個性化的周期性定位策略研究

杜武恭，杜惠英/Du Wugong，Du Huiying

（1.中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 北京100045；2.北京信息科技大學(xué)信息管理學(xué)院 北京100192）

1 現(xiàn)有定位技術(shù)

位置服務(wù)（Location Based Service，LBS）是通過通信網(wǎng)絡(luò)獲取移動終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)），在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)位置服務(wù)的一種新型業(yè)務(wù)。隨著移動電話成為人們生活中不可或缺的一部分，移動服務(wù)市場對利用移動電話獲取位置信息的需求越來越迫切。

位置信息服務(wù)興起于美國。1996年，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）下達(dá)指示，要求移動運(yùn)營商為手機(jī)用戶提供E911（緊急求助）服務(wù)，即提供呼叫者的位置以便及時救援，這實際上就是位置服務(wù)的開始[1]。此后，日本、德國、法國、瑞典、芬蘭等國家紛紛推出各具特色的商用位置服務(wù)。目前，世界上許多國家都以法律的形式頒布了對移動位置服務(wù)的要求。人們在日常生活中使用的大部分信息都與位置存在某種關(guān)系，特定的位置信息服務(wù)類型包括娛樂消息、交通報告、地圖和向?qū)?、目?biāo)廣告、交互式游戲、車輛跟蹤、運(yùn)程信息和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等[2]。

隨著移動終端越來越普及和移動定位技術(shù)的不斷提高，人們越來越多地把移動終端（如手機(jī)）作為一種監(jiān)護(hù)手段，并且采用周期性定位的方式。與即時定位不同，周期性定位是指事先設(shè)置定位時間段和觸發(fā)定位的時間周期間隔，根據(jù)時間段和時間間隔計算觸發(fā)周期性定位的時間點(diǎn)，當(dāng)定位時間點(diǎn)到達(dá)時觸發(fā)定位，將定位結(jié)果傳給指定的接收人，并開始計算下一個周期定位的時間點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)包括預(yù)先設(shè)置周期性定位監(jiān)控規(guī)則、按照某種定位策略提供定位服務(wù)、將定位結(jié)果告知監(jiān)護(hù)人等，如幼兒園、小學(xué)的兒童周期性監(jiān)護(hù)。

現(xiàn)有系統(tǒng)方法中，通常采用兩種定位策略：一是采用固定的單一定位方式（如獨(dú)立GPS）進(jìn)行定位；二是采用固定的回退定位策略進(jìn)行定位，如先發(fā)起GPSOne 方式定位，若失敗，再采用基站方式定位。但在頻繁使用定位業(yè)務(wù)且范圍相對固定的場景下，如周期性監(jiān)護(hù)業(yè)務(wù)場景，單個用戶獲得定位結(jié)果的方式通常相對固定。如果采用固定的單一定位方式或固定的回退定位策略進(jìn)行定位，那么，可能會導(dǎo)致定位結(jié)果準(zhǔn)確率相對較低，成功率相對較低或定位過程時間相對較長，被定位手機(jī)耗電量相對較多等問題。

2 新的個性化定位策略

2.1 術(shù)語定義

（1）定位策略

一種定位方式定義為一種定位策略。

（2）定位策略組合

一系列具有先后邏輯順序的定位策略的組合。在執(zhí)行定位的過程中，首先采用組合中第一種定位策略進(jìn)行定位，如果成功，則終止定位；如果失敗，則采用組合中第二種定位策略進(jìn)行定位，如果成功，則終止定位。以此類推，如果執(zhí)行至最后一種定位策略仍然失敗，那么同樣終止定位。

（3）定位策略（組合）集

所有定位策略組合構(gòu)成定位策略組合集。

2.2 個性化定位策略

系統(tǒng)包括定位策略判斷單元、定位策略調(diào)整決策單元、定位計算單元和定位結(jié)果通知單元。定位策略判斷單元包括定位策略提取子單元、定位策略判斷子單元、定位策略選擇子單元。定位策略判斷單元可以部署在被定位移動終端側(cè)，也可以部署在定位業(yè)務(wù)平臺側(cè)。定位策略調(diào)整決策單元包括定位策略記錄子單元、定位策略統(tǒng)計分析子單元、定位策略更新子單元、定位策略保存子單元。定位策略調(diào)整決策單元可以部署在被定位移動終端側(cè)，也可以部署在定位業(yè)務(wù)平臺側(cè)。

（1）定位策略提取子單元

所述定位策略提取子單元根據(jù)一定條件提取用戶的定位策略組合集。定位策略組合集包含若干定位策略組合，如監(jiān)護(hù)用戶手機(jī)號碼、被定位手機(jī)號碼、被定位手機(jī)IMEI 號等均可作為提取條件。在不同地域提供的定位方式或?qū)Σ煌瑯I(yè)務(wù)開放的定位方式可能存在差異，每個被定位號碼所在的地域或選擇的業(yè)務(wù)可能不同。因此，針對不同被定位的手機(jī)號碼，有效的定位策略組合集可能不同。

（2）定位策略判斷子單元

定位策略判斷子單元在策略提取子單元為用戶提取完個性化的定位策略組合集后，結(jié)合本次即將進(jìn)行的定位過程的日期、時間等特征，按照事先設(shè)定的判斷條件對所提取的定位策略組合集進(jìn)行對比、判斷。判斷條件由用戶自行導(dǎo)入和設(shè)置，如周一～周五、周六～周日，上午、中午、下午等；也可由系統(tǒng)裝置提供分類判斷條件。在不同的判斷條件下，定位策略組合可能不同。例如，以每天屬性作為判斷條件，周一～周五選擇策略組合1，周六～周日選擇策略組合2；按照上午、中午、下午屬性作為判斷條件，上午選擇策略組合3，中午選擇策略組合2，下午選擇策略組合1。若以每天屬性作為判斷條件，那么周一上午所選定位策略組合為策略組合1；若以上午、中午、下午屬性作為判斷條件，那么周一上午所選定位策略組合為策略組合3。為了保證定位策略統(tǒng)計分析子單元的模型計算具有統(tǒng)計意義，可以設(shè)定在用戶進(jìn)行定位操作最初的一段時間內(nèi)，如一周，從便于操作的角度出發(fā)，業(yè)務(wù)平臺采用統(tǒng)一的定位策略組合為用戶提供定位，以獲得基礎(chǔ)定位策略歷史記錄庫。在設(shè)定的統(tǒng)一定位策略組合期限內(nèi)，定位策略組合不做更新。

（3）定位策略選擇子單元

定位策略選擇子單元根據(jù)定位策略判斷子單元的判斷結(jié)果，選擇相應(yīng)的定位策略組合，供本次即將進(jìn)行的定位過程使用。本次定位選擇的定位策略組合可能和前一次定位選擇的定位策略組合不同。

（4）定位策略記錄子單元

定位策略記錄子單元對剛完成定位過程并成功獲得定位結(jié)果的定位策略進(jìn)行記錄并保存至用戶成功完成定位的歷史定位策略記錄庫。定位過程按照選定的定位策略組合執(zhí)行，成功獲取定位結(jié)果的定位策略可能是定位策略組合中第一個定位策略，也可能是定位策略組合中的其他定位策略。

（5）定位策略統(tǒng)計分析子單元

定位策略統(tǒng)計分析子單元建立定位策略統(tǒng)計分析模型，定義模型自變量和因變量，制定模型檢驗標(biāo)準(zhǔn)。接收來自定位策略記錄子單元的、針對每個被定位號碼的歷史定位策略記錄樣本并作為模型的輸入，同時輸出計算結(jié)果。針對模型計算結(jié)果進(jìn)行解釋分析，給出新的定位策略組合。

（6）定位策略更新子單元

定位策略更新子單元將定位策略統(tǒng)計分析子單元分析提供的定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合進(jìn)行比較，如果新定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合集中的某一定位策略組合相同，則不做更新；如果新定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合集中的所有定位策略組合都不相同，則將新的定位策略組合添加至定位策略組合集。

（7）定位策略保存子單元

定位策略保存子單元提供定位策略更新子單元更新的定位策略組合集的保存功能，供定位策略提取子單元提取調(diào)用。

（8）定位計算單元

定位計算單元根據(jù)定位策略選擇子單元選擇的定位策略按照定位策略順序進(jìn)行定位，并對定位結(jié)果進(jìn)行計算。定位過程可以由定位業(yè)務(wù)平臺獨(dú)立完成、被定位終端獨(dú)立完成或定位業(yè)務(wù)平臺和被定位終端交互完成。成功完成定位過程的定位策略可能為所選定位策略組合的第一種定位策略，也可能為所選定位策略組合的其他定位策略。

（9）定位結(jié)果通知單元

定位結(jié)果通知單元根據(jù)定位計算單元提供的定位結(jié)果，按照一定的形式進(jìn)行組織，并通知指定的用戶。定位結(jié)果可以是短信內(nèi)容或彩信圖片，也可以是郵件內(nèi)容等其他形式。通知用戶的形式可以是短信、彩信、站內(nèi)信或郵件等形式。定位位置信息可以通過業(yè)務(wù)平臺發(fā)給指定人員，也可以通過移動終端發(fā)給指定人員。

2.3 策略具體的實現(xiàn)步驟

第1 步：定位策略提取子單元根據(jù)用戶號碼或其他可判別用戶屬性的條件，從定位策略保存子單元為用戶提取個性化的定位策略組合集，并輸出給定位策略判斷子單元。

第2 步：定位策略判斷子單元根據(jù)判決條件，結(jié)合本次即將進(jìn)行的定位過程的日期、時間等特征，按照事先設(shè)定的判斷條件對所提取的定位策略組合集進(jìn)行對比判斷。

第3 步：定位策略選擇子單元根據(jù)定位策略判斷子單元的判斷結(jié)果，選擇相應(yīng)的定位策略組合，供本次即將進(jìn)行的定位過程使用。

第4 步：定位計算單元按照定位策略選擇子單元選擇確定的定位策略組合，執(zhí)行定位過程操作。

第5 步：如果定位過程成功獲得定位結(jié)果，那么告知定位結(jié)果通知單元和定位策略記錄子單元；如果定位過程未成功獲得定位結(jié)果，那么告知定位結(jié)果通知單元本次定位失敗。

第6 步：如果本地定位成功，定位結(jié)果通知單元將定位位置信息發(fā)送給指定用戶； 定位策略記錄子單元記錄本次成功獲得定位信息的定位策略并執(zhí)行以下步驟； 如果定位結(jié)果通知單元收到本次定位失敗信息，則通知指定用戶本次定位失敗，同時結(jié)束本次定位操作。

第7 步：定位策略統(tǒng)計分析子單元接收來自定位策略記錄子單元提供的本次成功完成定位的定位策略，更新至被定位號碼的歷史定位策略庫，作為模型的輸入，輸出計算結(jié)果。針對模型計算結(jié)果進(jìn)行解釋分析，給出新的定位策略組合。

第8 步：定位策略更新子單元將定位策略統(tǒng)計分析子單元分析提供的定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合進(jìn)行比較，如果新定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合集中的某一定位策略組合相同，則不做更新；如果新定位策略組合與現(xiàn)有定位策略組合集中的所有定位策略組合都不相同，則將新的定位策略組合添加至定位策略組合集。

第9 步：定位策略保存子單元提供定位策略更新子單元更新的定位策略組合集的保存功能，供定位策略提取子單元下次執(zhí)行定位過程時提取調(diào)用，本次定位過程結(jié)束。

3 個性化定位策略的應(yīng)用效果

傳統(tǒng)的定位技術(shù)主要包括GPRS、WLAN、RFID、ZigBee、UWB 等定位技術(shù)[3,4]。與現(xiàn)有的定位技術(shù)相比，采用本定位策略，可實現(xiàn)以下效果。

第一，可以針對不同業(yè)務(wù)下的被定位號碼或同一業(yè)務(wù)下的不同被定位號碼，自動優(yōu)選個性化的定位策略組合?，F(xiàn)有技術(shù)只能提供單一的定位策略或單一固定的回退策略。

第二，能夠在兼顧成功率和定位精度的前提下提高定位速度。在現(xiàn)有技術(shù)下，假設(shè)采用單一的固定回退策略為用戶提供定位服務(wù)，這樣能取得比單一定位方式下整體定位成功率高的定位成功率，如“先Wi-Fi 再GPS”。假設(shè)被定位手機(jī)周一～周五都處于城市市區(qū)室內(nèi)的Wi-Fi 覆蓋場景（如小學(xué)上學(xué)期間），周六～周日處于城市郊區(qū)無Wi-Fi 覆蓋場景。那么每周的周六～周日被定位手機(jī)的定位請求也都需要以“先Wi-Fi 再GPS”的方式加以滿足。每次的定位過程時間大致等于Wi-Fi 方式的定位失敗時間加上GPS 方式的定位成功時間。

采用本策略，通過動態(tài)的定位策略組合優(yōu)化，遇到這種規(guī)律性的空曠室外定位場景的定位請求，可以個性化地選擇GPS 定位作為優(yōu)先定位方式的定位策略組合，直接優(yōu)先采用GPS 方式進(jìn)行定位，從而減少了因Wi-Fi 方式的定位嘗試失敗而產(chǎn)生的時間，進(jìn)而提高了定位速度。

第三，能夠有效地降低頻繁且范圍相對固定的定位業(yè)務(wù)給運(yùn)營商定位平臺帶來的壓力。在現(xiàn)有技術(shù)下，同樣假設(shè)采用單一的固定回退策略對用戶提供定位服務(wù)。但由于被定位手機(jī)對定位方式的支持程度不夠，或定位平臺業(yè)務(wù)過于繁忙，或定位終端所處定位場景比較特殊等原因，會頻繁出現(xiàn)針對某次定位需求而需要進(jìn)行多次定位嘗試的結(jié)果。例如，定位回退策略是“先GPSOne 后基站”，而被定位手機(jī)不支持GPSOne 芯片，那么針對該被定位手機(jī)的定位需求都需要先發(fā)起一次必然會失敗的GPSOne 定位嘗試和一次可能成功的基站定位嘗試，從而分別對GPSOne 定位平臺和基站定位平臺各產(chǎn)生一次壓力（目前的低端手機(jī)大部分都不支持GPSOne 芯片）。

采用本專利，通過動態(tài)的定位策略組合優(yōu)化，遇到不支持GPSOne 芯片的被定位手機(jī)的定位請求，可以個性化地選擇基站定位作為優(yōu)先定位方式的定位策略組合，直接優(yōu)先采用基站方式進(jìn)行定位，從而直接減少了對GPSOne 定位平臺的業(yè)務(wù)請求和計算壓力。

第四，有效地降低用戶定位終端的耗電量。在現(xiàn)有技術(shù)下，同樣假設(shè)采用單一的固定回退策略對用戶提供定位服務(wù)，如“先GPS 再基站”。假設(shè)被定位手機(jī)在周一~周五的上午3 個小時和下午3 個小時的時段內(nèi)都處于室內(nèi)場景（如小學(xué)上學(xué)期間），定位間隔被設(shè)定為20 min，即每隔20 min 發(fā)起一次定位請求。并且假設(shè)這些室內(nèi)定位場景都無法通過GPS 定位獲得位置信息。那么每周將有5×6×3=90 次失敗的尋找GPS 信號及定位嘗試，由此對被定位手機(jī)產(chǎn)生90 次無效率的耗電過程。

采用本專利，通過動態(tài)的定位策略組合優(yōu)化，遇到這種規(guī)律性的室內(nèi)定位場景的定位請求，可以個性化地選擇基站定位作為優(yōu)先定位方式的定位策略組合，直接優(yōu)先采用基站方式進(jìn)行定位，從而幫助被定位手機(jī)降低耗電量，延長被定位手機(jī)的待機(jī)時間。

4 結(jié)束語

移動定位技術(shù)的使用場景越來越多，給社會帶來了更多改變，目前，針對周期性的監(jiān)控定位應(yīng)用存在諸多問題。本文提出的定位策略解決了針對不同用戶優(yōu)選個性化定位策略，在兼顧定位成功率和定位精度的前提下，快速完成定位的技術(shù)難題，可應(yīng)用于改進(jìn)現(xiàn)有對于老人或兒童手機(jī)監(jiān)護(hù)業(yè)務(wù)，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本策略同樣適用于活動范圍相對固定的外勤監(jiān)控業(yè)務(wù)，如公交營運(yùn)監(jiān)控、快遞人員工作監(jiān)控等。

[1]SOO M F，CHRISTOPHER H，LEE W M.Dynamic WAP Application Development[Z].Manning Publications Company，2001.

[2]金輝.位置服務(wù)和移動定位技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2006.

[3]MORGAN STANLEY.Mobile Internet research report[EB/OL].http://www.morganstanley.com/about-us-articles/4659e2f5-ea51-11deaec2-33992aa82cc2.html，2009.

[4]張明華.基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2009.