1 引言
位置服务(1ocation based service，LBS)也称定位服务，是指通过移动通信网络获取终端的位置信息(经纬度坐标)，在GIS（Geographic Information System)、电子地图平台的支持下，为用户提供相应位置信息服务的一种增值业务。随着手机在我们的生活中的普及，位置服务的重要性逐渐凸显出来。有了基于位置的业务，手机用户可以方便地获知自己或他人目前所处的位置，从A地到B地如何走，并可方便的查询其附近场所的信息，例如：我在哪里、我周围有哪些银行、离我最近的医院在哪儿、紧急救助、个人/车辆导航、车队调度……，基于位置的业务巨大魅力在于能够在正确的时间、正确的地点、把正确的信息发送给有需求的人。
2 位置服务产业链
位置服务产业链参与者及各环节提供的功能如图1所示。其中，移动网络和位置服务平台是开展位置服务的基础设施，由移动运营商来提供。移动网络主要提供通信、计费、结算等功能，位置服务平台主要完成定位请求处理、位置信息计算、业务流程控制、鉴权和管理等功能，移动运营商是位置服务产业链的核心环节，在位置服务产业链中起主导作用；SP的作用是基于用户位置信息，在GIS/基础电子地图/POI信息的支持下，面向最终用户提供业务和服务；GIS平台在基础电子地图/POI信息的支持下为SP提供的各种位置业务或运营商开展自有位置业务提供相关服务，主要包括地图绘制、目录服务、路径搜索、地理编码/逆编码、测算、导航等地理信息服务；基础电子地图是以数字形式记录，并按一定格式存储有关基本地理信息的地图，包括地名地标、水系、绿地植被、道路、建筑物、路网数据等多个图层的地理信息数据，为GIS在进行各种运算时提供基础电子地图数据；CP主要提供基础电子地图未包括的POI（Point of Interest）信息，如：酒店、加油站、餐厅的位置信息（经纬度）及其相应的增值信息等，如酒店的联系电话、打折信息或酒店的特色。通过将这些POI数据和基础电子地图数据相结合可为用户提供信息查询类的服务。
通过对位置服务产业链各环节所提供主要功能的分析可知，位置服务是基于移动通信技术和地理信息技术（GIS），并利用移动定位功能和电子地理信息库所提供的信息，由应用服务系统来实现的。它是移动通信技术、GIS技术、IT技术和定位技术融合的结果，随着这些技术的日益成熟，人们将可以享受到种类更多且方便、快捷的位置服务。
3 移动网络中位置服务系统架构
图2是3GPP（3GPP TS 0371 V8.9.0）定义的通用位置服务系统LCS（Location Services）架构。在GSM网络中，位置服务系统（LCS）主要由以下几部分组成：位置服务客户端、GSM网络和位置服务相关网元等。
其中，和位置服务相关的网元主要有：GMLC（Gateway Mobile Location Center）、SMLC（Serving Mobile Location Center）及LMU（Location Measurement Unit）等，GMLC主要从应用服务或客户端获得请求，进行注册或鉴权后，通过Lg接口请求并获得位置信息，并通过Le接口返回给LCS client；SMLC主要从GMLC获得用户的位置请求，管理并协调计算MS位置信息的相关资源，完成针对不同的定位算法，将MS或LMU的测量信息转换为MS的经纬度信息；LMU主要根据不同的定位算法，在SMLC的控制下完成对MS的定位测量，并将测量信息通过BSC传送给SMLC。最后，LCS client通过Le接口获得一个或多个MS的位置信息，从而利用此信息提供相应的位置应用。
4 位置服务所采用的主要定位技术
目前，全球普遍使用的移动定位技术主要有四种：分别是基于网络的CELL-ID、TOA、TDOA技术，基于终端的定位技术，基于终端和网络混合的A-GPS技术。下面重点介绍一下这3种广泛使用的移动定位技术。
4.1基于网络的定位技术
4.1.1基于小区识别号（CELL－ID）的定位技术
目前的移动网络中，BSC会在移动台的位置更新、呼叫处理、短消息传送以及切换等过程中将用户所在基站扇区的CELL-ID传送给MSC，可以用这个网络标识来确定手机终端的位置。通常，以此扇区质心的经纬度来代表手机终端位置。其精确度与地面蜂窝基站的密度成正比。定位精度取决于小区的大小，若是小区足够小，则Cell-ID定位技术的精度就比较高，一般来说，CELL-ID技术的定位精度为100米～20千米。
4.1.2基于电波到达时间的TOA（ Time Of Arrival ）定位技术
TOA定位技术的基本原理是通过测出电波从手机终端传播到多个基站的时间来确定手机终端的位置。若电波从手机终端到第i个基站的传播时间为T，电波传播速度为C，终端的位置坐标为X0，Y0,基站位置坐标为Xi，Yi，则终端必定处在以Xi，Yi为圆心，以CT为半径的圆上。在多个基站上进行上述计算，则手机终端的二维位置坐标可由三个以上圆的相交点确定，从而确定X0，Y0。用TOA定位的方法需要手机终端和参与定位的基站之间时间精确同步，一般，必须通过与在基站上安装了GPS或原子钟的移动网络之间的同步来实现。
4.1.3基于电波到达时间差的TDOA（ Time Of Arrival ）定位技术
TDOA定位技术的原理是通过检测电波到达两个基站的时间差，而不是由到达的绝对时间来确定移动台的位置，降低了对时间的同步要求。手机终端位于以两个基站为焦点的双曲线方程上，确定手机终端的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两双曲线的交点即为终端的二维位置坐标。由于这种定位技术不要求手机终端和基站之间的同步，故在误差环境下性能相对优越。它也是基于网络的定位方案，优点是精度较高，实现容易。但是，为了保证定时精度，需要改造基站设备。
4.2 基于终端的定位技术
基于终端的定位技术以GPS为代表，通过在终端中集成GPS接收机模块，并改造手机天线，从而实现终端定位。GPS利用了离地面约2万公里高的轨道上运行的24颗人造卫星所发出的信号，通过三角测量的方法进行定位。在进行定位时，由于卫星的位置精确可知，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，组成3个方程式，解出GPS接收机的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星时钟与接收机时钟间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要GPS接收机要搜索空域中可用的4颗卫星，形成4个方程式进行求解。从而得到GPS接收机的经纬度和高程，定位精度可达到5～15米。其主要特点是定位精度高，各项参数能够完全满足系统需求，能够满足导航等高精度业务的需求。但在GPS接收机不知道自己的大概位置时，就必须搜索整个码相位和频率空间来寻找可用的卫星，因而，对于独立的GPS接收机，初始捕获卫星时间需几分钟，不能满足一些紧急应用；另外，在室内和有高层建筑遮挡的城市中无法搜索到有用卫星，并提供有效的定位服务。
4.3基于终端和网络混合的A-GPS技术
A-GPS技术是一种结合了基站信息和GPS信息对手机终端进行定位的技术，该技术也需在手机内增加GPS接收机模块，并改造手机天线；同时要建设GPS参考网络及其管理平台，GPS参考网络的GPS接收机用于实时接收GPS卫星信号，并通过网络传送给GPS管理平台，管理平台将这些信息传送给位置服务平台，最后，位置服务平台对这些信息处理后，在交互过程中把处理后的信息传送给参考站所覆盖区域内请求定位的手机，辅助手机加快搜星进程。
A-GPS技术又分为以终端为主MSB（MS-BASED）、以终端为辅MSA (MS-ASSISTED)两种方式，MSB方式是终端计算位置信息，并传送给位置服务平台，此方式和GPS技术相比，仅在初始搜星时用到网络侧提供的GPS辅助信息，加快手机搜星过程。这种方式对终端的要求较高，需要终端具有较强大的A-GPS功能模块；MSA方式是手机完成定位相关计算数据的测量，并交于位置服务平台来完成最后的位置计算，由于位置信息的计算不在终端内完成，这种方式对终端A-GSP功能模块的要求较低。在导航等需实时计算位置信息的应用中，通常采用MSB方式。
A-GPS又有控制平面(Control-plane)和用户平面(User-plane)两种基本的网络拓扑结构，Control-plane方式是指卫星信号信息在GSM网络上传送，此时，位置服务平台、核心网设备、无线网络设备、终端等需进行相应的软硬件升级；User-plane方式卫星信号信息在分组网络上传送，只需位置业务平台、终端做相应的软硬件升级，相比Control-plane方式较节省投资。
和传统的GPS技术相比，由于参考网络的支持，终端在冷启动模式下，AGPS终端比传统的GPS终端搜索卫星信号的时间快；此外，OMA AGPS（SUPL协议）较好的集成了CELL-ID技术，在GPS信号强度较弱时，可自动切换到CELL-ID定位方式。故，A-GPS技术较传统的GPS技术有较大的优势。
5 位置服务需解决的问题
位置服务是一种具有良好前景的业务，我国的移动运营商也早在2001年就提供了基于CELL-ID技术的位置服务，目前取得了一定的进展。位置服务在发展过程中也存在着一些问题，只有较好的解决这些问题，才能将位置服务发展起来。
5.1. 定位精度问题
由前面所述可知，位置服务中的定位技术有多种，各种定位技术的定位精度和需网络、终端能力支持的程度各不相同。位置服务市场培养前期，运营商为节省投资，降低风险，多选择了对终端无特殊要求、网络改造小的CELL-ID定位技术。随着业务的发展，一方面，CELL-ID定位精度很难满足如：城市网络管理、导航、紧急救援等对定位精度要求较高的应用；另一方面，已有位置业务也需提高定位精度来改善业务质量。未来的趋势是随着技术的成熟、终端价格的下降，提供基于A-GPS技术的高精度位置业务。故，运营商需对现网增加位置服务的相关网元、建设参考网络，并制定A-GPS终端规范，来促进位置业务发展。
5.2. 位置服务产业链问题
如图1所示，位置服务产业链包括GIS/基础电子地图提供商、CP、SP、移动运营商、终端厂商和用户等环节，和其他业务的产业链相比，位置服务产业链较长，涉及环节过多，并且角色划分不清晰，造成业务开展的难度较大。现阶段，SP开展业务不仅需进行应用开发、整合CP提供的POI信息，并且要自行提供GIS/基础电子地图。由于提供GIS/基础电子地图需要突破资质和技术门槛，并需较高的成本，造成SP提供位置应用的门槛较高，无法集中精力开发优秀业务，导致位置业务种类、数量较少，且服务质量不高。又由于现阶段SP/CP收集的POI信息仅能基于特定的GIS平台、基础电子地图进行应用开发，各元素间接口互不支持，造成GIS/基础电子地图/POI信息的提供由于缺乏合适的标准及规范难以支持共享。
为使位置业务能快速、健康的发展，必须细化产业链，并有效整合各环节。一方面，将GIS、基础电子地图等关键环节的功能提供从SP环节中分离出来，有效降低SP进入位置业务的门槛；另一方面，由移动运营商制定相应的规范和标准，统一各环节接口，并以自建或合作运营的方式统一提供GIS、基础电子地图等环节的功能，使相关环节根据统一接口标准做到资源共享。
5.3. GIS和基础电子地图问题
GIS引擎是位置服务的核心，它是计算机科学、地理池、测量学、地图学等多门学科交叉形成综合技术。GIS系统是采集、编辑，分析，处理，输出和地理位置信息有关的计算机软硬件系统。要有效的完成地理信息库的建设和维护是一项庞大的系统工程，涉及到数据的搜集、整理、分类、加工、更新及GIS系统对外提供的各项地理信息服务的开发、完善，在这方面需要尽快形成一套完善机制，促进GIS系统的发展。
广义上说，基础电子地图是GIS系统的一部分，GIS引擎需要调用基础电子地图数据来完成各项地理信息服务。本质上来说，电子地图行业属于测绘范畴，在我国，一家企业必须具有测绘资质才能从事测绘活动。特别是对于技术含量较高的导航电子地图来说，目前，国内仅有八家有经营资质的机构，这在一定程度上限制了地图资源的充分发掘和电子地图质量的提高；另一方面，出于国家安全的考虑，我国政府对电子地图资源进行严格控制，电子地图的加密、解密也十分复杂，导致了目前国内开放的电子地图还不能满足消费者的全部需求；而且，在发达国家，电子地图可以自由购买，而且地图内容变化不大，不需要频繁更新。而我国是发展中国家，正处于大规模的建设期，每年地图内容需要更新30%～40%，这使电子地图生产厂商对地图进行更新与维护非常困难，也影响了消费者的使用效果。最后，由于电子地图的生产由不同的电子地图厂商完成，这些不同厂商生产的电子地图数据难以保证一致性。故，需要政府或在位置服务产业链中占有主导地位的移动运营商制定相应的国家标准或企业标准，统一电子地图的制作，并对几家大公司扶持，使其生产和销售形成标准化、规模化，促进产业链相关环节充分发展，继而推进位置服务的发展。
5.4. 隐私权问题
隐私权是用户非常关心的问题，有时，用户不希望自己的位置被查找到。在开展和定位相关的位置业务时，要在业务流程设计上保证用户能够方便选择自己的位置是否能够被查找到；在技术上要实现伪码管理机制，在网络侧屏蔽SP在提供业务时获得使用业务用户的手机号码。由于伪码转换功能是在运营商提供的位置服务平台处完成，这也需移动运营商树立自己的形象，让用户相信其隐私权在运营商处得到充分保护。
5.5. 漫游问题
普通用户到陌生的城市更需要位置服务，一些行业(如：交通、物流、石化等)也需要随时了解长途车辆位置。故，位置服务的一大吸引力就是空间的变换，只有变换了空间，才会有强烈的位置信息获取需求。现阶段，我国部分移动运营商已在大部分省市建立位置服务平台，但平台间还未联网，不支持用户跨省漫游需求，因此，运营商必须尽快制定位置服务平台联网标准，实现全网漫游。
5.6. 位置业务及POI信息问题
如何提供用户确实需要的位置业务直接关系到用户的使用量及业务发展前景，在业务设计时，要从提高用户的生活、工作效率或满足用户的娱乐、休闲、消费等方面入手，进行符合用户使用习惯的业务功能设计，打造内容丰富的精品位置服务，并保证业务和服务质量。在业务表现形式上，除传统的SMS形式外，还要增加MMS、语音、WAP、客户端等接入界面，方便不同层次用户的使用。
受欢迎的业务离不开内容的支持，位置业务需要丰富的POI信息支持，现阶段，有部分CP拥有大量的POI信息，但出于安全性考虑，这些CP不敢将丰富的POI信息直接提供出来，为使用这些信息，造成拥有这些POI信息的CP自己不得不开发简单的应用，而这些应用在深度上又不及专业SP提供的业务。这种现状不仅阻碍了POI信息的共享、分散了CP专注于提供优良POI信息的精力，并且造成资源的浪费。故，在位置业务中占主导地位的移动运营商不仅需制定相应的规范和标准，促使POI信息共享，而且，要制定一系列安全保护措施，保证CP提供的POI信息的安全性。
6 结束语
位置服务是移动数据业务新的增长点，其技术条件和市场条件已经具备。世界上许多国家和地区已开展了位置服务，并取得了良好的效果。我国的位置服务经过几年发展，取得了一定成绩，但业务开展中还存在一系列问题，只有妥善解决这些问题，位置服务才能真正走向春天。
