揭秘常用地理空间定位的技术方法有哪些

互联网是全球性的，但它可以帮助找到附近的服务、产品和活动。最近的银行在哪里？哪些餐厅会送餐？哪些朋友住在该地区？什么公交车可以到达目的地？

为了回答这些问题，程序需要知道用户的地理位置：描述其地理位置的大致纬度和经度。

这里来回顾一下确定地理位置的方法，并考虑它的多种使用方式。

设备定位系统

用户的地理位置实际上是用户设备的位置，无论是家用电脑、笔记本电脑、智能手机还是健身追踪器。

设备有多种方法可以确定自己在世界上的位置，从最精确（GPS）到最不精确（基于IP的地理位置）。

全球定位系统

美国政府在 1970 年代启动了 GPS 项目，现在控制着大约 30 颗绕地球运行的 GPS 卫星。

绕地球运行的GPS卫星。图片来源：美国国家海洋和大气管理局

GPS接收器是带有天线的微型传感器，用于接收来自在天空中轨道运行的GPS卫星的无线电信号。在大多数情况下，如果传感器可以从至少四颗卫星接收信号，则接收器可以使用称为三边测量的技术计算其位置。

GPS在天空清晰可见的室外环境中效果最佳。智能手机通常可以记录精确到4.9米以内的地理位置。由于屋顶、墙壁和其他物体造成的干扰，GPS 在室内或建筑物附近效果不佳，但它仍然是最精确的地理位置数据来源。

无线定位系统

Wi-Fi定位是一种在充满Wi-Fi网络的密集城市地区（几乎与GPS运行良好的相反）有效的策略。

首先，带有Wi-Fi天线的设备可以扫描Wi-Fi接入点并测量每个网络的信号强度。这会产生如下表所示的信息。请注意，信号强度始终为负，因此最接近零的数字最强。

一旦设备获得该信息，它就可以使用三边测量。设备通过在 Wi-Fi 位置数据库或自己的（较小）位置缓存中查找每个接入点来确定每个接入点的位置。然后，它根据找到的位置及其信号强度估计自己的位置。

基于具有不同信号强度的三个接入点的三边测量。每个圆圈是基于信号强度的近似距离。该设备位于三个圆圈重叠的中心区域。

更准确的技术是指纹识别，但只有在提前制作指纹图的情况下才有可能。为了制作地图，便携式设备计算特定区域内许多参考点的指纹。每个指纹都是附近网络及其信号强度的列表，如上表所示，外加一对地理坐标。

白宫二楼的假想指纹图，有三个无线接入点和46个指纹。图片来源：ZooFari

当移动设备进入该区域并需要知道其位置时，它可以将其指纹与无线电地图一起发送到机器，机器使用算法计算最近的指纹并相应地估计坐标。

这种技术在室内可以非常准确，尤其是对于密集的指纹图，但它尚未普遍使用，因为它取决于该指纹图的存在。

蜂窝塔三边测量

在美国，法律要求手机在拨打 911 电话时报告其大致位置，以帮助紧急服务快速到达呼叫者。如果手机无法使用GPS报告其位置，则可以改用手机信号塔三边测量。

蜂窝塔是使蜂窝网络成为可能的原因。每个蜂窝塔包括三组三角形的定向天线阵列：

手机信号塔可以通过测量往返交付时间和信号强度来估计信号塔与电话之间的距离。它可以通过知道三个天线阵列中的哪一个发送了信号来改善该估计。单个塔足以计算一个宽阔的区域，但如果有多个塔可用，则可以将位置缩小到较小的区域。

基于三座塔的三边测量。突出显示的区域表示每个塔上将信号发送到手机的天线。中间的红色区域是手机的大致位置。

基于 IP 的地理位置

每当设备通过互联网发送数据时，它也会发送一个 IP 地址。尽管 IP 地址不像描述世界上一个不动的地方的邮寄地址，但通常可以将 IP 地址映射到地理区域。

IP 地理位置数据库包含数百万行将 IP 地址映射到位置的行。公司根据各种来源创建这些数据库，例如区域 IP 地址注册表、用户在网站上提交的位置、来自 ISP 的数据以及基于网络路由的估计。

为了了解准确性，这里在三个不同的IP地理位置数据库中查找了IP地址。结果：

数据库都得到了正确的国家和州，但是，坐标范围为 475 英里！

基于 IP 的地理位置通常是最后的手段，因为它是所有技术中最不准确的。此外，如果用户通过VPN（虚拟专用网络）访问互联网，他们的真实IP将被隐藏，VPN的IP可能会被地理定位在一个完全不同的大陆。

对地理位置的程序访问

即使设备有办法确定其地理位置，它也不一定会将该信息暴露给其上运行的软件。

请求访问权限

网页可以使用浏览器的内置地理位置 API 来请求当前地理位置。浏览器使用上述许多策略计算地理位置，并返回最准确的策略。

但是，浏览器将首先请求用户许可。以下是该请求在 Chrome 浏览器中的外观：

移动应用程序通常还必须请求当前地理位置的权限，尽管这取决于移动平台（即Android与iPhone）。一些应用程序甚至会请求持续收集用户地理位置的权限，即使他们没有主动使用该应用程序。

以下是来自安卓手机上的应用的请求：

基于 IP 的地理位置

当用户访问网站时，他们的浏览器会向 Web 服务器发送 HTTP 请求。HTTP 请求包装在 IP 数据包中，因此它始终包含发送方的 IP 地址。

如上所述，Web 服务器可以使用 IP 地理位置服务将用户的 IP 地址转换为近似位置。

基于IP的地理位置并不是非常准确，但它至少可以为网站提供用户来自何处的线索。该网站可以使用大致位置来个性化体验，提供有针对性的广告，或者只是更好地了解其用户人口统计数据。

用户输入

网站和应用程序也可以简单地询问用户的位置。例如，用户可以输入地址，网站可以使用地理编码服务将其转换为纬度和经度。下面是一个商店定位器，用于显示用户邮政编码最近的商店：

网站还可以通过查看每个照片文件的元数据来检测用户上传照片的地理位置，因为许多手机会自动记录照片文件中的位置。用户并不总是意识到这一点，因此在线照片库已成为公开用户位置的宝库。

好处和风险

多亏了地理位置，我们可以找到丢失的手机，发现当地的咖啡馆来满足我们对乳蛋饼的渴望，或者记录史诗般的越野自行车骑行。执法机构可以找到暴力罪犯，救护车可以赶到呼叫者的位置。

但地理位置也是私人信息，公开访问私人信息总是有其风险的：有多起人们使用可公开访问的地理位置数据跟踪前伴侣或陌生人的案例。法机构被指控使用不准确的地理位置错误地指控某人犯罪。

网站可以根据他们认为用户居住的地方选择审查信息。

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