导航与LBS关键技术标准化研究进展

李 霖，王 伟，谭永滨，毛 凯

(武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

一、引 言

随着智能终端设备的普及与互联网技术，特别是移动网络的飞速发展，以地理信息位置为核心的导航与基于位置服务(location-based services，LBS)应用发展迅速[1]。导航与LBS领域涉及许多关键技术，包括基础性的定位技术、数据格式标准[2]、数据组织及语义信息[3-5]、Telematics技术[6-7]、三维导航技术[8]、实景应用服务[9-10]、语音导航等技术。本文通过讨论研究导航与LBS在地理信息领域中的关键技术的应用与发展，分析各关键技术的应用现状与发展趋势，以及相关技术标准在国内外标准体系中的制定现状，客观地评价关键技术标准化进程的需求程度，为我国研究构建布局统一、科学合理的导航和基于位置服务标准体系提供科学依据。

二、导航与LBS相关技术

1. 定位技术

定位技术是导航和LBS应用的重要基础[11]，只有准确地获得地理对象的空间位置，才能为用户提供合理的服务和更为优秀的用户体验。通常，一个完整的定位过程是利用移动终端设备(如导航仪、手机等)与网络(如WiFi，移动网络等)或卫星系统相互配合，最终确定用户所处的实际地理位置，以进一步满足用户需求，提供与位置相关的应用服务。根据测量和计算的实体对象不同，定位技术分为卫星定位技术与基于网络定位技术。

(1) 卫星定位技术

卫星定位技术依托于多颗人造卫星，为行人或车辆等提供最佳行车路线查找、路况信息查询、POI兴趣点(如加油站、饭店、宾馆等位置)的搜索等与位置及路径相关的服务。目前广泛应用于民用的导航系统主要有美国全球定位系统(GPS)、中国的北斗卫星导航系统、俄罗斯的格洛纳斯导航系统(GLONASS)、欧盟伽利略卫星导航系统(Galileo)，以及全球性导航卫星系统的集合(GNSS)等。部分主流的民用卫星导航系统的现状见表1。

表1 主流民用导航系统分析表

(2) 基于移动网络的定位技术

移动定位技术是利用无线移动通信网络，通过对接收到的无线电波的参数进行测量，根据相应算法对某一移动终端或个人在某一时刻所处的地理位置进行精确测定，以便为移动终端用户提供相关的位置信息服务，或进行实时的监测和跟踪。目前主流的移动定位技术特点见表2。

表2 基于移动网络的定位技术

2. Telematics技术

Telematics是通信技术与信息技术的有机结合，以汽车为载体开展实际运用，被定义为“无线地连接车辆与用户定制的信息和服务的设备”，该技术以无线语音、数字通信和GPS系统为基础，通过定位系统和无线通信网，向移动终端提供实时的交通信息、紧急情况应对、远程车辆诊断等互联网服务，如图1所示。从不断满足用户需求的角度上看，Telematics的兴起和逐渐普及将成为一种趋势。

图1 Telematics技术

3. 三维导航技术

通过虚拟或真实的三维地图影像或图片，使导航用户在屏幕上所看到的场景与真实路口场景尽可能相近，使用户更容易直观理解导航画面，集中注意力在驾驶本身。三维导航技术的本质是提供越来越友好的用户界面，提高软件的易用性。目前我国电子地图企业和导航软件企业正大力发展虚拟三维道路交叉路口，部分企业正在开发三维地理信息系统，如图2所示。三维实景导航技术开始出现，未来将会成为一个新的技术热点。

4. 增强现实实景应用服务

增强现实技术(augmented reality，AR)是指把现实世界中原本很难体验到的视觉、听觉、味觉、触觉等实体信息通过技术手段模拟仿真后叠加到现实世界，从而被感知，是一种将虚拟内容和真实存在的内容进行实时融合，形成虚拟、现实之间互动的技术。AR实景导航技术要求使用者只需将摄像头对准面前的道路，就可通过机载导航定位设备及电子罗盘计算出下一步的方向，并在实景地图上实时显示出来。用户无需掌握电子地图的使用方法就可轻便直观地满足导航的需求，体现了现实即地图的特点，如图3所示。

图3 AR实景应用服务

5. 语音导航技术

语音技术的发展已经使得人机交互的方式发生了很大的变化，语音识别和人工智能的结合将会有越来越多的应用场景，Telematics便是其中非常重要的应用场景之一。在车辆行驶过程中，为了保证驾驶安全，司机较少能够直接操作仪器设备，此时就需要由语音识别软件来代替手指，通过语音指令完成导航路线的规划、短信的输入发送、信息查询等。目前车音网、Nuance的语音识别率都达到了90%，苹果发布的智能语音助手Siri更是使移动设备变身成为机器人，比传统的语音技术更加智能。

三、相关技术标准

地理信息导航和基于位置服务的行业应用中涉及的主要关键技术可归纳为定位技术和地理信息技术(包括数据表达、数据质量、信息交换及行业应用等方面)两个部分。通过对上述基础技术与未来技术发展的研究发现，各种技术的实现都需要相关标准的支持，如所有导航与LBS的应用都需要定位技术标准以便获得统一的位置数据获取方法；Telema-tics技术需要多种设备间进行数据交流，因此需要统一的数据标准的支持。目前，卫星导航标准体系正在建设中[12-13]。下文将逐步介绍国内外标准化组织的相关技术标准进展情况。

1. 国内外主要标准化组织

目前制定导航和基于位置服务相关标准的国内外标准化组织主要包括3GPP、OMA、ISO、OGC、全国地理信息标准化技术委员会等。其中3GPP和OMA组织负责移动定位技术标准化工作；对于地理信息提供层面的标准化工作，国际上主要由ISO负责制订，其中制订地理信息导航和位置服务标准的委员会主要是地理信息技术委员会(ISO/TC 211)，而智能运输系统技术委员会(ISO/TC 204)则研制面向智能交通应用的导航标准；开放地理信息协会OGC是一个非盈利的志愿的国际组织，为地理信息系统间的数据和服务互操作提供统一的接口及操作规范，目前已推出了基于Web服务(XML、SOAP等)的空间数据标准和数据及互操作的多种接口规范，如WMS、WFS等，但其发布的标准规范仅仅为需要实现数据共享与互操作的组织、企业或个人提供支持，且其标准的采标尚缺有效版权机制；国内则由全国地理信息标准化技术委员会负责制订发布相关标准。

2. 定位技术标准

目前移动定位的相关标准主要由3GPP/3GPP2、OMA等移动网络工作组发布，卫星定位的标准主要由相关组织发布，其中与GPS导航相关的最多，与我国北斗卫星相关的标准正在逐步完善，表3列举了主要的定位技术相关标准文档。

3. 地理信息服务标准

导航和基于位置服务的各类行业应用是以空间位置为基础，同时为了能够协调异源数据源、异构格式、不同的客户端应用，以地理信息服务的形式发布导航和基于位置服务数据或功能操作，可大大提高信息的利用率，减少信息重复采集造成的数据冗余等问题。地理信息服务的实现规范主要由OGC组织提出，而后提交到ISO进行讨论，最终发布为国际标准。目前OGC组织提出的用于地理信息互操作的标准文档众多，相关地理信息标准见表4。

表3 导航与LBS定位标准

表4 地理信息服务标准

4. 导航应用标准

导航应用需要面对各种复杂、异构的移动终端与数据或服务提供商，因此如何高效地实现导航的数据采集、交换、互操作、安全性等具有重要的意义。相关应用标准主要由ISO/TC 211与ISO/TC 204研制并发布，表5中给出了已由ISO组织发布的与导航和位置服务密切相关的主要标准及我国采标情况。我国采标仅有1项，且尚待更新转化。

表5 导航应用标准

5. LBS应用标准

LBS行业应用标准主要由ISO/TC 211与OGC组织研制，表6中给出了已由ISO组织发布的与位置服务密切相关的主要标准及我国采标情况。在ISO已发布的13项标准中，我国采标仅有2项，且其中一项正在采标中。LBS的应用与导航类似，其主要特点在于需要大量有效的POI兴趣点数据，因此相应地也就需要涉及POI兴趣点采集、存储、安全性、交换等标准规范。

表6 LBS行业服务标准

四、结论与讨论

任何一个行业的发展都离不开专业化的分工与协作，这也是推动行业技术水平不断提高的原动力。导航与LBS领域是目前地理信息大众化应用的重要领域，为大众化应用提供实时的位置相关信息的服务，也是当前研究的热点，定位技术的不断发展及越来越多新技术的出现，就更需要行业内部的沟通与协调。而制定技术标准正是实现协调与统一的手段，可使得参与各方达成共识，各自实践活动过程及其结果为行业所理解、认同与接受，完成物质、能量和信息(知识)的交换及延续。通过前文分析国内外相关技术(基础性技术与新技术)的标准制定现状，可看出，在国际上，地理信息导航和位置服务标准从概念模式到应用接口几乎全部覆盖，数据格式、数据产品等数据类标准仍然是标准研制的重点领域，而对于三维导航、室内导航和地下导航等新技术

的标准化也将会成为关注的重点。只有通过制定相关的技术标准，才能使得行业技术水平及其指导的应用活动进一步达到新的高度。

本文讨论了导航与LBS领域中定位技术、Telematics技术、三维导航技术等相关技术的技术特征、应用现状、发展趋势等情况，并分析了其在国内外相关标准体系中的制订情况，以及讨论了其技术的标准化对于技术发展与行业应用的作用。随着技术标准进程的完成，在未来的大众生活中，地理信息技术将发挥着越来越重要的作用。

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