導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 飛，孫 軒，馬春紅

（1. 廣東瑞圖萬方科技股份有限公司，廣東 佛山 528305；2. 武漢大學(xué) 測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079；3. 南開大學(xué) 周恩來政府管理學(xué)院，天津 300071）

導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 飛1,2，孫 軒3，馬春紅1

（1. 廣東瑞圖萬方科技股份有限公司，廣東 佛山 528305；2. 武漢大學(xué) 測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079；3. 南開大學(xué) 周恩來政府管理學(xué)院，天津 300071）

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)在結(jié)構(gòu)上可分為導(dǎo)航地圖服務(wù)和位置增值服務(wù)兩大模塊，在功能上包括動(dòng)態(tài)智能導(dǎo)航、移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)數(shù)據(jù)分析和商業(yè)服務(wù)推送4大主要應(yīng)用。

導(dǎo)航；位置服務(wù)；空間信息發(fā)布；移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)；電子地圖

隨著GPS、北斗等空間定位技術(shù)的進(jìn)步和智能手機(jī)、導(dǎo)航儀等移動(dòng)智能終端的大范圍推廣，導(dǎo)航與LBS（location based service）逐漸成為我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷膽?yīng)用之一。為了滿足動(dòng)態(tài)導(dǎo)航需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)包括移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)服務(wù)推送等各類SoLoMo[1]應(yīng)用，傳統(tǒng)的單機(jī)定位模式必將被基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)所取代[2]。本文構(gòu)建了一套高效的導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)（如圖1所示），并對(duì)其模塊設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)介紹。

圖1 導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)模塊組成

1.1 導(dǎo)航地圖服務(wù)模塊

導(dǎo)航地圖服務(wù)是各類導(dǎo)航與LBS應(yīng)用的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并向用戶傳輸最新的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航地圖，同時(shí)負(fù)責(zé)進(jìn)行相關(guān)的導(dǎo)航計(jì)算，如路徑搜索、鄰近查詢等。模塊結(jié)構(gòu)層次包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)調(diào)度層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)接口層，如圖2。

圖2 導(dǎo)航地圖服務(wù)模塊結(jié)構(gòu)層次設(shè)計(jì)

其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)調(diào)度層被部署和運(yùn)行于數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)接口層則被部署和運(yùn)行于服務(wù)中心。各結(jié)構(gòu)層次的組成和應(yīng)用描述如下：

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。該層主要負(fù)責(zé)地圖數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。本文對(duì)不同圖層中的矢量和柵格地圖數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)和其他附屬導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，將其采用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫(kù)分布式存儲(chǔ)于多個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并建立空間索引以提高數(shù)據(jù)的檢索效率。

2）數(shù)據(jù)調(diào)度層。該層主要負(fù)責(zé)地圖數(shù)據(jù)的高效調(diào)度與獲取。為了平衡服務(wù)器的訪問負(fù)載，本文在數(shù)據(jù)服務(wù)器前端設(shè)置有目錄服務(wù)器，負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中各數(shù)據(jù)服務(wù)器的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間范圍和狀態(tài)信息，并通過動(dòng)態(tài)信息反饋等手段實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的負(fù)載均衡[3]。

3）數(shù)據(jù)應(yīng)用層。該層主要負(fù)責(zé)地圖數(shù)據(jù)的融合、組織和各類導(dǎo)航計(jì)算等實(shí)際應(yīng)用。如果用戶僅需要進(jìn)行導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)下載或動(dòng)態(tài)更新，那么該應(yīng)用層將在獲得相應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行封裝，生成適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髅襟w數(shù)據(jù)包；如果用戶當(dāng)前需要進(jìn)行的是位置查找和路徑規(guī)劃等導(dǎo)航應(yīng)用或朋友搜索和位置簽到等LBS應(yīng)用，那么該層將在獲得相關(guān)地圖數(shù)據(jù)后，直接在服務(wù)器端進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算，并對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行封裝，生成特定格式的數(shù)據(jù)包。

4）數(shù)據(jù)接口層。該層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和用戶管理等。為了保證數(shù)據(jù)安全，在對(duì)地圖數(shù)據(jù)包和結(jié)果數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸前，必須按照特定規(guī)則對(duì)其進(jìn)行加密，如采用Rijndael算法[4]?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，數(shù)據(jù)接口層主要基于網(wǎng)絡(luò)傳輸層的TCP協(xié)議向外提供特定的訪問接口。同時(shí)，還在數(shù)據(jù)接口層對(duì)用戶數(shù)據(jù)下載和訪問的頻次和數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2 位置增值服務(wù)模塊

與導(dǎo)航地圖服務(wù)不同，位置服務(wù)基本不涉及數(shù)據(jù)的下載和更新，更多的是一些具有社交或商業(yè)目的的增值應(yīng)用。由于增值應(yīng)用的多樣化和差異性，因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用了相對(duì)靈活的組件式管理方式，如圖3。具體而言，系統(tǒng)的位置增值服務(wù)模塊主要包括POI（Point of Interest）信息管理和移動(dòng)對(duì)象管理2個(gè)核心組件,以及多個(gè)位置增值應(yīng)用組件。

圖3 位置增值服務(wù)模塊的組件式結(jié)構(gòu)

1）POI信息管理組件。POI是指地圖上具有固定位置且用戶感興趣的目標(biāo)實(shí)體，如酒店、飯店、加油站、商鋪等。POI信息通常包括實(shí)體對(duì)象的名稱、類型、位置和基本屬性。該組件主要負(fù)責(zé)管理所有的POI信息，為各類上層位置增值業(yè)務(wù)提供服務(wù)。在組件設(shè)計(jì)過程中，本文主要通過“Hadoop云存儲(chǔ)技術(shù)＋R樹索引”的方式對(duì)海量POI信息進(jìn)行高效存儲(chǔ)。

2）移動(dòng)對(duì)象管理組件。該組件主要負(fù)責(zé)對(duì)所有移動(dòng)對(duì)象的ID和空間位置進(jìn)行管理。由于移動(dòng)對(duì)象與POI不同，它的空間位置會(huì)隨時(shí)間變化，因此對(duì)其進(jìn)行管理會(huì)涉及到時(shí)空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和索引問題，具有較大的復(fù)雜性。結(jié)合最新的研究進(jìn)展，本文采用MODTN模型[5]對(duì)移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，并采用UTR-tree[6]對(duì)其進(jìn)行空間索引。

3）位置增值應(yīng)用組件。位置增值應(yīng)用是用戶與系統(tǒng)交互的直接接口。在POI信息和移動(dòng)對(duì)象管理基礎(chǔ)上，系統(tǒng)在上層可根據(jù)需要引入多個(gè)位置增值應(yīng)用，每個(gè)應(yīng)用都通過組件方式部署，相互之間的關(guān)聯(lián)較弱，且都通過獨(dú)立的接口向外提供服務(wù)。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本文基于模塊化系統(tǒng)框架所構(gòu)建的導(dǎo)航和移動(dòng)位置服務(wù)平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)了以下4大類功能，即動(dòng)態(tài)智能導(dǎo)航、移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)數(shù)據(jù)分析和商業(yè)服務(wù)推送。

2.1 動(dòng)態(tài)智能導(dǎo)航

與傳統(tǒng)的“起點(diǎn)-終點(diǎn)”式導(dǎo)航方式不同，本文將移動(dòng)搜索和導(dǎo)航相結(jié)合，提出了一種更為智能化的導(dǎo)航功能。在對(duì)目的地非常了解的情況下，如上下班、外出辦事等，我們通常對(duì)行駛路徑非常熟悉，因此人們的導(dǎo)航需求其實(shí)不大；但當(dāng)實(shí)際需求并不是準(zhǔn)確的地理方位，而是類似吃飯、買衣服、逛街等較為模糊的生活需要時(shí)，人們的導(dǎo)航需求其實(shí)更為強(qiáng)烈，必須引入更為實(shí)用的智能導(dǎo)航功能來滿足需要。

另一方面，本文還利用交通部門發(fā)布的實(shí)時(shí)路況信息實(shí)現(xiàn)了車輛的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航，做到綠色出行。而且，隨著當(dāng)前移動(dòng)智能終端定位精度的提高，人們的導(dǎo)航需求往往更為精細(xì)，特別是為了滿足眾多LBS應(yīng)用的需要，本系統(tǒng)在路徑規(guī)劃過程中還考慮到行人導(dǎo)航的問題，實(shí)現(xiàn)了人車混合導(dǎo)航的個(gè)性化應(yīng)用。

2.2 移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)所提供的移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)上主要包括三方面應(yīng)用：首先，在移動(dòng)對(duì)象管理模塊基礎(chǔ)上直接提供近距離搜索功能，根據(jù)用戶的位置信息實(shí)現(xiàn)陌生交友等開放社交應(yīng)用；其次，由于人們往往僅希望將生活瞬間和真正認(rèn)識(shí)你的人分享，因此我們基于用戶間的朋友關(guān)系和距離關(guān)聯(lián)還構(gòu)建了獨(dú)立的社交門戶，以實(shí)現(xiàn)私密社交應(yīng)用；最后，系統(tǒng)還可與QQ、Sina微博等大規(guī)模社交平臺(tái)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)更加多樣化的移動(dòng)社交應(yīng)用。

2.3 移動(dòng)數(shù)據(jù)分析

移動(dòng)數(shù)據(jù)分析是導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)智慧化應(yīng)用的核心，為其他各類高端應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。針對(duì)車輛，本系統(tǒng)主要從軌跡特征分析、移動(dòng)規(guī)律發(fā)現(xiàn)和活動(dòng)模式挖掘三個(gè)方面對(duì)其群體歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過數(shù)據(jù)分析，可以了解道路上的交通熱點(diǎn)、預(yù)測(cè)區(qū)域交通狀態(tài)變化、區(qū)域功能識(shí)別、評(píng)估城市規(guī)劃現(xiàn)狀，并指導(dǎo)城市管理工作[7]。針對(duì)個(gè)人，本系統(tǒng)不僅可以將單個(gè)用戶行為軌跡數(shù)據(jù)與周邊的POI興趣點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，來對(duì)其行為狀態(tài)進(jìn)行微觀分析，而且能夠?qū)Χ鄠€(gè)用戶行為軌跡進(jìn)行比較，研究城市社會(huì)群體的分類，探究各類人群不同的行為模式[8]。

2.4 商業(yè)服務(wù)推送

當(dāng)前商業(yè)服務(wù)推送最常見的方式是通過“位置簽到”實(shí)現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上，商戶通過積分、勛章以及領(lǐng)主等榮譽(yù)激勵(lì)用戶簽到，滿足用戶的虛榮感并提供額外優(yōu)惠，而用戶則在享受服務(wù)后，參與商業(yè)實(shí)體（商店、餐廳等）的評(píng)價(jià)，以激勵(lì)商戶不斷改善自身的服務(wù)質(zhì)量。

本系統(tǒng)在位置簽到的基礎(chǔ)上，將多個(gè)應(yīng)用相互融合，可提供包括團(tuán)購(gòu)、精準(zhǔn)營(yíng)銷等各類LBS＋應(yīng)用。比如通過“LBS＋團(tuán)購(gòu)”的應(yīng)用，我們可以召集更多的人加入你的購(gòu)買活動(dòng)，進(jìn)而從商家獲得最低的折扣。而在功能實(shí)現(xiàn)上，對(duì)于“LBS＋團(tuán)購(gòu)”的應(yīng)用而言，必須將商業(yè)服務(wù)推送與移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。類似的，商家為了給最有可能長(zhǎng)期光顧的顧客提供最大的折扣，則可以通過“LBS＋經(jīng)準(zhǔn)營(yíng)銷”方式將商業(yè)服務(wù)推送與移動(dòng)數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，來尋找最有價(jià)值的顧客群體。

3 結(jié) 語

結(jié)合具體的應(yīng)用需求，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)。不僅可以滿足用戶的智能導(dǎo)航定位需求，而且可以實(shí)現(xiàn)包括移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)數(shù)據(jù)分析和商業(yè)服務(wù)推送在內(nèi)的眾多增值位置服務(wù)，為政府工作、商業(yè)發(fā)展和人們的日常生活提供便利。

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P208

B

1672-4623（2014）05-0038-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.013

李飛，工程師，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)航數(shù)據(jù)建模、融合和增量更新。

2013-10-25。

項(xiàng)目來源：國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012AA12A204）；廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2011168036）；廣東省教育廳產(chǎn)學(xué)研結(jié)合資助項(xiàng)目（2012B091100441）。