吴功宜-物联网工程导论第7章 位置信息、定位技术与位置服务

1、Nankai University 1 物联网工程导论物联网工程导论 Nankai University 第第7章章 位置信息、定位技术位置信息、定位技术 与位置服务与位置服务 2 Nankai University 第第 7 章章 知知 识识 点点 结结 构构 3 Nankai University 7.1 位置信息与位置服务位置信息与位置服务 7.1.1 位置信息位置信息从互联网到物联网从互联网到物联网 以旅行为例以旅行为例： 没有互联网没有互联网查地图、电话询问查地图、电话询问 有了互联网有了互联网网络地图、信息搜索、网网络地图、信息搜索、网 上预订餐饮与宾馆、上预订餐饮与宾馆、GPS

2、导航导航 有了物联网有了物联网可以设想一下，希望物联可以设想一下，希望物联 网为我们做什么网为我们做什么? ? 4 Nankai University 7.1.2 位置信息在物联网中的作用位置信息在物联网中的作用 位置信息是各种物联网应用系统能位置信息是各种物联网应用系统能 够实现服务功能的基础够实现服务功能的基础 位置信息涵盖了空间、时间与对象位置信息涵盖了空间、时间与对象 三要素三要素 通过定位技术获取位置信息是物联通过定位技术获取位置信息是物联 网应用系统研究的一个重要问题网应用系统研究的一个重要问题 位置服务将成为物联网应用的一个位置服务将成为物联网应用的一个 重要的产业增长点重要的产

3、业增长点 5 Nankai University 在特定的物联网应用中，有时甚至只需要测量位置信息在特定的物联网应用中，有时甚至只需要测量位置信息 声传感器枪声定位系统工作原理示意图声传感器枪声定位系统工作原理示意图 6 Nankai University 7.2 物联网中的位置服务物联网中的位置服务 7.2.1 位置服务的基本概念和应用位置服务的基本概念和应用 移动互联网、智能手机与移动互联网、智能手机与GPS技术的应用带动技术的应用带动 了基于位置的服务（了基于位置的服务（ LBS）的发展）的发展 基于位置的服务也叫做移动定位服务（基于位置的服务也叫做移动定位服务（MPS） 位置服务是通过

4、电信移动运营商的位置服务是通过电信移动运营商的GSM网、网、 CDMA网、网、3G/4G或全球定位系统或全球定位系统GPS获取移获取移 动数字终端设备位置信息，在动数字终端设备位置信息，在地理信息系统地理信息系统 GIS平台支持下，为用户提供的一种增值服务平台支持下，为用户提供的一种增值服务 位置服务两大功能是：确定你的位置，提供适位置服务两大功能是：确定你的位置，提供适 合你的服务合你的服务 7 Nankai University 7.2.2 位置服务的发展位置服务的发展 移动互联网中的位置服务移动互联网中的位置服务 8 Nankai University 移动互联网位置服务发展的趋势移动互

5、联网位置服务发展的趋势 平台化平台化 API化化 专业化专业化 9 Nankai University 7.3 定位系统定位系统 数字地球是以信息技术为核心，多学科数字地球是以信息技术为核心，多学科 交叉、融合的研究成果交叉、融合的研究成果 数字地球数字地球技术包括技术包括数据获取、收集、传数据获取、收集、传 输、存储、处理输、存储、处理与与利用利用 支撑数字地球的主要技术包括：支撑数字地球的主要技术包括： 遥感遥感RS 全球定位系统全球定位系统GPS 地理信息系统地理信息系统GIS 互联网地图互联网地图 10 Nankai University 7.3.1 航天航空航天航空 遥感技术遥感技术

6、 用数字相机拍摄用数字相机拍摄、 卫星遥感图片与卫星遥感图片与 互联网下载地形互联网下载地形 图的比较图的比较 11 Nankai University 我国卫星遥感地图我国卫星遥感地图 12 Nankai University 航天遥感技术的基本概念航天遥感技术的基本概念 航天遥感系统是由：运载平台、成像传感器系统与数据处航天遥感系统是由：运载平台、成像传感器系统与数据处 理系统组成理系统组成 运载平台运载平台 13 Nankai University 小遥感卫星、发射的场面以及发回的遥感影像图片小遥感卫星、发射的场面以及发回的遥感影像图片 14 Nankai University 空间遥感

7、技术的发展空间遥感技术的发展 对地观测技术已经成为对地观测技术已经成为21世纪最具世纪最具 发展潜力的战略高科技领域之一发展潜力的战略高科技领域之一 全方位、全天候的全球对地观测网全方位、全天候的全球对地观测网 络正在形成络正在形成 遥感小卫星星座的编队飞行技术的遥感小卫星星座的编队飞行技术的 发展为对地观测增添了活力发展为对地观测增添了活力 15 Nankai University 7.3.2 全球定位系统全球定位系统GPS GPS将卫星定位将卫星定位、导航技术与现代通信技术相导航技术与现代通信技术相 结合，具有全时空、全天候、高精度、连续实结合，具有全时空、全天候、高精度、连续实 时地提供

8、导航、定位和授时的特点时地提供导航、定位和授时的特点 用用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技同时测定三维坐标的方法将测绘定位技 术从陆地和近海扩展到整个地球空间和外层空术从陆地和近海扩展到整个地球空间和外层空 间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局 部和广域范围，从事后处理扩展到定位、实时部和广域范围，从事后处理扩展到定位、实时 与导航与导航 GPS系统将定位精度从米级逐渐提高到厘米级系统将定位精度从米级逐渐提高到厘米级 16 Nankai University GPS建设的基本情况建设的基本情况 目前全球主要的目前全球主要的GPS系统有四个系统

9、有四个： 美国美国“全星球导航定位系统（全星球导航定位系统（GNSS）” 欧盟的欧盟的“伽利略（伽利略（Galileo）”卫星定位系统卫星定位系统 俄罗斯俄罗斯“格洛纳斯（格洛纳斯（GLONASS）”卫星定位卫星定位 系统系统 中国的中国的“北斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统 到到2020年，由年，由30多颗卫星组成的多颗卫星组成的我国我国北斗卫星北斗卫星 导航定位系统能够提供快速定位、实时导航、导航定位系统能够提供快速定位、实时导航、 短信服务与精密授时等四大功能短信服务与精密授时等四大功能 17 Nankai University GPS的组成的组成 空间部分空间部分 地面控制部分地面控制

10、部分 用户终端用户终端 GPS卫星星座结构示意图卫星星座结构示意图 18 Nankai University 通过通过3颗卫星确定颗卫星确定GPS接收机所在位置的原理示意图接收机所在位置的原理示意图 19 Nankai University GPS主要的应用领域主要的应用领域 GPS可以用于陆地、海洋、航空航天应用等领域，主可以用于陆地、海洋、航空航天应用等领域，主 要是为要是为船舶船舶、汽车汽车、飞机飞机、行人等运动物体进行定位、行人等运动物体进行定位 导航导航 陆地应用主要包括陆地应用主要包括：车辆导航、突发事件应急指挥、：车辆导航、突发事件应急指挥、 大气物理观测、地球物理资源勘探、工程

11、测量、变形大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形 监测、地壳运动监测与市政规划控制监测、地壳运动监测与市政规划控制 海洋应用主要包括海洋应用主要包括：远洋船最佳航程航线测定、船只：远洋船最佳航程航线测定、船只 实时调度与导航、船舶远洋导航和进港引水、海洋救实时调度与导航、船舶远洋导航和进港引水、海洋救 援、水文地质测量、海洋平台定位与海平面升降监测援、水文地质测量、海洋平台定位与海平面升降监测 航空航天应用主要包括航空航天应用主要包括：飞机导航、航空遥感姿态控：飞机导航、航空遥感姿态控 制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天 器防护

12、探测等器防护探测等 20 Nankai University GPS接收机类型接收机类型 导航型接收机导航型接收机 测地测地型接收机型接收机 授时型接收机授时型接收机 GPS技术发展趋势技术发展趋势 高精度与高可靠性高精度与高可靠性 安全性安全性 服务的综合性服务的综合性 多系统的兼容性多系统的兼容性 21 Nankai University 7.3.3 地理信息系统地理信息系统GIS GIS的的基本概念基本概念 GIS是在地理学、遥测遥感技术、是在地理学、遥测遥感技术、GPS、管理、管理 科学与计算机科学的基础上发展起来的一门交科学与计算机科学的基础上发展起来的一门交 叉学科叉学科 遥感影像

13、可以作为遥感影像可以作为GIS系统的一种基本地图，系统的一种基本地图， 由由GPS系统提供的精确位置数据，以及其他社系统提供的精确位置数据，以及其他社 会经济数据共同形成了地理空间数据库会经济数据共同形成了地理空间数据库 GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机技是以地理空间数据库为基础，在计算机技 术的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，术的支持下，运用系统工程和信息科学的理论， 科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据， 为管理与决策提供科学的依据为管理与决策提供科学的依据 22 Nankai University 地理空间数据库基本特点地理空间

14、数据库基本特点： 数据的来源是多样的数据的来源是多样的 数据的选取是面向行业和面向应用的数据的选取是面向行业和面向应用的 数据是动态的数据是动态的 数据是海量的数据是海量的 23 Nankai University 遥感地图、城市地图与遥感地图、城市地图与GPS城市位置数据的关系城市位置数据的关系 24 Nankai University 城市等高线图、交通图、土地使用图与植被图城市等高线图、交通图、土地使用图与植被图 25 Nankai University GIS 的应用领域的应用领域 资源管理资源管理农业和林业领域，在完成对农农业和林业领域，在完成对农 业和林业各种资源（如土地、森林、草

15、场）业和林业各种资源（如土地、森林、草场） 调查的基础上，、进行分级、统计与分析调查的基础上，、进行分级、统计与分析 处理处理 资源配置资源配置全国范围内能源保障、粮食供全国范围内能源保障、粮食供 应调派、救灾减灾中物资的分配应调派、救灾减灾中物资的分配 城市规划和管理城市规划和管理大规模城市基础设施建大规模城市基础设施建 设中，如何保证建筑面积与绿地的比例和设中，如何保证建筑面积与绿地的比例和 合理分布、城市道路与整体发展规划合理分布、城市道路与整体发展规划 问题问题 26 Nankai University 生态、环境管理生态、环境管理区域生态规划、环境区域生态规划、环境 现状评价、环境影

16、响评价、污染控制、现状评价、环境影响评价、污染控制、 环境与区域可持续发展的决策支持、环环境与区域可持续发展的决策支持、环 保设施的管理与环境规划保设施的管理与环境规划 突发事件应急突发事件应急洪水、治安、核事故等洪水、治安、核事故等 重大自然或人为灾害的应对和处置重大自然或人为灾害的应对和处置 基础设施管理基础设施管理城市的地上地下基础设城市的地上地下基础设 施，如电信、自来水、道路交通、天然施，如电信、自来水、道路交通、天然 气管线、排污设施、气管线、排污设施、 电力设施，及地下电力设施，及地下 管网的管理管网的管理 27 Nankai University 7.3.4 多媒体电子地图集与

17、互联网地图多媒体电子地图集与互联网地图 我国的电子地图、城市电子地图、电子地图出版物与我国的电子地图、城市电子地图、电子地图出版物与 软件产品软件产品 28 Nankai University 互联网电子地图的特点互联网电子地图的特点： 互联网地图是一种网络多媒体电子互联网地图是一种网络多媒体电子 地图地图 互联网地图可以动态、及时更新互联网地图可以动态、及时更新 互联网地图服务已经成为互联网产互联网地图服务已经成为互联网产 业中创新速度最快、推广最为迅速业中创新速度最快、推广最为迅速 的领域之一的领域之一 29 Nankai University 互联网电子地图发展的基本情况互联网电子地图发

18、展的基本情况 Microsoft Virtual Earth的用户界面的用户界面 30 Nankai University 7.4 定位技术定位技术* 7.4.1 移动通信定位技术移动通信定位技术 单基站定位方法单基站定位方法 基于距离差的定位方法示意图基于距离差的定位方法示意图 31 Nankai University A-GPS原理示意图原理示意图 32 Nankai University 7.4.2 基于无线局域网的定位技术基于无线局域网的定位技术 基于无线局域网基于无线局域网Wi-Fi的定位原理示意图的定位原理示意图 33 Nankai University 7.4.3 基于基于RFID的定位技术的定位技术 RFID标签通过与标签读写器的数据交互，可标签通过与标签读写器的数据交互，可 以将存储在以将存储在RFID标签中有关物品的信息自动标签中有关物品的信息自动 传送到计算机中，同时传送到计算机中，同时RFID标签与标签与RFID标签标签 读写器交互的过程也记录下带着读写器交互的过程也记录下带着RFID标签物标签物 体的位置体的位置 目前，这种定位方法已经成功地应用到幼儿园目前，这种定