空間定位技術(shù)在數(shù)字化城市管理新模式中的應(yīng)用

個人收集整理勿做商業(yè)用途個人收集整理勿做商業(yè)用途個人收集整理勿做商業(yè)用途空間定位技術(shù)在數(shù)字化城市管理新模式中的應(yīng)用□蘇愛華胡環(huán)宇楊華（北京數(shù)字政通科技有限公司,北京100082）摘要：本文探討了空間定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對常用的GPS、移動基站定位、地理編碼和部件等定位方法在數(shù)字化城市管理新模式中的應(yīng)用進行了具體闡述，并說明實現(xiàn)這些空間定位的不同數(shù)據(jù)條件、網(wǎng)絡(luò)條件和在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用模式。關(guān)鍵詞：空間定位城市管理數(shù)字化新模式GPS地理編碼引言數(shù)字化城市管理新模式的一個特點是實現(xiàn)了城市管理對象在管理區(qū)域中的有序、精確定位。隨著數(shù)字化城市管理系統(tǒng)的推廣普及，空間定位技術(shù)的應(yīng)用也逐步得到深化和擴展，目前已經(jīng)有了多種定位方法，包括GPS、移動基站、地圖標識、單元網(wǎng)格、地理編碼、部件定位等。依據(jù)城市的現(xiàn)狀與資源差異，所采用的方案也不盡相同，一般均采用多種定位方式相結(jié)合。本文著重對數(shù)字化城市管理系統(tǒng)中常用的GPS、移動基站、地理編碼和部件等定位方法進行詳細闡述，同時說明實現(xiàn)這些空間定位的不同數(shù)據(jù)條件、網(wǎng)絡(luò)條件和在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用模式。一、空間定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢空間定位技術(shù)最初面臨的挑戰(zhàn)是戶外追蹤.在這方面最有發(fā)展前景的兩種技術(shù)手段當屬全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）和基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)。當前廣泛應(yīng)用的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要包括美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS）、歐洲正在興建的將于2008年投入使用的伽利略(Galileo）民用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)［1］。用戶采用雙頻/多頻接收機可同時接收多星座信號，可靠性和定位精度都有顯著提高，可以滿足對精度要求較高用戶的需求。在基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)中，位置解算功能由蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。通常使用的定位技術(shù)有起源蜂窩小區(qū)(CellofOrigin，COO，又稱Cell—ID技術(shù)）、信號場強、到達角度(AOA）、到達時間（OA）、到達時間差分(TDOA)、增強觀測時間差分（E－TDOA)等［2]。其中，Cell—ID技術(shù)是一種最簡單的定位技術(shù)，無需對移動終端和網(wǎng)絡(luò)進行修改,就可以向當前的注冊用戶提供自動定位服務(wù)。該技術(shù)是根據(jù)移動終端所處的蜂窩小區(qū)ID號來確定用戶位置,因此它的定位精度取決于蜂窩小區(qū)的半徑。與其他技術(shù)相比,其精度是最低的,當需要精度較高的緊急定位服務(wù)時，CELL—ID就無法滿足要求了.目前，GPS所能達到的精度范圍在5~20米。但是,在高樓林立的城市低谷地帶，GPS的定位精度不是很好。無線運營商利用一種名為輔助GPS（AssistedGPS,A-GPS)的技術(shù)來克服GPS的上述缺陷.這種技術(shù)融合了GPS高精度定位與蜂窩網(wǎng)絡(luò)高密集覆蓋的特性,既提高了在城市范圍內(nèi)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位的精度，也擴大了GPS應(yīng)用的覆蓋范圍,使GPS在無法提供精確定位的區(qū)域內(nèi)能夠進行工作。加利福尼亞州的一家新興企業(yè)Rosum則采用電視信號增強GPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用增強的廣播電視信號，而不是蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號來進行定位。同蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號相比，廣播信號更具優(yōu)越性，因為它們已經(jīng)覆蓋了更廣的地理區(qū)域，而且更容易穿透建筑物［3］。比戶外追蹤更難以實現(xiàn)的是室內(nèi)跟蹤。由于天花板、墻壁或其他障礙物的阻擋，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位精度會大大降低，而基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)就更為遜色了.當前流行的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802。1(或者稱作i—Fi）可能是迄今最好的解決方案。眾多無線服務(wù)商已開始在旅館、咖啡廳和其他商用建筑物內(nèi)部安裝i-Fi收發(fā)器，使移動用戶能夠獲得高速因特網(wǎng)服務(wù)。這些基礎(chǔ)設(shè)施也能夠用于室內(nèi)定位。芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了能夠利用i-Fi進行室內(nèi)定位的軟件，i—Fi繪圖的位置精確度大約在1～20米的范圍內(nèi)，比蜂窩網(wǎng)絡(luò)三角測量定位方法更精確。另外，由于建筑物內(nèi)部各個樓層上的信號強度不同,因此Ekahau的技術(shù)還可以用于解決垂向定位的問題[3］.i-Fi收發(fā)器只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的地理區(qū)域，也很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，并不十分可靠。另一種處于發(fā)展初級階段的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——超寬帶（UWB）有可能彌補這一不足［4］。UWB具有傳輸速率高、耗電少等特點，而且能夠提供超精確定位。與i—Fi和GPS一樣，UWB也能夠配置到移動終端上.在理想的世界中，隨著使用者從室外步入室內(nèi),移動終端將能夠選擇最佳定位技術(shù)（如從依賴GPS定位自動轉(zhuǎn)向i-Fi定位），從而可以不間斷地幫助使用者得到最新的位置信息.移動終端的高度便攜性和快捷的通訊能力、用戶的飛速增長、各種定位技術(shù)的發(fā)展共同孕育出了新的服務(wù)類型：“基于位置的服務(wù)”(Location-BasedService,LBS）,即通過移動終端和無線網(wǎng)絡(luò)的配合，確定出移動用戶的實際地理位置，從而提供用戶需要的與位置相關(guān)的信息服務(wù)[2］。圖1是LBS的一個典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。隨著3G時代的到來,在3G高速無線網(wǎng)絡(luò)的支持下[5］，LBS服務(wù)能夠?qū)⒏呔鹊亩ㄎ患夹g(shù)與豐富的多媒體信息相結(jié)合,為用戶提供更好的定位服務(wù)。這些空間定位技術(shù)的發(fā)展將為數(shù)字化城市管理新模式的精細化管理提供強有力的技術(shù)支撐。二、空間定位技術(shù)在監(jiān)管數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部行業(yè)標準《城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T106）要求,城市管理(一）嵌入式地理信息系統(tǒng)引擎關(guān)鍵技術(shù)

部件的空間定位中誤差不應(yīng)超過±1m，管理事件的定位中誤差不應(yīng)超過±5m[6］。為達到這一精度要求，信息采集員（即監(jiān)督員）在進行監(jiān)管數(shù)據(jù)采集過程中，就必須綜合應(yīng)用多種空間定位技術(shù)確定問題的所在位置。嵌入式地理信息系統(tǒng)引擎安裝在監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備即城管通中，用于信息采集員對各種事件和部件信息進行快速定位和查詢。嵌入式地理信息系統(tǒng)引擎全面支持PocketPC，SmartPhone等各種智能手機平臺,具備如下功能：

基本的地圖瀏覽功能（放大、縮小、全圖、漫游)；

分析與地圖量算功能；

能夠讀取GPS定位信息；

能夠標識部件或事件位置；

具備搜索引擎功能，即能夠根據(jù)地名、路名、興趣點名稱、門牌號、單元網(wǎng)格等查詢和定位;

根據(jù)地理位置坐標(X，Y)以及搜索半徑,查詢地址信息；

根據(jù)部件編號，精確定位部件的坐標（X，Y）及其標準地址信息。在性能上達到以下要求：

精練的內(nèi)核，高效的空間索引機制,很高的瀏覽速度;

支持大數(shù)據(jù)量處理,高效的數(shù)據(jù)壓縮比。（二）監(jiān)管數(shù)據(jù)采集過程中采用的空間定位方法在監(jiān)管數(shù)據(jù)采集過程中,信息采集員可以采用如下幾種定位方法：1。地圖瀏覽定位信息采集員通過監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備(即城管通）的屏幕瀏覽地圖，直接確定問題所在的位置，并用坐標、單元網(wǎng)格編號、鄰近地物名稱及方位,或部件編號等方式描述該位置。2。地圖查詢定位信息采集員通過速查手冊方式，輸入地名、路名、興趣點名稱、門牌號、單元網(wǎng)格等進行查詢定位.3。部件定位（含電桿定位）對于部件問題，可以在地圖瀏覽窗口中，通過標識部件信息進行定 位.如果標識的位置不只一個部件，則會在地圖上列出該位置附近所有部件（包括部件編碼和類型)供信息采集員進一步選擇確認（圖2、圖3)。該定位方法能夠有效保證定位的精度符合要求。部件定位的另一種方法是在對城市所有的電桿統(tǒng)一編號的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)電桿定位,即在發(fā)現(xiàn)問題之后，通過讀取事發(fā)位置附近電桿上標注的編碼，實現(xiàn)快速定位。城市電桿類部件包括供電局的電線桿、路燈管理處的路燈桿、電信局的電信桿、電車公司的電車桿等。這些電桿按照一定規(guī)則進行編碼,原則是全市統(tǒng)一編排，具有規(guī)律性，便于記憶和查找。如可采用7位編碼，第1位數(shù)字代表“行政區(qū)劃”;第2位至第4位數(shù)字代表“道路名稱”；第5位至第7位數(shù)字代表“燈柱”和“位置”（走向)[7］.信息采集員在監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備上輸入電桿上的編碼,或在群眾舉報某個管理部件或事件問題的同時，提供最近位置的電桿編碼,如“7223008”，即可在地圖上快速定位。4.GPS、A-GPS輔助定位在監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備上配備GPS定位模塊，由嵌入式地理信息系統(tǒng)引擎讀取GPS定位信息,在地圖上顯示定位。在高樓林立的城市低谷地帶，由于GPS的定位精度不是很好，也可以采用A-GPS技術(shù)擴大GPS的應(yīng)用覆蓋范圍。信息采集員在GPS輔助定位的基礎(chǔ)上，瀏覽地圖，進一步確定問題所在位置。5.LBS輔助定位當監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備上沒有配備GPS定位模塊時，可以通過無線運營商提供的LBS服務(wù)進行輔助定位。此外，還可以采用射頻識別（RadioFrequencyIdenti?cation，RFID）技術(shù)進行部件定位。（三）定位方法比較數(shù)字化城市管理系統(tǒng)監(jiān)管數(shù)據(jù)采集使用的定位方法比較如表1所示。三、空間定位技術(shù)在協(xié)同辦公中的應(yīng)用數(shù)字化城市管理模式的工作流程規(guī)定監(jiān)管數(shù)據(jù)采集之后，應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)和城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)傳輸?shù)匠鞘泄芾肀O(jiān)督指揮中心進行任務(wù)的派遣、處理和反饋.不同角色的用戶在城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)中，借助于ebGIS，借助地理編碼、部件編碼或單元網(wǎng)格等空間定位技術(shù)來快速、準確判定問題所在的位置。(一）WebGIS與空間定位技術(shù)ebGIS是指利用廣域網(wǎng)向各類用戶提供地理空間信息服務(wù)的地理信息系統(tǒng)，是Internet與GIS結(jié)合的產(chǎn)物[8］.通過ebGIS平臺,才可以將各類GIS數(shù)據(jù)（包括部件數(shù)據(jù)）綜合在一起，將各種空間定位技術(shù)(地理編碼、部件編碼、單元網(wǎng)格）的定位結(jié)果標識在地圖上，為用戶所直觀的理解。ebGIS平臺的“標識位置”功能,能夠?qū)⒋_定好的問題所在位置保存為“位置圖”圖片(見圖4）,用于問題信息表打印。專業(yè)部門可以根據(jù)位置圖的指示到達問題所在位置現(xiàn)場。（二）協(xié)同辦公中采用的空間定位方法

地理編碼定位地理編碼技術(shù)提供了一種把具有名稱和地址的信息資源賦予地理位置坐標、進而可以為計算機所識別的方法。地理編碼技術(shù)將城市地址進行數(shù)字化、空間化和規(guī)范化,在地址名稱與地址實際空間位置之間建立起對應(yīng)關(guān)系,實現(xiàn)地址空間的相對定位.地理編碼可以使城市中的各種數(shù)據(jù)資源通過地址信息反映到空間位置上來，在各種空間區(qū)域內(nèi)達到信息的整合.通過地理編碼技術(shù)對城市部件、事件進行分類分項管理，使問題發(fā)生位置的描述依托地理編碼技術(shù)，實現(xiàn)城市管理由盲目到精確、由人工管理到信息管理的轉(zhuǎn)變.地理編碼定位的工作流程如圖5所示。圖6是地理編碼應(yīng)用的一個實例,受理員在接到一個公眾舉報電話之后，根據(jù)公眾提供的地址信息（如“錢糧胡同3號"），就可以定位到地圖上一個準確的位置.地理編碼定位成功的基礎(chǔ)是地理編碼數(shù)據(jù)，需要嚴格按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部行業(yè)標準《城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)地理編碼》(CJ/215)［9]采集數(shù)據(jù)，建立地理編碼庫，并定期進行更新維護，保持地

單元網(wǎng)格定位

理編碼庫的現(xiàn)勢性和有效性。

部件定位(含電桿定位）與監(jiān)管數(shù)據(jù)采集過程中部件定位類似，對于部件類問題,受理員可以在地圖瀏覽窗口中通過位置選擇和部件編碼準確標識部件。此外，受理員還可以根據(jù)公眾舉報人報告事發(fā)位置附近電桿的編號,如“7223008"，在地圖上定位置，如“寶安區(qū)河堤路靠西、從東到西第5根電桿”.在城市管理中,為了分層次精確管理，還采用了單元網(wǎng)格技術(shù),從城市管理角度劃分單元網(wǎng)格，將城市管理部件、道路、社區(qū)、門址、建筑物、企事業(yè)單位、地名等要素通過單元網(wǎng)格直接建立地理位置關(guān)系?；趀bGIS的查詢功能,可以根據(jù)受理員輸入的單元網(wǎng)格編碼進行定位，也可以根據(jù)受理員標識的位置坐標(X、Y）獲取所在單元網(wǎng)格的編碼信息。四、空間定位技術(shù)在監(jiān)督指揮中的應(yīng)用借助于空間定位技術(shù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備和巡查車輛能夠定時將自身所在位置坐標傳給城市管理監(jiān)督指揮中心。城市管理監(jiān)督指揮中心可以實施監(jiān)控當日在崗信息采集員、巡查車輛的分布情況，并可以進行信息采集員、巡查車輛巡查路線回放，還能夠?qū)κ欠癯龉芾韰^(qū)域（責任網(wǎng)格）進行自動提示，如圖7所示。從管理的角度而言,信息采集員的一個考核指標是巡查覆蓋率。對信息采集員的定位精度要求在30米以內(nèi)，能夠準確反映信息采集員所經(jīng)過的單元網(wǎng)格。通過GPS設(shè)備采集坐標會有一定的誤差，而信息采集員通常是沿著道路巡查，因此可以通過合適的路線糾偏算法對GPS設(shè)備定位結(jié)果進行匹配處理。地圖匹配是一種基于軟件技術(shù)的定位修正方法，其基本思想是將定位軌跡與數(shù)字地圖中的道路網(wǎng)信息聯(lián)系起來，通過模式識別和匹配過程來確定信息采集員相對于地圖的位置[10］。圖8和圖9是路線匹配糾偏前后效果對比。五、結(jié)束語本文在總結(jié)目前空間定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的基礎(chǔ)上，討論了各種空間定位技術(shù)在數(shù)字化城市管理新模式的監(jiān)管數(shù)據(jù)采集、協(xié)同辦公和監(jiān)督指揮中的應(yīng)用。不同的空間定位方法，需要不同的技術(shù)條件和基礎(chǔ)，也具有不同的定位精度。在新模式的實際運行中，對于不同的城市、不同的應(yīng)用場合，往往需要考慮多種定位技術(shù)的綜合應(yīng)用，使得方案既經(jīng)濟可行，在精度上又能滿足城市日常管理工作的需要。參考文獻：1。易昌華。定位技術(shù)的幾個前沿問題［J]物探裝備，2007，17（3)：163-166。2.劉長征,李緯，丁辰,過靜。多種定位技術(shù)融合構(gòu)建LBS體系［J]地理信息世界,2003，1(3）：24-27。3。定位技術(shù)面面觀［EB/OL].HYPERLINKhttp：/