1、1本科毕业论文（20 届）浅析 LBS 与地图结合大数据在生活中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2浅析 LBS 与地图结合大数据在生活中的应用摘要：LBS 技术与地图电子化的在近几年有了长足的发展。随着人们身边的智能设备增加，日常生活中产生的数据量也是呈指数级增长，大数据让 LBS 与地图的结合在很多实际场景也起到了重要作用。本文从 LBS 与地图的起源开始简述 LBS 与地图对生活的影响。并且对于 LBS 定位数据的准确性计算方案提出了解决方案，探索了未来在大数据下地图与 LBS 在民生领域中的实际运用。关键词：大数据;地图;LBS;GPS;定位34目录1 引言.42
2、 地图与 LBS 的发展历程与大数据的崛起.42.1 LBS 的起源.42.2 LBS 的发展与地图的结合.42.3 现阶段大数据对于 LBS 与地图的影响.43 对于地理位置数据的收集与使用.53.1 地理位置信息采集方式.53.2 GPS 定位与 LBS 基站定位的结合.73.3 GPS 定位与 LBS 基站定位的结合在具体案例中的应用.84 众包地图 Waze大数据下 LBS 与地图的应用成功案例分析.134.1 Waze 的起源与发展.134.2.对于 Waze 影响的分析与思考.155 展望新技术在大数据下 LBS 与地图的更多应用场景.155.1 VR 在全景地图中的应用对未来生活
3、的改变.155.2 地图数据的采集在无人驾驶汽车中的应用.156 总结.16致谢语.17参考文献.1851 引言现代社会正处于一个高速发展的时期，互联网的发展遵循摩尔定律，以至于日常生活中产生的数据量正在以指数级进行增长。现代的测绘技术也是这一时期有了飞速的发展，基于大数据下的地图的测绘更加的不但快速精确，内容也更加丰富。与此同时 GPS 的民用化和基站定位等技术的不断成熟 LBS 在日常生活中得到了极其广泛的推广与运用。未来这些服务还会为民众提供更多的便利和创造更多的价值。2 地图与 LBS 的发展历程与大数据的崛起2.1 LBS 的起源在上个世纪 70 年代美国就已经发布了 911 服务标
4、准 1。原因是一个 1993 年突发的绑架杀害事件，在二十世纪末推行了 E911 这个有时代意义的命令。要建设一个在全球范围都能追踪到用户位置的公共安全网络。并且确立了多种定位用户位置的方案。不论是有线网络，还是无线网络都能精确把用户定位到 50 至 300 米的范围以内。同时于 2001 年的 911 发生的恐怖事件让美国公众真正的认识到位置信息服务对于公共安全的重要性，并且迫使移动运营商投入更多的金钱与人力来发展位置服务从而催生了LBS 市场的发展。我国的 LBS 业务的发展源自于 2001 年的中国移动推出的移动梦网业务。同时开始了我国 LBS 商业化的进程。2.2 LBS 的发展与地图
5、的结合由于一开始的定位精度还是比较低，GPS不能进行短时间的连续定位以及地图数据的不完善，导致一开始LBS并没有实际意义与商业价值，直到2006年。2006年，GPS定位的精度已经可以达到5至50米的连续、精确的定位。并且同期互联网地图的出现，一大批的地图厂商、软硬件厂商都涌入这一行业，开发出了一系列在线的LBS终端产品。由于这是个初期市场，让这些公司有极大的动力对这些无线技术和硬件设施进行完善，所以导致了接下来的数年LBS在国内有了爆炸式的增长。我国LBS服务针对个人进行的服务的市场在2009年达到了3.35亿元，2009年激增为6.44亿元，2010年更是激增到9.98亿元。同时，在Web
6、 2.0互联网新浪潮的冲击下，受到美国公司Foursquare的商业模式的引导，国内在短时间内出现了大量基于LBS的公司。在这样环境下的地图终于脱离纸张，进入手机等移动终端，融入在用户的生活中。理所应当的地图上升到一个史无前例的战略位置。并且被赋予了全新的定义平台级的生活入口应用 3。2.3 现阶段大数据对于 LBS 与地图的影响近年，随着智能设备的急速增长，用户在日程生活使用各类应用产生了巨量的数据，大数据就是在这个期间崛起的。在大数据是一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据6流转、多样的数据类型和价值密度低四大
7、特征。由于近几年电子技术的突飞猛进与数据存储的价格迅猛下跌，开启了数据的云时代。各大互联网公司纷纷投身其中了。在自家产品服务用户的同时也展开了各项数据的收集与分析，一方面可以更好的服务用户，另一方面可以更好的营销，创造利润。地图导航是最早也是应用最多的功能，就目前用户量最大的百度地图来说，已经实现了超过 600 万公里的路网覆盖，POI 总数超过4000万，整体准确率为 96.50%。定位精度方面，WIFI定位精度为 30 米，高精度的室内位精度 1-3 米，定位速度 0.2 秒。百度公布的数据显示，百度地图拥有3.26 亿的MAU。目前每日使用次数平均都超过 230 亿次。已然成为民众生活中
8、不可或缺的一部分了 4。在收集了海量数据后，对于用户的进行行为与需求进行分析在满足了导航这样的基本需求后，引导人们的视线从马路延伸到马路周边的与生活相关的服务。在到达目的地后的你就可以通过百度地图获取餐饮娱乐、订酒店、汽车加油、保养等 O2O 服务，是LBS的进一步应用，也是一种趋势。位于大数据下的 LBS 与地图，让人们不仅可以更为清晰的看世界，可以更透明的看到身边的信息。这些技术已经在行为层面改变了人民的生活方式。3 对于地理位置数据的收集与使用3.1 地理位置信息采集方式由于互联网软硬件产业的突飞猛进，根据2015年的数据显示，具备定位功能的智能手机已经突破6亿部。地理位置信息的记录与收
9、集也变为极为重要，天气的预报，旅游服务等其他服务也在让我们受益不浅。以下是收集数据的几种方式。3.1.1 GPS 定位GPS是全球定位系统的缩写,它是目前在各个领域都有应用的定位系统。目前在全球范围内可以实行全天候实，不间断的实时的三维定位。并且具有较高的精度（十米左右） 。定位系统共分三个部分，如图1所示。第一部分：卫星所在外太空部分。GPS的外太空部分是由24颗GPS持续不断工作的地球同步卫星所组成。这些工作卫星一起工作组成了GPS定位卫星星座。其中21颗卫星用于进行实时导航。另外3颗为的备用卫星以防止正常卫星出现问题无法工作。其中每颗GPS工作卫星都是可以发出定位的信号。地面上的GPS用
10、户也是使用这些GPS卫星传输的信号来进行日常的定位工作。第二部分：地面控制部分。GPS的控制部分是由分散在世界各位置的卫星追踪站组成的。这些跟踪站有三类，分别为主控站、监控站和注入站。主控制站处在美国。主控站是根据各监控站对GPS的日常观测的数据，并计算卫星的修正参数等，将修正后的这些参数经过注入站发送到需要修正的卫星中去进行修正；还可以对卫星进行全方位控制，当正常工作卫7星出现故障问题时。调度备用卫星进行工作。另外，主控站也是具有监控站的监控功能功能。第三部分地面客户端部分。GPS接收端由GPS接收机和如智能手机，车载GPS导航系统等客户端所组成。其作用是接收GPS卫星信号，并且提取这些GP
11、S信号帮助用户进行工作 5。图1 GPS定位系统示意图3.1.2 蜂窝基站定位LBS被认为是目前最具发展前景的产业与无线定位技术的不断发展。在商业环境中对于其进行定位时速度的要求也越来越高，GPS定位虽然精准但是启动慢搜索慢的缺点不能满足现阶段的需求，GSM基站定位就是在这样的环境下产生的。其优点是定位迅速、能耗低、价格便宜的优势。这样方便快捷的定位方式，目前应用极为广泛 6。GSM定位的原理：GSM网络是由一大群类似蜂窝的基站信号塔组成的，这些基站信号塔按照设定的通讯范围把整个地面区域划分成众多类似蜂窝的信号小区。这些小区大小不定8根据范围内的建筑物，如果密集则为几十米，如若是草原则是几千米
12、。我们用移动设备处于信号塔的网络中，利用最近的基站接入网络，然后利用这些基站在GSM网络进行数据交互的 7。那么GSM定位，就是借助这些成群的蜂窝基站进行的。3.1.3 WIFI 定位由于模块随着智能手机的普及，也大范围的应用在日常生活中。其定位原理类似基站定位。WIFI定位基本原理：WIFI设备使用的都是世界唯一的MAC地址,并且通常无线设备不会随便改变位置。具备无线通讯的设备在开启WIFI的情况下,一直对周围的信号进行扫描与采集,无论是否需要输入密码还是无法链接的WIFI信号,甚至信号强度低WIFI信号都能显示在无线信号列表中，在扫描这些信号的同时也获取到这些无线设备发送出来的它唯一的MA
13、C地址。移动智能设备利用互联网将这些地址数据发送给LBS服务商,进行无线设备的地址检索。并根据每个信号的强弱程度,识别设备所在的地址并返回到用户设备 8。所以地理信息服务商开着信号采集车去大街小巷采集AP和基站的信号数据。并且利用安卓手机的特性，以静默方式向使用定位服务的用户收集位置数据安卓手机用户在开启WIFI开关时，会提醒用户是否同意谷歌使用这些数据。3.2 GPS 定位与 LBS 基站定位的结合3.2.1 GSP 定位与基站定位的优缺点GPS 定位的具有精确、稳定、定位迅速的特点。在较为空旷能接到卫星信号的位置，就能进行精确度在 5 米以内的定位。但是缺点是，开启速度慢，需要数秒，并且还
14、需要十几秒的搜索卫星。并且受天气位置的影响大。在天气不佳或者遮蔽物多的城市高楼，树荫高架桥下等位置均无法定位。LBS 基站定位的优势是方便，快捷，只要设备能与基站进行数据交互，根据设备接收到的周围 3 个基站的信号差别就能判断出所在位置，并且不受天气，高楼等位置的影响 9。但是缺点是无法进行较高精度的定位，误差范围在 50-500 左右。如果是开阔的地方，基站架设的跨度大，误差会更大。3.2.2 GPS 定位与 LBS 基站定位的结合与优化由于目前的智能手机都再用了 GPS 接收器与手机的处理器连接，当接收到 GPS 卫星信号，通过本地自带的 GPS 定位算法直接可以计算出本机所处的位置。同时
15、使用智能设备内置的基站信号和无线网络对基站进行通信，扫描周围的基站信息，发送到基于 GSM 或者 GPRS 的网络连接基站完成定位，设备利用既有的数据库以及算法计算出所在位置。但是二者的数据会有误差，那么如何选择数据与处理数据的误差成为结合难点。一般来说要进行定位服务时用户会开启 GPS 服务，同时引导用户打开数据服务。所以在地域广阔的野外如山区草原的此类位置搜索卫星快速，基站稀少，此时选用 GPS 为主，9LBS 为辅的方案。但是在城市中，由于遮蔽物较多，则选用基站定位为主，迅速确定大致位置，然后在进行 GPS 精准定位，这样大大减少了等待时长。当用户使用二者同时导航时，一定存在误差。这时遇
16、到的问题是最终应该呈现一个怎样的定位数据才最为准确，最符合用户的需求。所以经过研究后给出以下两种解决方案.第一种是：将得到的基站数据与 GPS 定位的数据进行互相取均值，这是最简单的方案，也是最稳妥的。改正公式如下（其中 Xmax 表示较大的纬度数据，X min 表示较小纬度数据；Ymax 表示较大经度数据，Y min 表示较小经度数据)：(Xmax+Xmin)/2;(Ymax+Ymin)/2第二种是：利用数学概率学中的极差来进行计算。由于进行统计时，一般用极差来对一组数据的离散程度进行描述，反应变量的分布的变异和离散程度。并且总体任何两个单位的标准差不可能超过极差。而且它能表现这些数据的波动
17、范围。极差数字越大，离散程度越大。所以，在进行一次定位中，多测量几组数据（至少 2 次） ，并且取他们的极差。极差越小，就为较精确的数据。我们就可以反馈这个数据，让地图软件对其进行呈现。计算公式如下：极差=最大值- 最小值全距=最大标志值-最小标志值。3.3 大数据下 GPS 定位与 LBS 基站定位的结合在具体案例中的应用3.3.1 上海外滩踩踏事故事件还原2014 年 12 月 31 日 23 时 35 分，在全民跨年最高潮的时刻，众多游客市民一起来到在上海外滩观看灯火秀迎接新年的到来，上海地区最繁华的黄浦区外滩区域观景平台的人行通道阶梯处有人因为人流量太大受到大力挤压跌倒，产生了更多的摔
18、倒，最终导致大面积的踩踏事件发生 10。3.3.2 事件发生时地理位置信息的收集过程当用户使用数据网络时，设备已经完成初步定位。当使用百度的搜索或者地图服务时，百度即可获取用户的地理位置信息。并且上传到服务器进行处理，并且在地图上进行显示。如图 2 所示。10图2 地理位置信息收集示意图3.3.3 外滩踩踏事故中的地理位置数据的优化处理以及分析当日事发地产生了 127 万次的定位请求。以下当日收到的 GPS 与基站定位的部分数据。通过上面的第一种校正公式进行校正后得到最后两列位置数据。表 1 基站与 GPS 定位数据UTC LNG LAT GPS-N GPS-E GPS-H AVG-N AVG
19、-E31230105 121.369965 31.17959 121.374557 31.177685 36.35 121.372261 31.178637531230105 121.13948 31.191538 121.144077 31.189666 39.09 121.1417785 31.19060231230105 121.425545 31.268955 121.430191 31.267135 22.27 121.427868 31.26804531230105 121.5969 31.21504 121.6011 31.212833 23.96 121.599 31.213936531230105 121.434586 31.194447 121.43921499 31.192584 31.24 121.436900499999 31.1935155
