導(dǎo)航與LBS關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究進(jìn)展

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(dòng)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(shí)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(shì)，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(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)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(duì)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(yàn)。通常，一個(gè)完整的定位過程是利用移動(dòng)終端設(shè)備(如導(dǎo)航儀、手機(jī)等)與網(wǎng)絡(luò)(如WiFi，移動(dòng)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(shí)際地理位置，以進(jìn)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(cè)量和計(jì)算的實(shí)體對(duì)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(diǎn)(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(dòng)網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

移動(dòng)定位技術(shù)是利用無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)接收到的無線電波的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)相應(yīng)算法對(duì)某一移動(dòng)終端或個(gè)人在某一時(shí)刻所處的地理位置進(jìn)行精確測(cè)定，以便為移動(dòng)終端用戶提供相關(guān)的位置信息服務(wù)，或進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和跟蹤。目前主流的移動(dòng)定位技術(shù)特點(diǎn)見表2。

表2 基于移動(dòng)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(jī)結(jié)合，以汽車為載體開展實(shí)際運(yùn)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(dòng)終端提供實(shí)時(shí)的交通信息、緊急情況應(yīng)對(duì)、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(shì)。

圖1 Telematics技術(shù)

3. 三維導(dǎo)航技術(shù)

通過虛擬或真實(shí)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(chǎng)景與真實(shí)路口場(chǎng)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(shí)景導(dǎo)航技術(shù)開始出現(xiàn)，未來將會(huì)成為一個(gè)新的技術(shù)熱點(diǎn)。

4. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景應(yīng)用服務(wù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(augmented reality，AR)是指把現(xiàn)實(shí)世界中原本很難體驗(yàn)到的視覺、聽覺、味覺、觸覺等實(shí)體信息通過技術(shù)手段模擬仿真后疊加到現(xiàn)實(shí)世界，從而被感知，是一種將虛擬內(nèi)容和真實(shí)存在的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)融合，形成虛擬、現(xiàn)實(shí)之間互動(dòng)的技術(shù)。AR實(shí)景導(dǎo)航技術(shù)要求使用者只需將攝像頭對(duì)準(zhǔn)面前的道路，就可通過機(jī)載導(dǎo)航定位設(shè)備及電子羅盤計(jì)算出下一步的方向，并在實(shí)景地圖上實(shí)時(shí)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(shí)即地圖的特點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 AR實(shí)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(jī)交互的方式發(fā)生了很大的變化，語音識(shí)別和人工智能的結(jié)合將會(huì)有越來越多的應(yīng)用場(chǎng)景，Telematics便是其中非常重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一。在車輛行駛過程中，為了保證駕駛安全，司機(jī)較少能夠直接操作儀器設(shè)備，此時(shí)就需要由語音識(shí)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(shí)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(dòng)設(shè)備變身成為機(jī)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(gè)部分。通過對(duì)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(huì)等。其中3GPP和OMA組織負(fù)責(zé)移動(dòng)定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作；對(duì)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(huì)主要是地理信息技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC 211)，而智能運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)(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(huì)OGC是一個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互操作的組織、企業(yè)或個(gè)人提供支持，且其標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)尚缺有效版權(quán)機(jī)制；國內(nèi)則由全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)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(dòng)定位的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要由3GPP/3GPP2、OMA等移動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)規(guī)范主要由OGC組織提出，而后提交到ISO進(jìn)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(duì)各種復(fù)雜、異構(gòu)的移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)或服務(wù)提供商，因此如何高效地實(shí)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(xiàng)，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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，我國采標(biāo)僅有2項(xiàng)，且其中一項(xiàng)正在采標(biāo)中。LBS的應(yīng)用與導(dǎo)航類似，其主要特點(diǎn)在于需要大量有效的POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此相應(yīng)地也就需要涉及POI興趣點(diǎn)采集、存儲(chǔ)、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(gè)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(dòng)行業(yè)技術(shù)水平不斷提高的原動(dòng)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(shí)時(shí)的位置相關(guān)信息的服務(wù)，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，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(shí)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(shí)，各自實(shí)踐活動(dòng)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(shí))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(diǎn)領(lǐng)域，而對(duì)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(huì)成為關(guān)注的重點(diǎn)。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(dòng)進(jìn)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(shì)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(duì)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(jìn)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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