当代通信gpsOne移动定位技术解决方案

当代通信gpsOne移动定位技术解决方案【导读】：gpsOne定位技术实际上一种应用和改善GPS技术的方案，又称为辅助GPS（Assistant GPS）定位技术。gpsOne移动定位技术，结合了GPS卫星信号和CDMA网络信号进行混合定位。在终端能够接收到GPS卫星信号时采用GPS定位方式，当终端在室内或者接受卫星信号不好的环境时采用CDMA基站接收的辅助GPS卫星信号实现辅助定位，满足室内室外的全覆盖定位。一、技术概述 1.1 GPS 技术简介 GPS 技术自推出应用以来，首先在海湾战争中大显身手，然后在民用市场上受到诸多的关注。GPS定位技术在位置监控服务中的典型方案是GPS+GSM/GPSRS集成，即GPS定位信息通过手机短消息或手机无线互联网通信实现移动终端的组网，从而完成移动移动目标位置的监控。但GPS技术作为美军的军事技术系统，尽管美国政府没有对GPS的服务收费，但美国也没有对我们中国承诺过永不收费的政策，因此，GPS技术在国内的发展仍然受到很大的局限，许多领域的应用部门依然持观望态度。另外，由于技术系统本身的原因，GPS 终端不能提供室内定位，这样又限制了GPS 技术在许多环境的应用，譬如，车库以及城市高楼密集区。有鉴于此，对GPS技术的改善系统营运而生，gpsOne技术就是在GPS技术的基础上推出来的一套改善系统。 1.2 gpsOne 定位技术 gpsOne定位技术实际上一种应用和改善GPS技术的方案，又称为辅助GPS（Assistant GPS）定位技术。gpsOne移动定位技术，结合了GPS卫星信号和CDMA网络信号进行混合定位。在终端能够接收到GPS卫星信号时采用GPS定位方式，当终端在室内或者接受卫星信号不好的环境时采用CDMA基站接收的辅助GPS卫星信号实现辅助定位，满足室内室外的全覆盖定位。 gpsOne究竟是如何工作的呢？采用了gpsOne技术的移动平台，是同时从GPS卫星和蜂窝/PCS网络收集测量数据的，然后通过组合这些数据生成精确的三维定位。在GPS卫星信号和无线网络信号都无法单独完成定位的情形下，gpsOne系统会组合这两种信息源，只要有一颗卫星和一个小区站点就可以完成定位，解决了传统方案无法解决的问题。另外，gpsOne系统的基础设施辅助设备还提供了比常规GPS定位高出20dB的灵敏度，性能的改善使gpsOne混合式定位方式可以在现代建筑物的内部深处或市区的楼群间正常工作，而传统GPS方案在这些地方通常是无法正常工作的。 gpsOne技术系统本身就是建立在联通的CDMA无线网络基础上的系统，基于gpsOne定位技术的应用系统无需再建设基站网络系统。目前gpsOne的定位精度达到了5-50米，完全可以使用户知道他们的确切位置，并可以同时上传和下传定位地点的数据，无须另外的通信通道，利用无线运营商的网络和位置服务商的GIS，实现企业级应用。 gpsOne技术的服务是由美国高通提供，其收费和技术服务由高通公司通过gpsOne技术许可来得到，用户购买gpsOne终端和gpsOne定位服务即意味着得到定位服务的保证。亦即，其服务有国际相关法律保障。因此，中国联通也采用了积极的方式推广美国高通的gpsOne技术。 目前中国联通CDMA1X网络在全国建成开通，并推出基于CDMA1X的“定位之星”业务，“位置服务”的概念已逐步为国内用户所熟悉。位置服务的行业应用也受到包括北京京驰无限通信有限公司等企业的高度重视，相继有位置业务物流业共用平台和位置业务保险业共用平台等应用系统推出。这些平台系统是基于中国联通CDMA1X网络,采用美国高通公司先进的gpsOne定位技术开发的位置业务。1.3、CDMA gpsOne 技术的应用特点 gpsOne 定位技术是在改进GPS 定位技术的不足之处而推出来的系统，比之单纯的GPS定位技术具有如下特点： 1） 精度高：在较好的条件下，定位精度能达到5-50米。 2） 定位时间短：完成一次定位只需几秒到几十秒时间。 3） 适用范围广：无论在视野开阔的野外还是高楼林立的市中心，还是室内，以及许多其他传统定位方式无法正常工作的环境下都能成功地实现定位。 4）终端集成度好：定位功能集成在CDMA 核心芯片中，支持gpsOne 定位技术的手机或终端，与普通CDMA手机在尺寸、耗电及成本方面均无大的差别。 用户凭借具备gpsOne定位功能的CDMA终端，注册所需的定位服务，即可享受高精度位置服务。 表1-1 gpsOne 与GPS技术的性能对照比较如下表所示 图1-1 不同定位技术的性能比较二、移动目标位置服务需求分析 随着国民经济的快速发展，各类交通、单/群体移动目标的导航通信也进入了快速发展时期。汽车行业在城镇得到了长足的发展。 在移动目标中安装GPS全球卫星定位系统装置，就是安装科技含量大，防劫功能强，可靠性能高的防劫、防盗报警装置，是现代科技在设备维护及员工人身安全上的应用，其报警装置通过和公安、指挥中心及警备系统的联网，将发挥最佳的安全保障使用。 2.1 移动/固定目标反劫防盗 近几年来，各类以盗窃、破坏为目的的犯罪活动日益猖撅，发生的盗抢机动车辆案件急剧上升。针对车辆，在1994年，全国仅被盗车辆数就高达8214辆， 95年头9个月被盗车辆数就达到了70792辆，比94年同期增长24。据权威人士估计，被抢车辆数增加更快。针对这种情况，减少机动车辆被盗被抢案件的发生，是当前政府行业管理部门、公安部门和出租车公司十分关注的问题。采用定位技术，在接警中心就可随时监控车辆的盗窃、抢劫状况，并可随时控制车辆熄火，这样，就可有效地打击犯罪，保护国家和人民群众的财产安全。 采用位置服务所提供的定位系统具有以下的特点：定位系统体积小、重量轻、可放置机动车任意位置，不易被盗窃者发现，甚至可集成在汽车的发动机内，使盗贼在相当时间内无法排除；不受遮挡的影响，室内室外均可实现定位；与GPS定位终端相比成本低，比使用手机作为定位终端价格将更低；定位系统的安全运行可完全由我方控制不必依赖外国。具有将GPS和GSM/GPRS/CDMA接收集于一体的专用终端设备可与GPS系统兼容使用。2.2 功能总结 考虑到针对移动载体、现场人员的安全现状，对面向用户终端的定位报警终端的功能总结如下 实现移动载体的定位。采用gpsOne技术，解决了在树木覆盖严重区域、城市密集区域、地下室、高架桥下的可靠定位； 移动载体的位置查询可以通过登陆相关网站、短信和利用手机WAP等方式； 终端隐蔽安装于载体内，提供紧急按钮，当紧急情况时，只要揿下紧急按钮，就会将报警信息发送到指挥中心或现场人员自己的朋友或家人，收到报警信息后，直接报警并可对报警目标实现连续定位； 对于以车辆为载体的安装对象，能提供断油、断电功能。当报警后可以根据破案的需要实现远程控制，对车辆的油路进行控制。后备Li离子电池供电，断电自动报警； 三、系统组成 全系统分为三部分，一部分为CDMA网络设备，包含基站、移动交换机、位置服务节点和CDMA 网关设备等，这些设备的建设和维护已由中国联通建成全国性商用网络；另一部分为位置内容服务商（SP）设备，即提供本地的GIS服务，这些设备和软件及本地地图信息的维护等工作由联通的增值业务合作伙伴-位置内容提供商完成或在支持第三方定位的星图平台提供GIS 服务；第三部分为用户方设备，包括监控设备和监控中心设备。 图31 移动目标监控调度系统结构图 在图3-1中给出了利用CDMA无线公网的gpsOne技术的位置应用的系统结构。其中，采用我公司基于gpsOne 技术的各类终端，利用位置服务商的GIS 服务，可以实现移动目标、财产和设备的监控、定位跟踪等系列化的个性应用。31 用户终端 采用我公司的移动载体用户定位终端，应用于被保护的目标，可以实现终端位置信息的隐蔽监控。该终端设备利用gpsOne 技术实现混合定位，极大地提高了使用的范围，克服了传统GPS定位设备在数目覆盖密集区与、城市中心区、地下场所无法工作的难题。在CDMA 网络的支持下，可以实现WEB,WAP 和SMS 进行目标查询，克服了传统GPS 利用短信下发命令，终端用短信上报位置的时延及不可靠性。终端提供紧急按钮、断电报警、断油断电功能；终端自动捕捉卫星位置，接收数据并解调，回送到通信网络。监控中心可以对该设备进行定位追踪，可以实时的在监控中心的电脑上看到被保护目标的移动轨迹。 图3-2定位终端实物图片1 图3-3定位终端实物图片2 图3-3定位终端实物图片3定位终端的功能和特点： gpsOne定位，扩大了设备的使用场合 灵活的查询，可以提供Web, Wap,SMS查询 断油断电控制 后备Li离子电池，提供防拆除报警，可独立工作36h 提供紧急按钮，实现紧急状态下的报警 32 监控中心 鉴于以上定位技术发展的现状和中国联通在定位业务中的大力支持，我们所设计系统就是建立在联通高速的CDMA1X运营平台之上，采用gpsOne技术实现大规模的移动目标动态监控与管理网络版系统。 本平台系统是中国联通的星图业务平台（支持第三方定位的功能升级）或各地的联通位置服务合作伙伴SP提供的Web-GIS服务。系统功能上包括：移动车辆的实时跟踪定位、车辆报警状态监视、相关地图信息查询、分析统计，以及相应的终端配置和用户管理等，为移动目标管理监控决策提供先进、直接有效的现代化管理手段。 应用方只要提供具有宽带接入的计算机一台，就能实现本方需求目标的安全监控。并可通过专网模式组建监控中心。 四、方案的优势 本方案实际上是在改造传统的位置监控系统基础上设计出来的。过去人们常常采用GPS+GSM/GPRS的方案实现移动目标的定位监控。但传统的定位技术无论在定位精度、灵敏度、速度，还是在可用性方面都存在着明显的缺憾，极大地限制了定位服务的大规模商用。一言以蔽之，传统的定位系统方案差强人意。 要想克服传统方案的弱点，最直观的想法莫过于合两家之长，优势互补，我们提供的基于gpsOne定位技术的位置监控方案就是这种想法的产物。其优势主要表现在： 利用CDMA gpsOne AGPS技术，实现移动目标的定位跟踪，摒弃了传统的定位终端所采用的GMS/GPRS/CDMA+GPS 的模式，很好解决了传统GPS 方案在树木覆盖区域、室内和城市高楼密集区无法定位的弊病，为安全、保险等对定位空间连续性高的行业的位置应用提供了一个可行的解决方案。gpsOne技术具有盲区少、适应面宽、成本低的特点； 用户可以不建设任何的前期应用系统和GIS系统图库（地理信息系统地图库的建设费用在联通的通信服务费中一同计算）建设投资，而其他类似的应用服务需用户进行应用系统的建设。特殊需求用户以专网解决； 用户只要有可以上互联网的PC，即可通过浏览器对其所属的定位终端进行位置查询，调度和管理。没有区域限制，在有CDMA1X 网络覆盖的地方就能享受到定位服务，轻松实现全网通； 系统的扩容升级非常方便，由于采用B/S 结构监控中心服务器的设置不受地理位置的限制，监控分中心的使用也不受地域的限制，扩容建设可以选择服务条件好的本地运营商，构建监控中心服务器，安装相应的软件。同时，软件功能的升级和扩充，也仅需在服务器端更新一次便可。为系统将来扩充管理和其他办公信息化提供统一的平台。3G时代移动GPS定位仪业务发展的思考随着3G技术的快速发展，GPS定位仪移动定位业务被认为是最具发展潜力的移动增值业务之一。描述了移动定位业务中采用的主要定位技术并进行综合比较，展望移动定位业务的发展前号，并指出当前移动定位业务发展中存在的问题，探讨了解决的办法。 引言 伴随着移动通信网络从2.5G向3G的快速演进，全球LBS运营市场将进入高速发展阶段。据预测，韩国定位服务产业的年增长率今后几年可达到200%300%，到2008年左右，韩国的相关市场规模将达到6亿美元。目前西欧有80多家移动运营商，用户总数超过2.7亿，定位服务总收入2007年将达到55.08亿美元。在我国，移动定位业务在行业用户市场加快渗透的同时，正逐步向大众用户市场拓展。2005年国内移动定位市场规模达到2.21亿元，比2004年增长80%。受“奥运经济”的刺激，在20062008年的3年内，该市场的增长率将保持在150%以上1。到2008年中国移动定位市场将达到52.5亿元，成为最具竞争力的3G核心业务之一。 作为全球拥有移动电话用户数量最多的国家，移动定位在我国拥有广阔的应用前景。但从目前的实际应用情况来看，移动定位用户规模依然较小，移动定位占移动运营商增值服务总收益的比重还比较低。总体上讲，移动定位业务在我国还仅仅处于市场培育阶段，如何有效推动移动定位业务的快速、健康发展，成为摆在移动运营商面前的重要课题。 1、GPS定位仪概念及业务分类 移动定位服务又叫做移动位置服务（LBS-LocationBasedService），它是指移动网络通过特定的定位技术来获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图平台的支持下，为终端用户提供相应服务的一种增值业务2。移动定位不仅能够帮助个人客户查询自己和他人的位置信息，而且还能提供基于位置的附加信息服务，包括用户所在位置的商店、银行、书店、医院、宾馆、餐馆等信息。 移动定位业务的具体应用可大致分为：公共安全业务、跟踪业务、基于位置的个性化信息服务、导航服务以及基于位置的计费业务等。 公共安全业务：是指出于公共安全考虑，国家或地区安全机构可以对进行紧急呼叫的用户进行定位并实施援助。目前，我国人身安全和紧急救助报警只能依靠拨打110或120，这使得用户在紧急情况下（如正受到人身攻击或急病突发）的报警变得十分困难。利用移动定位业务，手机的持有者只要按几个按钮，警务中心和急救中心在几秒钟内便可知报警人的位置而可以提供及时的救助。 位置跟踪业务：是指根据移动设备查询车辆、设备携带者所处的位置。例如车辆查询服务可以为企业、公安、邮政速递车、银行运钞车、出租车汽车公司等提供重要车辆的即时跟踪服务，实时掌握车辆行进中位置信息，加强车辆防盗功能。 基于位置的个性化信息服务：包括周边信息查询、城市观光、根据位置的内容广播、移动黄页、娱乐游戏等。移动运营商可和互联网站商合作，为用户提供丰富的信息服务；当用户随时随地想购买自己喜欢的商品时，定位系统与信息数据库结合可引导用户购买；用户还可利用定位系统随时获知朋友的位置、发出问候信息；还可和朋友玩基于位置的游戏等。 导航服务：指引用户找到要去的目标，当用户输入目的地后，系统会返回信息和图形方式的线路图。当你驾车外行时，若车上配有GPS定位仪；或你外出时，手中有一款导航手机，凭借终端屏幕上的导航电子地图，即使在一个完全陌生的环境中也可以自由驰骋或行走。 基于位置的计费业务：就是在不同的位置使用移动电话时，按不同的标准收费。根据现有的收费体制，当用户同时可以使用自己的移动终端和固定电话时，用户显然会首选固定电话。如果移动运营商能在一些特殊地点提供一个可以和固定电话相竞争的收费标准。例如，对在家或办公室的主呼用户可以适当降低话费，则可以与固话运营商展开竞争。运营商可以根据用户的不同位置指定灵活的费率，这种资费政策可以针对单个用户，也可以针对用户组。 当前，中国移动的E-OTD定位业务和中国联通的“定位之星”（GPSone定位服务）提供最近的商场/宾馆/餐厅等查询、导航、物流、报警、智能交通、车辆跟踪/指挥/调度、老人/小孩位置查询等基于位置的服务。随着3G的发展，移动定位业务将会获得更广泛的应用，给用户带来更为便利和个性化的业务体验。 2、移动定位技术 目前，全球范围内普遍使用的移动定位技术主要有四种：Cell-ID技术、TDOA技术、E-OTD技术和A-GPS技术。其中Cell-ID、TDOA是基于网络的，E-OTD是基于终端的，而A-GPS则是网络与终端混合的解决方案。由于E-OTD是专门针对GSM/GPRS而设计的，因此，在3G网络中很可能被淘汰。 下面介绍在3G网络中广泛使用的3种移动定位技术。 2.1基于Cell-ID的定位 Cell-ID定位技术是根据移动台所处的小区标示号（Cell-ID）来确定用户的位置。移动台在当前小区注册后，在网络中就会有相对应的Cell-ID，只要系统知道该小区基站的中心位置和该小区的覆盖半径，就能够获取移动台的位置信息。这种技术一般只能定位到某个基站或者基站下面的某个扇区，属低精度定位。它的定位精度取决于下列因素： （1）小区半径； （2）基站类型，全向/扇区； （3）MS（Mobilestation）与小区中心的距离。 GPS定位仪定位方式的主要优点是无需对手机或网络进行修改，易于实现；有很好的覆盖性与可靠性；响应时间短，整个定位过程仅需1秒左右。缺点是定位精度较差且依赖于基站覆盖区域的大小，一般定位精度在数百米。在基站分布较少的地区，如郊区和农村难以获得理想的定位精度。Cell-ID定位方法技术相对简单，投资较低，可以让移动运营商迅速进入市场。在今后的3G网络中该技术将会与其他高精度的定位技术并存，以满足用户的不同需求。 2.2基于TDOA的定位 到达时间差（TimeDifferenceofArrival，TDOA）定位的基本原理是测量不同基站接收 到同一移动站的时差，并由此计算出移动站到不同基站的距离差。移动站到任何2个基站的距离d可以在2个基站之间给出一条双曲线，移动站一定处于该曲线上。当同时有N个基站参与测距时（N3），由多个双曲线之间的交汇区域就是对用户位置的估计3。TDOA定位技术可应用于各种移动通信系统（GSM、WCDMA、窄带CDMA和CDMA2000中），尤其适合CDMA系统，CDMA系统用扩频方式将信号频谱扩展到很宽的范围，使系统具有较强的抗多径能力。如果GSM网络采用TDOA方法定位，关键在于良好的参数设计和技术保证。 TDOA定位方式的优点是定位精度较高，但它的精度随环境的不同而不同。在较开阔的地区，如郊区、乡村等，TDOA受多径干扰影响小，可以将移动台定位精度在1020m范围内；在城区，由于高大建筑物较多，电波传播环境复杂，一般要经过折射或反射，影响定位精度，定位精度在100200m。该技术也无需对手机进行修改，可以直接向现存用户提供服务。但该技术定位响应时间比Cell-ID技术略长，需要7s左右。 2.3A-GPS定位技术 GPS定位仪（AssistedGlobalPositioningSystems）是网络辅助的GPS定位的简称。这种方法需要网络和移动台都能够接收GPS信息。它的基本原理是：GPS接收机将测量到的GPS辅助信息记录下来，发送至蜂窝移动网络，定位系统接收GPS参考接收网络发送的GPS导航电文，然后结合网络其他信息，加工成辅助GPS信息（包括GPS伪距测量的辅助信息和移动台位置计算的辅助信息）并提供给移动台，利用这些信息，移动台可以快速捕获卫星并接收到测量信息，然后将测量信息发送给网络中的定位服务中心，由它计算出移动台当前所处的位置。由于位置计算是在网络侧完成的，移动台的GPS接收实现复杂度大大降低，并能够降低功耗。其定位原理如图3所示4。A-GPS工作原理 A-GPS定位精度高，在开阔的环境中，如城郊或乡村，多径和遮挡是可以忽略的，A-GPS的定位精度能够达到10m左右甚至更优；如果移动台处于城区环境，无遮挡并且多径不严重，定位精度将在3070m之间；如果移动台在室内或其他多径和遮挡严重的区域，此时移动台难以捕捉到足够的卫星信号，A-GPS将无法完成定位。 与前两种定位技术相比，A-GPS定位方法的响应时间稍长，在冷启动情况下，A-GPS定位的响应时间为1030s；在正常工作状态下，定位响应时间为310s之间。 表1对以上3种定位技术做了一个综合比较。 表1移动定位技术比较 定位技术Cell-IDTDOAA-GPS 定位精度200m以上50-200m5-50m 定位速度快较慢慢 终端改造要求无无软件+GPS 依赖实体网络网络网络+终端 适用范围城市较好无遮挡环境无遮挡环境 投资成本低高中 3、移动定位业务应用前景 2006年年初，中国移动在北京、天津、辽宁、湖北四个省市进行了“手机地图”业务的试点运行，为广大手机用户提供显示、动态缩放、动态漫游跳转、全图、索引图、比例尺、城市切换以及各种查询等位置服务。中国联通也早在2003年7月就推出了手机定位业务，用户在使用这项服务时，只要在手机上输入出发地和目的地，就可以查到开车路线；如果用语音导航，还能得到实时提示，该项业务还能够实现550m的连续、精确定位，并已经实现了全国漫游。 2005年下半年，山东省青岛市网通公司推出了能定位的“关爱精灵”小灵通业务。至此，GSM、CDMA、PHS均已实现移动定位的商业化，定位服务也进一步由物流管理、交通调度、医疗救援、野外勘探等行业应用领域，加速走向大众化、普及化。 从宏观看，中国移动定位服务市场的发展环境良好。中国整体经济实力的平稳增长，为加大电信基础设施投资力度创造了条件，3G网络的建设和移动定位技术的日臻完善，将为移动定位业务打造一个良好的消费环境，并最终促使移动定位业务质量得到不断攀升，而社会发展所引发的广大需求，也将有利于用户消费观念的培养，并最终促进整个市场的繁荣。 4、移动定位业务发展面临的问题及建议 移动定位服务是GPS定位仪时代移动增值业务中最具吸引力的业务，同时也是产业链合作环节最为复杂的业务之一。从目前的实际应用情况来看，移动定位用户规模依然较小，在市场认知、内容开发、终端支持、产业合作等方面，国内移动定位业务的发展仍存在着诸多问题5。 4.1面临的问题 （1）市场认知相对偏低 有市场调查显示，在移动运营商提供的诸多移动增值业务中，大概只有28%的手机用户知道移动定位业务，在所调查的21项移动增值业务中名列第11位，远低于手机铃声下载（67.2%）、图片下载（57.8%）、收发彩信（48.4%）和彩铃业务（39.1%）的认知率。移动定位业务在国内的发展已有3年左右的时间，但其市场认知度依然偏低，甚至低于较晚推出的彩铃业务。因此，如何加大市场推广力度，有效提高移动定位业务的市场认知度，这是移动运营商和SP等各方需要考虑的问题。 （2）服务内容单一 当前，运营商和SP提供的位置服务基本上是基于GIS系统的“定位、交通导航、提供定位点周边信息”的“纯位置”服务，如找自己、找朋友、周边查询、路径查询、公交换乘等，而没有和其他应用结合起来。一些SP提供的位置服务在业务类型上基本雷同，存在着供需错位且质量不高的问题。另外，从事地图数据制作的机构有差异，一些地图数据产品精度低、更新速度慢、信息内容不够准确，这在一定程度上影响了用户的使用热情。 （3）定位技术有待提高 目前，实现位置服务的定位技术主要有CELL-ID、E-OTD、A-GPS等3种方法，CELL-ID和A-GPS技术在国内均有应用。CELL-ID技术定位精度低，当需要精度较高的紧急定位服务时，CELL-ID就无法满足要求。A-GPS技术的定位精度高、首次捕获GPS信号时间短。但该技术也存在着一些局限，如室内定位问题目前无法圆满解决，定位实现必须通过多次网络传输，占用了系统大量的资源。除此之外，还有使用的有效性问题。由于GPS系统被美国政府拥有和控制，在战争等非常时期，要借助GPS系统的A-GPS定位业务就会受到影响。 （4）隐私保护急需解决 随着社会的进步，人们对隐私越来越敏感。目前的移动定位方案可以分两大类：一类是网络进行自动定位的方案，另一类是基于终端提出申请后进行定位的方案。前者是通过网络的升级，使之能够对所有用户进行跟踪，而后者则依赖于用户终端增加相应的软硬件后才能获得服务。两者存在着隐私权保护程度的差异。考虑到不同技术对隐私权保护的差异，运营商应根据不同的目标用户群来确定隐私权保护的权限，有效保护用户的隐私权。 （5