小灵通多基站多参数定位系统 【技术领域】
本发明涉及一种个人手持无线电话系统，尤其是一种基于小灵通网络的多基站多参数定位系统。
背景技术
已广泛使用的小灵通，由于采用微蜂窝技术，基站功率较小，覆盖距离近，因此能够对系统内的个人手持无线电话系统(PHS)通讯终端提供比较准确的区域定位服务。与GSM和CDMA等采用宏蜂窝的无线网络相比，小灵通定位业务确实有成本低、精度相对高的先天性优势。
目前，公知的已经采用的PHS定位方式是从小灵通网络侧发起的，根据普通PHS通讯终端与其当前通讯的基站的位置来确定该PHS通讯终端当前的位置，即PHS基站的位置就是PHS终端的位置(即所谓的基于网络侧的单基站定位方式)。由于受PHS通讯网络信号的限制，PHS终端的当前通讯基站并不一定是与PHS终端距离最近的基站。再加上目前小灵通基站的信号覆盖范围和覆盖情况的差异性，使用这种方法会给PHS通讯终端位置的确定带来较大的误差，一般误差为150-500米。并且此种定位方式还必须依赖于PHS网络设备厂商的特殊(网络)设备和系统才能提供定位相关的信息，而目前国内商用地PHS网络主要由朗讯公司(Lucent)、中兴通讯公司(ZTE)和斯达康公司(UT)等网络提供商提供，而国外主要由日本厂商提供。不同厂商的系统，其定位的方法和接口又都各不相同，这必将给小灵通位置服务系统的开发和应用带来一定的限制和瓶颈。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述小灵通单基站定位方法的种种弊端，提供一种精度高，可减少小灵通核心网络系统的负荷，可独立于不同厂家的网络系统，不必根据不同的PHS网络开发不同的定位系统，基于小灵通网络的多基站多参数定位方法及其装置。
本发明所说的小灵通多基站多参数定位方法为：
1、位置信息查询用户发送位置查询请求信息；
2、移动定位处理系统接收到查询者的位置信息查询请求后，首先到业务数据服务器中读取用户的信息和授权情况，对其合法性进行鉴权；
3、若用户为合法用户，则进入下一步；
4、若用户为非法用户，则给出相应的提示，结束该流程；
5、根据合法用户的具体定位指令要求，通过向被查询者佩带的PHS网络参数处理装置(或称PHS定位终端，以下采用PHS网络参数处理装置)发送指令；
6、PHS网络参数处理装置接收到指令后，对其合法性进行鉴权，即对步骤5中所说的指令中的格式和密码进行核对，若为合法指令，则进入下一步骤；
7、若为非法指令，则结束该流程；
8、PHS网络参数处理装置根据指令，按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，按照指令的时间格式要求，以接收指令时所使用的通讯方式将收集的基站信息回复给移动定位处理系统，并核查是否发送成功，若发送不成功，则继续发送，直至发送成功为止；
9、移动定位处理系统通过接口服务器接收PHS网络参数处理装置发送来的基站信息，根据基站信息中的基站编号查找小灵通网管数据库中相应的基站编号，抽取基站的经纬度信息、安装信息和场强及小区号信息，作为计算该装置位置的综合参数，调用移动定位处理系统中的空间位置算法模型，将参数输入到算法模型中，计算出PHS网络参数处理装置的位置；
10、结合GIS(地理信息系统)服务器中的电子地图图形要素和专题属性信息GIS系统，以用户要求的形式将PHS网络参数处理装置的位置信息通过相应的接口服务器传输给用户，从而完成一次的定位业务。
所说的位置信息查询用户向移动定位处理系统发送位置查询请求信息是指位置信息查询用户通过通讯方式按指定的格式或操作向移动定位处理系统发送位置查询请求信息。所说的通讯方式选用短信、C-MODE、WAP、WEB或语音等通讯方式。所说的格式是指查询指令+被查询终端号码，如：TSWZ 05921234567；所说的操作是指选取菜单(C-MODE或WEB方式下)或从查询者的手机终端输入一定的代码如被定位的PHS网络参数处理装置号码和业务密码等。
所说的移动定位处理系统接收到查询者的位置信息查询请求是指移动定位处理系统通过相应的接口服务器接收到查询者的位置信息查询请求；所说的相应的接口服务器是指短信、语音、C-MODE、WAP或WEB接口服务器等；所说的短信接口服务器是指处理以短信的方式传输的位置信息查询指令，其命令的接口和格式、处理命令的流程、发送信息的接口和格式为本发明的内容之一；所说的语音接口服务器是指处理以语音的方式传输的位置信息查询指令，其命令的接口和格式、处理命令的流程、发送信息的接口和格式为本发明的内容之一；所说的C-MODE接口服务器是指处理以C-MODE的方式传输的位置信息查询指令；所说的WAP或WEB接口服务器是指处理以WAP或WEB的方式传输的位置信息查询指令；其命令的接口和格式、处理命令的流程、发送信息的接口和格式为本发明的内容之一。所说的用户的信息和授权情况是用户通过登陆到定位系统提供的门户服务的服务器上去进行相应的设置和管理。
所说的根据合法用户的具体定位指令要求，通过向被查询者佩带的PHS网络参数处理装置是以一定的通讯方式通过相应的接口服务器发送指令。所说的一定的通讯方式是指短信、语音、C-MODE、WAP或WEB等通讯方式；所说的相应的接口服务器是指短信、语音、C-MODE或WEB等接口服务器。
所说的PHS网络参数处理装置根据相应的指令是指立即或在特定时间点或定时按一定时间间隔采用特殊方法按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，立即或在特定时间点或定时按一定时间间隔，以接收指令时所使用的通讯方式将收集的基站信息回复给移动定位处理系统。所说的特殊方法是指强制切断当前装置的通讯链路，重启装置或采用其他方法来刷新装置中的场强寄存器，重新搜寻网络，建立通讯链路。
所说的移动定位处理系统通过相应的接口服务器是指短信、语音、C-MODE、WAP或WEB接口服务器。所说的接收PHS网络参数处理装置发送来的基站信息是指含基站编号、场强和小区的编号。所说的安装信息是指基站的安装高度、功率、型号、经度、纬度、天线类型、天线增益、天线覆盖方向等安装信息。
所说的移动定位处理系统中的空间算法模型为：
定义：
A1：经度1，基站1所在位置的经度
E1：纬度1，基站1所在位置的纬度
F1：场强1，基站1所在位置的场强
P1：功率1，基站1的功率
H1：基站1的天线安装高度
θ1：基站1的天线方向角
μ1：基站1的地理环境修正因子，根据不同地域，不同地理环境，设置不同值，它主要是表示基站所地理环境的影响
λ1：基站1的无量纲系数，0≤λ1≤1，与H1、θ1、μ1有关
λ1=Ch1H1+Cμ2μ1+Cθ3θ1]]>
Ch1：H1的加权系数
Cμ1：μ1的加权系数
Cθ1：θ1的加权系数
以上表示基站1的基本参数，不同基站按不同编号表示(1，2，……)
Δ1＝(P1×λ1)/logP1
Δ2＝(P2×λ2)/logP2
Δ3＝(P3×λ3)/logP3
Δ4＝(P4×λ4)/logP4
Δ5＝(P5×λ5)/logP5
……
Δn＝(Pn×λn)/logPn
Δn：基站n的综合功率系数，与基站的发射功率、地理环境修正因子有关
Δ＝Δ1+Δ2+Δ3+Δ4+Δ5+...+Δn
根据以下公式计算位置经度(A)、纬度(E)初始值：
A=ΣAnΔnΔ]]>
E=ΣEnΔnΔ]]>
Δn：第n个基站的经度，En：第n个基站的纬度。
所说的结合GIS服务器中的GIS系统，以用户要求的形式是指短信方式下，移动定位处理系统在计算出PHS网络参数处理装置的位置后，与GIS服务器中的GIS系统结合，并寻找该位置周围的专题点信息，作为描述该位置的参考物，将该位置信息以文字的方式表达出来，比如，“XXX(被查询者)目前在XXX(参考点，两个以上)的附近”；或是指在WAP/WEB方式下，位置信息即经纬度直接在GIS系统的电子地图上直接标示出来，以矢量化的地图直观的指出被查询者的位置；或是指在C-MODE方式下，位置信息即经纬度直接在GIS系统的电子地图上直接标示出来，并将该点及其附近的图以适当的尺寸截下通过C-MODE方式将图片传输给查询者；或是指在语音方式下，通过与短信方式下相同的方式取得位置信息的文字描述，让后用语音的方式传输给查询者。
所说的将PHS网络参数处理装置的位置信息通过相应的接口服务器是指短信、语音、C-MODE、WAP或WEB等接口服务器，从而完成一次的定位业务。
通过使用本发明进行位置信息查询，与目前的单基站定位方法相比，本发明具有如下优点：
1、精度大大提高：单基站定位一般的误差在150-500米的范围，而采用本发明的方法定位，采用多基站实时信息，精度可以控制在80米以内，概率达85％；
2、减少小灵通核心网络系统的负荷；传统的单基站定位方法，要通过小灵通核心网抽取相关的小灵通注册和通讯信息，通过分析得出用户所在的信息，如果用户数增加，必将给小灵通网络系统带来巨大的负荷，所以，目前单基站的定位方法对用户数是有一定的限制的，而使用本发明的定位方法，其用户数的瓶颈不在小灵通核心网络而在其短信、语音、C-MODE、WAP、WEB接口服务器；
3、独立于不同厂家的网络系统，不必根据不同的网络开发不同的系统；传统的单基站定位方法，必须根据不同的小灵通系统(LUCENT、ZTE、UT)开发不同的接口和协议，才能从系统中的特殊设备中获取位置信息，而本发明所使用的方法，则摆脱了小灵通系统类型的束缚；
【附图说明】
图1为小灵通多基站多参数定位系统的原理示意图。
图2为小灵通多基站多参数定位系统的工作流程图。
图3给出给定位系统中归并算法的工作流程图。
图4为具体的短信方式下的实际例子。
【具体实施方式】
参见图1，本发明所说的基于小灵通网络的多基站定位装置包含特殊定位终端(含特殊的网络参数处理方法)即PHS网络参数处理装置和定位平台两大主要部分组成，其中，PHS网络参数处理装置是指通过不同的通讯方式(短信、语音、C-MODE、WAP、WEB等)接收来自定位平台的不同指令，立即或在特定时间点或定时按一定时间间隔采用特殊方法(该方法为：强制切断当前装置的通讯链路，重启装置或采用其他方法来刷新装置中的场强寄存器，重新搜寻网络，建立通讯链路)按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，按照指令的时间要求，以接收指令时所使用的通讯方式回复给定位平台的特殊装置；定位平台是指通过不同的通讯方式(短信、C-MODE、WAP、WEB等)给PHS网络参数处理装置发送不同的指令，要求该装置根据不同的指令，做出相应的响应，并将结果信息回传给定位平台，定位平台根据返回的信息，做出相应的处理的系统。该定位平台设有移动定位处理系统、GIS服务器、门户服务服务器、业务数据服务器、各种通讯方式(短信、语音、C-MODE、WAP、WEB等)的接口服务器等。在图1中，还给出PHS网络参数处理装置(或称PHS定位终端)、小灵通基站、小灵通核心网服务器群和短信、语音、C-MODE、WEB等网关的关系。
图2给出整个定位系统的工作流程图，具体如下：
1、位置信息查询用户发送位置查询请求信息；
2、移动定位处理系统接收到查询者的位置信息查询请求后，首先到业务数据服务器中读取用户的信息和授权情况，对其合法性进行鉴权；
3、若用户为合法用户，则进入下一步；
4、若用户为非法用户，则给出相应的提示，结束该流程；
5、根据合法用户的具体定位指令要求，通过向被查询者佩带的PHS网络参数处理装置发送指令；
6、PHS网络参数处理装置接收到指令后，对其合法性进行鉴权即对步骤5中所说的指令中的格式和密码进行核对，若为合法指令，则进入下一步骤；
7、若为非法指令，则结束该流程；
8、PHS网络参数处理装置根据指令，按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，按照指令的时间要求，以接收指令时所使用的通讯方式将收集的基站信息回复给移动定位处理系统，并检查是否发送成功，若发送不成功，则继续发送，直至发送成功为止；
9、移动定位处理系统通过接口服务器接收PHS网络参数处理装置发送来的基站信息，根据基站信息中的基站编号查找小灵通网管数据库中相应的基站编号，抽取基站的安装信息和场强及小区号信息，作为计算该装置位置的综合参数，调用移动定位处理系统中的空间算法模型，将参数输入到算法模型中，计算出PHS网络参数处理装置的位置；
10、结合GIS(地理信息系统)服务器中的GIS系统，以用户要求的形式将PHS网络参数处理装置的位置信息通过相应的接口服务器传输给用户，从而完成一次的定位业务。
参见图3，如果用户需要查询某段时间内PHS网络参数处理装置的移动轨迹，移动定位处理系统除了计算出每个单点的位置外，还要根据PHS网络参数处理装置移动的特点，如车载装置，则其必然在道路上运行，所以必须做归并处理，其算法称为归并算法，所说的归并算法的工作流程是：
1、设置N值，N表示最大搜索次数；
2、输入值：(long＝原始位置经度，lat＝原始位置纬度，初始归并道路范围值(R))；
3、以初始位置为中心，搜索范围为2R×2R的矩形内的路段端点*；
4、如果没有搜索到任何点，将R扩大1+0.5n倍，n表示次数(1≤n≤N)，重复Step 2，当n≥N时，设置ID＝-1，streetid＝-1，long＝原始位置经度，lat＝原始位置纬度，转到Step 6；ID是用于标识道路中的某一段的整数值，是唯一的，；ID＝-1值表示实际值不存在；
5、计算原始位置到搜索到的各个路段的垂直距离：选取最小的值输出，转到Step 6；如果没有前面这种情况，计算其他的垂直距离，选取最小值，转到Step 6**；
6、输出值：(标识ID，道路ID，归并位置经度，归并位置纬度)。
其中*：亦可采用半径为R的圆；**：计算得到的位置必须位于相关路段内；如果位置位于路段外，垂直距离应为原始点到端点的距离，结果位置为端点，此时道路名相同并没有优先级；
图4给出具体的短信方式下的实际例子
输入 TSWZ PHS 网络 输入短信接口 系统返回：以短信的方式返回
—→ —→
参数处理装置的号码 服务器业务号 PHS网络参数处理装置的位置
实施例1
位置信息查询用户通过短信按指定的查询指令+被查询终端号码，如：TSWZ05921234567发送位置查询请求信息；移动定位处理系统通过相应的短信接口服务器接收到查询者的位置信息查询请求后，首先到业务数据服务器中读取用户的信息和授权情况，(用户的信息和授权情况是用户通过登陆到定位系统提供的门户服务服务器上去进行相应的设置和管理的)对其合法性进行鉴权；根据合法用户的具体定位指令要求，通过向被查询者佩带的PHS网络参数处理装置以短信通过短信接口服务器发送一定格式的指令，如AG9：PHS网络参数处理装置立即采集基站信息并立即将信息发回移动定位处理系统，采集并向移动定位处理系统发送基站信息；PHS网络参数处理装置接收到指令后，对其合法性进行鉴权即对上述所示的指令中的格式和密码进行核对，如果为合法指令则视情况给出或不给出相应反馈信息并进入下一步；PHS网络参数处理装置根据相应的指令，立即采用强制切断当前装置的通讯链路，软重启装置，重新搜寻网络，建立通讯链路的方法按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，按照指令的时间要求立即以接收指令时所使用的通讯方式将收集的基站信息回复给移动定位处理系统，并检查是否发送成功，如果发送不成功，则继续发送，直至发送成功为止；移动定位处理系统通过短信接口服务器接收PHS网络参数处理装置发送来的基站信息，根据该信息(含基站编号、场强和小区编号)中的基站编号查找小灵通网管数据库中相应的基站编号，抽取这些基站的安装高度、功率、型号、经度、纬度、天线类型、天线增益、天线覆盖方向等安装信息和场强及小区号信息，作为计算该装置位置的综合参数，调用移动定位处理系统中的空间算法模型，将这些参数输入到算法模型中，计算出PHS网络参数处理装置的位置(经纬度值)，最后，结合GIS服务器中的GIS系统，以用户要求的形式，即移动定位处理系统在计算出PHS网络参数处理装置的位置后，与GIS服务器中的GIS系统结合，并寻找该位置周围的专题点信息，作为描述该位置的参考物，将该位置信息以文字的方式表达出来，比如，“XXX(被查询者)目前在XXX(参考点，两个以上)的附近”；将PHS网络参数处理装置的位置信息通过短信接口服务器传输给用户，从而完成一次的定位业务。
实施例2
与实施例1类似，其主要区别在于位置信息查询用户通过C-MODE向移动定位处理系统发送位置查询请求信息；移动定位处理系统通过C-MODE接口服务器接收到查询者的位置信息查询请求后，首先到业务数据服务器中读取用户的信息和授权情况对其合法性进行鉴权；根据合法用户的具体定位指令要求，通过向被查询者佩带的PHS网络参数处理装置以C-MODE通过C-MODE接口服务器发送一定格式的指令，用AG70#密码#030#1[0]#：PHS网络参数处理装置自成功接收到该指令起每隔30秒，向移动定位处理系统采集并发送基站信息直至移动定位处理系统向其发送停止定时发送的指令，采集并向移动定位处理系统发送基站信息；PHS网络参数处理装置接收到指令后，对其合法性进行鉴权既对上述指令中的格式和密码进行核对，如果为合法指令则视情况给出或不给出相应反馈信息，对AG70#密码#030#1[0]#指令中，最后有#1#的参数，则返回指令设置成功的提示，如果用户没有加该指令或加了#0#，则认为用户不论设置成功与否，都不需要提供反馈信息，并进入下一步；PHS网络参数处理装置根据相应的指令，定时按一定时间间隔采用强制切断当前装置的通讯链路，软重启装置，重新搜寻网络，建立通讯链路方法，按该装置周边场强大小顺序采集3-30个基站编号、场强和小区号，按照指令的时间要求定时按一定时间间隔以接收指令时所使用的通讯方式将收集的基站信息回复给移动定位处理系统，并检查是否发送成功，如果发送不成功，则继续发送，直至发送成功为止；移动定位处理系统通过C-MODE接口服务器接收PHS网络参数处理装置发送来的基站信息，将在WEB方式下的地图以该位置点为中心，按照一定的比例，将此图截下，发送给用户；将PHS网络参数处理装置的位置信息通过C-MODE接口服务器传输给用户，从而完成一次的定位业务。
实施例3
以下以监护人查找小孩实时位置的整个流程—以短信方式为例，查找佩带PHS网络参数处理装置的小孩的位置的示例：
监护人用经过授权的通讯终端----小灵通手机，编辑如下内容的短信：TSWZ05921234567，发送到移动定位处理系统(如9119：短信接入号)，移动定位处理系统通过短信接口服务器接收到该查询请求后，首先对用户的合法性进行鉴权，当移动定位处理系统确认用户为合法用户后，则发送AG9指令给被查询者佩带的PHS网络参数处理装置，该装置接收到该指令后，立即采用特殊的方法采集并发送基站信息给移动定位处理系统，移动定位处理系统接收到该信息后，根据基站编号，抽取小灵通网管数据库中基站的安装信息再结合场强和小区号等信息，利用空间算法模型，计算出该装置所处的位置(经纬度值)，与GIS系统结合，查找该位置周围的专题点作为位置描述的参照物，以文字的方式描述出该位置点，利用短信接口服务器将此结果信息发送回给查询者，用户收到类似：05921234567目前在XXXXXXX(参照物，两个或两个以上)附近等文字短信的内容，从而完成了一次的业务过程。