李 霖，王 偉，譚永濱，毛 凱

(武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

一、引 言

隨著智能終端設(shè)備的普及與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是移動網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，以地理信息位置為核心的導(dǎo)航與基于位置服務(wù)(location-based services，LBS)應(yīng)用發(fā)展迅速[1]。導(dǎo)航與LBS領(lǐng)域涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，包括基礎(chǔ)性的定位技術(shù)、數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)[2]、數(shù)據(jù)組織及語義信息[3-5]、Telematics技術(shù)[6-7]、三維導(dǎo)航技術(shù)[8]、實景應(yīng)用服務(wù)[9-10]、語音導(dǎo)航等技術(shù)。本文通過討論研究導(dǎo)航與LBS在地理信息領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，分析各關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系中的制定現(xiàn)狀，客觀地評價關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進程的需求程度，為我國研究構(gòu)建布局統(tǒng)一、科學(xué)合理的導(dǎo)航和基于位置服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系提供科學(xué)依據(jù)。

二、導(dǎo)航與LBS相關(guān)技術(shù)

1. 定位技術(shù)

定位技術(shù)是導(dǎo)航和LBS應(yīng)用的重要基礎(chǔ)[11]，只有準(zhǔn)確地獲得地理對象的空間位置，才能為用戶提供合理的服務(wù)和更為優(yōu)秀的用戶體驗。通常，一個完整的定位過程是利用移動終端設(shè)備(如導(dǎo)航儀、手機等)與網(wǎng)絡(luò)(如WiFi，移動網(wǎng)絡(luò)等)或衛(wèi)星系統(tǒng)相互配合，最終確定用戶所處的實際地理位置，以進一步滿足用戶需求，提供與位置相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)。根據(jù)測量和計算的實體對象不同，定位技術(shù)分為衛(wèi)星定位技術(shù)與基于網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。

(1) 衛(wèi)星定位技術(shù)

衛(wèi)星定位技術(shù)依托于多顆人造衛(wèi)星，為行人或車輛等提供最佳行車路線查找、路況信息查詢、POI興趣點(如加油站、飯店、賓館等位置)的搜索等與位置及路徑相關(guān)的服務(wù)。目前廣泛應(yīng)用于民用的導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo)，以及全球性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的集合(GNSS)等。部分主流的民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀見表1。

表1 主流民用導(dǎo)航系統(tǒng)分析表

(2) 基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

移動定位技術(shù)是利用無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，通過對接收到的無線電波的參數(shù)進行測量，根據(jù)相應(yīng)算法對某一移動終端或個人在某一時刻所處的地理位置進行精確測定，以便為移動終端用戶提供相關(guān)的位置信息服務(wù)，或進行實時的監(jiān)測和跟蹤。目前主流的移動定位技術(shù)特點見表2。

表2 基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

2. Telematics技術(shù)

Telematics是通信技術(shù)與信息技術(shù)的有機結(jié)合，以汽車為載體開展實際運用，被定義為“無線地連接車輛與用戶定制的信息和服務(wù)的設(shè)備”，該技術(shù)以無線語音、數(shù)字通信和GPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過定位系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)，向移動終端提供實時的交通信息、緊急情況應(yīng)對、遠(yuǎn)程車輛診斷等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如圖1所示。從不斷滿足用戶需求的角度上看，Telematics的興起和逐漸普及將成為一種趨勢。

圖1 Telematics技術(shù)

3. 三維導(dǎo)航技術(shù)

通過虛擬或真實的三維地圖影像或圖片，使導(dǎo)航用戶在屏幕上所看到的場景與真實路口場景盡可能相近，使用戶更容易直觀理解導(dǎo)航畫面，集中注意力在駕駛本身。三維導(dǎo)航技術(shù)的本質(zhì)是提供越來越友好的用戶界面，提高軟件的易用性。目前我國電子地圖企業(yè)和導(dǎo)航軟件企業(yè)正大力發(fā)展虛擬三維道路交叉路口，部分企業(yè)正在開發(fā)三維地理信息系統(tǒng)，如圖2所示。三維實景導(dǎo)航技術(shù)開始出現(xiàn)，未來將會成為一個新的技術(shù)熱點。

4. 增強現(xiàn)實實景應(yīng)用服務(wù)

增強現(xiàn)實技術(shù)(augmented reality，AR)是指把現(xiàn)實世界中原本很難體驗到的視覺、聽覺、味覺、觸覺等實體信息通過技術(shù)手段模擬仿真后疊加到現(xiàn)實世界，從而被感知，是一種將虛擬內(nèi)容和真實存在的內(nèi)容進行實時融合，形成虛擬、現(xiàn)實之間互動的技術(shù)。AR實景導(dǎo)航技術(shù)要求使用者只需將攝像頭對準(zhǔn)面前的道路，就可通過機載導(dǎo)航定位設(shè)備及電子羅盤計算出下一步的方向，并在實景地圖上實時顯示出來。用戶無需掌握電子地圖的使用方法就可輕便直觀地滿足導(dǎo)航的需求，體現(xiàn)了現(xiàn)實即地圖的特點，如圖3所示。

圖3 AR實景應(yīng)用服務(wù)

5. 語音導(dǎo)航技術(shù)

語音技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得人機交互的方式發(fā)生了很大的變化，語音識別和人工智能的結(jié)合將會有越來越多的應(yīng)用場景，Telematics便是其中非常重要的應(yīng)用場景之一。在車輛行駛過程中，為了保證駕駛安全，司機較少能夠直接操作儀器設(shè)備，此時就需要由語音識別軟件來代替手指，通過語音指令完成導(dǎo)航路線的規(guī)劃、短信的輸入發(fā)送、信息查詢等。目前車音網(wǎng)、Nuance的語音識別率都達(dá)到了90%，蘋果發(fā)布的智能語音助手Siri更是使移動設(shè)備變身成為機器人，比傳統(tǒng)的語音技術(shù)更加智能。

三、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

地理信息導(dǎo)航和基于位置服務(wù)的行業(yè)應(yīng)用中涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)可歸納為定位技術(shù)和地理信息技術(shù)(包括數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、信息交換及行業(yè)應(yīng)用等方面)兩個部分。通過對上述基礎(chǔ)技術(shù)與未來技術(shù)發(fā)展的研究發(fā)現(xiàn)，各種技術(shù)的實現(xiàn)都需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的支持，如所有導(dǎo)航與LBS的應(yīng)用都需要定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以便獲得統(tǒng)一的位置數(shù)據(jù)獲取方法；Telema-tics技術(shù)需要多種設(shè)備間進行數(shù)據(jù)交流，因此需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的支持。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系正在建設(shè)中[12-13]。下文將逐步介紹國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進展情況。

1. 國內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)化組織

目前制定導(dǎo)航和基于位置服務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織主要包括3GPP、OMA、ISO、OGC、全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會等。其中3GPP和OMA組織負(fù)責(zé)移動定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作；對于地理信息提供層面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，國際上主要由ISO負(fù)責(zé)制訂，其中制訂地理信息導(dǎo)航和位置服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的委員會主要是地理信息技術(shù)委員會(ISO/TC 211)，而智能運輸系統(tǒng)技術(shù)委員會(ISO/TC 204)則研制面向智能交通應(yīng)用的導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)；開放地理信息協(xié)會OGC是一個非盈利的志愿的國際組織，為地理信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和服務(wù)互操作提供統(tǒng)一的接口及操作規(guī)范，目前已推出了基于Web服務(wù)(XML、SOAP等)的空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)及互操作的多種接口規(guī)范，如WMS、WFS等，但其發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅僅為需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互操作的組織、企業(yè)或個人提供支持，且其標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)尚缺有效版權(quán)機制；國內(nèi)則由全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會負(fù)責(zé)制訂發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前移動定位的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要由3GPP/3GPP2、OMA等移動網(wǎng)絡(luò)工作組發(fā)布，衛(wèi)星定位的標(biāo)準(zhǔn)主要由相關(guān)組織發(fā)布，其中與GPS導(dǎo)航相關(guān)的最多，與我國北斗衛(wèi)星相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正在逐步完善，表3列舉了主要的定位技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文檔。

3. 地理信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)航和基于位置服務(wù)的各類行業(yè)應(yīng)用是以空間位置為基礎(chǔ)，同時為了能夠協(xié)調(diào)異源數(shù)據(jù)源、異構(gòu)格式、不同的客戶端應(yīng)用，以地理信息服務(wù)的形式發(fā)布導(dǎo)航和基于位置服務(wù)數(shù)據(jù)或功能操作，可大大提高信息的利用率，減少信息重復(fù)采集造成的數(shù)據(jù)冗余等問題。地理信息服務(wù)的實現(xiàn)規(guī)范主要由OGC組織提出，而后提交到ISO進行討論，最終發(fā)布為國際標(biāo)準(zhǔn)。目前OGC組織提出的用于地理信息互操作的標(biāo)準(zhǔn)文檔眾多，相關(guān)地理信息標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表3 導(dǎo)航與LBS定位標(biāo)準(zhǔn)

表4 地理信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

4. 導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)航應(yīng)用需要面對各種復(fù)雜、異構(gòu)的移動終端與數(shù)據(jù)或服務(wù)提供商，因此如何高效地實現(xiàn)導(dǎo)航的數(shù)據(jù)采集、交換、互操作、安全性等具有重要的意義。相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要由ISO/TC 211與ISO/TC 204研制并發(fā)布，表5中給出了已由ISO組織發(fā)布的與導(dǎo)航和位置服務(wù)密切相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)及我國采標(biāo)情況。我國采標(biāo)僅有1項，且尚待更新轉(zhuǎn)化。

表5 導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

5. LBS應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

LBS行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要由ISO/TC 211與OGC組織研制，表6中給出了已由ISO組織發(fā)布的與位置服務(wù)密切相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)及我國采標(biāo)情況。在ISO已發(fā)布的13項標(biāo)準(zhǔn)中，我國采標(biāo)僅有2項，且其中一項正在采標(biāo)中。LBS的應(yīng)用與導(dǎo)航類似，其主要特點在于需要大量有效的POI興趣點數(shù)據(jù)，因此相應(yīng)地也就需要涉及POI興趣點采集、存儲、安全性、交換等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

表6 LBS行業(yè)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

四、結(jié)論與討論

任何一個行業(yè)的發(fā)展都離不開專業(yè)化的分工與協(xié)作，這也是推動行業(yè)技術(shù)水平不斷提高的原動力。導(dǎo)航與LBS領(lǐng)域是目前地理信息大眾化應(yīng)用的重要領(lǐng)域，為大眾化應(yīng)用提供實時的位置相關(guān)信息的服務(wù)，也是當(dāng)前研究的熱點，定位技術(shù)的不斷發(fā)展及越來越多新技術(shù)的出現(xiàn)，就更需要行業(yè)內(nèi)部的溝通與協(xié)調(diào)。而制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正是實現(xiàn)協(xié)調(diào)與統(tǒng)一的手段，可使得參與各方達(dá)成共識，各自實踐活動過程及其結(jié)果為行業(yè)所理解、認(rèn)同與接受，完成物質(zhì)、能量和信息(知識)的交換及延續(xù)。通過前文分析國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)(基礎(chǔ)性技術(shù)與新技術(shù))的標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀，可看出，在國際上，地理信息導(dǎo)航和位置服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)從概念模式到應(yīng)用接口幾乎全部覆蓋，數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)產(chǎn)品等數(shù)據(jù)類標(biāo)準(zhǔn)仍然是標(biāo)準(zhǔn)研制的重點領(lǐng)域，而對于三維導(dǎo)航、室內(nèi)導(dǎo)航和地下導(dǎo)航等新技術(shù)

的標(biāo)準(zhǔn)化也將會成為關(guān)注的重點。只有通過制定相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能使得行業(yè)技術(shù)水平及其指導(dǎo)的應(yīng)用活動進一步達(dá)到新的高度。

本文討論了導(dǎo)航與LBS領(lǐng)域中定位技術(shù)、Telematics技術(shù)、三維導(dǎo)航技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的技術(shù)特征、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢等情況，并分析了其在國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系中的制訂情況，以及討論了其技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化對于技術(shù)發(fā)展與行業(yè)應(yīng)用的作用。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進程的完成，在未來的大眾生活中，地理信息技術(shù)將發(fā)揮著越來越重要的作用。

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