從物聯(lián)網(wǎng)到人跡網(wǎng)：理論、技術(shù)與應(yīng)用?

陳 戈，張小壘，韓 勇，馬純永

（中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院海洋信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

從物聯(lián)網(wǎng)到人跡網(wǎng)：理論、技術(shù)與應(yīng)用?

陳 戈，張小壘，韓 勇，馬純永

（中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院海洋信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，建立了物質(zhì)環(huán)境在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字世界中的映射；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能終端的發(fā)展，使人類(lèi)的日常行為信息越來(lái)越多的映射到了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字世界中。這些信息與人們?cè)趥鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的行為數(shù)據(jù)相比，最大的變革就是有了空間和時(shí)間屬性，用一個(gè)形象的詞來(lái)描述這類(lèi)信息那就是“人跡”，人跡通過(guò)時(shí)空互聯(lián)形成的一種網(wǎng)絡(luò)，本文叫做“人跡網(wǎng)”。在人跡網(wǎng)出現(xiàn)之前，對(duì)于人類(lèi)社會(huì)行為的研究缺乏大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，無(wú)法獲取完善的人類(lèi)行為數(shù)據(jù)。人跡網(wǎng)承載了關(guān)于人類(lèi)社會(huì)行為和交互的大規(guī)模、客觀、實(shí)時(shí)、連續(xù)、動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為人類(lèi)行為理解和交互規(guī)律認(rèn)識(shí)的研究提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)人類(lèi)社會(huì)行為的研究，可以為城市、社會(huì)、個(gè)人等提供科學(xué)的行為指導(dǎo)，具有良好的應(yīng)用和社會(huì)意義。本文描述了人跡網(wǎng)的形成，從理論體系、技術(shù)方法和和應(yīng)用實(shí)例等方面對(duì)人跡網(wǎng)進(jìn)行了闡述和設(shè)計(jì)。

物聯(lián)網(wǎng)；人跡網(wǎng)；人跡；社會(huì)行為；時(shí)空

物聯(lián)網(wǎng)是近幾年信息技術(shù)的熱點(diǎn)，受到了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略支持，在科技上已經(jīng)形成了一個(gè)專(zhuān)有的知識(shí)領(lǐng)域。有很多的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了科學(xué)系統(tǒng)的闡述，其中，Hua-Dong Ma［1］從背景、目標(biāo)內(nèi)容以及物聯(lián)網(wǎng)主要涉及的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。孫其博［2］等，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念、架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜合性的論述。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為人們的日常生活帶來(lái)了革命性的變化，它的意義不僅僅在于實(shí)現(xiàn)了物物連通，更重要的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，為互聯(lián)網(wǎng)提供了“感知世界”的能力，環(huán)境監(jiān)測(cè)、物流監(jiān)控、交通監(jiān)控、定位追蹤等等，使世界被越來(lái)越多的感知。Atzori［3］曾提出，物聯(lián)網(wǎng)最大的變革在于打破了傳統(tǒng)的思維模式，實(shí)現(xiàn)了物理時(shí)間的情景感知、信息處理和反饋控制這一閉環(huán)過(guò)程，真正意義上成為了物-物、物-人、人-人間信息連接的新一代智能網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了物理世界的充分連接。

近幾年，移動(dòng)智能終端、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速。根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究公司尼爾森發(fā)布的《2013移動(dòng)消費(fèi)者報(bào)告》顯示中國(guó)智能終端的普及率已經(jīng)達(dá)到66%，移動(dòng)寬帶（3G、4G）技術(shù)、城市WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積也在不斷擴(kuò)大。相對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)使人類(lèi)的日常行為信息更加直接的被感知記錄，這些信息與傳統(tǒng)的人們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的行為信息最大的變革就是有了時(shí)空維度。時(shí)空將人與人通過(guò)行為關(guān)聯(lián)在了一起，形成了一個(gè)足跡網(wǎng)絡(luò)，本文稱(chēng)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)為人跡網(wǎng)。於志文［4］在社會(huì)感知計(jì)算一文中也分析到，生活在由移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等相互融合所形成的混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的人們，留下的數(shù)字足跡匯聚成為一幅復(fù)雜的個(gè)體和群體行為圖景，這些圖景對(duì)于理解并支持人類(lèi)的社會(huì)活動(dòng)具有重要的作用。人跡網(wǎng)就是人類(lèi)社會(huì)行為在信息空間的數(shù)字映射。人既是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端，也是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)（行為指導(dǎo)服務(wù)）對(duì)象。人跡網(wǎng)將人與人之間通過(guò)時(shí)空軌跡聯(lián)系在一起，朋友、家人、同事、陌生人之間在時(shí)空上存在一種偶然又必然的關(guān)聯(lián)，其中蘊(yùn)藏著巨大的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值，人跡網(wǎng)的研究將為發(fā)掘這些價(jià)值，為個(gè)人、企業(yè)、政府提供決策輔助服務(wù)提供條件。

借助智能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人跡網(wǎng)可以感知記錄人類(lèi)在物理世界實(shí)時(shí)、連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)挖掘分析，獲得人類(lèi)行為交互信息，為宏觀社會(huì)提供決策依據(jù)。反過(guò)來(lái)，人跡網(wǎng)從宏觀社會(huì)接受理論指導(dǎo)，通過(guò)智能終端直接反饋并作用于物理世界，輔助支持人類(lèi)的社會(huì)活動(dòng)。因此，人跡網(wǎng)將宏觀社會(huì)和物理世界進(jìn)行了連接。

物聯(lián)網(wǎng)是物理世界充分連接的介質(zhì)，人跡網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)的客觀物理連接基礎(chǔ)上，為物理世界與宏觀社會(huì)之間的連接搭建了橋梁。

1 人跡網(wǎng)理論體系

1.1理論基礎(chǔ)

人跡網(wǎng)是一個(gè)以人為主體的人類(lèi)社會(huì)行為信息交互網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是其物理層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，移動(dòng)計(jì)算、普適計(jì)算是人跡網(wǎng)形成的環(huán)境基礎(chǔ)，時(shí)空網(wǎng)絡(luò)、社會(huì)計(jì)算、大數(shù)據(jù)等是人跡網(wǎng)的主要方法指導(dǎo)。

1988年，MarkWeiser提出普適計(jì)算的思想，普適計(jì)算旨在讓技術(shù)無(wú)縫的融入人類(lèi)的日常生活，減小科技帶來(lái)的壓力［5］。移動(dòng)計(jì)算是一種典型的普適計(jì)算，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)智能設(shè)備的發(fā)展，移動(dòng)計(jì)算已經(jīng)在人們生活中發(fā)揮著重要的作用，其中最顯著的表現(xiàn)就是，人們的社會(huì)行為越來(lái)越離不開(kāi)移動(dòng)環(huán)境（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備、移動(dòng)計(jì)算），包括社交、出行、購(gòu)物、理財(cái)、健康醫(yī)療、體育運(yùn)動(dòng)等各方面。人跡網(wǎng)就是在這種計(jì)算環(huán)境下形成的，在普適計(jì)算（移動(dòng)計(jì)算）融合了物理世界和信息空間的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)出的人類(lèi)社會(huì)行為互聯(lián)的數(shù)字世界。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論建立的統(tǒng)一的時(shí)空概念，在一個(gè)歐氏三維空間中時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)是不可分割的。從現(xiàn)實(shí)生活中全球的變化、環(huán)境的變遷以及社會(huì)的發(fā)展都有大量事實(shí)證明時(shí)空是一體的，是相互制約的［6］。時(shí)空還原一個(gè)事件，時(shí)空網(wǎng)絡(luò)表述一個(gè)基礎(chǔ)社會(huì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合社會(huì)關(guān)系，就是一個(gè)完整的社會(huì)表達(dá)。人跡網(wǎng)就是人類(lèi)現(xiàn)實(shí)社會(huì)行為的網(wǎng)絡(luò)表達(dá)。

社會(huì)計(jì)算是宏觀社會(huì)提供給人跡網(wǎng)的理論指導(dǎo)，是人跡網(wǎng)應(yīng)用于客觀世界的科學(xué)方法。2009年2月Lazer等［7］在《Science》上發(fā)表了計(jì)算社會(huì)學(xué)的文章，系統(tǒng)地闡述了社會(huì)計(jì)算、社會(huì)行為等群體演化規(guī)律。社會(huì)計(jì)算作為社會(huì)科學(xué)、管理科學(xué)與計(jì)算科學(xué)等的新興交叉學(xué)科，近年來(lái)迅速興起和發(fā)展，成為應(yīng)對(duì)當(dāng)代信息社會(huì)條件下社會(huì)問(wèn)題日益呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性、快速性、開(kāi)放性、交互性和數(shù)據(jù)海量化等特點(diǎn)，處理網(wǎng)絡(luò)化復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)的建模、分析、管理和控制等問(wèn)題的有力方法和手段［8］。社會(huì)關(guān)系認(rèn)知建模是社會(huì)計(jì)算的重要理論，是人跡網(wǎng)構(gòu)建社會(huì)觀察模型，科學(xué)的分析人類(lèi)社會(huì)行為，有效指導(dǎo)人們?nèi)粘Ｉ畹目茖W(xué)方法。人跡網(wǎng)通過(guò)建立基于時(shí)空線(xiàn)索的社會(huì)關(guān)系認(rèn)知模型，對(duì)社會(huì)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，建立人類(lèi)社會(huì)行為模式，來(lái)還原人類(lèi)社會(huì)行為邏輯，分析行為規(guī)律，認(rèn)知行為動(dòng)機(jī)。

大數(shù)據(jù)理論為人跡網(wǎng)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的提供了理論框架。對(duì)于大數(shù)據(jù)還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的定義，目前比較有代表性的就是“3V”定義，即認(rèn)為大數(shù)據(jù)需滿(mǎn)足3個(gè)特點(diǎn)：規(guī)模性（Volume）、多樣性（Variety）和高速性（Velocity）［17］。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過(guò)智能終端人們生活中的各種信息包括：時(shí)間、空間、人物等，在人跡網(wǎng)中形成了一個(gè)多維的時(shí)空數(shù)據(jù)，這種時(shí)空數(shù)據(jù)是一種典型的大數(shù)據(jù)，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大數(shù)據(jù)的重要存在。大數(shù)據(jù)的理論主要包括多維大量數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)處理以及對(duì)大數(shù)據(jù)的深入挖掘分析等，這些大數(shù)據(jù)理論方法為人跡網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建提供了方法支持。

1.2定義

人跡網(wǎng)是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，聚合特定時(shí)空環(huán)境的人群，表現(xiàn)出的一種人與人行為時(shí)空互連的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字世界。人跡網(wǎng)中的人不同于Miller［10］在基于人的GIScience中提出的個(gè)體人，也不是宏觀上的人類(lèi)，這里的人是一個(gè)具有時(shí)空行為的群體，從地理學(xué)角度，又稱(chēng)之為“地理人”。地理人具有一系列時(shí)空行為，這些行為充斥在日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂(lè)中，地理人在具有時(shí)空表現(xiàn)的同時(shí)，也充分的表達(dá)了人的社會(huì)性。從地理學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，在人跡網(wǎng)中的人即是地理信息的應(yīng)用者，同時(shí)也是地理信息的制造者。Michael F. Goodchild在文獻(xiàn)［11］中也描述了人在未來(lái)地理信息科學(xué)中的角色將從單純的消費(fèi)者發(fā)展為消費(fèi)者和生產(chǎn)者兼有。

從圖論的角度來(lái)闡述，傳統(tǒng)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)以人為節(jié)點(diǎn)，以社會(huì)關(guān)系為邊組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），主要用來(lái)研究一個(gè)群體的社會(huì)結(jié)構(gòu)，表達(dá)人與人之間的社會(huì)關(guān)系；人跡網(wǎng)在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，更深層次的表達(dá)了人與人之間的行為關(guān)系，它是一個(gè)以人和行為為節(jié)點(diǎn)，社會(huì)關(guān)系和時(shí)空線(xiàn)索為連接邊，而組成的一個(gè)多維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。人跡網(wǎng)是一種變形的二分網(wǎng)絡(luò)，它具有兩種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)：人和行為，人是行為的主體，兩者之間通過(guò)時(shí)空相互依附；同時(shí)人與人之間又存在著社會(huì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)。所以，人跡網(wǎng)是傳統(tǒng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)從一維向多維延伸的一種發(fā)展。人跡網(wǎng)在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上融合了時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的特性，對(duì)人的社會(huì)行為表達(dá)具有動(dòng)態(tài)性。

圖1 傳統(tǒng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of traditional social network

圖2 人跡網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of internet of people footprints

1.3人跡網(wǎng)的3個(gè)主要概念：人跡數(shù)據(jù)、人跡傳感器和人跡云

人跡數(shù)據(jù) 是一種描述社會(huì)主體（人），在社會(huì)活動(dòng)中產(chǎn)生的一系列社會(huì)行為的數(shù)據(jù)。要描述人的社會(huì)行為，首先要對(duì)行為主體進(jìn)行描述；其次要對(duì)主體的行為進(jìn)行描述。（1）行為主體，在人跡網(wǎng)中被稱(chēng)為“地理人”，地理人首先具有人的社會(huì)性，其次具有時(shí)空存在性。所以對(duì)于主體，采用三元式P（t，s，a）來(lái)描述，其中t表示時(shí)間，s表示空間，a表示社會(huì)屬性。（2）對(duì)于行為的描述，可以分為目的行為和過(guò)程行為。對(duì)于目的行為，以描述行為所產(chǎn)生的各類(lèi)信息為主，這些信息包括了文字、圖片、視頻、短消息、通過(guò)等等各種生活信息；對(duì)于過(guò)程行為，以描述行為特征為主，這些信息主要以各種傳感器信號(hào)記錄為主。綜上所述，人跡數(shù)據(jù)是一種非結(jié)構(gòu)化的松散數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，信息維度高、數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜、體量大、并且蘊(yùn)含豐富的價(jià)值，是一種典型的大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

人跡傳感器 是人跡數(shù)據(jù)的生產(chǎn)主體。人跡數(shù)據(jù)是人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生的，通過(guò)移動(dòng)智能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)感知記錄下來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。人跡傳感器就是存在于移動(dòng)智能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的，能夠感知記錄人跡數(shù)據(jù)的各種終端應(yīng)用，這些終端應(yīng)用利用智能終端的各種傳感器、無(wú)限通信設(shè)備和衛(wèi)星定位裝置，以及終端具有的計(jì)算分析能力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人跡數(shù)據(jù)的采集記錄（見(jiàn)圖3）。這些應(yīng)用包含了地圖導(dǎo)航應(yīng)用、社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、游戲娛樂(lè)應(yīng)用等等。人跡傳感器相對(duì)于其它領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有自己的特性：（1）覆蓋范圍廣（2）擴(kuò)展性／適配性強(qiáng)（3）生產(chǎn)的數(shù)據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)化、非結(jié)構(gòu)化。人跡云 是對(duì)人跡數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)計(jì)算的規(guī)模計(jì)算中心，是云計(jì)算的一種應(yīng)用。人跡數(shù)據(jù)是一種大數(shù)據(jù)，對(duì)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算，云架構(gòu)提供了很好的解決方案。人跡云是人跡網(wǎng)的大腦，是學(xué)習(xí)宏觀社會(huì)理論方法的主體，人跡云集成了人跡數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取方法、可視化方法、專(zhuān)題性數(shù)據(jù)挖掘方法，以及實(shí)時(shí)性的終端數(shù)據(jù)提供等人跡數(shù)據(jù)服務(wù)。

人跡傳感器、人跡數(shù)據(jù)和人跡云是人跡網(wǎng)的3個(gè)主要概念，也是人跡網(wǎng)的主要組成部分。這3部分的結(jié)構(gòu)關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 人跡網(wǎng)框架圖Fig.3 Frame diagram of internet of people footprints

2 人跡網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 3 S（RS、GIS、GPS）

3S技術(shù)是地理空間信息科學(xué)與技術(shù)的核心，由遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）和全球定位系統(tǒng)技術(shù)（GPS）組成，并且是一種面向空間信息處理的多學(xué)科綜合技術(shù)，它高度的集成了空間信息的采集、處理、管理、分析、描述、傳播和現(xiàn)代信息應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)［12］。在人跡網(wǎng)中，3S技術(shù)在人跡數(shù)據(jù)的采集和人跡數(shù)據(jù)的空間處理方面發(fā)揮了重要的作用。人跡網(wǎng)中人跡數(shù)據(jù)的采集終端被稱(chēng)為人跡傳感器，人跡傳感器是移動(dòng)智能終端多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的體現(xiàn)，其中GPS數(shù)據(jù)是人跡數(shù)據(jù)中多維特性中的最重要的一維，其它傳感器例如加速度傳感器、方位傳感器等傳感數(shù)據(jù)組成了人跡數(shù)據(jù)的其它維度。目前移動(dòng)終端的定位數(shù)據(jù)主要以GPS為主，我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位技術(shù)也逐漸成熟，也會(huì)成為終端定位的主要技術(shù)之一。通過(guò)定位識(shí)別實(shí)現(xiàn)的各種LBS終端應(yīng)用是人跡傳感器的主要應(yīng)用實(shí)例，其中基于WebGIS和MobileGIS協(xié)同服務(wù)的多終端空間服務(wù)架構(gòu)技術(shù)是關(guān)鍵的核心技術(shù)。

2.2智能終端多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)智能終端配置的傳感器越來(lái)越豐富，包括GPS、加速度傳感器、方向傳感器、陀螺儀、溫度傳感器、光線(xiàn)傳感、磁場(chǎng)傳感器等等，將來(lái)智能終端的傳感器配置將更加豐富，精密性也將越來(lái)越高。這些傳感器的應(yīng)用可以全面的獲取終端使用人的環(huán)境信息，包括位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、方向，甚至人的情緒等。傳感器獲取的數(shù)據(jù)多種多樣，數(shù)據(jù)的格式、維度、大小都具有較大的差別，融合這些異源數(shù)據(jù)，綜合判斷終端人的狀態(tài)環(huán)境信息，是人跡網(wǎng)人跡傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于這些異源傳感器數(shù)據(jù)的融合，人跡傳感器主要通過(guò)對(duì)空間幾何計(jì)算、概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算、實(shí)時(shí)信號(hào)處理等相關(guān)方法的綜合運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，用于多傳感器數(shù)據(jù)融合的計(jì)算智能方法主要包括：模糊集合理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析理論和支持向量機(jī)等。

2.3人跡數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)

人跡數(shù)據(jù)是一種多維時(shí)空數(shù)據(jù)，利用什么樣的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人跡數(shù)據(jù)的可視化，是人跡網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。首先，針對(duì)人跡數(shù)據(jù)的時(shí)空特性，基于地理信息系統(tǒng)的時(shí)空可視化是一個(gè)解決方案。其次，在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用時(shí)空數(shù)據(jù)的三維動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)進(jìn)行三維時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化疊加，來(lái)實(shí)現(xiàn)多維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分層可視化，更全面的表現(xiàn)人跡數(shù)據(jù)的多維動(dòng)態(tài)特性。最后，人跡數(shù)據(jù)的可視化不僅要解決海量數(shù)據(jù)的分析處理問(wèn)題，同時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)處理結(jié)果的發(fā)布、傳播、分享也是一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)前終端環(huán)境繁多復(fù)雜，不僅要面向不同系統(tǒng)的pc終端，同時(shí)還要兼容不同系統(tǒng)的移動(dòng)智能終端。利用基于HTML5的網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)是一個(gè)最佳方案，主流瀏覽器對(duì)HTML5的支持，內(nèi)置GPS定位接口［13］、支持本地存儲(chǔ)、硬件加速、websocket等，都為建立一個(gè)跨平臺(tái)的時(shí)空大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)可視化提供了保障。

2.4基于大數(shù)據(jù)支持的人跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)技術(shù)

人跡數(shù)據(jù)的挖掘分析是建立在對(duì)人跡數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)的基礎(chǔ)上的，大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)架構(gòu)是1個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)對(duì)于大數(shù)據(jù)的挖掘分析需要運(yùn)用云計(jì)算的相關(guān)技術(shù)?？傊僳E數(shù)據(jù)的挖掘分析是在人跡網(wǎng)時(shí)代，基于云計(jì)算的一種大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與挖掘分析的綜合技術(shù)，也是大數(shù)據(jù)時(shí)代的技術(shù)核心。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)架構(gòu)的方案主要有：并行數(shù)據(jù)庫(kù)、MapReduce、并行數(shù)據(jù)和MapReduce混合等方案［14］，其中MapReduce是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它的鍵值存儲(chǔ)模型具有較強(qiáng)的表現(xiàn)力，可以存儲(chǔ)任意格式的數(shù)據(jù)；可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，但是MapReduce的數(shù)據(jù)處理性能相較于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)要低很多。針對(duì)這個(gè)的缺點(diǎn)，近年很多專(zhuān)家在研究提高M(jìn)ap Reduce的數(shù)據(jù)處理性能的方法。文獻(xiàn)［15］提出了Map端連接、Reduce端連接及廣播式連接等算法；文獻(xiàn)［16］提出了Map-Reduce-Merge框架可以同時(shí)處理兩個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。還有很多的相關(guān)研究方案，為MapReduce的發(fā)展提供了支持。可見(jiàn)，MapReduce在大數(shù)據(jù)時(shí)代將發(fā)揮重要作用，是人跡網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.5 用戶(hù)隱私與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

人跡網(wǎng)是一個(gè)城市居民日常生活的信息交互網(wǎng)絡(luò)，其中充斥人們生活過(guò)程中各種各樣的信息，不乏一些隱私信息。這些信息在人跡網(wǎng)時(shí)代，一方面給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)也帶來(lái)了一些個(gè)人隱私泄漏的安全問(wèn)題。自從網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)據(jù)安全問(wèn)題是人們一直在努力解決的問(wèn)題，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專(zhuān)家的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，在當(dāng)前人跡網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)的高度集中化使得數(shù)據(jù)安全顯得更加重要。要解決數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，不僅要有相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)要有相關(guān)領(lǐng)域的法律為依托。在技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶(hù)隱私與安全主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：移動(dòng)終端、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)云［17］。在人跡網(wǎng)中，這三個(gè)方面表現(xiàn)為人跡傳感器、人跡云。在人跡傳感器方面，除了針對(duì)移動(dòng)終端軟件平臺(tái)本身的安全技術(shù)以為，人跡傳感器在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取透明用戶(hù)式的特征信息采集方案，能夠很好的保障用戶(hù)的隱私安全；在人跡云方面，除了保障云平臺(tái)本身的安全性以外，還要加強(qiáng)云平臺(tái)管理的制度化，有效的規(guī)范管理阻止的行為，科學(xué)避免不安全操作。

3 人跡網(wǎng)應(yīng)用

人跡網(wǎng)承載了關(guān)于人類(lèi)社會(huì)行為和交互的大規(guī)模、客觀、實(shí)時(shí)、連續(xù)、動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為人類(lèi)行為理解和交互規(guī)律認(rèn)識(shí)的研究提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除了分析理解之外，人跡網(wǎng)還從個(gè)體、群體和社會(huì)三個(gè)層面為人類(lèi)行為和交互以及行為場(chǎng)景提供智能輔助和支持。

人跡網(wǎng)具體到一個(gè)場(chǎng)景，它的應(yīng)用方案見(jiàn)圖4。通過(guò)構(gòu)建該場(chǎng)景的空間數(shù)據(jù)服務(wù)，建立基于移動(dòng)終端的空間服務(wù)應(yīng)用，這些空間服務(wù)應(yīng)用在為該場(chǎng)景中的用戶(hù)提供服務(wù)的同時(shí)，收集用戶(hù)的特征行為數(shù)據(jù)，形成該場(chǎng)景的人跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算中心，該中心利用數(shù)據(jù)挖掘方法、可視化方法、統(tǒng)計(jì)分析方法等，分析用戶(hù)的行為數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果在為用戶(hù)提供個(gè)性化的行為指導(dǎo)的同時(shí)，可以為場(chǎng)景的各方面建設(shè)提供決策支持。

圖4 人跡網(wǎng)實(shí)施方案Fig.4 Application Scheme of Internet of People Footprints

本文基于“人跡網(wǎng)”概念，設(shè)計(jì)搭建了針對(duì)人跡數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)、挖掘分析及可視化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)i4People，平臺(tái)框架見(jiàn)圖5。在該平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了3個(gè)人跡傳感器實(shí)例：樓宇識(shí)別、實(shí)景導(dǎo)航和出行感知和人跡數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。本文通過(guò)i4People平臺(tái)設(shè)計(jì)了2個(gè)應(yīng)用案例：樓宇識(shí)別和實(shí)景導(dǎo)航應(yīng)用、出行感知應(yīng)用。通過(guò)這2個(gè)應(yīng)用的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，采集了實(shí)驗(yàn)人跡數(shù)據(jù)。本文對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的空間分析和可視化呈現(xiàn)。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本課題下一步的工作重點(diǎn)是進(jìn)行人跡行為模型的構(gòu)建，行為模式的分析，包括行為認(rèn)知、行為聚類(lèi)、行為規(guī)劃等。以下是2個(gè)應(yīng)用案例的具體介紹：（1）樓宇識(shí)別和實(shí)景導(dǎo)航終端應(yīng)用。該應(yīng)用在Android平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)，部署在中國(guó)海洋大學(xué)嶗山校區(qū)，提供基于手機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)樓宇識(shí)別和實(shí)景導(dǎo)航服務(wù)，應(yīng)用截圖

（見(jiàn)圖6）。該應(yīng)用匿名采集用戶(hù)的“人跡數(shù)據(jù)”。經(jīng)過(guò)一周的實(shí)施，采集到了100位師生的校園生活人跡數(shù)據(jù)。通過(guò)i4People平臺(tái)進(jìn)行了時(shí)空可視化分析，使用空間熱力圖、曲線(xiàn)圖與餅狀圖等圖表效果，結(jié)合時(shí)間軸，將中國(guó)海洋大學(xué)嶗山校區(qū)的人跡時(shí)空分布進(jìn)行了表達(dá)（見(jiàn)圖7）。

（2）出行感知實(shí)例。該實(shí)例在Android和iOS平臺(tái)下運(yùn)行，為用戶(hù)提供出行軌跡記錄服務(wù)。通過(guò)招募20名志愿者，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的實(shí)例應(yīng)用，采集到了10萬(wàn)條出行軌跡數(shù)據(jù)。通過(guò)i4People平臺(tái)進(jìn)行了出行方式的判別分析，并進(jìn)行了出行方式的時(shí)空可視化。王瑾［18］對(duì)出行方式的判別進(jìn)行了詳細(xì)介紹；出行方式的時(shí)空可視化見(jiàn)圖8。用戶(hù)采用隱碼匿名方式表現(xiàn)，采用不同顏色和透明度表示了不同的出行方式和不同出行方式的運(yùn)行量，直觀反應(yīng)了一個(gè)城市的交通方式的時(shí)空分布情況。這些人跡數(shù)據(jù)結(jié)合專(zhuān)業(yè)的城市交通模型，可以進(jìn)行深入的挖掘分析，來(lái)為城市的交通規(guī)劃提供專(zhuān)業(yè)的決策支持。

圖5 i4People架構(gòu)圖Fig.5 i4People architecture

圖6 樓宇識(shí)別和實(shí)景導(dǎo)航系統(tǒng)Fig.6 Building recognition and real navigation system

圖7 11時(shí)人群軌跡分布Fig.7 The trajectory distribution at 11：00 am

圖8 出行方式空間分布Fig.8 The space distribution of travel model

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一種擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了物與物的連通；人跡網(wǎng)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代人與人之間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的一種革命性進(jìn)展，突破了傳統(tǒng)的社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，利用時(shí)空線(xiàn)索將人與人進(jìn)行了聚合關(guān)聯(lián)。本文從理論體系、技術(shù)方法和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ僳E網(wǎng)進(jìn)行了闡述，普適計(jì)算、時(shí)空理論、社會(huì)計(jì)算、大數(shù)據(jù)等是人跡網(wǎng)的基礎(chǔ)理論體系；3S、多傳感器數(shù)據(jù)融合、網(wǎng)絡(luò)可視化、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)、社會(huì)關(guān)系認(rèn)知建模、用戶(hù)隱私安全等技術(shù)是人跡網(wǎng)研究的關(guān)鍵技術(shù)；研究人跡網(wǎng)，認(rèn)知社會(huì)行為模式對(duì)于具有社會(huì)行為結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景都具有重大的意義，從個(gè)人家庭到城市社會(huì)，都是人跡網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。本文根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)、社會(huì)計(jì)算、大數(shù)據(jù)、時(shí)空網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的相關(guān)觀點(diǎn)，提出人跡網(wǎng)的概念，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的研究提供一些建設(shè)性參考。

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From lnternet of Things to lnternet of People Footprints：Theory，Technology and Application

CHEN Ge，ZHANG Xiao-Lei，HAN Yong，MA Chun-Yong
（Marine Information Technology Laboratory，College of Information Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

In recent years，the development of the Internet of Things help to build the map between the physical world and the network digital world.With the rapid development of mobile network and intelligent terminal，the increasing information of people on daily work，leisure，entertainment and other acts have been mapped to the network digital world.These information showes the space-time characteristic，which is the biggest change compared to the behaviour data that people act in the traditional network. These information can be expressed in one word‘people footprints’.People’s footprints linking everyone by space-time，together with social relations，forms a multi-dimensional space-time dynamic network among people.This network is named‘Internet of People Footprints（IoPF）’.Before the emergence of IoPF，The lack of large-scale experimental environment make the study of human social behaviour unable to get the perfect human behaviour data.IoPF can get large-scale，objective，real-time，continuous，dynamic field data about human social behaviours and interactions，which provide solid foundation for understanding the human behaviour and learning the interaction pattern.At the same time，the study of human social behaviour，can provide the scientific guidance for city，society and individual behaviour，which has good application and social significance.This paper introduces the emergence of IoPF，addresses the‘internet of people footprints’concept，and makes a scientific exposition and design from the theoretical system，the key technologies and the major applications.

internet of things（Io T）；internet of people footprints（IoPF）；people footprints；social behaviour；space-time

TP399

A

1672-5174（2014）10-148-07

責(zé)任編輯 陳呈超

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61361136001）；青島市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（13-1-3-117-nsh）資助.

2014-07-15；

2014-09-10

陳 戈（1965-），男，教授，博導(dǎo)。E-mail：gechen＠ouc.edu.cn