LBS結構框架

LBS包含了多門學科、多項技術以及多個套用領域，是一個複雜龐大的綜合體系。本節重點介紹LBS的技術體系、標準體系、系統體系和套用體系。

基本介紹

• 中文名：LBS結構框架
• 外文名：LBS framework

LBS技術體系

LBS是移動設備、網際網路和空間資料庫等多學科交叉的產物，是一項集成系統，是地理信息系統、空間定位、移動通信、無線網際網路等技術的綜合體，其技術體系涵蓋多種技術。

地理信息系統

地理信息系統是LBS重要的技術基礎。在移動定位條件下，只有依靠地理信息系統的底層支撐，才能具備對空間信息的查詢、搜尋、分析等套用功能。地理信息系統是一門由信息科學、計算機科學、現代地理學、測繪遙感學、空間科學、環境科學和管理科學等多門學科綜合而成的新學科，其核心是計算機科學，基本技術是資料庫、地圖可視化及空間分析技術，是計算機科學與地學相結合的產物。從系統的角度來看，地理信息系統就是一種處理地理數據（信息）的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統。

地理信息系統由於其自身特殊的功能結構，在社會各行業領域均有廣泛的套用。隨著技術進步，地理信息系統正向移動化、網路化、三維化和集成化方向發展。

移動定位

位置信息服務的前提是高質量地獲取當前位置信息。移動定位技術是解決空間位置依賴性和實現位置服務所必須的技術，主要是通過無線終端和無線網路的配合，來確定移動用戶的實際位置信息。

根據定位方式的不同，移動定位技術可分為基於網路的定位技術和基於終端的定位技術兩類。前者是指網路位置伺服器根據移動端的信號到達多個無線網路基站的強度、時間和相位等數據計算出移動終端所處的位置信息，再據此提供位置服務，包括Cell-ID、TOA和OTD等。後者指由移動終端計算出自己所處的位置，包括測量基站到手機信號差得出定位信息的EOTD/AFLT和使用GPS的輔助信息定位A-GPS、差分D-GPS等。

移動通信

移動通信是當今發展最快的科技之一，也是位置信息服務重要的支撐環境。位置信息服務需要移動終端與服務中心之間的頻繁通信。

當前，各種全新的無線通信概念層出不窮，各種新體制及其關鍵技術日新月異，這些重大觀念的改變已經成為21世紀移動通信的標誌。特別是第三代移動通信系統，它主要工作在2 GHz頻段，使用智慧型網技術進行移動性管理和業務控制，能集成蜂窩系統、無繩系統、衛星系統等多種無線網路環境，提供廣泛的移動電信業務。

無線定位技術是第三代移動通信的一個重要技術。移動用戶位置在移動通信網範圍內隨時變動，在發生緊急事件需要救援或者在其他一些需要其位置信息的情況下，利用無線電波測定用戶的位置信息，及時採取措施具有非常重要的意義。

Web Service

Web Service在LBS中的套用進一步擴展了LBS開發方式和渠道。Web Service是一個能夠實現遠程數據互動的技術和協定，通過HTML進行通信。它實現了不同系統平台、不同開發語言和相關技術實現的軟體個體之間的通信，也就是說，無論用何種高級程式語言開發的軟體，他們只要滿足了Web Service的協定，那么就可以進行自由的數據信息互動。

Web Service是讓應用程式與具體的平台、開發語言無關的方式來進行相互通信的技術。它實際上是一個接口規範，表示一組可以在Internet或Intranet上通過標準化的XML訊息傳遞訪問的各種各樣的操作。Web Service使用XML語言的各種協定來描述執行的操作或是與另一個Web Service交換的數據。

LBS標準體系

LBS的業務實現可以分成兩個步驟，即地理位置的獲取和信息的提供。因此，LBS服務相關標準從巨觀上也可以劃分為兩個層面，即移動位置坐標獲取標準和LBS服務信息提供標準。移動位置坐標獲取標準主要來自於和移動通信網路有關的定位技術體系，而LBS服務信息提供標準則將重心放在了LBS行業套用標準、導航數據標準、數據集成標準、LBS服務質量評價標準以及地理信息領域的相關標準上。

移動定位技術體系標準

移動定位技術體系標準主要針對如何對移動終端進行位置坐標獲取，其標準規範涉及定位網路的組網、傳輸和業務流程等。主要在3GPP、移動開放聯盟（OMA）以及位置互動論壇（LIF）中進行標準化工作。

3GPP標準化組織定義的3GPP/3GPP2中LBS協定是為LBS系統中管理控制提供協定支持，主要涉及移動通信網的空中接口、接入網以及核心網標準等。3GPP定義了3種定位方法：Cell-ID/Cell-ID+RTT（Round Trip Time）、OTDOA（Observed Time Difference Of Arrival）和A-GPS（Assisted Global Positioning Systems）。OMA基於用戶層面制定了一系列基於安全用戶定位操作的協定SUPL，該協定允許行動電話用戶與定位伺服器通信。由於OMA定位標準無法利用移動通信網路中的無線信令資源獲取定位信息，因此OMA標準只規定了Cell-ID和A-GPS兩種定位方法。LIF定義的MLP（Mobile Location Protocols）是用於獲取移動終端設備位置信息的套用協定，詳細介紹了Location Server和LSC（Location Service Client）之間的接口規範，它禁止了實際套用中各種具體無線通信網路在技術和結構上的差異，使LBS提供商能更專注於開發LBS的套用內容。MLP提出了一系列API來支持各種不同的無線網路體系下的LBS系統，定義了一系列支持LBS的服務規則。LIF現已被統一在OMA組織內。

除以上3種移動定位技術體系標準外，無線套用協定（WAP）論壇以及我國通信標準化協會（CCSA）也為移動定位技術制定了相應的標準。

地理信息技術與導航數據標準

LBS的核心是位置與地理信息，兩者相輔相成，缺一不可。一個經緯度位置只有將其置於一個地理信息中，才能代表為某個地點、標誌、方位等，才能被人們所理解。因此，除了通過定位操作平台獲取到終端的位置之外，必須通過GIS系統將經緯度轉換成用戶真正關心的地理信息。

OGC和ISO分別對地理信息技術定義了相關協定。OGC定義的OpenLS（Open Location Services）定義了無線網路環境下的位置服務及規範。在該規範中，詳細描述了空間數據、資源處理如何與無線通信以及Internet服務結合。OpenLS規範由框架、信息模型和核心服務3部分組成。OpenLS框架以移動位置伺服器為基礎，定義了LBS包括的5項核心服務模組：網關服務、地理編碼服務、顯示服務、目錄服務和路徑服務。ISO分別定義了ISO19132地理信息—基於位置服務標準（Geographic information -Location based services possible standards）、ISO19133地理信息—基於位置的跟蹤與導航服務（Geographic information - Location based services tracking and navigation）和ISO19134地理信息—基於位置的多模式路徑和導航服務（Geographic information - Multimodal location based services for routing and navigation）等3項標準。

目前世界上最主要的導航數據標準格式有以下幾種：GDF、KIWI和SDAL。GDF（Geographical Data File）是歐洲交通網路表達的空間數據標準，用於描述和傳遞與路網和道路相關的數據，它規定了獲取數據的方法和如何定義各類特徵要素、屬性數據和相互關係；KIWI格式是由KIWI-W Consortium制定的標準，是專門針對汽車導航的電子數據格式，旨在提供一種通用的電子地圖數據的存儲格式，以滿足嵌入式套用快速精確和高效的要求；SDAL（Shared Data Access Library）是NavTech公司制定的商用地理數據格式，其格式是公開的，SDAL本身提供了對地圖快速查詢和顯示的最佳化，可提高路徑分析和計算速度，並可存儲高質量的語音數據，為用戶提供語音提示。

在國內，國家測繪局2005年通過了面嚮導航業務的GB/T19711-2005《導航地理數據模型與交換格式》國家標準，該標準採用了ISO GDF 4.0，根據中國國情進行了部分編輯性修改，制定了完整配套的反映汽車導航系統及導航電子地圖示準項目類別和結構的標準體系（GB/T 19711-2005）。

LBS服務提供標準

LBS服務提供標準主要由具體的LBS研發機構、企業自行制定，業界尚無統一的標準體系，但國內外很多大型LBS運營服務商都推出了各自的位置服務解決方案和相應標準。其中，中國移動分別定義了基於CELLID的位置業務（LBS）技術要求、中國移動位置服務CMLP接口技術規範（Le部分）、基於位置的業務（LBS）業務總體技術要求、基於位置業務Ls接口測試規範和中國移動位置服務Ls規範。中國聯通分別定義了800 MHz CDMA數字蜂窩移動通信網定位業務技術體制、800 MHz CDMA數字蜂窩移動通信網定位業務（L1接口）、中國聯通CDMA定位業務SPACCESS接口技術要求和CDMA位置服務系統業務暫行規範。

LBS系統體系

一個完整的位置信息服務系統主要由定位系統、移動服務中心、通信網路以及移動終端4大部分組成。

定位系統

位置信息服務系統必須有一個安全、可靠、穩定和動態的實時定位平台。因此，定位系統是位置信息服務系統的基礎。定位系統主要負責獲取終端實時位置信息，並通過相應渠道將位置信息傳輸到移動終端套用系統和移動服務中心。常用的定位系統主要有GPS定位和移動通信網路定位等。

移動服務中心

移動服務中心是位置信息服務系統的核心，主要負責與移動終端的信息互動以及與各個分中心（定位伺服器、內容提供商）之間的網路互連，完成各種信息的分類、記錄和轉發以及分中心之間業務信息的流動，並對整個網路進行監控。移動服務中心在功能上可以分為用戶管理和信息服務套用。用戶管理主要負責和用戶之間的互動、系統監控及用戶管理；信息服務套用主要負責根據用戶的地理位置回響或者主動發布位置服務。

通信網路

通信網路是連線用戶終端與服務中心的橋樑，要求實時準確地傳送用戶請求及服務中心的應答，通常可選用GSM、CDMA和GPRS等無線通信手段，在此基礎上依託LBS體系發展無線增值服務。另外，國內已建成的眾多無線通信專用網，甚至有線電話、尋呼網和衛星通信、無線區域網路和藍牙技術等都可以成為LBS的通信鏈路，在條件允許時可接入Internet，傳輸更大容量的數據或下載地圖數據。針對位置信息服務要求的信號覆蓋範圍，可以選擇上述一種或幾種通信方式來組成位置信息服務終端的通信單元。

移動終端

移動終端是與用戶直接互動的部分，手機、PDA均有可能成為LBS的用戶終端。移動終端的核心是一個信息處理器，它負責各種信息的處理，包括輸入輸出控制、位置計算、電子地圖顯示、地圖檢索、路徑分析和檢索等功能。信息處理單元由嵌入式硬體、專門的嵌入式作業系統和地理信息系統組成。

位置信息服務的終端顯示單元有兩種方式：一種是利用已有的顯示設備，將電子地圖等信息通過視頻轉換在設備上顯示，其優點是節省了硬體成本和安裝空間；另一種是真彩液晶帶觸摸顯示螢幕，其不僅顯示細膩清晰、色彩逼真，而且可直接在顯示螢幕操作。出於更完善的考慮，還要求移動終端有完善的圖形顯示能力，良好的通信連線埠，友好的用戶界面，完善的輸入方式（鍵盤控制輸入、手寫板輸入、語音控制輸入等），因此，PDA和智慧型手機成為LBS個人終端的首選。

LBS套用體系

位置信息服務的巨大價值在於通過移動和固定網路傳送基於位置的信息與服務，使這種服務套用到任何人、任何位置、任何時間和任何設備。我們日常使用的大部分信息都與位置存在某種關係，這使得位置信息服務的套用範圍十分廣闊。

無論是公眾還是行業用戶對於獲得位置及其相關服務都有著廣泛的需求，包括娛樂訊息、交通報告、地圖和嚮導、目標廣告、互動式遊戲、車輛跟蹤、運程信息和網路管理系統等眾多領域。

公眾信息服務

位置信息服務最大的用戶群體是公眾用戶。對於普通用戶而言，要求能提供與個人位置有關的信息服務，發布與位置相關的信息。人們還希望位置信息服務能提供個性化信息服務，包括周邊信息查詢、城市觀光、根據位置的內容廣播、移動黃頁和娛樂遊戲等。當用戶想購買自己喜歡的商品時，定位系統與信息資料庫結合可引導用戶購買；用戶還可利用定位系統隨時獲知朋友的位置、發出問候信息；還可和朋友玩基於位置的遊戲等。

移動網際網路技術與移動定位業務相結合，可以輕易地實現移動環境下的信息查詢。若需要查詢離自己最近的旅館、飯店、醫院、銀行等地時，網路首先定位移動用戶位置，然後給出相應的信息，只需數秒鐘就會在手機顯示屏上給出所需位置信息。

政府公務服務

面向政府公務的位置信息服務主要套用於移動辦公、密級檔案管理和社會治安管理等方面。如對保密檔案進行實時跟蹤監視，向公眾提供相關政府公務信息，公安機關對犯罪嫌疑人進行跟蹤定位等，均可用到位置信息服務。

企業商務服務

與電子商務的結合是LBS商業模式獲得盈利的必行之路。隨著3G網路的不斷完善，手機支付技術的改進，政府和銀行相關政策的出台，以及消費者移動購物行為的養成，未來“電子商務+LBS”模式將成為最熱的盈利模式之一。對於媒體和廣告業而言，LBS也是一個信息快速有效傳播的工具。對於企業或商家而言，可以為自己的商鋪申請一個移動定位裝置，對某一範圍的移動台固定傳送免費的商業廣告和宣傳廣告，或者為自己的固定客戶提供連鎖店的定位查詢服務，或者為用戶提供同伴搜尋、商品搜尋定位等業務，從而擴大自己的業務量。

交通物流服務

LBS在交通物流服務方面的套用主要體現在智慧型交通系統和物流管理系統。LBS在智慧型交通系統中，可為用戶提供諸如車輛及旅客位置、車輛調度管理、交通狀況監測和交通疏導等服務，提供交通路況及最佳行車路線等；LBS在物流管理系統中，可提供物流空間定位、最佳化配送路線和監視車輛運行軌跡等服務，追求配送資源的最大利用率。

安全救援服務

LBS可套用於水災、地震、林火等自然災害的防災、抗災和災後救援，並可為公眾提供基於位置的公共安全業務，以及向用戶發布颶風、洪水、土石流等警報，提供有危機的個體的準確位置，提供有效快速的緊急救助指引。出於公共安全考慮，國家或地區安全機構可以對進行緊急呼叫的用戶進行定位並實施援助。利用位置信息服務系統，手機終端持有者只要按幾個按鈕，警務中心和急救中心在幾秒鐘內便可知報警人的位置，從而可以提供及時的救助。

LBS安全機制

信息安全是LBS特別關注的一個方面。在LBS中，各類信息在服務中心與用戶終端之間持續反覆地傳輸，導致信息長期處於危險境地，很容易被竊取。一些重要的信息一旦被毀壞、竊取或盜用，可能會產生非常嚴重的後果。因此，充分可靠的安全機制是LBS整個體系中的一個重要環節。

網路安全

由於位置信息服務的信息傳輸方式主要是採用移動通信，因此，對於LBS網路安全的研究也主要集中在行動網路安全方面。對行動網路安全的研究主要集中在兩個方面：將傳統IP網路的安全技術套用於UMTS網路防護和基於身份鑒權的UMTS接入控制。

網路安全防護的實現從系統結構上可分為終端安全防護、接入網安全防護和核心網安全防護。對移動終端安全防護主要是利用生物特徵、智慧卡和口令實現用戶身份認證。接入網安全防護研究主要集中在UMTS無線接入網（RAN）的身份認證和密鑰協商。核心網的安全防護研究還處在起步階段，缺乏公認的、有效的安全技術解決其安全問題。

隱私保護

隱私保護是LBS的另一個非常重要的內容。用戶並不希望由於接受了服務而向外界泄露自身位置信息，這既包括當前的具體位置，也包括對象的移動習慣等。一般而言，用戶的基於位置信息的隱私對象主要包含3個方面：身份信息隱私、位置坐標隱私和與位置相關的查詢服務內容隱私。

在身份信息隱私保護方面，主要是通過身份認證和訪問控制等方式加強對用戶的驗證要求，以提高身份信息的保護；在位置坐標隱私保護方面，根據用戶在隱私保護機制中承擔的角色和參與的程度，可分別採用基於策略的隱私保護和利用噪聲的隱私保護兩種保護模式；在查詢服務內容隱私保護方面，主要是通過對內容的分級分類控制管理來實現查詢內容的用戶指向性。

最常用的位置隱私保護解決方案是空間偽裝，即用戶將位置偽裝成為一個區域之後再傳送給服務提供商，服務提供商則根據用戶所提供的區域信息為用戶提供服務。在這種方式下，服務提供商無法準確得知用戶的位置。