定位技術(shù)及其在智慧商業(yè)中的應(yīng)用

1、智慧商業(yè)技術(shù)項(xiàng)目七、定位技術(shù)及其在智慧商業(yè)中的應(yīng)用任務(wù)一、定位技術(shù)認(rèn)知GPS定位技術(shù)GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。GPS的發(fā)展-TransitGPS的前身是美國軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系

2、統(tǒng)(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對(duì)衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為GPS的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS的發(fā)展- Tinmation為此，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于1

3、967年、1969年和1974年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這是GPS精確定位的基礎(chǔ)。而美國空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個(gè)星群的計(jì)劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道，該計(jì)劃以偽隨機(jī)碼(PRN)為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測(cè)距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的1%時(shí)也能將其檢測(cè)出來。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是GPS得以取得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)的，

4、所以1973年美國國防部將2者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局(JPO)領(lǐng)導(dǎo)，還將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。GPS的發(fā)展-GPS最初的GPS計(jì)劃在美國聯(lián)合計(jì)劃局的領(lǐng)導(dǎo)下誕生了，該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120度的三個(gè)軌道上。每個(gè)軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點(diǎn)均能觀測(cè)到6至9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達(dá)100m，精碼精度為10m。由于預(yù)算壓縮，GPS計(jì)劃不得不減少衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，改為將18顆衛(wèi)星分布在互成60度的6個(gè)軌道上，然而這一方案使得衛(wèi)星可靠性得不到保障。1988年又進(jìn)行了最后

5、一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60度的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測(cè)站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)早已升空，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，距離地面約20000千米。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位的話，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。G

6、PS定位原理導(dǎo)航電文：一組0,1組成的偽隨機(jī)碼，以一定的碼間距，按重復(fù)周期發(fā)送。包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。C/A碼-民用，精度約為20米，碼間距1毫秒P碼-軍用，精度約為2米，碼間距0.1毫秒，重復(fù)周期266.4天。北斗定位技術(shù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou Navigation Satellite System，英文縮寫B(tài)DS是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)

7、航在國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。覆蓋范圍北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70一140，北緯5一55。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間能同時(shí)觀測(cè)到6-9顆衛(wèi)星（實(shí)際上最多能觀測(cè)到11顆）。衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星2顆衛(wèi)星的赤道角距約60。GPS是在6個(gè)軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角5

8、5，軌道面赤道角距60。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時(shí)58分。定位原理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自己三維定位數(shù)據(jù)。北斗一號(hào)的這種工作原理帶來兩個(gè)方面的問題，一是用戶定位的同時(shí)失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量上、價(jià)格和功耗方面處于不利的地位。定位精度北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為10米，部分緯度較高地區(qū)可達(dá)7米，授時(shí)精度約100ns。加上地基輔助系統(tǒng)，定位精度可以達(dá)到1.2米，將來可以達(dá)到分米級(jí)的定位。用戶容量北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

9、由于是主動(dòng)雙向測(cè)距的詢問-應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號(hào)，還要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。GPS是單向測(cè)距系統(tǒng)，用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測(cè)距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無限的。生存能力和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，北斗一號(hào)基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是北斗一號(hào)對(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主

10、控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨(dú)立運(yùn)行。而北斗一號(hào)系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。實(shí)時(shí)性北斗一號(hào)用戶的定位申請(qǐng)要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個(gè)來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時(shí)間延遲就更長了，因此對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)體，就加大了定位的誤差。LBS-基于位置服務(wù)基于位置的服務(wù)，它是通過電信移動(dòng)運(yùn)營商的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)）或外部定位方式(如GPS)獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息（地理坐標(biāo)，或大地坐標(biāo)），在地理信息系統(tǒng)（外語縮寫：GIS、外語全稱：Geographic Infor

11、mation System）平臺(tái)的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。LBS-基于位置服務(wù)它包括兩層含義：首先是確定移動(dòng)設(shè)備或用戶所在的地理位置；其次是提供與位置相關(guān)的各類信息服務(wù)。意指與定位相關(guān)的各類服務(wù)系統(tǒng)，簡稱定位服務(wù)，另外一種叫法為MPS-Mobile Position Services, 也稱為移動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)。如找到手機(jī)用戶的當(dāng)前地理位置，然后在上海市6340平方公里范圍內(nèi)尋找手機(jī)用戶當(dāng)前位置處1公里范圍內(nèi)的賓館、影院、圖書館、加油站等的名稱和地址。所以說LBS就是要借助互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)，在固定用戶或移動(dòng)用戶之間，完成定位和服務(wù)兩大功能。LBS組織構(gòu)成總體上看LBS由移動(dòng)通信

12、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合而成，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)交互。移動(dòng)終端通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求，經(jīng)過網(wǎng)關(guān)傳遞給LBS服務(wù)平臺(tái)；服務(wù)平臺(tái)根據(jù)用戶請(qǐng)求和用戶當(dāng)前位置進(jìn)行處理。并將結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)返回給用戶。其中移動(dòng)終端可以是移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant,PDA)、手持計(jì)算機(jī)（Pocket PC），也可以是通過Internet通訊的臺(tái)式計(jì)算機(jī)（desktop PC）。服務(wù)平臺(tái)主要包括WEB服務(wù)器（Web Server）、定位服務(wù)器（Location Server）和LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）服務(wù)器。LBS特點(diǎn)要求覆蓋率高一方面要求覆蓋的范圍足夠大。另一方面要求覆蓋的范圍包括室內(nèi)。定位精度較低例如美國FCC推出的定位精度在50米以內(nèi)的概率為67%，定位精度在150米以內(nèi)的概率為95%。LBS應(yīng)用簽到服務(wù)搜索服務(wù)游戲即時(shí)信息推送無線室內(nèi)定位技術(shù)衛(wèi)星信號(hào)可以被建筑物阻擋，所以GPS以及北斗定位僅僅能在窗邊有效，稍往室內(nèi)一點(diǎn)，都無法再進(jìn)行定位。而LBS中的定位是依靠