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谁是移动定位的未来?

已有 5748 次阅读 2011-2-18 05:45 |个人分类:GNSS导航与手机定位|系统分类:科普集锦

谁是移动定位的未来?

 

基于位置的服务(Location Based Services)能够依据信息需求者当前位置,而实时地传递个性化信息。在远程通讯市场竞争异常激烈的年代,移动网络营运商(Mobile Network Operators, MNOs)和信息服务提供商(Service Providers)都在寻求新型增值服务,以求在市场上多分得一杯羹。基于位置的服务在移动技术应用市场中的渗透,使得移动网络营运商很兴奋 -- 因为他们感觉到了更多更高层次的服务需求,同时也对GPRS3G网络通讯有了更多的依赖。这些新要求和依赖将会逐渐增加他们的年收入。尤其是基于移动网络的多媒体信息服务领域,基于位置的服务能提供增强的用户体验和更加简化的体验过程。这些都能引起有效地顾客回流和信息服务的跨行业应用。 

 

Wireless positioning 技术分类:

 

提供基于位置服务的前提是,能够定位移动终端的位置。而终端位置的确定(或者说估计)可以通过多种不同方法来确定。区分这些不同定位方法的准则一般包括:

移动网络访问技术

基于位置服务所支持的移动网络访问技术,及其普及程度,都会影响普通用户的群体以及市场渗透速度。目前,从文献来看,移动网络访问技术包括:近红外、GSM/GPRS, 3G, WLAN, 蓝牙(Bluetooth)和(射频)RFID。更细致点的话,从终端来看,定位设备的能源来源和价格也是与访问技术密切相关的。比如说,蓝牙技术就已经很普遍了很成熟了,而且价格低廉。

测量技术

已经有很多成熟的技术,用来对移动终端的初始位置进行估计,比如基于时间、角度等。不同的测量技术,要求不同的测量参数。

基于终端/网络的定位计算

尽管有不同的测量技术,但是实现技术的平台也是很重要的因素。对于用户位置的估计,可以完全/部分发生在移动终端,或者通讯网络中。或者,在位置估计中,可以进行交互处理。

应用市场:室内/室外

考虑到用户的可能位置,基于位置的服务不得不考虑应用市场:室内/室外。通常情况下,室内的无线电波传播环境要比室外的复杂得多。当然,室内的位置估计精度要求也比室外的高很多(因为这实在有限的空间中进行定位)。更重要的是,一些户外的高精度定位技术,可能在室内根本就没法应用(GPS定位技术)

软硬件平台:

软硬件支撑平台是影响定位系统适用性及其部署成本的另一重要因素。例如,在TDOA定位技术中,就需要有LMU来接收信号,并获取时间参数。同时,如果在终端定位中需要大量的数据计算时,就不可避免地要足够的磁盘空间,用以存储和处理数据。

评价准则:

定位技术的性能,可以看作是是许多因素的折中,如精度、等待时间、可用性、稳定性。许多研究只关注于定位精度的改善上。但是,有时定位精度的改善,却也带来了另外一些指标的降低,如部署成本、终端电源消耗。市场对技术的接纳需要考虑多方面,软硬件成本、简单实用、稳定,当然也包括技术本身的特点,如精度、稳定性、计算复杂性。下图显示了目前市场上定位精度与部署成本之间的变化关系。

 

定位技术路线图

业界已经出现了很多定位技术的讨论。如前文所述,许多不同类型的通讯网络和系统已经被用作移动终端定位和跟踪(GSM, WLAN, UMTS, satellites, RFID, acoustic),用以定位估计的算法不断被提出。基于此,本文探讨定位技术发展的趋势。

 

在定位技术研究的初级阶段,研究主要围绕移动通信访问网络(如,GSM UMTS)来进行定位,在紧急情况用新型无线访问技术(如WLAN),一些使用混合的定位方法已经被提出。一些支持多种网络或者定位(GSM/UMTS/WLAN)方法的终端已经进入市场,并占有一定的市场。

用于定位数据处理的统计估计方法(Kalman Filtering) 也被开发,用以减少定位误差。随着终端定位技术的提高和存储器的小型化,在移动终端进行处理获取的测量数据,然后传输给网络服务器端,这种方案也是可行的。与此同时,各种各样的通信协议也大大加速了LBS的市场融入,例如SUPLSUPL使得基于移动终端的测量数据处理结果能大批量地无线传输至网络服务器端。这个通信协议不需要更新和改变现有的网络结构,而且同时支持目前的大多数无线通讯应用。

此外,不能忽视应急呼叫服务(FCC911 [7] or E-112)和其他一些规范,在对定位精度的规范说明也影响了更高精度定位系统的市场融入速度。

 

考虑到目前非常成熟的定位技术 卫星定位技术,GPS定位可以提供高精度的户外定位跟踪服务(误差不到10m),但可行型取决于终端GPS接收机的性能,以及室内的不可行性。然而,随着Gelileo、北斗、准天顶的发展,尤其是市场巨大的欧洲商用导航市场,(唯有美国的导航市场已经相当成熟),卫星导航还有相当的发展空间。

 

无线定位的信息服务

大多数的LBS应用会采用一些具体的位置信息的展现形式,比如地图、地址信息、路径引导、兴趣点,以及实时信息如交通信息、路网信息和天气状况。大量的地理数据,需要被收集、融合、格式转换和质量控制。当然这些位置信息服务内容,也不是一天就完善的。这是一个长期的、反复的过程,完备性、便捷性、一致性、准确度都在不断提高。目前,在一些发达国家的位置信息市场中,这些信息服务内容都已经得到扩展和应用。不过在质量控制部分,不同应用的信息服务质量是不同的,而且有些服务的价格不菲。这些服务内容可以基于离线模式或者在线模式(基于服务器)。已有一些公司进入位置信息服务市场,如Webraska, Geoconcept, PTV, Telmap, Mapinfo, Telcontar, Microsoft, Yahoo, Google等。这些公司都以geotoolbox的形式提供一些基本的功能:

 

地理编码Geocoding

通过对地名/地址信息进行规范化、标准化处理并建立地名/地址与空间坐标之间相互对应的过程。通俗的解释就是将地名/地址映射成地理坐标的过程,例如可根据地名地址自动生成标准地址,再根据标准地址生成地理坐标。而且能够考虑人类的记忆失误和局部的地名地址传统。

反地理编码Reverse Geocoding

地理编码的反过程,由空间坐标得到直观的地名地址或者相关地标。

位置优选Location Refinement

依据坐标信息,返回直观的地名地址描述序列,由用户从中挑选。(Google Earch早已实现)

空间查询Spatial Searches

空间搜索引擎支持基于地理缓冲、类型、名称的兴趣点搜索。

路径引导Route Directions

能够输出细致的导航信息和路径信息,考虑到多模式交通、单通道、交通等序列和其他交通影响因素。

地图编辑Map Rendering

能让用户以最优化的地图形式,编辑、发送和获取地理信息。比如多级比例尺、信息重叠、色彩和格式等。

 

位置信息服务分类

几乎所有的位置信息服务应用都与人类的移动有关联:导航、健康/安全/救急、生活便利、娱乐、旅行救助、生产辅助、移动人员管理,而且其中相当多的方面,都是围绕人机界面(如远程通信)和跨机器界面(如车辆故障时的自动紧急呼叫,电子账户管理).而且,位置信息服务应用几乎覆盖了所有的比较有吸引力的人口年龄段。

位置信息服务应用可以根据各种不同的分类规则来进行分类。其中,依据最通用的分类规则-所引用的技术方面,可以分为:trigger services、跟踪和监控服务、基于位置的信息和帮助。第二,可分为定位后请求的位置信息服务和触发式(比如跨无线通讯边界)自动请求的位置信息服务。一般称前者为“牵引式”服务,称后者为“被动式”服务。第三类,则是所应用的市场模式类型(如B2BB2C

现在从应用市场来细细分析一下,位置信息服务的应用领域。AGILE根据目前市场中各种各样的位置信息服务应用,划分了18个不同的应用领域。这些应用要求不同的服务质量(如准确度、整体性、室内覆盖等)。

在这些应用中,有些部分已经相当成熟(比如导航、交通信息),并且市场已经验证其商用价值。市场渴望未来有更多的移动定位服务产品出现。下图是目前市场中位置信息服务市场划分。数据来自[3]。数据显示,目前最常用的服务居然是黄页和当地天气等位置信息服务,其次是移动导航和资产跟踪和管理。

 

 

当前位置信息服务发展的局限:

在新世界第一个年代初,移动位置信息服务被期望成为无线通信中最有市场前途的应用。然而,这些期待到目前都没有兑现,至少比人们预计的,要迟到了些。可能的原因包括:缓慢的移动位置数据整合进程、较低的移动位置信息服务市场占有率。而这两者都是由于没有合适的移动服务终端,尤其是更方面获取那些不那么难以获取、质量也还可以的信息服务 这使得终端用户不大愿意接受更新的产品,并更改自己的使用习惯。当前,位置信息服务发展的局限主要包括:

位置跟踪性能:

目前市场上LBS产品,其定位精度在几千米的范围内误差达几十米。有一些高端的定位产品(基于A-GPS),价格又只能限制市场化发展。

用户本身固有的隐私担忧inherent customer perception issues:

用户担忧使用了位置信息服务后,随时可能被监控着,或者泄露了自己的行踪。这使得LBS的市场进入,首先要突破人们心里的担忧。

不给力的无线通信网络:目前的无线通信网络还不支持大规模的数据传输。而这会大大限制位置信息服务中多媒体信息内容的传输和使用,从而阻挡了LBS的市场进入。3G网络的作为还有待验证,最近兴起的WLAN成为高质量网络的期待。

大规模的初期投入Significant investment required:

初期投入以及基础设施部署(包括网络基础设施和市场前期运作)使得移动网络营运商不得不考虑,当前投资LBS的前景。

用户接受新产品,需要时间. User adoption requires time:

任何市场在接受新产品和服务之前,都需要了解充分了解新产品.因此,LBS服务要想被市场广泛接受,不可避免地要经历一个初期准入的过程.

用户界面需要更加人性化和便捷化.Unfriendly User Interface.

移动定位服务固有的复杂性,发送请求和结果显示(如影像、3D地图),影像了用户的使用效果。

 

未来的趋势

无线网络通信基础设施和定位技术的发展,现有市场已经能够传递功能更强和更有吸引力的服务。这些都是LBS加快发展的重要信号。LBS市场的估值已从2006年底的10亿美元,到2010年底的850亿美元。而且,最大的市场将是亚太地区,顺次是欧洲和美国。

其中,主要推动LBS应用进入市场的,当属便携导航设备(如GarminTom-Tom)。同时,技术的发展使得LBS应用进入市场的条件越来越成熟(HDD和车载CD/DVD设备)。当然,IT技术的发展,也使得各方面的价格进一步走低。以后,目标跟踪和E112呼叫将集成到同一个移动终端设备,而这当然可以与MP3播放器、手机、便携电脑和其他相集成。这一市场目前已经在欧洲产生了相当的销售前景(主要是个人数字助理PDA、个人导航设备PND、智能手机Smart-phones和方向识别器Original Equipment Manufacturers OEM)。

 

上图显示的是,基于[2]的未来三年LBS可能的市场获利比例预测。首当其冲的是导航(28%),再就是移动资产管理和跟踪,占21%

 

下面总结一下,成功的LBS应用,可能具有的条件:

高性能的移动终端:

首先,移动终端必须进一步加强其性能,以便能够提供LBS服务,其中包括数据交换、改进的适用性(更大的彩色屏幕)、高计算/存储能力。此外,能够兼容更多开放操作系统(如Symbian, Linux and Microsoft),将会使移动终端更受欢迎。

尽管目前在欧洲内嵌GPS的终端,受到一定限制,但市场中已经出现了相当成熟的替代品。而且,不同设备间的兼容,和智能的用户界面,便于智能手机与GPS盒的集成。早期的移动导航方案主要是基于智能手机和独立的GPS设备以及链接此二者的蓝牙通信。新的移动导航方案将允许接受无线通信网络的定位系统。

更智能的用户界面:

方便用户是数字产品融入市场的第一准则。

高数据量传输的移动网络High throughput mobile networks

随着定位技术的发展,将来制约无线LBS应用的瓶颈将是大规模数据的无线传输。基于无线访问技术(如3G, WLAN, WiMAX, Bluetooth, UWB, Wireless Sensor Networks等)将给用户带来全新的感受。

提到无线网络技术的新发展,不得不说supl协议的出现。2005年末,SUPL标准正式被LBS应用所接受。

成熟的市场准备。

基于位置的服务,将会越来越广泛。用户也将会越来越依赖于基于位置的信息服务。不过,让市场接受LBS应用产品前,得让用户对一些关乎个人隐私方面的考虑有个全面的考虑。

 

政府命令(E112, FCC 911

美国政府通过颁布法令来规定移动网络运营商提供的服务必须满足一定的精度规范。相反,移动网络运营商通过遵守政府法律,并且在其上进行扩展,提供增值服务,以开发更多的应用市场。同样的,E112也是如此。

 

总结:

l  考虑到LBS市场的发展趋势,LBS发展的新挑战可能包括:

l  管理复杂的信息传输链

l  加强商业应用并转化为收入

l  基于网络的移动信息互操作

l  更有竞争力的技术

 

Reference:

[1] Agile project, Galileo Joint Undertaking, Application of Galileo in the LBS environment - Application grouping. Version 3.0, May 2006.

[2] “LBS 2006 Temperature Meter”, LBS Insight Industry Survey, Berg Insight, April 2006.

[3] http://www.geoconnexion.com/geo_news_article/Berg-Insight-LBS-Temperature-Meter-2008-Published/3138

[4] Juniper Research, June 2005, Mobile Location Based Services: Information Services, Tracking, Navigation, Community & Entertainment.



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