位置信息与位置服务

位置信息—从互联网到物联网

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够实现服务功能的基础
位置信息涵盖了空间、时间与对象三要素
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
位置服务将成为物联网应用的一个重要的产业增长点
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

物联网中的位置服务

位置服务的基本概念和应用

移动互联网、智能手机与GPS技术的应用带动了基于位置的服务（ LBS）的发展
基于位置的服务也叫做移动定位服务（MPS）
位置服务是通过电信移动运营商的GSM网、CDMA网、3G/4G或全球定位系统GPS获取移动数字终端设备位置信息，在地理信息系统GIS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，提供适合你的服务

位置服务的发展

移动互联网中的位置服务

移动互联网位置服务发展的趋势

平台化
API化
专业化

定位系统

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
数字地球技术包括数据获取、收集、传输、存储、处理与利用
支撑数字地球的主要技术包括：

—遥感RS

—全球定位系统GPS

—地理信息系统GIS

—互联网地图

航天航空遥感技术

用数字相机拍摄、卫星遥感图片与互联网下载地形图的比较

我国卫星遥感地图

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理系统组成
运载平台

小遥感卫星、发射的场面以及发回的遥感影像图片

空间遥感技术的发展

对地观测技术已经成为21世纪最具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络正在形成
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

全球定位系统GPS

GPS将卫星定位、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、连续实时地提供导航、定位和授时的特点
用GPS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、实时与导航
GPS系统将定位精度从米级逐渐提高到厘米级

GPS建设的基本情况

目前全球主要的GPS系统有四个：

—美国“全星球导航定位系统（GNSS）”

—欧盟的“伽利略（Galileo）”卫星定位系统

—俄罗斯“格洛纳斯（GLONASS）”卫星定位系统

—中国的“北斗”卫星定位系统

到2020年，由30多颗卫星组成的我国北斗卫星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

GPS的组成

空间部分
地面控制部分
用户终端

GPS卫星星座结构示意图

通过3颗卫星确定GPS接收机所在位置的原理示意图

GPS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，主要是为船舶、汽车、飞机、行人等运动物体进行定位导航
陆地应用主要包括：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、工程测量、变形监测、地壳运动监测与市政规划控制
海洋应用主要包括：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：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器防护探测等

GPS接收机类型

导航型接收机
测地型接收机
授时型接收机

GPS技术发展趋势

高精度与高可靠性
安全性
服务的综合性
多系统的兼容性

GIS的基本概念

GIS是在地理学、遥测遥感技术、GPS、管理科学与计算机科学的基础上发展起来的一门交叉学科
遥感影像可以作为GIS系统的一种基本地图，由GPS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
GIS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，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

地理空间数据库基本特点：

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
数据是动态的数据是海量的

遥感地图、城市地图与GPS城市位置数据的关系

城市等高线图、交通图、土地使用图与植被图

GIS 的应用领域

资源管理—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、草场）调查的基础上，、进行分级、统计与分析处理
资源配置—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
城市规划和管理—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合理分布、城市道路与整体发展规划问题
生态、环境管理—区域生态规划、环境现状评价、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、环保设施的管理与环境规划
突发事件应急—洪水、治安、核事故等重大自然或人为灾害的应对和处置
基础设施管理—城市的地上地下基础设施，如电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施，及地下管网的管理

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、电子地图出版物与软件产品

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地图
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业中创新速度最快、推广最为迅速的领域之一

互联网电子地图发展的基本情况

Microsoft Virtual Earth的用户界面

定位技术

移动通信定位技术

单基站定位方法

基于距离差的定位方法示意图

A-GPS原理示意图

基于无线局域网的定位技术

基于无线局域网Wi-Fi的定位原理示意图

基于RFID的定位技术

RFID标签通过与标签读写器的数据交互，可以将存储在RFID标签中有关物品的信息自动传送到计算机中，同时RFID标签与RFID标签读写器交互的过程也记录下带着RFID标签物体的位置
目前，这种定位方法已经成功地应用到幼儿园幼儿管理、医院新生儿管理，博物馆与旅游景区对到达不同区域的游客播放不同解说词的服务，机场乘客导航与服务，以及监控人员管理之中

无线传感器网络定位技术

在无线传感器网络中，位置信息是事件发生位置报告、目标跟踪、路由控制、网络管理的前提
事件发生的位置或获取信息的节点位置，是传感器节点监测信息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测数据是毫无意义的，错误的位置信息往往会导致判断的错误

定位的基本方法

基于距离的定位算法
距离无关的定位算法
递增式的定位算法
基于信标节点的定位算法和无信标节点的定位算法

传感器网络中的信标节点和未知节点

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