Paikkaperusteiset palvelut

Transkriptio

1 Jouni Markkula Tietojenkäsittelytieteiden laitos Jyväskylän yliopisto Paikkaperusteiset palvelut Elektronisen liiketoiminnan keskeisiä kysymyksiä TJT C

2 Mobiilisuus ja paikannus Elämme spatio-temporaalisessa maailmassa Havaintomme, kokemuksemme ja tarpeemme ilmenevät ajassa ja paikassa Mobiilisuus, paikantaminen ja kaupankäynti koko sivistyksen ja kulttuurin perusta Karttoja on ollut olemassa kautta historian Foinikkialaiset ja Egyptiläiset tunsivat pohjantähden ja käyttivät pohjantähteen perustuvaa latitudi eli leveyspiiripurjehdusta 1700 luvulla teknologia alkoi tulla avuksi Sekstantti Kronometri, joka mahdollisti myös longitudin, pituuspiirin käytön Majakat, 1900 luvun alussa radiomajakat 1960 luvulta lähtien satelliittijärjestelmät (Amerikkalainen laivaston Transit järjestelmä) Paikannus tapahtuu, ja voi tapahtua, monin eri menetelmin Teknologiset ratkaisut tukevat sitä

3 Paikkaperusteisten palvelujen tulevaisuus moderni ihmiskuva Lähde: Henkilökohtainen navigointi - Markkinat, teknologia ja sovellukset. [

4 Where Did It All Start? US Federal Communications Commission (FCC) Wireless Enhanced 911 (E911) services. (Last modifications to the implementation timetables on October 5, 2001.) [ The FCC's rules, adopted in 1996, divided into two phases - Phase I and Phase II. Phase I rules require carriers, subject to certain conditions, to provide Public Safety Answering Points (PSAP) with the telephone number of the originator of a 911 call and the location of the cell site or base station receiving a 911 call. Phase II rules require wireless carriers to begin providing more precise Automatic Location Identification (ALI), subject to certain conditions and schedules (implementation beginning October 1, 2002) and to complete the transition by December 31, Each carrier's precise method of achieving E911 capability varies depending on whether they are employing a handset or network-based system for their ALI capability. Phase II (revised) ALI Accuracy Standards for location accuracy and reliability: For handset-based solutions: 50 meters for 67 percent of calls, 150 meters for 95% of calls. For network-based solutions: 100 meters for 67 percent of calls, 300 meters for 95% of calls.

5 Olemassa olevia paikkatietopalveluja ja -sovelluksia WWW Visa ATM Locator [visaatm.infonow.net/bin/findnow?client_id=visa] Karttapaikka [kartta.nls.fi/karttapaikka] Yritys ja palveluhakemistot [ [ [ Mobiili Paikantavat matkapuhelimet [ Henkilökohtainen navigointi (Genimap Navigator) [ MMS Opaskartat [ Lintupalvelu [ Koira-GPS [

6 Keskeisiä käsitteitä Paikannussanasto, Tekniikan sanastokeskus (TSK30) [ Paikkaperusteinen palvelu; paikannukseen perustuva palvelu (Location-based service; LBS): Käyttäjän antamaa tai paikannuslaitteen tai paikannettavan laitteen avulla saatua sijaintitietoa hyödyntävä lisäarvopalvelu Paikannukseen perustuva palvelu koostuu paikannuksesta, sijaintitiedon välityksestä ja palveluun liittyvistä tiedoista. Paikannukseen perustuvasta palvelusta voi saada tiedon esimerkiksi siitä, missä matkaviestimen käyttäjä hakuhetkellä on, sekä lisäksi tietoa erilaista palveluista, kuten lähimmästä ravintolasta, hotellista, huoltamosta tai elokuvateatterista ja niiden sijainnista. Sijaintitieto(Location data, position information): vertausjärjestelmässä ilmaistu kohteen sijainti Sijaintitieto voidaan ilmoittaa esimerkiksi koordinaatein, kertoa osoitteen avulla tai viittaamalla kohteeseen, jonka koordinaatit tunnetaan. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi paikannimet ja erilaisten alueiden nimet. Sijaintitieto voi kertoa esimerkiksi tietyn rakennuksen sijainnin koordinaattien tai osoitteen avulla. Vrt. paikkatieto. Paikannuspalvelu ( Location service; LCS): sijaintitiedon tuottava palvelu Teleyritys voi tarjota paikannuspalvelua matkaviestinverkossa lisäpalveluna, jolla päätelaitteiden sijainti voidaan määrittää verkkopaikannuksen avulla. *Paikkamukautuva palvelu (location-aware service): paikannukseen perustuva palvelu, joka voi muuttaa muotoaan tai sisältöään käyttäjän sijainnin perusteella Paikkamukautuvan palvelun avulla käyttäjälle voidaan tarjota esimerkiksi palveluvalikko, jonka sisältö määräytyy sen mukaan, mitkä palvelut ovat paikallisesti saatavilla.

7 Paikkaperusteiset palvelut Paikannussanasto, Tekniikan sanastokeskus (TSK30) [

8 Paikaperusteisten palveluiden järjestelmien rakenne

9 Paikkaperusteiset palvelut ja paikantaminen yleisesti Paikkaperusteiset palvelut Paikkaan sidotut fyysiset palvelut Paikkaperusteiset informaatiopalvelut Paikkaan sidotut funktionaaliset palvelut (yhdistelmä fyysisistä ja informaatiopalveluista) Tiedettävä sekä käyttäjän paikka (dynaaminen paikannus) että palvelun paikka (paikkatietoaineisto) Paikantamisen tyyppejä Läheisyys Etäisyys Sisältyminen Suhteellinen sijainti Sijainti vertausjärjestelmässä Koordinaatisto, tieverkko, osoitteisto, jne.. *.. *. *. *

10 Paikannusjärjestelmät Paikannusjärjestelmä (Positioning system): Sijaintitiedon määrittämiseen käytettävä järjestelmä Teknologinen paikannus perustuu aina järjestelmään Informaatio ja kommunikaatiojärjestelmässä on useita komponentteja Järjestelmäinfrastruktuuri Päätelaitteet Paikannuslaite: Laite joka pystyy laskemaan oman sijaintinsa paikannusjärjestelmän avulla Paikannettava laite: Laite, jonka sijainnin paikannusjärjestelmä pystyy määrittämään ja jonka ei edellytetä pystyvän itse laskemaan omaa sijaintiaan Tietosisältöä (dataa) määritellyssä muodossaan Järjestelmä on aina jonkin tahon hallinnassa ja ylläpitämä Käyttöoikeus Luotettavuus Kustannukset Paikannuksen käsitteistön ja terminologian lähde: Paikannussanasto, Tekniikan sanastokeskus, TSK 30,

11 Sijainnin määritys Sijainnin määritys paikannusjärjestelmässä muodostuu Mittauksesta (spatiotemporaalinen signaalin mittaus) Datasta (aika- ja paikkatieto) Laskennasta (algoritmi ja sen suoritus) Sijainti on aina estimaatti, arvio Mukana saadaan haluttaessa usein myös arvio sijainnin tarkkuudesta

12 Paikannusmenetelmät Satelliittipaikannus: Satelliittien lähettämiin radiosignaaleihin perustuva paikannus GPS, Galileo, GLONASS Verkkopaikannus: matkaviestinverkon avulla tapahtuva paikannus Solupaikannus (Cell-ID) Tulokulmapaikannus (AOA) Saapumisaikapaikannus (TOA, TDOA) Kulkuero (E-OTD) Lähipaikannus: vain tietyllä rajatulla alueella toimiva paikannus, joka perustuu lyhyen kantaman signaalien välitykseen Lähiverkkopaikannus Bluetooth-paikannus Etätunnistinpaikannus

13 GPS (Global Positioning System) Infrastruktuuri 1) 21 toiminnassa olevaa radoillaan kiertävää satelliittia + 3 aktiivista varasatelliittia Satelliitissa 4 atomikelloa Etäisyys maapallon keskustasta km 1 ) Pääkontrolliasema MCS (Master Control Station) Colorado Springsissä USA:ssa 5 muuta monitorointiasemaa ympäri maailman 1) Operoija ja rahoittaja Yhdysvaltojen puolustusministeriö (US Ministry of Defense) 1) Peter H. Dana, The Geographer's Craft Project, Department of Geography, The University of Colorado at Boulder.

14 GPS Paikannuslaite GPS-vastaanotin Itsenäinen paikannuslaite Integroitu Lisälaite 1) Satelliitin lähettämä data Aikaparametrit (clock data paremeters) Satelliitin kellon kuvaus ja sen suhde GPS aikaan Kalenteri (Ephemeris) Ennuste GPS-satelliittien kulloisistakin paikoista kiertoradalla Almanakka (Almanac) Kertoo yleistiedot järjestelmän kunnosta Ionosfääriset parametrit (Ionospheric parameters) Ionosfäärinen malli jota käytetään aikaviiveiden laskemiseen 1) Peter H. Dana, The Geographer's Craft Project, Department of Geography, The University of Colorado at Boulder.

15 GPS GPS-paikannuslaite mittaa etäisyyden satelliiteista ja laskee sijainnin perustuen etäisyyteen ja vastaanotettuun dataan. GPS:ssä avoin siviilikoodi (Standard Positioning Service, SPS) ja suljettu sotilaskoodi (Precise Positioning Service, PPS) Siviilipalvelussa aiemmin mukana tarkkuutta heikentävä häirintä (Selective availability, SA), joka poistettiin vuonna 2002 Tarkkuus 5 10 m Vahvuuksia Globaali, toimiva, yleisesti käytetty Avoin ja ilmainen (GPS-vastaanottimen hankinnan jälkeen) Sijainnin laskenta tapahtuu paikannuslaitteessa, vain käyttäjä itse tietää sijaintinsa Heikkouksia Esteet (korkeat rakennukset, pilvet) häiritsevät Ei toimi sisätiloissa Vaatii erillisen GPS vastaanottimen 1) 1) Peter H. Dana, The Geographer's Craft Project, Department of Geography, The University of Colorado at Boulder.

16 GPS laajennuksia Differentiaalinen GPS (DGPS) GPS, jossa satelliittien lähettämiä tietoja korjataan ennalta paikannettujen kiinteiden maa-asemien tietojen avulla paikannuksen sijaintitarkkuuden parantamiseksi. Ammattikäytössä yleisesti käytetty Vaatii oman päätelaitteensa Wide Area Augmentation System (WAAS) Yhdysvalloissa käytettävä järjestelmä, joka välittää satelliittien kautta korjaustietoja paikannuksen sijaintitarkkuuden parantamiseksi Euroopassa vastaava palvelu tulee perustumaan EGNOS-satelliittiin (käytössä arviolta 2004) GPS pseudoliitit Maanpäälliset lokaalisti (esim. sisätiloihin) asennettavat lähettimet, jotka emuloivat GPS signaalia Avustettu GPS (Assisted GPS, A-GPS) GPS, jossa matkaviestinverkko välittää GPS-satelliittien rata-, korjaus- ja aikatietoja GPS-puhelimelle paikannuksen nopeuttamiseksi ja sijaintitarkkuuden parantamiseksi Mahdollistaa GPS paikannuksen jopa sisätiloissa Hybridijärjestelmä, jossa satelliittipaikannusta tuetaan matkaviestinverkolla Päätelaitteena GPS-puhelin, matkaviestimen ja GPSpaikannuslaitteen yhdistelmä

17 Muita satelliittipaikannusjärjestelmiä GLONASS GPS:ää vastaava venäläinen, toiminnassa oleva, järjestelmä Vaatii oman vastaanottimensa Ongelmana tällä hetkellä järjestelmän toimivuus ja kattavuus Galileo Euroopassa kehitteellä oleva GPS:ää vastaava järjestelmä Euroopan unionin (EU) ja Euroopan Space Agency (ESA) yhteishanke Pyrkimyksenä yhteensopivuus GPS:än kanssa (neuvottelut) Suunnitelman mukaan ensimmäiset koesatelliitit laukaistaan radalleen 2004 ja järjestelmän tulisi olla toiminnassa 2008 Ensimmäinen alunperin siviilikäyttöön suunniteltu satelliittipaikannusjärjestelmä (mukana kuitenkin myös sotilaskoodi) Mukana avoimia ilmaisia palveluita, kaupallisia palveluita sekä viranomais- ja sotilaspalveluja

18 Verkkopaikannus Cell-ID Solupaikannus (Cell-ID): Matkaviestinverkon solutunnusten avulla tapahtuva verkkopaikannus Sijaintitarkkuus vaihtelee solujen koon mukaan: km Perusmenetelmä, jota nykyiset palvelut käyttävät Ei tarvitse mittausta Käytettävä data on tukiasemien sijainti Laskenta tapahtuu matkaviestintäjärjestelmässä Vahvuuksia Toimii kaikilla matkapuhelimilla, ei vaadi erityisominaisuuksia Helppo myös infrastruktuurin kannalta Heikkouksia Epätarkkuus. (x,y)

19 Verkkopaikannus AOA Tulokulmapaikannus (AOA): Matkaviestimen lähettämän signaalin tulosuuntaan perustuva verkkopaikannus Sijaintitarkkuus km Verkko mittaa matkaviestimen signaalin tulokulma Käytettävä data on tukiasemien sijainti Laskenta tapahtuu matkaviestintäjärjestelmässä Vahvuuksia Toimii kaikilla matkapuhelimilla, ei vaadi erityisominaisuuksia Heikkouksia Vaatii lisäkomponentteja verkkoon Sijaintitarkkuus vaihtelee huomattavasti. (x,y)

20 Verkkopaikannus TOA Saapumisaikapaikannus (TOA): Matkaviestimen lähettämän signaalin kulkuajan mittaamiseen perustuva verkkopaikannus Sijaintitarkkuus m Verkko mitta matkaviestimeltä tulevan signaalin useassa eri paikoissa Käytettävä data on tukiasemien sijainti Laskenta tapahtuu matkaviestintäjärjestelmässä Vahvuuksia Toimii kaikilla matkapuhelimilla, ei vaadi erityisominaisuuksia Suhteellisen tarkka Heikkouksia Vaatii lisäkomponentteja verkkoon

21 Verkkopaikannus E-TOA Kulkuaikaeropaikannus (E-OTD): Matkaviestinverkossa välitettävien signaalien kulkuaikaeroihin perustuva verkkopaikannus Sijaintitarkkuus m Matkaviestin mitta useammalta (3+) tuliasemalta tulevan signaalin saapumisajan Käytettävä data on tukiasemien sijainti Laskenta tapahtuu matkaviestimessä Vahvuuksia Suhteellisen tarkka Heikkouksia Vaatii lisäominaisuuksia matkaviestimeen Assistance data

22 Verkko- ja satelliittijärjestelmien sijaintitarkkuus Matkaviestintäjärjestelmien (GSM & UMTS) paikannusmenetelmien standardoinnista vastaa 3GPP [ USAn E911 (Enhanced 911) vaatimukset (Federal Communications Commission, FCC) Terminaalipohjaisille ratkaisuille: 50 m, 67 % puheluista, 150 m 95% puheluista Verkkopohjaisille ratkaisuilla: 100 m, 67 % puheluista, 300 m 95% puheluista Alunperin piti tulla voimaan , muuta päätöstä muutettu useamman kerran Nykyisen asetuksen mukaan oltava toiminnassa asteittain vuoden 2005 loppuun mennessä Sijaintitarkkuudet Satelliittipaikannus (heijastukset) GPS 10 (-30)m GSM, Rel.99 DGPS 1-10 (-30)m A-GPS 1-10 (-30)m GSM, Rel.99 Verkkopaikannus Cell-ID 0,2-10km GSM, Rel.99 AOA 0,1-2km TOA m GSM, Rel.99 E-OTD m GSM, Rel.99

23 Lähipaikannus Lähipaikannus on useimmiten sisätilapaikannusta Lentokentät, sairaalat, museot, toimistot, tavaratalot jne. Verkkoperusteisesti matkaviestinverkkoa vastaavilla ratkaisuilla tai perustuen läheisyyteen Lähiverkkopaikannus (Wireless Local Area Network, WLAN) Suomalaisella Ekahau:lla edistynyt ratkaisu Bluetooth-paikannus Etätunnistinpaikannus (Radio Frequency Identification, RFID) Perustuu lyhyen kantaman radiotekniikalla etäluettavien tunnistimien käyttöön Esim. tunnistus portin läpi kuljettaessa tai etäluettava joukkoliikenteen matkalippu Infrapuna ja ultraäänitunnistimiin perustuvat ratkaisut Esim. kohteen identifiointi museossa Huomattavaa jälleen: Infrastruktuuri on jonkin tahon hallussa Paikannus tapahtuu järjestelmässä, eli tieto sijainnistasi jää järjestelmään

24 WWW Paikkatietopalveluja Visa ATM Locator [visaatm.infonow.net/bin/findnow?client_id=visa]

25 WWW Paikkatietopalveluja Karttapaikka [kartta.nls.fi/karttapaikka]

26 WWW Paikkatietopalveluja Yritys ja palveluhakemistot [

27 WWW Paikkatietopalveluja Yritys ja palveluhakemistot [

28 WWW Paikkatietopalveluja Yritys ja palveluhakemistot [

29 Mobiileja paikkatietosovelluksia Paikantavat puhelimet [ POSITIONING TECHNOLOGY Global Positioning System (GPS) Twelve-parallel-channel receiver continuously tracks and uses up to 12 satellites Integrated high-gain flip antenna Connector for external active antenna External NMEA 0183 interface Power saving modes DISPLAY Illuminated high-contrast, full-graphics, gray scale display Resolution 100 x 160 pixels Up to 15 rows of text Graphical indication and icons Graphical menus Maps

30 Benefon Esc! Navigointi Map Guide Position Movement NAVIGATION FEATURES Position coordinates Speed (current, average, maximum) Heading Waypoints Routes Track log Trip odometer Distance measurement Sending and receiving position using SMS Guide/GPS compass MOBILE MAPS Download maps to the phone map memory through Genimap Mobile Maps service, using any PC with Internet browser Road maps City maps Topographical maps Nautical charts

31 Benefon Esc! Navigointipuhelin NAVIGATION PHONE FEATURES Friend Find: track and find another Benefon Esc! navigation phone Emergency button: in case of emergency, up to five SOS messages with your location is sent, and a voice connection is opened to a predefined number Position tracking to an external service center Support for MPTP

32 Mobiileja paikkatietosovelluksia ja -palveluja Henkilökohtainen navigointi [

33 Mobiileja paikkatietosovelluksia ja -palveluja MMS Opaskartat [

34 Mobiileja paikkatietosovelluksia ja -palveluja Koira-GPS [

35 Operaattoreiden paikkaperusteisia palveluja

36 Mobiilin ihmisen palvelut Mobiili ihminen tarvitsee paikkaperusteisia palveluja Kysymys on, miten uusilla informaatio ja kommunikaatiojärjestelmiin liittyvillä menetelmillä voidaan tukea niitä Myös miten käyttäjät oppivat käyttämään ja ottavat käyttöön uusia palveluja Mobiili toiminta tapahtuu eri mittakaavoissa Globaalisti Lokaalisti (maanlaajuisesti ja paikallisesti) Henkilökohtaisessa ympäristössä (lähiympäristö ja sisätilat) Ihmiset ovat erilaisia (heidän ominaisuutensa, tarpeensa jne.) Ihmiset ovat erilaisissa olosuhteissa ja vaihessa Matkailija esim.: suunnittelemassa matkaa, matkalla kohteeseen, kohteessa, matkan jälkeen muistelemassa Mobiilit ihmiset ovat erilaisissa tilanteissa (työtehtävissä, nälkäisiä, eksyksissä, etsien seuraa, hädässä) Yksinkertaisia, helppokäyttöisiä ja hyödyllisiä palveluja otetaan helposti käyttöön Todella hyödyllisiä ovat kokonaisvaltaiset kattavat, monia järjestelmiä yhdistävät, palvelut

37 Yhteenvetoa ja kysymyksiä Paikkaperusteisissa palveluissa tarvitaan Paikannusta (järjestelmä ja päätelaite) Kommunikaatiota (sijaintitiedon ja informaation lähettäminen) Mobiileja ja staattisia palveluita (matkaviestin ja Internet) Dynaamista (paikannus) ja staattista (data) paikkaa Mobiilipalvelut erityisesti tässä ja nyt palveluita? Järjestelmien hallinta? Kustannukset? Luotettavuus? Vastuu? Potentiaalisen palveluiden käyttäjäryhmän laajuus? Päätelaitteiden yleisyys (ja ominaisuudet)? Käyttäjäystävällisyys? Ad hoc palvelujen käyttö (palveluiden käyttöönotto)? Paikannustarkkuus, tarve riippuen palvelusta? Tietosuoja? Kuka kerää paikkatietoa? Kenelle se luovutetaan? Mihin sitä käytetään

38 Paikannuksen ja paikkaperusteisten palvelujen tulevaisuus? Paikkaaperusteiset palvelut ja (teknologinen) paikannus tulevat kehittymään ja yleistymään, AJAN (?) KANSSA Ei uusi mullistava keksintö vaan osa historiallista kehitystä Kartat Navigoinnin teknologian historia jne. Paikka (ajan ohella) tärkeä osa ihmisen mobiilia elinkontekstia Profilointi, personointi Paikkatieto ja paikannetut palvelut integroituvat luonnolliseksi osaksi useimpia palveluita