杜武恭，杜惠英/Du Wugong，Du Huiying

（1.中国广播电视网络有限公司 北京100045；2.北京信息科技大学信息管理学院 北京100192）

1 引言

随着移动终端的逐渐普及和移动定位技术的不断提高，人们越来越多地把移动终端作为一种监护手段。现在常见的监护方式是：业务监护人为被监护人配备移动终端，通过获取被监护人的位置信息，进而实现对老人、小孩、宠物、贵重物品等的监护。实现形式主要包括被监护人进出预先设好的电子围栏发出报警或者当两个终端相互距离超过安全距离发出报警等。当监护人和监护对象同时携带手机（或移动终端），且两个终端距离超过安全距离时，启动报警。报警后，通过定位技术将被监护对象手机（或移动终端）的具体位置信息发给监护人。

现有的定位策略中，仅能提供通用的模式，即采用单一的定位时间间隔的机制对监护对象进行定位，输出监护对象的位置信息，将该信息传递给监护人。然而，一旦发生报警，监护人会非常着急，需要更及时、更频繁地获取监护对象的位置信息，这是现有定位策略无法解决的。

2 定位系统现状

1996年6月，美国联邦通信委员会（FCC）采纳了一份报告并通过一项法令来强制推行 “911 无线服务（E911）”。该法令要求无线移动通信运营商将主叫移动电话号码转发到“911”，并提供始发移动电话（MS）的位置。对于基于手机的解决方案，FCC要求无线运营商可以将67%的呼叫定位在50 m的范围内，95%的呼叫定位在米级范围内。该法令推动了美国全球定位服务的应用，也是移动位置服务（Location Based Service，LBS）的开始。移动位置业务又称定位服务，是通过移动网络获取移动终端用户的位置信息，提供给该用户本人或通信系统的一种增值业务。目前技术上实现移动定位的方案有两类：基于移动网络的定位技术方案和辅助卫星的定位技术方案。其中，手机话音或短信息定位技术属于前者，话音或短信中包含发送者的地理位置信息，接收端服务器通过解析接收数据，读出发送者位置的经纬度，并输入警用地理信息系统中，将位置显示在电子地图上[1]。

欧盟委员会也在2002年发起了类似的法案E112。到2006年，25 个欧盟国家中，7 个具备了可实施E112的条件，3 个已局部实施，9 个实现了E112 基础设施的升级[2]。

目前，国内外关于定位服务的研究主要针对LBS 应用和定位技术方面。全球范围内流行的LBS服务有五大类，见表1。

如今LBS的应用已经覆盖了电子地图、位置搜索、交通导航、餐馆、旅馆、停车场等兴趣点以及推荐、旅行指南、出行指南、儿童、老人、重症病人监护、位置交友等诸多领域[2]。瑞典的TASS 公司等新研制了一种基于Android 手机的移动健康监护系统，该系统包括一个无线接口，通过SDIO 接口与手机交互，该接口作为桥梁实现手机与体域无线网（BAN）的数据交互，能采集ECG、EEG 等多种生理数据，数据的分析与报警功能在Android平台的软件中实现[3]。浙江大学的文耀峰等人[4]研究了一种实时的心率和跌倒检测系统：采用ZigBee网络实现各个信号到PDA的汇集；采用Wi-Fi网络实现报警功能；使用两个电极采集心电信号，在PDA 上用小波分析做心电信号预处理，然后采用一种投票表决的方法提取心率；采用三轴加速度传感器采集腹部位置加速度数据，使用阈值法实现对跌倒事件的检测。

3 定位系统的业务流程

一般的移动定位系统包括监护对象移动终端、监护业务管理平台和监护人手机。其中，监护对象移动终端可以是手机、跟踪器、PAD 等移动终端。监护业务管理平台包括报警模式管理模块、定位终端管理模块和定位模块。本文在监护业务管理平台中新增了报警模式策略模块，用于报警模式策略制定，设置报警模式下监护业务对应业务等级、定位间隔等，进而提供报警模式下可选用的定位频次和定位等级。电信业务定位平台设计若干定位业务等级，对于等级高的业务提供优先的定位服务，同时电信定位平台可以提供不同的定位时间间隔，针对等级越高的业务，可以提供间隔时间越短的定位频次服务。

一般业务流程简述如下。

①监护业务管理平台根据定位业务等级、业务等级对应的最短定位时间间隔等参数，制定报警模式定位策略。

②监护人手机和监护对象移动终端开启射频信号，两个终端建立射频链接，互相检测对端信号强度。

③当两个终端之间的信号强度及变化率满足报警条件，即触发报警信号。监护对象移动终端把报警信号上传给监护业务管理平台；监护人手机启动自定位，获取自身位置信息。

④监护业务管理平台收到监护对象移动终端上报的报警信号后，根据报警模式定位策略对监护对象移动终端进行定位，获取持续更新的监护对象移动终端的位置信息，并将监护对象移动终端的位置信息持续发给监护人手机。获取位置信息的方法包括GPS 定位、GPSOne 定位、基站定位、Wi-Fi 定位、混合定位等方式。监护对象移动终端位置信息可以通过平台发到监护人手机，也可以通过监护对象移动终端发到监护人手机。

⑤监护人手机计算自身和监护对象移动终端的相对距离和方位。监护人手机可以通过客户端方式进行显示，此处的位置信息为系列位置信息，且不断更新变化。

⑥监护人手机通过短信、客户端或Web的方式告诉监护业务管理平台停止报警模式定位服务。

表1 全球范围内流行的LBS 应用分类

4 定位策略建模及分析

4.1 对所涉及的术语进行定义

（1）监护业务

监护业务是由运营商提供的基于移动定位技术延伸出来的一种业务，一般涉及监护人和被监护人。在具体业务实现中，监护人和被监护人均以移动终端的方式参与到业务中。监护业务模式分为一般业务模式和报警业务模式。根据不同需求和网络提供的能力水平可以设计出不同等级的业务。高等级业务可以享受更频繁的定位服务，低等级业务可享受的定位服务频次相对较低。

（2）监护人

监护人是指业务订购方，监护人对应的移动终端通常是手机，主要用于发起业务订购请求、取消业务、接收被监护人的位置信息等。

（3）被监护人

被监护人是指位置信息贡献方，由于安全监护等需求被监护人监护。被监护人终端通过接收监护人信息或定位平台信息进行定位，自主完成或与平台配合完成终端位置信息的计算和报送。

4.2 定位策略模型建立

报警模式定位策略模型结合监护业务对应的定位等级、定位允许时间间隔，设置紧急报警模式，并提供紧急报警模式下的追踪定位服务。

不同的业务等级和定位模式可以组合出不同的具体定位策略。

以监护业务等级、定位时间间隔作为主要输入，给出报警模式下的定位策略。以此为依据，对监护对象进行持续定位，最后输出持续更新的监护对象的位置信息。

假定监护人选择的监护业务报警模式下对应的业务定位等级为F′（s），业务模式为F′（b），在时间长度为T的周期内定位次数为F′（T，t），通过定位获得的监护对象的位置信息为F（t，p）。

其中，F′（s）、F′（b）、F′（t）、F′（T，t）、F（t，p）分别是以s、b、t、（T，t）、（t，p）为自变量的函数。

并且，满足s 在业务等级范围内取值，如业务等级分为4 级，则s 取值为1、2、3、4，数字越小，业务等级越高；b 为业务模式，分为一般模式、报警模式，取值分别为1、2；t 代表时间间隔，大于等于网络允许的最小时间间隔，业务等级越高，F′（t）越小；F′（s）满足同一个时间段内，报警模式给出的定位结果数量比一般模式多；p 代表位置经纬度信息。

报警模式下，在时间长度为T的周期内，最终输出的持续更新的系列位置信息为F′（t，p），由下式表示

F′（t，p）= F（F′（s）×F′（T，t）×F′（b），p）

上述函数的实现，可根据具体监护业务场景进行设定，保证其满足上述约束条件即可。该函数的一种简单实例如下：

F′（s）=1/s；F′（T，t）=T/t；F′（b）；

F′（t，p）= F（1/s×b×T/t，p）

其中，1/s×b 不小于网络能力允许的最小时间间隔。

4.3 结合具体实例进行模型分析

由于受到定位服务平台的定位计算能力和终端耗电量的限制，定位时间间隔不能设计得过短，否则容易导致定位失败和被定位移动终端没电。通常情况下，时间间隔为5 min。在学生上学期间，将每节课设定为50 min，那幺可认为在50 min 内，被监护人的位置相对固定，因此，对于学生的监护业务，可将定位时间周期设为50 min。

在定位时间间隔t=5 min，定位时间周期T=50 min的情况下：

当业务等级s=1，业务模式b=1（一般模式）时，F′（t，p）为10 个位置信息点，分别为P1、P2、…、P10；

当业务等级s=1，业务模式b=2（报警模式）时，F′（t，p）为20 个位置信息点，分别为P1、P2、…、P20；

当业务等级s=2，业务模式b=1（一般模式）时，F′（t，p）为5 个位置信息点，分别为P1、P2、…、P5；

当业务等级s=2，业务模式b=2（报警模式）时，F′（t，p）为10 个位置信息点，分别为P1、P2、…、P10。

可以看出，当监护人选择高等级业务的情况下，一旦被监护人的终端被判断为离开了安全区域的电子围栏或安全区域，那幺将会比选择低等级业务的情况下获得的位置信息数量多1 倍，比低等级业务一般模式下的定位信息数量多3 倍，从而大大提升了监护人在紧急情况下对于被监护人位置信息的获取需求，采取更加准确、有效的针对性措施。相反，如果监护人选择的是低等级业务，那幺各种情况下，其获得被监护人位置信息的数量都将比选择高等级业务时少。

5 结束语

与一般的定位报警策略相比，本文增加了报警情景模式的定位策略，并且通过具体策略模型给出了实施建议。相比已有的定位报警策略，更有利于充分挖掘运营商网络、终端和平台的定位能力，更有利于发挥紧急情况下运营商定位能力的作用。通过引入报警模式定位策略系统以及在业务管理平台预设紧急情况下的定位模式，可以提供比普通模式下业务等级更高、定位间隔更短等更加频繁、及时的定位服务。当被监护人的终端发出报警后，业务管理平台马上启动报警模式下的定位服务，按照事先设好的最短定位时间间隔，不断地和被监护人移动终端协同，获取被监护人的位置信息，并且向监护人提供监护对象的位置信息。在监护业务中，使用本策略模型可以改进现有对于老人、儿童、宠物、贵重物品等的监护业务，帮助监护人更有效地采取对被监护人的紧急行动措施，实现通信行业应用用户的规模发展，提高经济效益和社会效益。

[1]刘宇，朱仲英.位置信息服务（LBS）体系结构及其关键技术[J].微型电脑应用，2003，19（5）：5-7.

[2]IRIS A J，RICHARD T W.Location based service[J].Communications of the ACM，2008，51：65-69.

[3]姚金森.位置可视化方法及其应用研究[D].南京邮电大学，2014.

[4]LEUVEN，BELGIUM，EINDHOVEN.Monitoring your health with your mobile phone[EB/OL].http://www2.imec.be/be_en/press/imecnews/wirelesshealthnecklaceinterface.html，2010.

[5]文耀峰.一种实时的跌倒姿态检测和心率监护系统的研究[D].浙江大学，2008.