定位服務(wù)的研究

隆益民

（廣東女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系，廣東廣州 511450）

0 引言

位置服務(wù)（Location Services，LCS）又稱定位服務(wù)，是通過移動通信網(wǎng)，獲取移動用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)），然后提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。開通這項服務(wù)，手機(jī)用戶可以方便地獲知自己目前所處的位置，并用手機(jī)查詢或收取他附近各種場所的資訊。位置服務(wù)的巨大魅力正是在于能在準(zhǔn)確的時間、地點把正確的信息發(fā)送給正確的人。同時它還可以對手機(jī)用戶進(jìn)行定位，并對手機(jī)用戶的位置進(jìn)行實時監(jiān)測和跟蹤，使所有被控對象都顯示在監(jiān)控中心的電子地圖上，一目了然。因此位置服務(wù)在無線移動的領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景［1］。

國內(nèi)正在開展的應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)的建設(shè)，是以政府為核心，整合政府相關(guān)部門的資源，為應(yīng)對各種自然災(zāi)害等突發(fā)緊急事件，建立的一套信息系統(tǒng)。通過這套系統(tǒng)，政府將在第一時間應(yīng)對突發(fā)緊急事件、實現(xiàn)快速反應(yīng)、減少損失，從而進(jìn)一步提高政府的執(zhí)政能力。除應(yīng)對災(zāi)難之外，還在公共服務(wù)和社會管理方面與人們的生活息息相關(guān)。完整的應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)將公安、交警、消防、急救、防洪、防火、防震、甚至工商、稅務(wù)、城管、救助等公共服務(wù)部門納入一個統(tǒng)一的指揮調(diào)度系統(tǒng)，進(jìn)而加速了城市的社會現(xiàn)代化建設(shè)。定位服務(wù)系統(tǒng)是為“應(yīng)急聯(lián)動中心”提供移動報警電話位置信息的專業(yè)系統(tǒng)［2］。

定位服務(wù)系統(tǒng)在智能手機(jī)平臺上實現(xiàn)。通過使用本系統(tǒng)，市民可以向警察報告自己的位置和處于何種危險之中，這些操作無需通過打電話的方式，只需按下幾個手機(jī)鍵就能實現(xiàn)，因此安全快捷。同時，該系統(tǒng)還實現(xiàn)巡邏警力和指揮中心共享信息，使得指揮中心可以調(diào)動離案發(fā)現(xiàn)場最近的警力趕到案發(fā)現(xiàn)場［3］。

課題研究并設(shè)計實現(xiàn)了定位服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S和 C/S相結(jié)合的開發(fā)模式，開發(fā)選擇 eclipse，android2.5，后臺數(shù)據(jù)庫選用 SQL Server 2005。

系統(tǒng)測試表明，能夠?qū)崿F(xiàn)報警電話快速定位的功能，并通過地圖或文字描述等方式展示位置信息，達(dá)到接警、處警對位置信息的要求。

1 移動定位服務(wù)的研究

1.1 研究內(nèi)容

本課題主要從定位服務(wù)在無線移動的領(lǐng)域內(nèi)具有的應(yīng)用前景，給系統(tǒng)的設(shè)計和進(jìn)一步開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)［4］。最后，在理論分析的可行性基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的目標(biāo)是設(shè)計一種精確安全的報警系統(tǒng)。

1.2 研究目標(biāo)以及關(guān)鍵問題

構(gòu)建“定位服務(wù)平臺”，就是向移動目標(biāo)用戶提供適用移動、聯(lián)通等各類無線通訊網(wǎng)絡(luò)，兼容各種定位移動目標(biāo)終端和定位技術(shù)的報警、求助、跟蹤、導(dǎo)航等定位預(yù)警安全保障綜合服務(wù)，幫助用戶穩(wěn)妥、便捷、高效完成報警，從而更安全及時地獲得救助［5］。

為了實現(xiàn)該目標(biāo)，使用如下技術(shù)：首先，系統(tǒng)必須是高度機(jī)動靈活的，并且方便使用，因此選用智能手機(jī)作為載體;其次，本系統(tǒng)的作用是將案情和案發(fā)地點快捷地報告給指揮中心，因此需要系統(tǒng)自動獲取位置信息，因此帶有GPS系統(tǒng)的智能手機(jī)是本系統(tǒng)的最佳選擇。GPS系統(tǒng)在本系統(tǒng)的作用是自動獲取案發(fā)地點的位置信息［6］。研究重點是：① 建立定位服務(wù)的數(shù)據(jù)模型;②定位服務(wù)管理機(jī)制和體系結(jié)構(gòu);③ 實現(xiàn)定位服務(wù)系統(tǒng)體系中相關(guān)算法。在此基礎(chǔ)上建立原型系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

1.3.1 定位系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模式

用戶使用移動目標(biāo)向平臺提交定位報警服務(wù)請求，由移動目標(biāo)或無線網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)器向服務(wù)平臺連續(xù)發(fā)送定位數(shù)據(jù);服務(wù)平臺接到請求后啟動服務(wù)、接收定位數(shù)據(jù)并生成定位預(yù)警信息，隨即向110、120等的GIS系統(tǒng)及搜索導(dǎo)航終端發(fā)布定位預(yù)警信息，輔助救助單位快速反應(yīng)、指揮決策，確保及時到場施救。服務(wù)平臺的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)由定位預(yù)警手機(jī)終端、PDA搜索導(dǎo)航終端，無線通訊網(wǎng)絡(luò)，核心系統(tǒng)，相關(guān)單位GIS系統(tǒng)等五部分組成（見圖 1）［7］。

1.3.2 有效利用相關(guān)領(lǐng)域大量數(shù)據(jù)的算法

通過定義領(lǐng)域弱相似性的概念，將相似性的約束與目標(biāo)分類器聯(lián)系起來，通過改進(jìn)算法在定位服務(wù)中有效利用相關(guān)領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)［8］。

（1）定義。給定目標(biāo)領(lǐng)域數(shù)據(jù)集T和源領(lǐng)域數(shù)據(jù)集S，其樣本的特征空間相同，x為特征向量，y為類標(biāo)號，記 T={（xi，yi）|i=1，2，…，m}，S={（xj，yj）|j=m+1，m+2，…，m+n}，m 和 n 為樣本數(shù)量，m＜＜n，利用S與T訓(xùn)練適用于分布PT（X，Y）的分類器L。

定義：對分布 PS（X，Y）和 PT（X，Y），X為樣本變量，Y為類標(biāo)號，取值為－1或+1，e為小于1的正數(shù).若存在分類器L：X→{－1，+1}，使L在PT上的泛化誤差小于 e，且能以1－υ的概率推斷，對（x，y）～PS（X，Y），有L（x）=y成立，則稱 PS以1－υ的概率e－弱相似 PT，稱 v為負(fù)相似度，記為 v（L，PS，PT）.設(shè)判別函數(shù)為f（x）=wTx+b.對目標(biāo)領(lǐng)域中的f（x），其分類決策函數(shù)為L（x）=sign（f（x））.設(shè)L（x）在目標(biāo)領(lǐng)域的泛化誤差e足夠小，得到負(fù)相似度v（sign（f），PS，PT）（簡記為 υ（f，PS，PT））如下［9］：

利用代理損失函數(shù)優(yōu)化如下：

（2）算法。設(shè)目標(biāo)領(lǐng)域的訓(xùn)練樣本數(shù)目為m，為避免f（x）有較大的泛化誤差，引入松弛變量得到如下優(yōu)化問題［10］：

其中CS為平衡參數(shù)。

通過這種方式，使盡量多的源領(lǐng)域樣本被f正確分類，保證領(lǐng)域弱相似性較大，而弱化其在分布上要與目標(biāo)領(lǐng)域一致的過高限制，體現(xiàn)源領(lǐng)域在采集過程的輔助作用。

引入記號 Ci及 δi，

最優(yōu)解：

b可由式（4）直接得到

從而求得f（x）。至此，給出領(lǐng)域相關(guān)性直觀的衡量方法，能夠充分利用相關(guān)領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)來采集系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，并在采集數(shù)據(jù)過程中予以優(yōu)化。優(yōu)化目標(biāo)綜合考慮3方面因素：① 控制模型復(fù)雜度;② 控制分類器在目標(biāo)領(lǐng)域的經(jīng)驗風(fēng)險;③控制分類器在源領(lǐng)域的負(fù)相似度。

1.3.3 圖像聚類算法

該算法對圖像進(jìn)行聚類，壓縮了樣本的信息，又保留特征信息。實驗結(jié)果表明，提出的方法具有良好的聚類效果，在定位服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用良好。

假設(shè)對于給定圖像的先驗概率為p（x），圖像特征分布用條件密度函數(shù)p（y|x）描述，其中p（y|x）是一個高斯混合模型，這樣可得到圖像-特征聯(lián)合分布p（xy）。因為p（y|x）是個高斯混合模型分布，每個聚類c的密度函數(shù)p（y|c）為p（y|x）的線性組合，因此也是一個高斯混合模型。設(shè)fi和fj是和圖像類ci和cj相關(guān)聯(lián)的高斯混合模型，則ci和cj合并后的高斯混合模型表示如下：

設(shè)f（y|ci）和f（y|cj）分別為圖像聚類ci和cj的高斯混合模型［11］，則ci和cj合并后的高斯混合模型為：

根據(jù)式（10）和式（12）聚類ci和cj之間的距離表示如下：

式中N表示圖像的數(shù)目，d（cicj）表示合并兩個聚類所造成的信息損失。聚類時，每次選擇信息損失最小的兩個圖像類進(jìn)行合并，直到達(dá)到規(guī)定的聚類個數(shù)為止［12］。

1.3.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

圖2 定位服務(wù)系統(tǒng)

（1）定位服務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。具體流程是：①手機(jī)通過接收衛(wèi)星信息計算位置;②巡警定期將自己的位置信息報告給指揮中心;③受害者將案情和案發(fā)地點報告給指揮中心;④ 指揮中心搜索最近的警員，并向該警員發(fā)出趕往案發(fā)現(xiàn)場的指令;⑤警察趕往案發(fā)現(xiàn)場處理案情。

核心系統(tǒng)如圖3所示［13］。

圖3 核心系統(tǒng)

定位運算框圖如圖4所示。

圖4 定位運算

（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。案情信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下，主要包括案發(fā)時間，案發(fā)地點的經(jīng)度和緯度信息，以及案件類型［14］：

（3）系統(tǒng)實現(xiàn)界面（圖5）

圖5（a）是報警客戶端界面，包括案件的類型以及一個按鈕向指揮中心報告案情，同時可以將罪犯的相片拍下上傳到指揮中心。圖5（b）是警察收到的案情信息，包括時間，位置，報警人的手機(jī)號碼，案件類型［15］。如果系統(tǒng)不能辨別該位置的地名，將顯示該位置的經(jīng)度和緯度。圖5（c）是警察端參數(shù)設(shè)置，包括警員電話號碼，警號，向指揮中心報告自己位置的周期，以及處理案情的半徑范圍，定義半徑范圍的意義在于，警員只處理自己管轄范圍的案件。圖5（d）是案情地圖。警員可以看到他接收到的案件的位置。圖5（e）是警員視圖，警員可以在地圖上看到他附近的警員。

圖5 各種界面圖

2 結(jié)語

移動位置服務(wù)系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。兼容中/英文短消息報警功能，移動中接警和布、撤防。可通過異地打入電話或發(fā)短信指令進(jìn)行遠(yuǎn)程布防，撤防，監(jiān)聽，遙控輸出，主機(jī)功能設(shè)置等。特別適用于車庫，倉庫等有線網(wǎng)絡(luò)不能到達(dá)的地方［16］。

本文創(chuàng)新點：課題研究并設(shè)計實現(xiàn)了移動位置服務(wù)信息系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的開發(fā)模式，開發(fā)選擇eclipse，android2.3，后臺數(shù)據(jù)庫選用SQL Server 2005。

根據(jù)上述方案，設(shè)計了試驗系統(tǒng)，并進(jìn)行了多次現(xiàn)場測試，開發(fā)的定位系統(tǒng)能夠正確收到報警信息，未出現(xiàn)虛報警及漏報警。系統(tǒng)測試表明，能夠?qū)崿F(xiàn)報警電話快速定位的功能，并通過地圖或文字描述等方式展示位置信息，達(dá)到接警、處警對位置信息的要求。系統(tǒng)將大量分散的、數(shù)據(jù)格式各異的信息，集中管理和分析，界面友好，實現(xiàn)多個系統(tǒng)的集成，實驗證明，該系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，具有較高的實用性和通用性。

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