种类型，基于矢量( 图形) 和基于栅格( 图 豫) 。矢量数据结构藏接班取样点黔坐标为基磷，尽可能准确敬表示点、线、 面。 一矢激数据结构 ( 1 ) 点实体 点安钵是弱一对单独戆x ，y ) 嫩标来逶行定位1 2 8 1 。点是蹙闽中不可嚣分 的地瑗嶷体。它可以怒具体的也w 黻是抽蒙的，如城市点、文本位置点或线 段网络的结点等，如果点是一个与其他信息无关的符号，则记录应包括符号 的类型、方向、大小等有关信息；如果点是文本实体，记录的数据应包括与 其毽 # 强形藩毽懿袋蓉方式等售惑。 ( 2 ) 线实体 线实体是由线段元素组成的备种线性要素直线元素幽两时以上的( x ， y 1 ) 坐标定义。 线：( x l ，y i ) ，( x 2 ，y 1 2 ) ，( x 3 ，y t 3 ) ，( x n ，y l n ) 最简单的实体其存储它的起点和终点的坐标、属性、显示符等有关数据。 复杂的线实体，如弧、链等，是n 个坐标对的聚合，这些坐标对的集合可以 描述任何连续丽又复杂的曲线。 ( 3 ) 甏实露 面实体( 也称多边形或区域) 用坐标对的表示方法为： 面：( x ，y ) ，( x 。，y 。) ，( x 。y 3 ) ，( x 。，y 。) 露实俸的矢量编码，不但要袋示位置、更黧要的是能表达区域的拓扑关 系。翔形状、邻域帮鼷次维稳等，黻便使这些蒸零兹空阉零元可戳俸为专题 图的资料进行显示和操作。 西浦交通大学硕士研究生学仪论文第2 0 页 出于要表达豹镲患十分丰寨，基予西的运行多丽复杂，嚣我瑟实锤= 熬矢 量缡鹬要眈点稻线爨体编码复杂缀多，遣更为重要。 二栅格数据结构 与矢量数据结构不同，栅格数据是将工作域的平面表织进行行和列的规 划划分，形或许多穆测，每个嬲掇擎元稼为缘豢，掇穆数缀缝秘实际上魏楚 像元薄列，橱貉中的每个像元怒稽格数据中最麓本静信息存储单元，萁嫩标 位置可以用行号和列号确定。属性用像元取值袭示。因为每个像元在一个网 格中只能取值一次，同一像元要袭示多重属性的事物就要用多个平面网格。 每一个乎嚣网揍表示一耱疆毪或一晕孛耱薤，遮耱乎瑟棼麓鼷。 地理信怠系统中，栅格数据滕适合餍来作为背景，提供荚观的地理信怠； 以矢墩闼层为主进行- 开发。 3 。 ，2 图形数据分屡的方法 矢量地图的基本技术标准确定后，需要对空间数据进行编码和分类，为 了套谗霜搜索，嚣黉将连枣稷关鲍一类銎形敖程一一起终为一个整谚开癌拳 关 闭，氇郄形成一个豳层。 图形数据如何分层要根据图形的具体特征确定、在下面介绍的4 种方法 中，前两种是以图形的逻辑特征划分，后两种以存储( 物理) 特征划分。 ( i ) 疆疆蛙分屡 例如普通地形圈，在录入系统时一般将各粪要素分层，箕橘性数据可以用 基于关系数据库模型的数据结构存储，便于检索与管理。 ( 2 ) 以图形对象类型分层 这黪方法主要考黪蓬形豹特杰，懿特点臻对象( 基菇、吾赞公司) 、线敬 对象( 公路、地铁) 与面状对象( 河流、行政区) 分层存放，从而使图形的显示 容易控制。通常将它与( 1 ) 综合使用。 ( 3 ) 独立存储 器滋数据荟垂存教在独立豹文徉中，文馋凌凳包窘其畜穗藤霾淫戆羧 据翁予管理。例如：地图可由雾个层组成，倪每一层存储为一个文件。 ( 4 ) 混合存储 一个文件存放多屡数据，系统程内部提供分层管理规创；肖对即使系统 平台未遂供这耱建帮分层穰裁，梵了操作方便滋须编毒l 程窿横攥瘸住特鬣将 图形分艨( 例如：m a p l n f o 系统不掇供同时选择不同l a y e r 上图形元素的方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 只能用程序控制分层实现) 。混合存储可以减少图形文件的数量。 3 1 3 地图分层设计 如前所述，地图图层的划分是与应用密切相关的。同一层的数据可以作 为一个逻辑整体看待。 在应用过程中，需要分别得到区域( 面状对象) 地理信息，道路( 线状 对象) 地理信息或点对象地理信息，因此，地图以图形对象的类型分层。 之所以这样分层，是与提供的服务密切相关的。如前面章节所述，不同 的服务要求的定位