地理信息在4G网络的发展探究

（广西师范学院资源与环境科学学院，广西 南宁 530001）

在社会生产活动和人们日常生活中，很多信息属于具有空间位置特性的地理信息。根据权威部门的统计，在与人类生活息息相关的所有信息中，与位置有关的信息大约占80%[1]。大数据，物联网，云计算等都是近几年信息技术（IT）领域内新提出的概念，并且地理信息科学（GIS）已经融入IT的主流，成为IT的重要组成部分。同时，IT的发展也深深影响着GIS的发展，每一次重大的IT进步，都给GIS带来革命性的变化，因此，作为IT技术其中之一的移动通信与空间信息的集成成为必然。4G，就是第四代移动通信技术，相比于目前的3G网络具有速度快，带宽高，服务多，融合强的特点。本文尝试探讨地理信息如何在第四代移动网络中的应用，以及对未来发展趋势的展望。

1 4G产生的时代背景

4G的产生，是伴随着移动通信技术的进步一代代发展起来的。从GSM，GPRS到4代，最早的移动通信电话是采用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性话音业务。第二代移动通信除了可提供所谓“全球通”话音业务之外，还可以提供收发短信之类的业务。在新兴通信技术的不断推动下，以WCDMA为标志的3G通信技术愈发成熟，高速的网络让人们第一次真正感受到了移动互联带来的信息井喷。在此基础上，4G网络应运而生。

第四代移动通信网络，简称4G，国际上4G的发展以美国最为快速。国外自2009年4G开始商用以来，到2013年，全球4G用户已超过一亿。2013年12月，工信部向中国移动，中国联通和中国电信发放 4G牌照，三大运营商同时获得TD-LTE牌照，标志着我国正式进入4G商用元年。

2 地理信息在3G下的发展现状

所谓3G，全称为3rd generation，就是第三代数字通信。3G的一个突出特点是，在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间，任何地点，用任意方式与任何人高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输。经过近几年的发展，3G网络已经开始应用在很多方面。

2.1 用户创建地理信息

用户创建地理信息[2]（UGGC，User Generate Geographic Content），是指普通民众利用非专业工具创建地理信息的现象，用户不再仅作为地理信息的使用者，同时也是地理信息的生产者。对UGGC的研究较新，国外始于2006年，以新地理学，自发地理信息，地理维基为代表。我国2009年1月发放3G牌照后，国内也开始出现了相关文献。

随着无线网络种类的增多和带宽的增大，移动手机网络使用量已经超过了固定网络，数据可以随时自由发布。另外，手机因计算能力的不断提升与价格的逐渐下降，得到了很大的普及。并且很多普通的智能手机都内嵌GPS模块，使信息具有了地理位置属性。因此，移动手机提供了一个良好的无线通讯网络基础设施，用户可以下载所需的地理数据，也可以自由地发布自己的地理信息。正是由于手机极大的便携性和3G网络提供的高速带宽，使得信息得以重新整合，分享和沟通变得无处不在。

2.2 移动GIS—以LBS为例

移动GIS即移动地理信息系统，主要由无线通信网络，移动设备终端，地理应用服务及空间数据库组成。当无线移动用户迫切想知道他当时所处环境的信息，比如：“我在哪”，“我附近是什么”，“我怎么能到达目的地”，“我要找的人现在在何处”等。也就是地理空间信息要实现的随时（anytime），随地（anywhere）为所有人（anybody）和事（anything）提供实时服务（4A 服务）。于是，LBS（location based service）和MLS（mobile location service）应运而生了。

LBS[3]即无线定位业务，又称为位置业务。LBS是根据用户所在位置由移动通信网提供的一种增值业务，主要通过移动定位技术获得用户当前所在位置，在电子地图和业务平台的支持下，提供给用户位置相关的信息服务。LBS中的关键和核心是位置信息和地理信息，孤立的位置信息（坐标值）是没有应用意义的，必须与地理信息结合才有应用价值。比如利用LBS可以24小时全天候实现车辆控制[4]，可实现各种专业救护车辆的路线选择和合理调度，警用车辆的科学布放，出租车的预约等。总之，通过3G通信网和LBS获取的移动定位信息服务已经成为我们舒适生活中密不可分的一部分。

3 GIS在4G网络中的应用探索

GIS以数据为本，如果把4G比作通道，物联网是触角，大数据则是大脑，云计算就是仓库。随着用户的移动终端越来越多样化，如智能手机，智能传感器，可穿戴设备等，并且4G使数据的实时，快速，便捷且低成本的传输成为可能。因此，GIS在4G网络中大规模应用有着良好的前景。

3.1 物联网

物联网（internet of things）是一个基于互联网，传统电信网等信息承载体，让所有能够独立寻址的普通物理对象实现互通的网络。物联网的概念已经提出多年，但其发展并不如原先预想的迅速，近几年，随着传感器价格的下降，移动通信网络，云计算和智能处理技术的发展，物联网才进入快速发展期。

物联网作为全球信息化第三次浪潮的代表，已被各国列为重点战略性新兴产业。但是，目前国内物联网还存在“中间强两头弱”的不足，即网络层发展较好，感知层和应用层发展缓慢[5]。感知层是物联网发展的基础，感知层是物联网实现信息获取和自动化控制的基础，各类传感器和射频识别（RFID）装置是感知层重要的信息获取终端。在4G网络环境下，理论上，任何物体都能成为数据采集的载体，这将大大促进物联网在感知层问题的解决，通过分析物联网积累的大数据，从而助力智慧城市的实现。

3.2 大数据

大数据（big data）是将规模庞大，结构复杂，动态演变的数据进行采集，筛选，管理，搜索，分析，挖掘与表达的技术统称，是连通信息世界和知识世界的桥梁。大数据的概念原本出自谷歌为代表的新一代IT公司，利用数据密集型复杂挖掘技术处理海量数据，并创造惊人价值的现象。

地理信息数据作为信息和知识的载体，自身具有数据量大，数据种类多，数据结构复杂的特征。而GIS数据的三个特征很符合大数据特征[6]：Gartner将大数据的特点归结为“3V”，volume指数据量大，variety指数据类型多样，valocITy指数据的产生是快速的，同时处理数据以满足当前应用的需求也应当是快速的。大数据的概念很抽象，可究竟大数据离我们有多远？城市计算就是一个很好的例子。

城市计算[7]是一个通过不断获取，整合和分析城市中多种异构大数据来解决城市所面临的挑战（比如环境恶化，交通拥堵，能耗增加，规划落后等等）的过程。城市计算的基本框架，包括城市感知及数据捕获，数据管理，城市数据分析，服务提供四个环节。如利用群体感知解决区域环境的监测，“哥本哈根”项目在自行车车轮里安装一些传感器，通过用户手机将收集的数据发送至后台服务器。依靠群体的力量，我们就可以感知整个城市不同角落的温度，湿度和二氧化碳的浓度。大量的传感器数据是城市计算的基石，而城市计算的主要技术之一就是通过一系列机器学习算法对数据管理和数据挖掘。在4G网络环境下数据采集和传输的速度将大大提高，特别是移动端的数据量将成倍扩张，实现数据的实时处理，流处理平台或大行其道。

3.3 云计算

云计算的定义有很多不同的解释，中国工程院院士李德毅等专家给云计算作了较为科学的定义：云计算（cloud computing）是一种基于互联网的，大众参与的计算模式，其计算资源（计算能力，存储能力，交互能力）是动态的，可伸缩且被虚拟化的，以服务的方式提供。2006年，谷歌率先在“GOOGLE 101”计划中正式提出“云计算”的概念与理论，此后，AMAZON,IBM,MICROSOFT等IT公司把云计算纳入公司发展的重点，相继推出了自己的云计算产品。

云计算作为IT产业变革的重要技术，将会推动GIS向普适化发展。云计算的特征[8]主要有超大规模，虚拟化，高可靠性，通用性，高可扩展性，按需服务，极其廉价。而 GIS特征和云计算特征是吻合的，两者的结合是天然的。例如：ESRI公司在其产品ARCGIS10中的ARCGIS online就是GIS与云计算结合很好的佐证，这是第一个把云计算纳入到 GIS领域的应用实例。ESRI提供了丰富的地图底图资源，用户可以在线web制图，可以在ARCGIS online上搜索，发布，叠加各类专题地图，还可以对地图进行简单的绘制，分析等。

基于云计算的GIS平台的最终目的是让用户通过一个网络浏览器就可以获得GIS的所有功能。为满足此过程中海量数据通畅的传输，一种无处不在，不会中断，稳定，快速，廉价的网络接入方法将是基于云计算的GIS大范围应用的基础。而云计算与4G时代需要巨大的运算能力不谋而合，所以说4G网络的架设，可以更好的实现与云计算，物联网的融合。

4 GIS在4G网络中应用展望

4.1 街景服务

随着计算机技术和网络技术的发展，谷歌2007年推出街景服务，GOOGLE的street view即谷歌街景，是由专用街景车进行拍摄，然后把360度实景拍摄照片放在谷歌地图里供用户使用。2008年，谷歌街景先后在IOS和Android上登陆，供用户在手机上下载使用，为公众带来了极大便利和全新体验。在国内，2013年12月12日，腾讯SOSO地图正式推出高清街景地图服务，这是中国国内第一家高清街景地图，目前腾讯街景已覆盖100多个城市，并且在未来覆盖更多城市[9]。

手机地图是移动互联网的重要入口，很多互联网公司都在接触传统意义上的地图公司，比如阿里巴巴入股高德地图，百度也推出了自家的百度地图，并且将升级为街景地图，这些都在表明移动网络下的地图服务更为多样化，用户对地图的要求也不再是传统的查询和浏览。例如，用户在手机客户端通过下载搭载街景服务的地图软件，在4G提供的高速网络下传输图像数据，利用内置GPS可以准确看到自己所在的位置以及周围的商家，公交站等POI数据。但是对于近在咫尺的兴趣物，传统的地图存在看不到实际场景的硬伤，当用户搜素到地点却又感到迷茫时，手机街景却可以很好地解决这个问题，这对于用户来讲是个很实用的体验。由于街景服务的发展，与地理信息相关的其他服务也将受益。如街景与房产信息的结合就是一个很好地例子，赶集网用户以三维立体方式查看房源周边环境信息，可以直观的查看小区附近基础设施及出行情况，通过操作“地图街景”的提示箭头，用户可以直观地了解小区的衣食住行信息，节省看房时间。还有街景与地图导航的结合产生AR实景导航，以及旅游景区或者室内的街景服务，这些都会给用户带来身临其境的感觉。

测绘地理信息专家李德仁坦言：“用街景+航空+航天+变化”相当于帮助政府管理城市，让老百姓生活更快乐。但实现的前提是：电信部门要把网络搞好，实现网速均衡；地图部门要把信息做好，测绘数据要跟上城市变化发展。此外，云计算和移动测量技术也要跟进，如此才能做好地理信息服务，适应地图市场之需。可以预见，在未来的4G网络普及以后，街景服务将会深入生活的角角落落，地理信息服务将无处不在。

4.2 存在的问题

当今的社会是一个信息高度发达的社会，在这个信息化的世界里，人们的电话信息，邮件信息，购物信息，也包括地理位置信息等大量聚合。因此，信息安全就显得愈发重要，美国的的“棱镜门”事件就充分说明了信息化下保护个人隐私的重要性。地理信息在GIS技术，移动通信网络技术的支撑下，逐渐在各部门与各行业中实现开放和共享的同时，其网络环境下的安全问题越来越突出。随着GIS和4G的结合，网络中存储和传输了大量私人的，甚至涉及国家的政治，军事，经济等国家机密的地理信息。所以说，GIS在4G网络中应用遇到的最大问题就是安全问题。

地理信息多为海量数据，具有多源异构并分布存储于不同区域的特性，这也使得在一定程度上地理信息安全较一般信息安全更为复杂[10]。GIS安全可以归纳总结为硬件，操作系统，通讯协议，数据库平台，GIS平台，操作人员等6个层次[11]，如表1。而4G作为新一代的移动通讯网络，具有速度快，带宽高的特点，可以说是是一个高效的地理信息传输通道。加之移动终端的普及，各种搭载LBS服务的应用，我们每个人的信息呈井喷式增长，并且稍不注意就可能泄露自己的隐私。比如在街景地图中广泛存在的侵犯个人隐私的问题，谷歌在采集街景的过程中，大到街道路标，小到门牌号，车牌号，甚至居民在自家休闲活动也一览无余，严重侵犯了个人隐私，正因为此，谷歌街景在全球范围内备受争议[12]。

表1 GIS安全层次

除此之外，由于4G网络还未进入大规模铺设阶段，全国4G的覆盖率还不高，网络不稳定会使用户在4G和3G甚至2G中不断切换，直接造成数据传输的质量和数量的下降；普通用户对4G以及4G的资费情况认识不足；搭载4G的移动终端的数量和质量都远没有达到 4G商用的标准，这些都说明了4G的普及还尚需时日。所以，地理信息在4G网络下的发展还有很长的路要走。

5 结束语

地理信息在移动端的研究目前大都是基于3G网络的，针对4G网络的GIS应用尚未多见。本文介绍了4G的概念及其特点，根据地理信息在3G下近几年的发展历程，列举了众所周知的LBS作了阐述；重点讲解了GIS与物联网，大数据，云计算之间相互促进与发展，在 4G网络下共同构建智慧城市；GIS在4G网络环境下的应用领域以及大规模应用中存在的个人隐私泄露，地理信息安全等诸多问题。

地理信息的发展史可知，每一次科技的进步都催生了GIS与新技术结合的新发明，比如：移动GIS，云GIS，WEB GIS等等。4G的出现也是一样，随着终端的普及和网络的成熟，加上移动用户对空间信息服务巨大的需求，地理信息一定会在一个更深更广的层次上得到全面发展。

[1]李德仁,李清泉,谢智颖,等.论空间信息与移动通信的集成应用[J].武汉大学学报信息科学版,2002,27(1):1-3.

[2]孙贵博.移动民众地理信息获取研究[D].辽宁工程技术大学,2010:7-20.

[3]别业仁,茹波,袁莎燕.WebGIS在 3G 网络中的应用[J].地理空间信息,2011,9(1):1-4.

[4]涂菁,沙晋明.GIS在 3G 网络中的应用研究[J].中国无线电,2005(12):19-22.

[5]何文娜.大数据时代基于物联网和云计算的地质信息化研究[D].吉林大学,2013:10-22.

[6]尤文辰,徐跃通,高尚.浅析 GIS大数据[J].电脑知识与技术,2013,(24):2-5.

[7]郑宇.大数据与城市计算[R].北京:3Snews,2013.

[8]蔡晓桦.云计算及其在地理信息系统中的应用[J].江西测绘,2012(1):2-5.

[9]徐红.街景地图 掀开地理信息服务新时代[N].经济日报,2013-06-05(013):1-4.

[10]季扬,尹昊,鹿玉熙.网络环境下地理信息安全技术初探[J].新乡教育学院学报,2009,22(3):1-5.

[11]刘永学,李满春,刘国洪.地理信息系统安全初探[J].遥感信息,2007,(2):1-4.

[12]陈小雯,邓开发.从谷歌“街景”侵权看互联网个人隐私保护[J].东南传播,2010,(9):2-5.