（电磁场与微波技术专业论文）物流信息化中终端定位技术的研究与实现.pdf

摘要 摘要 物流信息化是指物流企业运用现代信息技术对物流过程中产生的全部或部分信息进行采集、分 类、传递、汇总，识别、跟踪、查询等一系列处理活动，以及实现对货物流动过程的控制，从而降 低成本、提高效益的管理活动。定位技术是物流信息化的重要信息基础。是实施物流信息化控制的 主要信息依据。物流的定位方案与技术的选择对提高现代物流配送管理效率，减少运营成本具有重 要的影响。 当前的定位技术主要有基于移动通信网络的移动定位技术、基于g p s 的卫星定位系统及对其进 行相应功能扩展的定位技术、基于无线传感器网络的定位技术以及惯性导航、地图匹配等辅助定位 技术。 各种定位技术都有其性能应用的优点与不足，每种定位技术都是针对一定的用户和场合等条件 而进行设计应用的，自然也就不可能一种定位技术满足所有用户的全部需求。为了更好地满足物流 信息化对定位功能的需求论文通过研究与分析，针对物流信息终端的实际应用，提出了一种高效 能、低成本的组合定位方案。 确定了定位功能实现方案后，对比分析现有嵌入式系统技术，论文还提出了系统实现的软硬件 方案并对具体实现中的关键技术进行了研究与分析。最后，论文给出了系统实现的昂终实验结果 从实验结果来看，基本实现了采用所提组合定位方案的物流信息终端定位功能。 关键词；g p s ；a r m iq t ；嵌入式；物流；定位技术 a b s t r a c t l o g i s t i c si n f o r m a t i o ni st h a tai o g i 血c s 酬目p s au s 岱m o d a ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yf o rl o g i s t i c s m a n a g e m e n t l o c a 出o l lt e c h n o l o g y i st h em a i nc o m p o n e n to f l o g i s t i c si n f o r m a t i o n l o c a t i o nt e c h n o l o g yi s t h ek e yo f l o g i s f c si n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n t l o c a t i o nt e c h n o l o g yi su s e f u lf o ri m p r o v i n ge f f i c i e n c yo f t h e m a n a g e m e n t o f d i s t r i b u t i o n a n d d e l i v e r y i n t e r m s o f m o d e r ns u p p l y c h a i na n d l o g i s t i c s c u r r e n tl o c a t i o nt e c h n o l o g ym a i n l yi sc o n s t i t u t e db yw i r e l e s sl o c a t i o n b a s e do nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dl o c a t i o nb a s e do ng p sa n d8 0o n e v e r yl o c a t i o nt e c h n o l o g yh n sa d v a n t a g e s a n dd e f i c i e n c yo ni t sp e r f o r m a n c ea n da p p l i c a t i o n m o s tl o c a t i o nt e c h n o l o g yw u sd e s i g n e r e du n d e rc e r t a i n c u s t o m e re n do c c a s i o n t h e r e f o r e ，t h e ya r cn o tu s u a l l ys a t i s f i e dw i t ht h en e e do fp r a c t i c a lp r o b l e m w e m u s tf i n dam o l ee f f e c t i v es o l u t i o ns c h e m ef o rl o g i s t i c si n f o r m a t i o nt e r m i n a l t h ea u t h o rs u p p l y lam e t h o da b o u td e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fl o g i s t i c si n f o r m a t i o nt e r m i n a l p o s i t i o n i n gf u n c t i o nb a s e do ne m b e d d e dl i n u xa n d $ 3 c 2 4 1 0p l a t f o r mi nd e t a i l t h i si sai o w - c o n tp r a c t i c a l g i ni n t e g r a t e dn a v i g a t i o ns y s t e m t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d e st h ec o m p a r i s o na n a l y s i so ft h eo t t r e n tm o b i l e p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tm a i n l y , t h es o l u t i o n s a b o u t p o s i t i o n i n g f u n c t i o no fl o g i s t i c s i n f o r m a t i o nt e r m i n a l t h ea n a l y s i so f t h es y s t e md e s i g no f k e yt e c h n o l o g i e se n ds oo n a tl a s t 、 ，es h o wt h e i n i t i a lr e a l i z a t i o n r e , w o r d ：g p s ，削对吐q t , e m b e d d e d , l o g i s t i c s ，p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 压哟 日期：丝： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：- j 塑皿导师签名拦日期：盟 第一章绪论 1 1 课题背景及其意义 第一章绪论 9 0 年代以来，随着我国物流产业的高速发展，物流企业之间竞争越来越激烈，加上油价节节攀 升，如何降低物流企业运营成本，提高运输效率，成为各物流企业在竞争中制胜的关键。物流是为 了满足消费者需求而进行的对原材料、中间库存、最终产品及相关信息从起始地到消费地的有效流 动与存储的计划、实施与控制的过程。一般认为。物流具有运输、保管、装卸、包装四个基本功能， 从物流管理者的角度看，物流的四项基本功能是物流业发展的中心内容。其中物流运输是使商品产 生价值增量的过程，是物流的核心。物流运输包含从生产地到消费地的运输也包含消费地向消费 者配送时的运输回归i l l 研究表明，我国物流企业中运输成本在企业整体运营成本中所占的比例在5 0 以上物流企业 必须对车辆进行动态控制，合理调度优化运输方案，从而降低物流企业运营成本。另一方面，安 全也是物流运输的一大问题。近年来，我国交通安全事故频发，很大一部分就是货物运输的安全事 故，特别是贵重货物和危险品的运输。物流信息化水平的高低直接反映了一个国家的物流产业水 平的高低。 降低货物运输成本，缩短货物送达时间，随时掌握货物在整个流通过程中的状态，是整个物流 信息化管理中的重要环节。近年兴起的定位技术恰恰能满足物流信息化在这些方面的需求。”堤位 技术是现代物流的个重要支撑技术，是物流信息化的一个重要组成部分。物流信息化中的定位技 术与方案的研究与应用对提高现代物流配送管理效率减少运营成本具有重要的影响。将定位技术 结合至物流信息化中，可以为客户和物流企业提供一系列的服务，将对物流的优化组织、科学管理， 提高物流企业的工作效率，保证安全，增加企业利润起到积极的作用。 1 2 物流信息化发展简史 我国2 0 0 1 年4 月1 7 日颁布的物流术语国家标准定义：物流是。物品从供应地向接收地的 实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功 能实施有机结合”。可见，物流活动提供的是一种以运输、储存为主的，多种功能相结合的服务活动。 而物流信息系统就是网络通信技术空间信息技术与现代物流信息进行集成，通过地理系统g i s 、移 动定位技术、无线移动通信技术g s m g p r s c d m a 和i n t e m e t 构筑一个面向物流园区、政府利企业 应_ h 的全方位、立体化和多功能的空间物流信息服务系统。其中，物流信息化中的定位技术与方案 的研究与鹿朋对提高现代物流配送管理效率减少运营成本具有重要的影响。f 2 l 最原始的物流形态是企业自办物流，即生产和销售企业白己拥有运输l ：具、仓库堆场装卸机械 等物流设旌设备，并且这些设施一般只为本企业服务。随着物流业的发展，出现了企业间的联合配 查堕查兰堡主兰堡堡主 送，之后又出现了第三方物流，物流开始走向社会化，物流服务供应商和服务对象逐渐分离。但由 于第三方物流企业一般都拥有一定数量的物流硬件设旃设备，因此，这个阶段物流产业还维持着硬 件设施与软件管理一体化的状态。 现代物流的进一步发展产生了第四方、第五方物流，即专门提供物流方案和进行物流人才培训 的企业或机构。虽然这些划分方法在学术界还有争论，但是应该看到，那些不依托或者不完全依托 物流硬件设施设备的物流服务提供者或参与者在产业内开始涌现，并且其市场份额在逐渐扩大。这 种类型的物流服务供应商本身不拥有物流设施设备，但它们会为所服务的企业制定完整的物流方案， 然后利用社会物流资源实现方案。还有一些第三方物流企业也在向这一方向发展，它们保持甚至减 少自有物流设施设备的规模，与此同时整合社会物流资源服务于自身，也就是变“拥有”物流硬件 为“控制”物流硬件。 物流产业内。软”的管理、设计与“硬”的设施、设备相分离，使产业分工更加明晰，提高了 服务的专业化程度和服务水平，并且能够加速市场发育和产业升级，这一物流产业新的发展趋势在 未来会更加明显。1 3 1 我国的运输、仓储、包装等行业已有长时间的发展，然而作为将几种功能有机结合的物流产业 还尚未形成。从发展状况来看，我国的物流产业正处于形成阶段，主要存在以下几方面的现状和问 题： 1 国内企业对物流服务需求不足，现代物流的观念尚未在工商企业中得到普及，对现代物流的 认识有待提高；根据有关部门的调查，大部分企业还没有考虑过以什么样的标准来选择第三方物流 服务商。 2 物流企业作为新兴企业，近几年来发展速度较快，少数企业能结合自身优势，与国际接轨。 但绝人多数物流企业存在工作质量不高，服务内容有限服务方式和手段比较原始和单一，服务项 目、收费标准随意性较大，物流企业组织规模较小。缺乏必要的竞争实力。物流企业经营管理水平 较低，物流服务质量有待进一步提高，绝大多数企业只能提供单项或分段的物流服务，不能形成完 整的配套物流服务。 3 信息技术应用水平较低。信息系统建设滞后，工商企业内部物流信息管理和技术手段都比较 落后，如条形码技术、企业资源物流管理等物流管理软件，在物流领域的应_ 【 j 水平较低。 4 物流企业经营管理水平较低，物流服务质量有待进一步提高。多数从事物流服务的企业缺乏 必要的服务规范和内部管理规程，经营管理粗放，很难提供规范化的物流服务，服务质量较低。 5 适应现代物流业的基础设施薄弱、利用效率不高。特别是缺乏大型现代物流运输中转配送基 地，信息主干网、城市宽带网萼网络基础设施还朱与电子商务紧密对接。绝大多数中小企业还没有 进入电子商务网络，有的虽有商务网，但朱将信息流与物流、资金流充分结合。( 4 1 由于社会分工的逐渐细化，物质流通的规模越来越大，供应链愈发复杂，生产、分配、交换和 消费扩展到了一个极其广阔的空间，此时，只有依靠物流这一纽带，才能将整个复杂过程的各个环 节连接起来，使社会化大生产得以实现。 国际社会一般以物流成本- 与g d p 的比重来衡量一个国家的物流发展水平，比重越低越先进。欧、 美等发达国家这一比重约为1 0 ，中等发达国家，如韩国约为1 6 ，而我国的物流比重指标人约在 2 0 以上，差距十分大。2 0 0 5 年我国g d p 约为1 8 2 万亿元人k 币如果物流成本i g d p 的比重降 2 第一章绪论 低1 0 就是1 8 2 万元亿人民币，接近我国当年第一产业的增加值2 2 7 亿元。可见，降低物流成本对 促进国民经济发展具有至关重要的作用。 但是，我国物流各个环节如运输、仓储、配送的成本以及劳动力和设备成本都远远低于发达国 家，而整个物流过程的综合成本却大大高于发达国家。其主要原因，就是物流各环节信息化程度低， 信息沟通不畅，造成库存大，运力浪费。为了降低物流成本，实现。按需生产、零库存、短在途” 的目标，必须大力发展现代物流，充分利用信息技术，让。信息流”主导。物品流”，通过信息化来 实现。物流”的准确配置，让物的流动具有最佳的目的性和经济性，将生产地和流通过程中的库存 降到最低。嘲可以说，现代物流就是“传统物流+ 信息化”，信息化成为现代物流的灵魂和关键。 1 3 论文主要内容及章节安捧 本文主要介绍了物流信息化的发展及其现状，并对定位技术在物流信息化的地位和需求进行了 研究，对比分析了当前可用于物流信息化的各种定位技术的原理和优缺点。基于现有网络建设的总 体情况、物流配送过程中对定位数据的可靠性、连续覆盖性、精度的要求，并综合考虑各种定位技 术的发展现状及技术成熟度、实现成本等因素，提出在物流配送网络中采用g p s 辅助定位系统 ( a g p 吣u ，+ r f i d + 图形道路匹配相结合) 的定位技术方案。在具体实现中，由于a g p s 方式 需要移动通信网络的支持，在实验室条件下实现相对困难，因此，本系统目前实际采用的是 ( g p s + c e l l - i d + r f i d + 图形道路匹配相结合) 的定位技术方案。 提出定位功能的具体实现方案后，本文又从软硬件实现的角度对系统的软硬件进行了对比选择， 并确定了系统的软硬件实现方案。同时，对系统具体实现中的部分关键技术进行了介绍分析。最后 本文给出了系统的最终实现结果。 其章节安排共分五章第一章为绪论，主要介绍了本课题的背景意义以及物流信息化的发展； 第二章为物流信息化中终端定位技术的研究与分析，主要介绍了物流信息化的定义及定位技术在物 流信息化中的地位需求，并对比分析了当前主要定位技术的原理及优缺点；第三章为物流信息化中 终端定位技术的实现方案选择，主要研究并提出了物流信息化中终端定技术的实现方案，并对比分 析了当前的嵌入式系统处理器、操作系统、图形用户界面系统、数据库软件，提出了基于a r m 9 核 心的物流信息终端的定位功能设计方案；第四章为物流信息化中终端定位技术的具体实现，主要介 绍了系统的软硬件开发平台和系统具体实现的关键技术研究，并给出了实验的最终实现结果；第五 章为结束语，主要对本论文进行了： 作总结，并提出了后续：l = 作的建议。 第二章韧流信息化中终端定位技术的研究与分析 第二章物流信息化中终端定位技术的研究与分析 2 1 物流信息化的概念、特点及现状 物流信息化是指物流企业运用现代信息技术对物流过程中产生的全部或部分信息进行采集、分 类、传递、汇总、识别、跟踪、查询等一系列处理活动，以及实现对货物流动过程的控制，从而降 低成本，提高效益的管理活动。物流信息化是现代物流的灵魂。是现代物流发展的必然要求和基石。 近几年我国物流业的发展非常迅速，物流信息化也得到了很大程度的发展，企业物流信息化意 识普遍提高，物流信息标准化进程也正在加快，但从整体来看，我国物流信息化还处于起步阶段。 从宏观来看，我国还有待建立和完善与信息化服务相关的编码标识、协议、网络等基础设施的标准 化，而且还需要加快公共信息平台( 包括运行平台、服务平台、运营平台) 的建设。 目前国内物流企业的信息化水平普遍不高，主要由以下几个因素在阻碍物流信息化的发展： 1 中小物流企业的信息化程度很低 这里面主要有两个原因：一是中小物流企业的起点很低，规模小，底子薄，而且大多数都由以 前的物质、仓储或货运企业转变而来，往往缺乏充足的资金用于信息化建设二是对大部分中小物 流企业来说，个性化需求比较多，标准化流程比较少，市场上缺少适合中小物流企业起步的信息系 统，从而导致信息化实施成本增加，需要软件开发商付出很大的代价进行系统开发与实施，而多数 开发商认为，物流信息系统在低端市场上不具备开发价值。两种原因归结为一点，就是中小物流企 业在目前还无法低成本、低风险、高效率地开展信息化。 2 提供基础信息和公共服务的物流平台发展缓慢 “小”( 经营规模小) 、。少( 市场份额少、服务功能少、高素质人才少) ，“弱”( 竞争能力弱、 融资能力弱) 、“散”( 货源不稳定且结构单一、网络分敖，经营秩序不规范) 是我国绝人多数物流企 业存在的主要问题。信息化能从根本上解决物流企业的这些问题。信息系统是构建现代物流的中枢 神经，通过信息在物流系统中快速，准确和实时地流动，可以使企业能动地对市场做山积极的反应， 并指导企业调整生产经营活动。但是，对国内大多数物流企业而言，自行建立一个个信息系统或平 台所耗费的资源是巨大的、昂贵的，同时也是极不现实的。因此国内物流企业。尤其是中小企业都 迫切需要有公共性的物流信息平台，以满足其低成本开展信息化( 通过加入会员方式) 的服务需求。 但事实上，我国在这种公共性物流信息平台的研究、规划与建设上还刚刚起步，与平台建设、运营 相关的法律、法规、技术标准等的制订与出台的进展都还比较缓慢。 3 物流信息标准化工作滞后。 随着全球经济体化进程的加快物流标准化工作所涉及的领域越来越，j r 泛。日前，我国国家 物流标准化体系的建设相当不完善，尽管已建立了物流信息标识标准体系，并制定了一些重要的国 家标准，如商品条码、储运单元条码、物流单元条码等但这些标准的应用推广存在着严 重问题。以储运单元条码为例应州正确率不足1 5 。而且一些急需山台的物流信息标准的制 定比较缓慢，如有关企业问信息交换流程标准有关物流信息平台麻j f 开发、数据传输、通_ 【 j 接口、 5 查堕查兰堡主兰竺丝兰 用户管理等方面的标准规范还十分欠缺。这些情况严重制约了我国物流信息化的快速发展。 4 物流软件难产 物流软件是管理软件，需求的个性化和生产的批量化是难以统一的，因此造成开发成本极高 对开发商来讲，不能批量生产，成本就高居不下。解决这个问题的关键是如何规范信息技术和开发 的模式，加强咨询服务，以满足企业个性化需求。物流软件又是应用软件开发设计比较复杂。以 出口物流为例，物流软件涵盖的范围包括：货主、货代、仓库、车队、船公司、航空公司、报关行、 海关、商检等信息，甚至是到岸港口的信息。想要把这些产业链中的种种信息，通过物流软件设计 的程序来表达，是一件非常艰巨而复杂的事情。这些原因造成了软件开发商难以赢利，也致使物流 软件难产 5 专业人才缺乏。 由于物流业在我国起步较晚，专业人才的奇缺成为制约我国当前物流信息化发展的又一重要因 素。专业人才缺乏最为突出地表现在我国物流信息化企业缺少自主知识产权的技术。由于目前国内 的研发能力无法和国际同行竞争，物流信息系统的标准较为混乱，不成体系，难以互联互通，滩以 实现信息共享。嘲 从我国物流信息化发展过程来看，目翦，我国物漉企业中。信息技术应用和普及程度相对较低， 发展也十分不平衡。物流信息化水平较低主要体现以下几个方面： 1 信息化总体水平较低。 信息化是现代物流的基本特征，是现代物流发展的一种重要趋势。我国多数物流企业在信息化 建设上都已起步，但总体水平还很低，信息化程度参差不齐。 2 网络技术应h j 水平不高。 目前我国不少物流企业使_ h = i 网络技术开展物流业务仍停留在一种初级水平，只是利_ l i j 网络技术 获取、传递、使用一些初级信息资源，还没有达到利用现代网络技术集成与整合企业内外备种信息 资源和有效信息的使用目的。 3 r f i d 、e d i 的推广应用不足。 r f i d 作为一种物品识别的应用，在我国企业中普及率不高，直接影响了整个物流流程的信息采 集与反馈影响物流企业与工商企业之间的信息共享以及物流作业的自动化。e d i 是电子数据交换 技术，e d i 与国际互联网的应用，使物流效率的提高更多地取决于信息管理技术，e d i 的应用提供 了更多的需求和库存信息，提高了信息管理的科学化水平使物流更加完善和迅速。然而e d i 作为 一种新型、有效的信息管理手段在物流企业的应用十分有限，真正意义上的e d i 应用还远朱开展。 4 g i s 、g p s 的应用有限。 g i s 是一种地理信息系统技术，g p s 是一种全球定位系统技术，实践证明它们在物流信息管理 中的应异j 能大大提高物流效率。加拿大2 0 世纪7 0 年代在铁路运输中采朋g p s 使铁路通过率提高了 3 3 ，美国公路运输采h jg i s 和g p s 后，空驶率降低了3 0 。g p s 和g i s 技术在我国的物流领域 应用还十分有限，目前只有少数人型物流企业采用。 7 1 6 第二章物漉信息化中终端定位技术的研究与分析 2 2 定位技术在物流信息化中的地位和需求 定位技术是物流信息化的重要信息基础，是实施物流信息化控制的主要信息依据。 8 1 物流的定 位方案与技术的选择对提高现代物流配送管理效率，减少运营成本具有重要的影响 在物流信息化中，定位技术的选择和应用应该要求：具有较高的定位精度，能提供全天候连续 不问断的定位信息支持，能满足复杂地形条件的定位需求，终端设备在特定环境下能相对独立工作， 成本低，耗电量小( 手持式终端) ，易于实现。 其实现功能主要包括：定位数据获取及传递、自动导航、地理信息查询、自动调度控制等。 物流配送过程中利用定位技术来实现对物流信息终端或车载移动台的定位功能必须选择适当 的定位系统类型、相应的定位技术及实施方案。选择时要考虑以下几个关键决定因素： 精确度：不同的应用需要不同水平的精度。物流定位的精度随不同的场合应用具有不同的要求。 般车载导航需要的位置精度要求为l o 米一1 5 0 米，配合相应电子地图，则可较方便地完成车载导 航定位。物流信息后方监控调度系统对物流车辆监控的精度要求则较低，监控调度系统主要关注的 是配送的宏观过程，一般只需了解运输车辆及货品当前所在城市、城区或乡镇的位置，根据运输距 离的长短以及城市，郊外等不同场合需要的精度一般为5 0 0 米5 0 0 d 米。 技术成熟度：成熟的技术可降低技术风险，一定程度上也意味着更有可能抢占市场先机，因此 应尽量选择已有商用检验成熟的技术，具体说，应考虑网络准备度、平台准备度和终端准备度，简 单点说，就是所选技术方案相对而言，必须要易于开发及实现，尽可能减少开发过程中的未知困难， 使自己的产品以最快和最稳妥的方式推向市场。 应用和服务：技术方案应该保证应用平台的开放性和通用性。这样就能充分调动第三方应用开 发商和内容提供商的创造性和资源，不断推出满足消费者需要的新型定位增殖业务，巩吲运营商的 差异竞争优势，提高用户忠诚度。嘲简单点说，就是产品的功能要贴近用户的实际需要，并且产品 要具有一定的通_ j 性，可以尽可能满足不同用户的不同需求，使产品的应用面更丰富，客户使h j 群 体更广。 配置代价：技术开发的质量很重要，好的技术应使得在现存网络上采刚该技术变的方便和容易。 企业级应用和个人定位应用需要不同的技术要求，运营商应该针对不同情况规划不同的技术选择， 以满足企业级用户和个人用户的不同多样性需求。技术开发要兼顾产品功能和成本，在满足定位应 用需求的前提下，采用低成本的设计将会使自己的产品更具有市场竞争力。嘲 总之。恰当的定位技术选择是取得良好的定位数据的关键，是合理有效进行物流定位管理的前 提，直接影响物流配送网络和物流信息化的成长过程。 2 3 当前定位技术的研究现状及发展趋势 当前定位技术的研究取得了蛞足的发展，各种定位技术争奇斗艳，令人日不暇接。下面就对当 前主流的定位技术进行简要的介绍： 1 。基于蜂窝小区c e l l i d 的定位技术 基t - , j , 区标识的定位技术利h 移动台所在基站小区别号( c e l l i d ) 及相关无线环境数据进行粗 7 东南大学硕士学位论文 略定位。每个峰窝小区都有一个唯一的小区号，又称为c g i ( c a l lg l o b a li d e n t i t y ) 。c g i 有l a i ( 位置区识别) 和c i ( 小区识别) 构成，l a i 由m c c ( 移动国家代码) 、m n c ( 移动网络代码) 、 l a c ( 位置区代码) 构成，即：c g i = l a i + c i = m c c + m n c + l a c + c i 这种技术一般只能定位到某个 基站或基站下面的某个扇区。其定位精度取决于基站的密集程度。1 2 1 基于c e l l m 的定位技术是最简单的一种定位方式，它根据移动台所处的小区m 号来确定用户 的位置。移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会有相对应的小区d 号。只要移动台能够 获取到该小区基站设置的中心位置和小区的覆盖半径，移动台就能知道它在什么地方，查询数据库 即可获取移动台的位置。 c e l l - i d 的定位精度取决于小区的大小与其他方法相比其精度最低。误差一般大于1 2 5 m 例如，在使用微小区的城市中心地区，小区直径只有1 5 0 m 左右，而在使用宏蜂窝的业务量稀少的 偏远地区，小区直径可以从几千米到几十千米。c e l l - i d 的最大优点是它确定位置信息的响应时间 快，约3 s 左右。 在该定位方法中，移动台所在的蜂窝小区作为呼叫者的定位单位，获取移动台当前所在小区的 。无需对移动台和网络进行升级，仅需在现有网络中增加一些定位软件即可直接向现有的移动用 户提供最基本的基于位置的定位服务。 该技术可分为基于网络和基于移动台的两种实现方案，是最简单、应用广泛的一种定位技术， 它可以为一些精度要求不高的定位业务提供服务，也可以为基于位置的计费和信息需求提供服务， 例如天气预报、餐馆查询，影院信息等。在美国，它已经用于第l 阶段的“e 9 l l ”紧急服务。唧 2 基于a f l t ( a d v a n c e df o r w a r dl i n kt r i l a t e r a t i o n ) 的定位技术 a f l t 是c d m a 网络的特有的定位技术，在进行定位撵作时，移动台同时监听多个基站的导频 信息，利_ f i 码片时延来确定移动台到附近基站的距离然后川三角定位计算移动台的位置。该技术 不需g p s ，移动台需要软件升级，并要求移动台和网络侧都支持i s 8 0 1 协议，定位精度一般基站 密度和地形环境是影响精度的主要因素。 2 1 该技术在的实施需要在网络中增加新的实体，利_ i l j 导频信息算出移动台的位置，这些实体包括 p d e 和m p c 。支持a f l t 的移动台需要软件升级，同时，根据p d e 获得导频信息方式的不同决定 移动台是否需要支持i s 0 8 0 1 1 协议，网络侧需要支持i s s 0 1 1 协议，定位算法可以放在移动台上或 者网络侧。其定位精度介于小区识别和g p s 定位技术之间，定位半径一般在2 0 0 至4 0 0 m 左右，最 高可达到1 0 0 m 。l l o 3 基于a o a ( a r r i v a lo f a n g e l ) 定位技术 简单地说，a o a 定位技术测量的是b t s ( 基站) 和m s ( 移动台) 之间信号到达的角度根据 信号到达的角度，可以确定m s 相对于b t s 的角度关系。只要测量一个m s 距2 个b t s 的信号的到 达角度，就可得到从b t s 到m s 的轨迹直线，两条直线的交点自然就是t k 的位置。 基站利用天线阵列来测量接收到的m s 的信号的方向，构成从基站剑移动台的径向连线，两根 连线的相交点即为移动台的位置。通过对两个基站的a o a 测量就能确定目标m s 的位置，但如果 m s 恰好位于两个基站之间的直线上，则a o a 测鼙将无法确定目标位置，所以通常采川两个以上的 基站提供定位。 m s 相对丁| 基站的位置、多径传播、非视距和其他环境因素会影响定位精度，如当移动台距离 8 第二章物流信息化中终端定位技术的研究与分析 基站较远时基站定位角度的微小偏差会产生定位距离的较大误差。在宏蜂窝环境下，主要的散射 物分布在m s 附近且远离基站，此时a o a 可以提供可接受的定位精度；在非视距( 无直达路径) 情 况下，反射或散射的信号会导致出现很大的定位误差，由于在室内环境下的非视距路径，使a o a 技 术不适用于室内定位系统，而较适合于多径影响较小的郊区 这种定位技术的首要条件是基站需装设阵列智能天线a o a 方法不要求各基站安装g p s 或原 子钟而达到无线网络的同步，但需要在基站处架设昂贵的天线阵列，在每个小区基站上需放置4 - 1 2 组的天线阵。在现有基站的天线不能实现，但支持现有的移动台。 4 到达时间t o a ( t t m eo f a n i v a l ) t o a 方法是基于测量信号从移动台( m s ) 发送出去和到达消息测量单元( 三个或更多) 的时 间来测量的。因为电磁波以恒速传播，信号的传播的距离与传播的时间成正比，所以只要知道测量 基站与移动台之间的信号传播时间，就可以得到它们的间距。这样，基站位置在己知的情况下，移 动台的位置就可以被求出。在该算法中，检测电波从移动台到基站的时间t ，电波传输的速度为光速 c ，移动台位于以基站位置为圆心，以c 气为半径的圆周上在多个基站上进行上述计算，三个圆的 交点即为移动台所在的位置。t o a 要求基站有非常精确的时钟，并要求接收信号的基站和移动台记 录信号开始传输的时间，t o a 提供的定位精度比c e l m d 高，但响应时间比c e l l i d 长。 2 1 t o a 技术的定位精度与基站的地理位置分布关系很大，当定位圆之间相交角为度时，精度 最高。但该技术对接收器的处理时延误差没有相应的克服办法，导致误差较大。t o a 要求接收信号 的基站、移动台知道信号的开始传输时刻，并要求基站要有非常精确的时钟。 5 到达时间差t d o a ( t u n ed i d d e r e n c * o f a r r i v a l ) 移动终端对基站进行监听并测量出信号到达两个基站的时问差，每两个基站得到一个测量值， 形成一个双曲线定位区，这样，三个基站得到2 个双曲线定位区求解出它们的交结点并施以附加 条件就可以得到移动终端的确切位置。检测信号到达两个基站的时间差，不必满足时间同步的要求， 降低了时间同步的要求。t o a 算法( 例如秦勒t o a 算法) 和t d o a 算法( 例如陈氏算法或泰勒t d o a 算法) 至少需要3 个或4 个时间量，才能对移动台进行定位。因此需要多个基站对移动台进行强制 切换来换取足够数目的t a ，这将对通信网络设备造成很大的负担，不利下网络的运行和维护。1 2 l 该技术是采_ f j 信号到达时间测量或信号到达时问羞溯量的定位方式，要求至少三个基站参与测 量。它的基本原理是确定来自两个基站信号的时间差，从而确定移动台到两个基站的距离差，如果 有三个基站，可以两两确定一个双曲线三个取曲线的焦点就是移动台的准确位置。u l - t d o a i i k ) a 定位方法定能精度较高，但要求每个基站增中个位置铡耸单元l u m ，用于测量终端发山的接入突 发脉冲或常规突发脉冲的到达时刻因此成本较高，而且对时问基站的依赖性也较高。 6 e - o t d ( e n h a n c e do b s e r v e dt i m ed i 疵r e n ) 增倔型观测时间筹定位 o t d 定位技术是是基于o t d 定位技术发展出来的技术。它需要用到通过两个b t s 信号到达一 个m s 时间差，o t d 就是指两个b t s 信号到达一个m s 的时间差。其测域可以由手机完成而不需要 增加任何硬竹设备。o t d 的测量方法可以_ i j 丁同步、一般和伪同步网络中，在同步网络中，m s 测 量多个b t s 信号的相对到达时间来进行定位计算；而在不同步网络中，还需要一个位置测量单元 ( l m u ) ，m s 的位置信息通过测颦b t s 发送给m s 信号的地理时间延迟米推算。当多个b t s 的传 输帧不同步时，网络需要不同基站间的实际时间差( r t d ) ，以得到止确的三角测龋。对丁1 r 同步 9 奎童查堂堡主兰垡堡苎 b t s 系统的o t d 测量，其中所用的r i d 还需最少3 个在地理位置上独立的b t s ，如果所有的信息 在m s 里可用，在本地网络的手机自己就可以完成所有的计算，所以该算法会由现有的手机辅助测 量过渡到由手机自己进行 7 卫星定位技术 g p s ，即全球定位系统( g l o b a lp o a i l i o n i n gs y s t e m ) 它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统， 可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时俩基准。该系统是通过太空中的2 4 颗 g p s 卫星来完成的。一般最少需要4 颗卫星，通过后方交汇法，采用基于到达时间机理，就能迅速 确定您在地球上的位置。所能接收到的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。全球定位系统由三 部分构成：( 1 ) 地面控制部分由主控站( 负责管理、协调整个地面控制系统的工作) ，地面天线( 在 主控站的控制下，向卫星注入寻电文) 、监测站( 数据自动收集中心) 和通讯辅助系统( 数据传输) 组成；( 2 ) 空间部分，由2 4 颗卫星组成，分布在6 个道平面上；( 3 ) 用户装置部分，主要由g p s 接收机和卫星天线组成。 g p s 系统的特点是：( 1 ) 全球、全天候工作能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度 和精密时间，不受天气的影响( 2 ) 定位精度高。单机定位精度优于1 0 米，采用差分定位，精度可 达厘米级和毫米级。( 3 ) 功能多，应用广。 除美国的g p s 系统外，我国还自行研制了导航定位卫星系统北斗导航系统，该系统可以 满足区域定位需求 “北斗导航”卫星双星导航定位系统是全天候，高精度，快速实时的有源区域性卫星导航定位系 统。其基本任务是在我国及周边部分地区，为我国中低动态及静态用户提供快速定位、简短数字报 文通信和授时服务。其基本原理是采用三球交会测鼙，利_ 两颗位置已知的地球同步轨道卫星为两 球心，两球心至用户的距离为半径作两球面，另一球面是以地心为球心，以用户所在点至地心的距 离为半径的球面，三个球面的交会点就是用户位置。 “北斗导航”卫星组成：选用东三卫星平台总重约2 3 0 0 k g 。卫星寿命8 年；卫星采用三轴稳定 方式，由有效载荷( 转发器，天线) 、电源、测控、姿态和轨道控制、推进、热控、结构等分系统组 成；卫星本体为2 0 0 0 m i n x l 7 2 0 m m x 2 2 0 0 m m 的立方体箱形结构，分为服务舱、推进舱和载荷舱。 “北斗导航”卫星特点：采用了大型可展开抛物面l s 天线，天线口径达到2 4 4 m x 2 ，6 5 m ，是当 时国内卫星星载最大的天线；星上转发器是一个高增益系统，并具有良好的低噪声性能，卫星的入 站转发器增益达到1 3 2 d b ；星上工作频率众多( l s 、c 等) 。卫星需要接收三个、发射三个不同的 频率，电磁兼容性设计复杂：有效载荷信道发射功率大，微放电和无源互调指标高。 2 0 0 0 年1 0 月3 1 日，“北斗导航”卫星o l 星发射，1 1 月6 日成功定点于1 4 0 0 e ；2 0 0 0 年1 2 月2 1 日，0 2 星发射，1 2 月2 6 日成功定点于8 0 。e 。两颗卫星顺利完成在轨性能测试，性能参数满足研制 任务要求，利川两颗卫星构成了双星导航定位系统。为用户提供导航定位服务。2 0 0 3 年5 月2 5 日， 0 3 星发射，6 月3 日成功定点于1 1 0 5 0 e ，作为备份星；2 0 0 7 年2 月3 日，发射了0 4 星。【】i j 上海市经济委员会2 0 0 8 年2 月2 1 日宣布，我国。北斗。卫星导航系统的核心芯片。领航一号。已 在上海研制成功。领航一号是我国白主开发的完全国产化的首个卫星导航基带处理芯片并将替代 。北斗系统内的国外芯片。据悉。领航一号4 将替代。北斗”导航系统内的国外芯片，可以广泛应用于 海陆空交通运输、有线和无线通信、地质勘探、资源调查、森林防火、医疗急救、海上搜救、精密 1 0 第二章物流信息化中终端定位技术的研究与分析 测量、目标监控等领域，具有重大的国防意义和经济价值。“领航一号。的出世，为卫星定位方案增加 了更多的选择。 目前正在运行的卫星系统还有俄罗斯的g l o n a s s 系统，欧洲正在实施的。伽利略5 计划我 国也是伽利略计划的参与者之一由于当前美国的g p s 定位系统的应用相对更为广泛，实现成本更 低在本文中，卫星定位技术研究主要面向美国的g p s 定位技术 8 g p s 辅助定位技术( a g p s ) a g p s 其基本框架是建立一个g p s 参考阿络，与移动网相连移动终端内置一个g p s 接收机。 移动网将g p s 参考网络产生的辅助数据，如差分校正数据，卫星运行状况等传送给移动终端。与此 同时，再将移动网数据库中手机的近似位置或小区基站位置传送给移动终端。移动终端得到这些信 息后，根据自己所处的近似位置和当前的卫星状况，可以很快地捕获得卫星信号，定位响应时间很 快，仅几秒钟 其主要思想是建立一个g p s 参考网络该网络中所有的接收机都能够清楚的观测到空中的卫星 并保持连续的工作，整个网络与无线通信网络相连。当处于移动终端内部的g p s 接收机开始定位时， g p s 参考网络根据移动台的大致位置将定位辅助信息( 例如差分g p s 校正数据，移动台大致位置、 可见卫星列表、卫星信号多酱勒频率以及相应的搜索窗口等) 通过无线通信网络传送给移动终端， 以协助移动终端内的g p s 接收机定位。移动终端根据这些辅助信息可以大致知道自己的位置以及所 需要搜索的卫星的范围，因此可以大大减小搜索的范围和搜索窗的宽度，提高定位的响应时间；同 时，使用这种结构移动终端在每次定位前都可以获得必要的辅助数据，所以在两次定位间歇期问g p s 接收机可以保持休眠状态从而大幅节约手机的电能，延长手机的待机时间。 t 2 l 在实际a g p s 系统当中，g p s 接收机可以安放在基站上形成g p s 参考网络并与无线通信网络相 连。a g p s 有移动台辅助和移动台自主两种方式，划分的标准是定位计算机功能放在何处完成，如 果定位计算机功能在a g p s 服务器完成，就称为移动台辅助模式，如果定位计算机功能在移动台完 成，则称为移动台自主模式。为了尽可能减少对现有移动网络的依赖和降低运营成本，物流信息化 中应主要采用移动台自主模式。 9 r f i d 定位技术及蓝牙定位技术( b l u e t o o t h ) r f i d 是r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n 的缩写，即射频识别。也称电子标签、射频标签。它是一 种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据识别：亡作无须人工干预。 套完整r f i d 系统由r e a d e r 与t r a n s p o n d e r 两部份组成，其动作原理为由r e a d e r 发射一特定频率 之无限电波能量给t r a n s p o n d e r ，用以驱动t r a n s p o n d e r 电路将内部之i dc o d e 送山，此时r e a d e r 便 接收此i dc o d e 。t r a n s p o n d e r 的特殊在于免用电池、免接触、免刷p 故不怕脏污，且品片密码为世 界唯一。难以复制，安全性高、使刚寿命长。当前的r f i d 定位技术一般分为后台监控和自主定位 两种。后台