地理信息在4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展探究

（廣西師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)和人們?nèi)粘Ｉ钪?，很多信息屬于具有空間位置特性的地理信息。根據(jù)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，在與人類生活息息相關(guān)的所有信息中，與位置有關(guān)的信息大約占80%[1]。大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算等都是近幾年信息技術(shù)（IT）領(lǐng)域內(nèi)新提出的概念，并且地理信息科學(xué)（GIS）已經(jīng)融入IT的主流，成為IT的重要組成部分。同時(shí)，IT的發(fā)展也深深影響著GIS的發(fā)展，每一次重大的IT進(jìn)步，都給GIS帶來革命性的變化，因此，作為IT技術(shù)其中之一的移動(dòng)通信與空間信息的集成成為必然。4G，就是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，相比于目前的3G網(wǎng)絡(luò)具有速度快，帶寬高，服務(wù)多，融合強(qiáng)的特點(diǎn)。本文嘗試探討地理信息如何在第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，以及對未來發(fā)展趨勢的展望。

1 4G產(chǎn)生的時(shí)代背景

4G的產(chǎn)生，是伴隨著移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步一代代發(fā)展起來的。從GSM，GPRS到4代，最早的移動(dòng)通信電話是采用的模擬蜂窩通信技術(shù)，這種技術(shù)只能提供區(qū)域性話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信除了可提供所謂“全球通”話音業(yè)務(wù)之外，還可以提供收發(fā)短信之類的業(yè)務(wù)。在新興通信技術(shù)的不斷推動(dòng)下，以WCDMA為標(biāo)志的3G通信技術(shù)愈發(fā)成熟，高速的網(wǎng)絡(luò)讓人們第一次真正感受到了移動(dòng)互聯(lián)帶來的信息井噴。在此基礎(chǔ)上，4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。

第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，簡稱4G，國際上4G的發(fā)展以美國最為快速。國外自2009年4G開始商用以來，到2013年，全球4G用戶已超過一億。2013年12月，工信部向中國移動(dòng)，中國聯(lián)通和中國電信發(fā)放 4G牌照，三大運(yùn)營商同時(shí)獲得TD-LTE牌照，標(biāo)志著我國正式進(jìn)入4G商用元年。

2 地理信息在3G下的發(fā)展現(xiàn)狀

所謂3G，全稱為3rd generation，就是第三代數(shù)字通信。3G的一個(gè)突出特點(diǎn)是，在未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)個(gè)人終端用戶能夠在全球范圍內(nèi)的任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，用任意方式與任何人高質(zhì)量地完成任何信息之間的移動(dòng)通信與傳輸。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始應(yīng)用在很多方面。

2.1 用戶創(chuàng)建地理信息

用戶創(chuàng)建地理信息[2]（UGGC，User Generate Geographic Content），是指普通民眾利用非專業(yè)工具創(chuàng)建地理信息的現(xiàn)象，用戶不再僅作為地理信息的使用者，同時(shí)也是地理信息的生產(chǎn)者。對UGGC的研究較新，國外始于2006年，以新地理學(xué)，自發(fā)地理信息，地理維基為代表。我國2009年1月發(fā)放3G牌照后，國內(nèi)也開始出現(xiàn)了相關(guān)文獻(xiàn)。

隨著無線網(wǎng)絡(luò)種類的增多和帶寬的增大，移動(dòng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用量已經(jīng)超過了固定網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可以隨時(shí)自由發(fā)布。另外，手機(jī)因計(jì)算能力的不斷提升與價(jià)格的逐漸下降，得到了很大的普及。并且很多普通的智能手機(jī)都內(nèi)嵌GPS模塊，使信息具有了地理位置屬性。因此，移動(dòng)手機(jī)提供了一個(gè)良好的無線通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，用戶可以下載所需的地理數(shù)據(jù)，也可以自由地發(fā)布自己的地理信息。正是由于手機(jī)極大的便攜性和3G網(wǎng)絡(luò)提供的高速帶寬，使得信息得以重新整合，分享和溝通變得無處不在。

2.2 移動(dòng)GIS—以LBS為例

移動(dòng)GIS即移動(dòng)地理信息系統(tǒng)，主要由無線通信網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)設(shè)備終端，地理應(yīng)用服務(wù)及空間數(shù)據(jù)庫組成。當(dāng)無線移動(dòng)用戶迫切想知道他當(dāng)時(shí)所處環(huán)境的信息，比如：“我在哪”，“我附近是什么”，“我怎么能到達(dá)目的地”，“我要找的人現(xiàn)在在何處”等。也就是地理空間信息要實(shí)現(xiàn)的隨時(shí)（anytime），隨地（anywhere）為所有人（anybody）和事（anything）提供實(shí)時(shí)服務(wù)（4A 服務(wù)）。于是，LBS（location based service）和MLS（mobile location service）應(yīng)運(yùn)而生了。

LBS[3]即無線定位業(yè)務(wù)，又稱為位置業(yè)務(wù)。LBS是根據(jù)用戶所在位置由移動(dòng)通信網(wǎng)提供的一種增值業(yè)務(wù)，主要通過移動(dòng)定位技術(shù)獲得用戶當(dāng)前所在位置，在電子地圖和業(yè)務(wù)平臺(tái)的支持下，提供給用戶位置相關(guān)的信息服務(wù)。LBS中的關(guān)鍵和核心是位置信息和地理信息，孤立的位置信息（坐標(biāo)值）是沒有應(yīng)用意義的，必須與地理信息結(jié)合才有應(yīng)用價(jià)值。比如利用LBS可以24小時(shí)全天候?qū)崿F(xiàn)車輛控制[4]，可實(shí)現(xiàn)各種專業(yè)救護(hù)車輛的路線選擇和合理調(diào)度，警用車輛的科學(xué)布放，出租車的預(yù)約等?？傊?，通過3G通信網(wǎng)和LBS獲取的移動(dòng)定位信息服務(wù)已經(jīng)成為我們舒適生活中密不可分的一部分。

3 GIS在4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探索

GIS以數(shù)據(jù)為本，如果把4G比作通道，物聯(lián)網(wǎng)是觸角，大數(shù)據(jù)則是大腦，云計(jì)算就是倉庫。隨著用戶的移動(dòng)終端越來越多樣化，如智能手機(jī)，智能傳感器，可穿戴設(shè)備等，并且4G使數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)，快速，便捷且低成本的傳輸成為可能。因此，GIS在4G網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模應(yīng)用有著良好的前景。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（internet of things）是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠獨(dú)立尋址的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)提出多年，但其發(fā)展并不如原先預(yù)想的迅速，近幾年，隨著傳感器價(jià)格的下降，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算和智能處理技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)才進(jìn)入快速發(fā)展期。

物聯(lián)網(wǎng)作為全球信息化第三次浪潮的代表，已被各國列為重點(diǎn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。但是，目前國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)還存在“中間強(qiáng)兩頭弱”的不足，即網(wǎng)絡(luò)層發(fā)展較好，感知層和應(yīng)用層發(fā)展緩慢[5]。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，感知層是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息獲取和自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)，各類傳感器和射頻識(shí)別（RFID）裝置是感知層重要的信息獲取終端。在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，理論上，任何物體都能成為數(shù)據(jù)采集的載體，這將大大促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在感知層問題的解決，通過分析物聯(lián)網(wǎng)積累的大數(shù)據(jù)，從而助力智慧城市的實(shí)現(xiàn)。

3.2 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)（big data）是將規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)態(tài)演變的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，篩選，管理，搜索，分析，挖掘與表達(dá)的技術(shù)統(tǒng)稱，是連通信息世界和知識(shí)世界的橋梁。大數(shù)據(jù)的概念原本出自谷歌為代表的新一代IT公司，利用數(shù)據(jù)密集型復(fù)雜挖掘技術(shù)處理海量數(shù)據(jù)，并創(chuàng)造驚人價(jià)值的現(xiàn)象。

地理信息數(shù)據(jù)作為信息和知識(shí)的載體，自身具有數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)種類多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征。而GIS數(shù)據(jù)的三個(gè)特征很符合大數(shù)據(jù)特征[6]：Gartner將大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)歸結(jié)為“3V”，volume指數(shù)據(jù)量大，variety指數(shù)據(jù)類型多樣，valocITy指數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是快速的，同時(shí)處理數(shù)據(jù)以滿足當(dāng)前應(yīng)用的需求也應(yīng)當(dāng)是快速的。大數(shù)據(jù)的概念很抽象，可究竟大數(shù)據(jù)離我們有多遠(yuǎn)？城市計(jì)算就是一個(gè)很好的例子。

城市計(jì)算[7]是一個(gè)通過不斷獲取，整合和分析城市中多種異構(gòu)大數(shù)據(jù)來解決城市所面臨的挑戰(zhàn)（比如環(huán)境惡化，交通擁堵，能耗增加，規(guī)劃落后等等）的過程。城市計(jì)算的基本框架，包括城市感知及數(shù)據(jù)捕獲，數(shù)據(jù)管理，城市數(shù)據(jù)分析，服務(wù)提供四個(gè)環(huán)節(jié)。如利用群體感知解決區(qū)域環(huán)境的監(jiān)測，“哥本哈根”項(xiàng)目在自行車車輪里安裝一些傳感器，通過用戶手機(jī)將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。依靠群體的力量，我們就可以感知整個(gè)城市不同角落的溫度，濕度和二氧化碳的濃度。大量的傳感器數(shù)據(jù)是城市計(jì)算的基石，而城市計(jì)算的主要技術(shù)之一就是通過一系列機(jī)器學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘。在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俣葘⒋蟠筇岣?，特別是移動(dòng)端的數(shù)據(jù)量將成倍擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，流處理平臺(tái)或大行其道。

3.3 云計(jì)算

云計(jì)算的定義有很多不同的解釋，中國工程院院士李德毅等專家給云計(jì)算作了較為科學(xué)的定義：云計(jì)算（cloud computing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的，大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源（計(jì)算能力，存儲(chǔ)能力，交互能力）是動(dòng)態(tài)的，可伸縮且被虛擬化的，以服務(wù)的方式提供。2006年，谷歌率先在“GOOGLE 101”計(jì)劃中正式提出“云計(jì)算”的概念與理論，此后，AMAZON,IBM,MICROSOFT等IT公司把云計(jì)算納入公司發(fā)展的重點(diǎn)，相繼推出了自己的云計(jì)算產(chǎn)品。

云計(jì)算作為IT產(chǎn)業(yè)變革的重要技術(shù)，將會(huì)推動(dòng)GIS向普適化發(fā)展。云計(jì)算的特征[8]主要有超大規(guī)模，虛擬化，高可靠性，通用性，高可擴(kuò)展性，按需服務(wù)，極其廉價(jià)。而 GIS特征和云計(jì)算特征是吻合的，兩者的結(jié)合是天然的。例如：ESRI公司在其產(chǎn)品ARCGIS10中的ARCGIS online就是GIS與云計(jì)算結(jié)合很好的佐證，這是第一個(gè)把云計(jì)算納入到 GIS領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。ESRI提供了豐富的地圖底圖資源，用戶可以在線web制圖，可以在ARCGIS online上搜索，發(fā)布，疊加各類專題地圖，還可以對地圖進(jìn)行簡單的繪制，分析等。

基于云計(jì)算的GIS平臺(tái)的最終目的是讓用戶通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以獲得GIS的所有功能。為滿足此過程中海量數(shù)據(jù)通暢的傳輸，一種無處不在，不會(huì)中斷，穩(wěn)定，快速，廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)接入方法將是基于云計(jì)算的GIS大范圍應(yīng)用的基礎(chǔ)。而云計(jì)算與4G時(shí)代需要巨大的運(yùn)算能力不謀而合，所以說4G網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)，可以更好的實(shí)現(xiàn)與云計(jì)算，物聯(lián)網(wǎng)的融合。

4 GIS在4G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用展望

4.1 街景服務(wù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，谷歌2007年推出街景服務(wù)，GOOGLE的street view即谷歌街景，是由專用街景車進(jìn)行拍攝，然后把360度實(shí)景拍攝照片放在谷歌地圖里供用戶使用。2008年，谷歌街景先后在IOS和Android上登陸，供用戶在手機(jī)上下載使用，為公眾帶來了極大便利和全新體驗(yàn)。在國內(nèi)，2013年12月12日，騰訊SOSO地圖正式推出高清街景地圖服務(wù)，這是中國國內(nèi)第一家高清街景地圖，目前騰訊街景已覆蓋100多個(gè)城市，并且在未來覆蓋更多城市[9]。

手機(jī)地圖是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重要入口，很多互聯(lián)網(wǎng)公司都在接觸傳統(tǒng)意義上的地圖公司，比如阿里巴巴入股高德地圖，百度也推出了自家的百度地圖，并且將升級為街景地圖，這些都在表明移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下的地圖服務(wù)更為多樣化，用戶對地圖的要求也不再是傳統(tǒng)的查詢和瀏覽。例如，用戶在手機(jī)客戶端通過下載搭載街景服務(wù)的地圖軟件，在4G提供的高速網(wǎng)絡(luò)下傳輸圖像數(shù)據(jù)，利用內(nèi)置GPS可以準(zhǔn)確看到自己所在的位置以及周圍的商家，公交站等POI數(shù)據(jù)。但是對于近在咫尺的興趣物，傳統(tǒng)的地圖存在看不到實(shí)際場景的硬傷，當(dāng)用戶搜素到地點(diǎn)卻又感到迷茫時(shí)，手機(jī)街景卻可以很好地解決這個(gè)問題，這對于用戶來講是個(gè)很實(shí)用的體驗(yàn)。由于街景服務(wù)的發(fā)展，與地理信息相關(guān)的其他服務(wù)也將受益。如街景與房產(chǎn)信息的結(jié)合就是一個(gè)很好地例子，趕集網(wǎng)用戶以三維立體方式查看房源周邊環(huán)境信息，可以直觀的查看小區(qū)附近基礎(chǔ)設(shè)施及出行情況，通過操作“地圖街景”的提示箭頭，用戶可以直觀地了解小區(qū)的衣食住行信息，節(jié)省看房時(shí)間。還有街景與地圖導(dǎo)航的結(jié)合產(chǎn)生AR實(shí)景導(dǎo)航，以及旅游景區(qū)或者室內(nèi)的街景服務(wù)，這些都會(huì)給用戶帶來身臨其境的感覺。

測繪地理信息專家李德仁坦言：“用街景+航空+航天+變化”相當(dāng)于幫助政府管理城市，讓老百姓生活更快樂。但實(shí)現(xiàn)的前提是：電信部門要把網(wǎng)絡(luò)搞好，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)速均衡；地圖部門要把信息做好，測繪數(shù)據(jù)要跟上城市變化發(fā)展。此外，云計(jì)算和移動(dòng)測量技術(shù)也要跟進(jìn)，如此才能做好地理信息服務(wù)，適應(yīng)地圖市場之需。可以預(yù)見，在未來的4G網(wǎng)絡(luò)普及以后，街景服務(wù)將會(huì)深入生活的角角落落，地理信息服務(wù)將無處不在。

4.2 存在的問題

當(dāng)今的社會(huì)是一個(gè)信息高度發(fā)達(dá)的社會(huì)，在這個(gè)信息化的世界里，人們的電話信息，郵件信息，購物信息，也包括地理位置信息等大量聚合。因此，信息安全就顯得愈發(fā)重要，美國的的“棱鏡門”事件就充分說明了信息化下保護(hù)個(gè)人隱私的重要性。地理信息在GIS技術(shù)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，逐漸在各部門與各行業(yè)中實(shí)現(xiàn)開放和共享的同時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全問題越來越突出。隨著GIS和4G的結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)和傳輸了大量私人的，甚至涉及國家的政治，軍事，經(jīng)濟(jì)等國家機(jī)密的地理信息。所以說，GIS在4G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用遇到的最大問題就是安全問題。

地理信息多為海量數(shù)據(jù)，具有多源異構(gòu)并分布存儲(chǔ)于不同區(qū)域的特性，這也使得在一定程度上地理信息安全較一般信息安全更為復(fù)雜[10]。GIS安全可以歸納總結(jié)為硬件，操作系統(tǒng)，通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，GIS平臺(tái)，操作人員等6個(gè)層次[11]，如表1。而4G作為新一代的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，具有速度快，帶寬高的特點(diǎn)，可以說是是一個(gè)高效的地理信息傳輸通道。加之移動(dòng)終端的普及，各種搭載LBS服務(wù)的應(yīng)用，我們每個(gè)人的信息呈井噴式增長，并且稍不注意就可能泄露自己的隱私。比如在街景地圖中廣泛存在的侵犯個(gè)人隱私的問題，谷歌在采集街景的過程中，大到街道路標(biāo)，小到門牌號(hào)，車牌號(hào)，甚至居民在自家休閑活動(dòng)也一覽無余，嚴(yán)重侵犯了個(gè)人隱私，正因?yàn)榇?，谷歌街景在全球范圍?nèi)備受爭議[12]。

表1 GIS安全層次

除此之外，由于4G網(wǎng)絡(luò)還未進(jìn)入大規(guī)模鋪設(shè)階段，全國4G的覆蓋率還不高，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定會(huì)使用戶在4G和3G甚至2G中不斷切換，直接造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和數(shù)量的下降；普通用戶對4G以及4G的資費(fèi)情況認(rèn)識(shí)不足；搭載4G的移動(dòng)終端的數(shù)量和質(zhì)量都遠(yuǎn)沒有達(dá)到 4G商用的標(biāo)準(zhǔn)，這些都說明了4G的普及還尚需時(shí)日。所以，地理信息在4G網(wǎng)絡(luò)下的發(fā)展還有很長的路要走。

5 結(jié)束語

地理信息在移動(dòng)端的研究目前大都是基于3G網(wǎng)絡(luò)的，針對4G網(wǎng)絡(luò)的GIS應(yīng)用尚未多見。本文介紹了4G的概念及其特點(diǎn)，根據(jù)地理信息在3G下近幾年的發(fā)展歷程，列舉了眾所周知的LBS作了闡述；重點(diǎn)講解了GIS與物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，云計(jì)算之間相互促進(jìn)與發(fā)展，在 4G網(wǎng)絡(luò)下共同構(gòu)建智慧城市；GIS在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用領(lǐng)域以及大規(guī)模應(yīng)用中存在的個(gè)人隱私泄露，地理信息安全等諸多問題。

地理信息的發(fā)展史可知，每一次科技的進(jìn)步都催生了GIS與新技術(shù)結(jié)合的新發(fā)明，比如：移動(dòng)GIS，云GIS，WEB GIS等等。4G的出現(xiàn)也是一樣，隨著終端的普及和網(wǎng)絡(luò)的成熟，加上移動(dòng)用戶對空間信息服務(wù)巨大的需求，地理信息一定會(huì)在一個(gè)更深更廣的層次上得到全面發(fā)展。

[1]李德仁,李清泉,謝智穎,等.論空間信息與移動(dòng)通信的集成應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)信息科學(xué)版,2002,27(1):1-3.

[2]孫貴博.移動(dòng)民眾地理信息獲取研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2010:7-20.

[3]別業(yè)仁,茹波,袁莎燕.WebGIS在 3G 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].地理空間信息,2011,9(1):1-4.

[4]涂菁,沙晉明.GIS在 3G 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J].中國無線電,2005(12):19-22.

[5]何文娜.大數(shù)據(jù)時(shí)代基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的地質(zhì)信息化研究[D].吉林大學(xué),2013:10-22.

[6]尤文辰,徐躍通,高尚.淺析 GIS大數(shù)據(jù)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2013,(24):2-5.

[7]鄭宇.大數(shù)據(jù)與城市計(jì)算[R].北京:3Snews,2013.

[8]蔡曉樺.云計(jì)算及其在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江西測繪,2012(1):2-5.

[9]徐紅.街景地圖 掀開地理信息服務(wù)新時(shí)代[N].經(jīng)濟(jì)日報(bào),2013-06-05(013):1-4.

[10]季揚(yáng),尹昊,鹿玉熙.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地理信息安全技術(shù)初探[J].新鄉(xiāng)教育學(xué)院學(xué)報(bào),2009,22(3):1-5.

[11]劉永學(xué),李滿春,劉國洪.地理信息系統(tǒng)安全初探[J].遙感信息,2007,(2):1-4.

[12]陳小雯,鄧開發(fā).從谷歌“街景”侵權(quán)看互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人隱私保護(hù)[J].東南傳播,2010,(9):2-5.