大数据时代的移动位置服务.ppt

李德毅 lidy 2013年12月10日 大数据时代的移动位置服务 MobileLBSinthePetabyteEra 云计算与定位导航相结合 催生移动位置服务无所不在 无人不用 无时不需 为什么只听雷声响 不见雨下来 一 云计算使得地理信息系统走上飞天之路 地理信息 不安分的地图 地图不仅仅在墙上和纸上 地图的颠覆式创造 电子地图结构化和半结构化的地图数据 数字地图 地图数据库和地图数据仓库全球人人物物都可以定位 RTK 北斗 GPS的迅速普及地理空间信息的三维重构 虚拟现实 手机上的街景无穷无尽的位置服务和位置衍生服务 位置信息的碎片化 摇一摇 云计算促进地理信息产业的改组和兼并 我国存在众多小而散的地理信息产业孤岛 只能满足简单的地理要素查询 满足行业解决方案 跨行业之间坐标和格式不能互换 数据不兼容 语义不统一 分享 共享难 互操作难 手机 汽车等移动设备装载各种各样地理信息系统并定期更新地理软件的时代已经 落幕 云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式 其计算资源 包括计算能力 存储能力 交互能力等 是动态 可伸缩 被虚拟化的 以服务的方式提供 可以方便地实现分享和交互 并形成群体智能 6 人联网和物联网的发展 改变了互联网 核心简单 边缘丰富 千人一面 的形态 网络变得丰富 边缘变得简单 交互更加智能 由形形色色的网络中心组成的云计算 支持社会化 集约化和专业化的信息服务 一个个孤立的地理信息系统走上了飞天之路 实现从行业解决方案向云计算的转型 7 云计算走过了理念清晰 操作模糊 八仙过海 云里雾里的一段路程 已经成为我国信息行业当前的主旋律 给我们生活带来太多意想不到的改变 正越来越深度地服务于各式各样小众 甚至改变整个大众的社会交互形态 位置云首当其冲 云计算在中国 云计算带来价值链的变化 购买地理信息系统付购置费和运营费固定规格使用 9 用户方 提供方 地理信息系统按峰值负载配置软硬件资源千人一面的搜索查询 导航服务中心 旅游服务中心 在线地图显示 云导航云旅游 车联网飞行器联网 位置校正云计算中心 无需关心地理服务中心所在的物理位置 无需关心地理信息系统软件的支撑操作系统以及软件环境等底层资源的物理配置与管理 无需关心地理信息系统软件是否被他人同时租用 地理数据是否及时更新 地理信息系统能否做到 IaaS PaaS SaaS 11 不同数据格式 不同时态 不同坐标系 12 不同语义 地理空间数据之间实现互操作 地理信息系统能否在 满足移动中的人和物的需要 满足泛在 实时 连续 无缝的导航服务需求 不应该只是静态位置的后计算 静止的位置感知是落后的服务 地理信息系统能否做到 13 移动中的人和物对地理信息的需求是建立在人和物的移动速度之上的需求 尤其是轮子上的服务 我国地理信息服务中心的战略布局 我国 天地图 等地理平台在服务社会和民生方面已经发挥着重要作用正逐步形成若干公共的 国家级 包含精细粒度在内的可变尺度的 可信的地理空间大数据中心大数据中心可以各有侧重 相互补充和备份中心的位置布局和行政区域并不强相关竞争激烈 先下手为强 我国地理信息服务中心的战略布局 在电力相对丰富 低温 低地价的地区 建设国家级地理信息空间大数据中心 利用宽带通信网络向华东 华南传输数据 以替代大量煤炭和电力向华东 华南的输送 变以电力网输送电能为以电信网输送数据 用带宽换土地 用带宽换电能 减少二氧化碳排放 改善生态环境 衡量移动位置服务中心的5个外在指标 电力消耗随服务负载变化情况无线带宽支持及其动态使用情况移动位置服务覆盖的范围 粒度 采样频率服务注册的用户数量及在线微支付能力移动位置衍生服务能力 位置服务中心 不在拼服务器集群的规模 不是说五万台服务器的集装箱就伟大 五千台服务器的就不伟大 也不是说把一百万台数字地图服务器集中起来就叫云计算 位置服务中心的架构是由其提供服务的种类 规模和能力表征的 云计算地理信息服务中心工作方式 时间连续 365天24小时99 9 空间无缝 城乡跨接 数据常新精度多样 相对精度米级 亚米级 分米级结果可靠 错误示警或快速报知在线服务 采样周期可调 移动互联网的实时性 交互性 低成本 个性化和位置感知能力 形成迅速增长的移动用户的服务 移动互联网的位置服务更为迫切 智能手机 WLAN 无线覆盖 蜂窝网络 无线数字电视信号 蓝牙 RFID NFC 加速度计 陀螺仪 手机摄像头 电子罗盘 卫星定位系统 基于卫星定位基于地理信息系统基于无线信号定位基于传感器定位组合定位 传感器 地理信息系统 21 手机接收到的GPS位置信息 发到定位精度校正中心 中心利用云计算结合地理信息系统等数据 实时计算 将结果返回给用户 可以实现米级甚至分米级精度的定位信息 服务地理国情监测员 灾情报告员 森林调查员 地质勘测队员 土地调查员 城管员 公安交警人员和广大手机用户 一个典型案例 定位精度校正服务 北斗 GPS 定位精度校正服务中心 CORS 基准站 基准站 基准站 基准站 基准站 基准站 基准站 基准站 移动通信基站 移动通信基站 移动通信基站 移动通信基站 典型案例 定位精度校正服务 北斗 GPS 北斗 GPS 位置服务请求 位置服务请求 定位精度的纠正 需要多种定位系统互补 复杂计算 海量存储和丰富交互能力 如果不放在网上 而放在端设备 如手机 上实现 是不可能做到的 一个个曾经孤立的地理信息烟囱 踏上了飞天之路 在动荡演化中聚合为跨部门 跨领域 跨系统的位置服务中心 提供集中的面向交通 娱乐 教育 医疗等各个不同领域 不同粒度的移动位置服务 成为社会化 集约化和专业化的社会基础设施 23 移动位置服务应该成为云计算的示范应用 在过去的40年里 地理信息早就超出了传统的测绘行业 成为全社会的基础设施 地理信息的本土化 碎片化 实时性和个性化服务是别人替代不了的 未来十年 万亿元规模的地理信息产业的自主创新 将成就我们的飞天之路 二 智能驾驶呼唤移动位置精准服务 没有智能驾驶 难谈车联网没有车联网 难谈智能交通没有智能交通 难谈智慧城市 智能驾驶在云计算 物联网和智慧城市等战略性新兴产业中的位置 智能车成为云计算 物联网和智慧城市建设等战略性新兴产业众目睽睽下的交集 智能驾驶发展路线图 第一步 结构化道路智能驾驶 如城际道路第二步 半结构化道路智能驾驶 如市区道路第三步 非结构化道路智能驾驶 如特殊道路和气候环境下的智能驾驶 智能驾驶前景展望 从自动巡航开始 从事故预警开始会记忆 会对话的轮式机器人节能的 买得起的轮式机器人个性化 自学习的轮式机器人公路火车等多车协同驾驶模式 智能驾驶前景展望 驾驶是快乐的享受 自动驾驶和人工驾驶两种状态会长期共存 相互补充 自然交换 交通规则是人类交通行为的长期积淀 体现社会文化 交通规则的修改是一个渐进的长期过程 加速道路环境的信息化 依靠车路协同实现智能驾驶 是一件长远的事情 中国智能车未来挑战赛 2009 2013 智能驾驶技术分解 智能驾驶 自主驾驶 组合导航 人工干预 云计算中的位置服务 低级繁琐 经常持久的驾驶活动 优先级 人工干预优先于自主驾驶 自主驾驶优先于组合导航 意图表达意外处置 已经完成的城际智能驾驶试验 城际高速道路是全封闭的结构化道路 没有红绿灯 没有行人道 交通和道路标识比较清晰 完整 规范 主要依靠自主驾驶 京津高速公路智能驾驶的18次试验 京津高速公路试验 全长101 8Km 双向6 8车道设计车速120Km h特大桥8座 大桥13座 无隧道如果车辆全程定位精度在亚米级 可导航到特定车道 对静目标环境能够正确感知和应对 自主驾驶则可以实现混杂在正常交通流中从北京到天津的目标 目前已进行试验18次 累计智能驾驶1万多公里 天气情况 刚下过中雨 仍有零星小雨 转多云 地面有少量积水 环境温度32度 能见度大于200米路面情况 车流量相对较小 2012年7月25日 第14次试验 10 18从天津津蓟高速与京津高速交叉处出发 11 45到达北京台湖收费站 跟车行驶场景 3号智能车在天津至台湖段高速道路上 仅使用单个摄像头 前后向各一个雷达 以及速度传感器 无人驾驶 检测到周边移动障碍物17497次 自动控制转向18020次 自主超车7次 被超车140次 往返总里程172公里 行驶时间6505秒 平均车速90 2km h 最高车速110km h 其间因工人修补路面人工干预行驶200米 试验达到预期目的 第14次城际智能驾驶试验结论 3号智能车在台湖至东丽段高速道路上 使用3个摄像头 5部雷达 以及速度传感器 全程自动 无人干预 累计转向11812次 成功换道36次 自主超车12次 邻道超车21次 油门操作1816次 刹车36次 油耗9 69升 总里程114公里 平均车速70 1km h 最高车速105km h 试验中有第三方检测 达到了预期目的 第18次城际智能驾驶试验结论 2013年智能车大赛中 RTK BD GPS IMU十分抢眼 正在进行的市区智能驾驶试验 市区智能驾驶 45 市区道路可认为是半结构化道路 红绿灯 人行道 立交桥 路口等复杂多样 交通和道路标识有新有旧 机动车和非机动车 行人与车流混杂 遮挡多 干扰大 车辆拥挤 闹区和城乡结合部差别明显 智能驾驶是智能车在任意时刻对其前方可拥有的道路使用权的占有过程 包括检测 请求 响应等 多车交互是车群在任意时刻对道路使用权的竞争 放弃 占有等协同过程 组合导航 市区道路驾驶 依靠组合导航和自主驾驶 辅以人工干预 组合导航又需要云计算来支撑 云计算环境下的组合导航是基于卫星定位技术 并集成通信 地理信息 惯性导航等手段而发展起来的一种组合导航服务 GIS BD GPS IMU 无缝导航 组合导航 协同导航 信息融合的神话 推诿导航 任何一个复杂路口的地理和文化 都是历史演变的结果 具有鲜明的个性 甚至和城市广场交织 路口通行区有的无标志 有的杂乱标志 人车混杂 地标遮挡 红绿灯管控多样 而路口过渡区更是各各不一 城市交通中的路口 导航的纠结 GPS在智能驾驶中究竟能够做到什么 云计算中的位置服务究竟能够做到什么 组合导航的主控权交给谁 把路口识别 路口过渡区行驶和路口通行3件事情 区分开来应对 我们在市区智能驾驶中的导航策略 导航主控权的接替 道内导航 通过左右摄像头组合激光雷达算法确定的虚拟中心线实现导航 保持横向误差在20厘米内路口名导航 在车道内跟驰的行驶过程中 使用GPS预告将要到达的路口名 GPS作为前方路口的识别器使用 导航主控权的接替 路口过渡区导航 由路口交通牌或地上交通标志导航 正确换道后 或跟驰行驶 或作为头车 自行停在路口停止线前 等待绿灯放行路口导航 精细地图导航 按照预定路径规划自主行驶 或拐弯 或前行 或掉头 导航主控权的接替 主控程序实现导航之间的交接 不存在累计误差 车载传感器可印证导航路线 微观意义上的组合导航 实际上是导航印证 大数据支持下的路口通行策略 大数据成为链接物理世界和虚拟精细地图的桥 路口通行策略 案例 依靠数据支持的万寿路口 由东向西6入5出 由西向东6入4出由南向北6入4出 由北向南6入5出东西方向为主道路 车道不对称 东西两侧有右转车道 有绿化带隔离 原非机动车道成为辅路 开辟出一条机动车道路口中心无车道线区域 81 4mx50 9m 面积4143平方米 要求1 200的精细数字地图 由南进入万寿路口时的通行路径规划数据 由南进入万寿路口的通行模式及路径规划数据 由南进入万寿路口的通行模式及路径规划数据 谁来提供详细的路口位置信息 谁来确保详细路口位置信息的实时更新 谁来提供碎片化的路口信息的在线服务 如何体现云计算环境下位置服务的市场竞争 路口信息的碎片化 北京市现有1946个大路口 4276个路口信号灯 快速路出入口248个 上万个小路口 在这些路口实现智能驾驶 需要实时感知周边环境 需要精细的路径规划 这正是路口大数据的价值所在 路口大数据 精准道路地图的碎片化 位置服务的碎片化 路口 涵洞和立交桥精准道路信息服务路桥ETC系统 高速收费刷卡系统U字拐弯处的精准道路数据事故多发段地理数据闹市区道路信息 位置服务 无论是定位导航数据还是道路地图数据 都是典型的原生态大数据 无限 开放 可增值 有着广阔的应用价值 在每一辆车的整个生命周期内 通常80 的时间行驶在20 的道路上 因此本车经常行驶的路口很有限 路口精细地图和路口通行模式可以从云计算中获得 这正是位置服务的魅力所在 车辆行驶的二八定律 正在进行中的市区智能驾驶TT试验 TT试验方案 起点 首都国际机场航站楼终点 天安门广场西侧某部大院全长 29 8公里道路要素 机场高速5km 环路5km辐射路5km 立交桥10个十字路口14个 岔路口38个最高速60km h 均速30km h时长1小时20分钟 TT试验 道路类型机场高速城市环路 东二环 立交桥 10个 温榆大桥 北皋桥 五元桥 四元桥 三元桥东直门北桥 东直门 东四十条 朝阳门 建国门市区道路 行驶策略 54 52 52 制定全行程的规划轨迹 粗导航 明确途经的52个路口 形成54个路段 52个路口过渡区 52个路口的行驶路线和策略 行驶过程中不断地进行符合性印证 通过自主驾驶 协同导航和人工干预 实现全程智能驾驶 轮式机器人可不时地与人进行自然的语音或触摸交互 也可不交互全自动完成整个行程 行驶策略 54 52 52 出发前 利用车载电子导航地图将车辆所在的物理车道对准电子地图规划轨迹的起点 保证在规定车道虚拟中心线的起点出发 智能车一段一段地行驶过去 自主行驶的速度由周边流量决定 不求快 路口过渡区和路口的速度慢 有利于精细导航的实现 移动位置服务的生命力在于 位置服务的精度满足移动速度的变化地理环境变化后无缝服务能力 三 移动位置大数据体现价值 泛在的位置采集 传感器的多样性 各类地标 通信基站 固定建筑手机和各种穿戴式设备BD GPS IMUWiFi RFID Zigbee 伪卫星等城市海量摄像头等感知设备 组合定位和组合导航走向大数据 例如 卫星定位系统可否利用地面大量移动通信基站资源 提高定位精度 基于移动网络 一方面提供辅助导航信息 以获得丰富的星历信息 另一方面提供用户高精度的差分修正信息 从而提高用户定位精度达亚米级 案例 通信基站网络差分气压测高技术 通信基站无法在垂直方向定位 现有气压测高技术误差达到十余米甚至数十米 针对问题 通信基站网络差分气压测高 效果 突破室外高度方向定位技术瓶颈 实现精度的垂直定位 提升精度数十倍 满足楼层区分需求 测量结果 优于1m 卫星定位高程精度较差 如果通过通信基站网络差分测高技术 可大幅修正卫星水平定位误差至亚米 基于最佳组合导航系统精度因子优化定位 效果 室外定位测试精度对比 突破卫星垂直定精度差及城市遮挡环境几何精度因子差导致定位精度降低至10m 15m的瓶颈 提升卫星定位精度至实用环境优于 测试环境0 57m 优选卫星和地面基站 实现最优的组合导航系统几何精度因子GDOP 提高室外定位精度 1m 移动位置大数据和你我在一起 想在北京的街道里开一家门脸宽过5米的商店 而不被高德公司记录在案 绝非易事想在北京开车出门吃顿饭 而不被摄像头记录5次以上 绝非易事在基于位置服务的社交网络上 人们也许会发现 今天你先进入 为民刻字部 然后去了 俞氏刀削面馆 社会感知计算 SoLoMo 支持社群的互动 沟通和协作 出现互联