李 霖，王 偉，譚永濱，毛 凱

(武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079)

一、引 言

隨著智能終端設備的普及與互聯網技術，特別是移動網絡的飛速發(fā)展，以地理信息位置為核心的導航與基于位置服務(location-based services，LBS)應用發(fā)展迅速[1]。導航與LBS領域涉及許多關鍵技術，包括基礎性的定位技術、數據格式標準[2]、數據組織及語義信息[3-5]、Telematics技術[6-7]、三維導航技術[8]、實景應用服務[9-10]、語音導航等技術。本文通過討論研究導航與LBS在地理信息領域中的關鍵技術的應用與發(fā)展，分析各關鍵技術的應用現狀與發(fā)展趨勢，以及相關技術標準在國內外標準體系中的制定現狀，客觀地評價關鍵技術標準化進程的需求程度，為我國研究構建布局統(tǒng)一、科學合理的導航和基于位置服務標準體系提供科學依據。

二、導航與LBS相關技術

1. 定位技術

定位技術是導航和LBS應用的重要基礎[11]，只有準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備(如導航儀、手機等)與網絡(如WiFi，移動網絡等)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，提供與位置相關的應用服務。根據測量和計算的實體對象不同，定位技術分為衛(wèi)星定位技術與基于網絡定位技術。

(1) 衛(wèi)星定位技術

衛(wèi)星定位技術依托于多顆人造衛(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的服務。目前廣泛應用于民用的導航系統(tǒng)主要有美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯導航系統(tǒng)(GLONASS)、歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Galileo)，以及全球性導航衛(wèi)星系統(tǒng)的集合(GNSS)等。部分主流的民用衛(wèi)星導航系統(tǒng)的現狀見表1。

表1 主流民用導航系統(tǒng)分析表

(2) 基于移動網絡的定位技術

移動定位技術是利用無線移動通信網絡，通過對接收到的無線電波的參數進行測量，根據相應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的位置信息服務，或進行實時的監(jiān)測和跟蹤。目前主流的移動定位技術特點見表2。

表2 基于移動網絡的定位技術

2. Telematics技術

Telematics是通信技術與信息技術的有機結合，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的設備”，該技術以無線語音、數字通信和GPS系統(tǒng)為基礎，通過定位系統(tǒng)和無線通信網，向移動終端提供實時的交通信息、緊急情況應對、遠程車輛診斷等互聯網服務，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

3. 三維導航技術

通過虛擬或真實的三維地圖影像或圖片，使導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航畫面，集中注意力在駕駛本身。三維導航技術的本質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。三維實景導航技術開始出現，未來將會成為一個新的技術熱點。

4. 增強現實實景應用服務

增強現實技術(augmented reality，AR)是指把現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手段模擬仿真后疊加到現實世界，從而被感知，是一種將虛擬內容和真實存在的內容進行實時融合，形成虛擬、現實之間互動的技術。AR實景導航技術要求使用者只需將攝像頭對準面前的道路，就可通過機載導航定位設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航的需求，體現了現實即地圖的特點，如圖3所示。

圖3 AR實景應用服務

5. 語音導航技術

語音技術的發(fā)展已經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合將會有越來越多的應用場景，Telematics便是其中非常重要的應用場景之一。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、Nuance的語音識別率都達到了90%，蘋果發(fā)布的智能語音助手Siri更是使移動設備變身成為機器人，比傳統(tǒng)的語音技術更加智能。

三、相關技術標準

地理信息導航和基于位置服務的行業(yè)應用中涉及的主要關鍵技術可歸納為定位技術和地理信息技術(包括數據表達、數據質量、信息交換及行業(yè)應用等方面)兩個部分。通過對上述基礎技術與未來技術發(fā)展的研究發(fā)現，各種技術的實現都需要相關標準的支持，如所有導航與LBS的應用都需要定位技術標準以便獲得統(tǒng)一的位置數據獲取方法；Telema-tics技術需要多種設備間進行數據交流，因此需要統(tǒng)一的數據標準的支持。目前，衛(wèi)星導航標準體系正在建設中[12-13]。下文將逐步介紹國內外標準化組織的相關技術標準進展情況。

1. 國內外主要標準化組織

目前制定導航和基于位置服務相關標準的國內外標準化組織主要包括3GPP、OMA、ISO、OGC、全國地理信息標準化技術委員會等。其中3GPP和OMA組織負責移動定位技術標準化工作；對于地理信息提供層面的標準化工作，國際上主要由ISO負責制訂，其中制訂地理信息導航和位置服務標準的委員會主要是地理信息技術委員會(ISO/TC 211)，而智能運輸系統(tǒng)技術委員會(ISO/TC 204)則研制面向智能交通應用的導航標準；開放地理信息協會OGC是一個非盈利的志愿的國際組織，為地理信息系統(tǒng)間的數據和服務互操作提供統(tǒng)一的接口及操作規(guī)范，目前已推出了基于Web服務(XML、SOAP等)的空間數據標準和數據及互操作的多種接口規(guī)范，如WMS、WFS等，但其發(fā)布的標準規(guī)范僅僅為需要實現數據共享與互操作的組織、企業(yè)或個人提供支持，且其標準的采標尚缺有效版權機制；國內則由全國地理信息標準化技術委員會負責制訂發(fā)布相關標準。

2. 定位技術標準

目前移動定位的相關標準主要由3GPP/3GPP2、OMA等移動網絡工作組發(fā)布，衛(wèi)星定位的標準主要由相關組織發(fā)布，其中與GPS導航相關的最多，與我國北斗衛(wèi)星相關的標準正在逐步完善，表3列舉了主要的定位技術相關標準文檔。

3. 地理信息服務標準

導航和基于位置服務的各類行業(yè)應用是以空間位置為基礎，同時為了能夠協調異源數據源、異構格式、不同的客戶端應用，以地理信息服務的形式發(fā)布導航和基于位置服務數據或功能操作，可大大提高信息的利用率，減少信息重復采集造成的數據冗余等問題。地理信息服務的實現規(guī)范主要由OGC組織提出，而后提交到ISO進行討論，最終發(fā)布為國際標準。目前OGC組織提出的用于地理信息互操作的標準文檔眾多，相關地理信息標準見表4。

表3 導航與LBS定位標準

表4 地理信息服務標準

4. 導航應用標準

導航應用需要面對各種復雜、異構的移動終端與數據或服務提供商，因此如何高效地實現導航的數據采集、交換、互操作、安全性等具有重要的意義。相關應用標準主要由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)布的與導航和位置服務密切相關的主要標準及我國采標情況。我國采標僅有1項，且尚待更新轉化。

表5 導航應用標準

5. LBS應用標準

LBS行業(yè)應用標準主要由ISO/TC 211與OGC組織研制，表6中給出了已由ISO組織發(fā)布的與位置服務密切相關的主要標準及我國采標情況。在ISO已發(fā)布的13項標準中，我國采標僅有2項，且其中一項正在采標中。LBS的應用與導航類似，其主要特點在于需要大量有效的POI興趣點數據，因此相應地也就需要涉及POI興趣點采集、存儲、安全性、交換等標準規(guī)范。

表6 LBS行業(yè)服務標準

四、結論與討論

任何一個行業(yè)的發(fā)展都離不開專業(yè)化的分工與協作，這也是推動行業(yè)技術水平不斷提高的原動力。導航與LBS領域是目前地理信息大眾化應用的重要領域，為大眾化應用提供實時的位置相關信息的服務，也是當前研究的熱點，定位技術的不斷發(fā)展及越來越多新技術的出現，就更需要行業(yè)內部的溝通與協調。而制定技術標準正是實現協調與統(tǒng)一的手段，可使得參與各方達成共識，各自實踐活動過程及其結果為行業(yè)所理解、認同與接受，完成物質、能量和信息(知識)的交換及延續(xù)。通過前文分析國內外相關技術(基礎性技術與新技術)的標準制定現狀，可看出，在國際上，地理信息導航和位置服務標準從概念模式到應用接口幾乎全部覆蓋，數據格式、數據產品等數據類標準仍然是標準研制的重點領域，而對于三維導航、室內導航和地下導航等新技術

的標準化也將會成為關注的重點。只有通過制定相關的技術標準，才能使得行業(yè)技術水平及其指導的應用活動進一步達到新的高度。

本文討論了導航與LBS領域中定位技術、Telematics技術、三維導航技術等相關技術的技術特征、應用現狀、發(fā)展趨勢等情況，并分析了其在國內外相關標準體系中的制訂情況，以及討論了其技術的標準化對于技術發(fā)展與行業(yè)應用的作用。隨著技術標準進程的完成，在未來的大眾生活中，地理信息技術將發(fā)揮著越來越重要的作用。

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