北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)管理

鄭迎春，王 騰，袁永衛(wèi)，杜 凱，張曉旭

(1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)管理

鄭迎春1,2，王 騰1,2，袁永衛(wèi)1,2，杜 凱1,2，張曉旭1,2

(1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

位置數(shù)據(jù)管理是北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)的核心組成部分，支撐著整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。結(jié)合九寨溝智慧景區(qū)建設(shè)的業(yè)務(wù)需求，就智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)中高效數(shù)據(jù)插入、高效的位置查詢(xún)等關(guān)鍵技術(shù)給出相應(yīng)的解決方案，最終將關(guān)鍵技術(shù)解決方案集成到九寨溝北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)中。通過(guò)九寨溝北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)的測(cè)試和運(yùn)行，證明了所提出解決方案的有效性。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；智慧景區(qū)；位置服務(wù)；景區(qū)管理

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，旅游已成為人們休閑娛樂(lè)的主要方式。為此，國(guó)家提出了發(fā)展智慧旅游的發(fā)展戰(zhàn)略[1-2]，希望借助大數(shù)據(jù)[3]、云計(jì)算[4]、物聯(lián)網(wǎng)[5]和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)[6]等新興技術(shù)完成智慧旅游相關(guān)系統(tǒng)[7]的建設(shè)，提高景區(qū)綜合管理能力和游客服務(wù)水平。

基于上述背景，以九寨溝需求為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和研發(fā)了北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以典型位置服務(wù)架構(gòu)[8]為基礎(chǔ)，結(jié)合移動(dòng)位置服務(wù)[9]、分布式位置服務(wù)[10]思想，實(shí)現(xiàn)了景區(qū)日常管理和應(yīng)急處理需求，同時(shí)提高景區(qū)游客服務(wù)水平。

由于景區(qū)具有業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜、游客量大的特點(diǎn)，為了滿足游客位置服務(wù)的客觀需求，使系統(tǒng)具有可用性，該系統(tǒng)必須具備高效的數(shù)據(jù)管理。在該系統(tǒng)中，高效的數(shù)據(jù)管理主要涵蓋以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)交換、高效數(shù)據(jù)檢索和高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中，高效的數(shù)據(jù)交換是整個(gè)系統(tǒng)高效率運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過(guò)高效的數(shù)據(jù)交換能實(shí)現(xiàn)終端與后臺(tái)服務(wù)之間的實(shí)時(shí)信息通信、實(shí)時(shí)的位置信息接收；高效數(shù)據(jù)檢索是實(shí)現(xiàn)高效位置查詢(xún)的基礎(chǔ)，是提高游客位置服務(wù)體驗(yàn)的重要保障；高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是系統(tǒng)容量的保證，確保系統(tǒng)具備接入大量北斗終端的能力。

1 數(shù)據(jù)管理模塊組成

在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理模塊包括3個(gè)子模塊，如圖1所示。通信與信息格式轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)信息格式的轉(zhuǎn)換以及系統(tǒng)之間的信息交互；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)最新位置數(shù)據(jù)的管理，該模塊同時(shí)完成實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)查詢(xún)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的永久存儲(chǔ)，同時(shí)支持歷史位置數(shù)據(jù)查詢(xún)，該模塊也是未來(lái)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

圖1 數(shù)據(jù)管理模塊組成

2 通信與數(shù)據(jù)交換

通信與數(shù)據(jù)交換模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與終端的信息交互，主要完成信息的接收和發(fā)送。通信與數(shù)據(jù)交換模塊需要滿足高效的信息交互，關(guān)系到系統(tǒng)性能是否能滿足實(shí)際使用需求。因此，在通信與數(shù)據(jù)交換模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，需要完成數(shù)據(jù)交換協(xié)議的設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)交換協(xié)議的設(shè)計(jì)需要考慮如下主要因素：開(kāi)發(fā)是否方便、接口是否容易發(fā)布、是否需要考慮帶寬占用成本、序列化和反序列化的性能、接口協(xié)議的擴(kuò)展性等等。本系統(tǒng)以XML標(biāo)記語(yǔ)言[11]為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換協(xié)議設(shè)計(jì)。

XML是一種允許用戶對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義的源語(yǔ)言。該語(yǔ)言具備7項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)放性、簡(jiǎn)單性、自我描述性、互操作性、結(jié)構(gòu)、分開(kāi)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容以及可擴(kuò)展性。本系統(tǒng)分別從協(xié)議結(jié)構(gòu)、觸發(fā)更新和節(jié)點(diǎn)屬性3個(gè)方面對(duì)協(xié)議進(jìn)行描述。

以實(shí)時(shí)位置信息為例，對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)位置信息協(xié)議。

(1) 協(xié)議結(jié)構(gòu)

(2) 觸發(fā)更新

M08M09M10M11M12->M05

(3) 節(jié)點(diǎn)屬性

① Message頭部屬性，如表1所示。

表1 Message頭部屬性

② CoordinateStation節(jié)點(diǎn)屬性，如表2所示。

表2 Coordinate Station節(jié)點(diǎn)屬性

3 實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)中服務(wù)端軟件為終端提供相關(guān)位置查詢(xún)服務(wù)是服務(wù)端軟件的主要功能之一。需提供的位置查詢(xún)服務(wù)包括兩類(lèi)：基于實(shí)時(shí)位置查詢(xún)服務(wù)和基于歷史位置的查詢(xún)服務(wù)?；趯?shí)時(shí)位置的查詢(xún)服務(wù)包括指定終端位置查詢(xún)、附近終端查詢(xún)、分類(lèi)終端實(shí)時(shí)位置查詢(xún)以及游客分布查詢(xún)等；基于歷史位置查詢(xún)服務(wù)主要為歷史軌跡查詢(xún)等。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存策略提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)位置查詢(xún)服務(wù)效率。

在系統(tǒng)使用過(guò)程中，對(duì)實(shí)時(shí)位置信息的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)操作相當(dāng)頻繁，同時(shí)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)操作之后的其他操作響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)(例如arcgis上大量位置信息顯示)。為了確保操作響應(yīng)的及時(shí)性，需要縮短實(shí)時(shí)位置信息查詢(xún)時(shí)間，同時(shí)在進(jìn)行實(shí)時(shí)信息查詢(xún)時(shí)不能影響實(shí)時(shí)位置信息更新。

基于上述分析，通過(guò)在實(shí)時(shí)位置信息上建立索引來(lái)實(shí)現(xiàn)位置信息的高速查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)及更新。在景區(qū)管理平臺(tái)中，實(shí)時(shí)位置信息查詢(xún)操作包括兩類(lèi)：指定終端id的終端實(shí)時(shí)位置信息查詢(xún)和指定區(qū)域的終端位置信息查詢(xún)。針對(duì)這幾類(lèi)典型操作，通過(guò)建立集合區(qū)域和終端id號(hào)的索引方式來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置信息的管理。

3.1 基于區(qū)域的索引

由于九寨溝景區(qū)為Y字型分布，可以對(duì)其進(jìn)行連續(xù)網(wǎng)格化分，保證網(wǎng)格不相交。每個(gè)網(wǎng)格構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，包括上下左右4個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，劃分示意圖如圖2所示。在獲取終端實(shí)時(shí)位置信息后，可以根據(jù)終端實(shí)時(shí)位置信息的經(jīng)緯度來(lái)判斷該終端屬于哪一個(gè)區(qū)域。在進(jìn)行指定網(wǎng)格內(nèi)終端數(shù)目統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)終端來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)由于區(qū)域是自上向下連續(xù)劃分，且九寨溝景區(qū)為Y字型，因此可以根據(jù)每個(gè)區(qū)域的最大精度、緯度建立索引。對(duì)于一個(gè)新的位置信息，根據(jù)其經(jīng)緯度，可以通過(guò)二分查找法獲取其所在區(qū)域。查找復(fù)雜度為logN1，N1為縱向劃分區(qū)域數(shù)。

圖2 景區(qū)網(wǎng)格化分示意

當(dāng)確定實(shí)時(shí)位置信息所在區(qū)域后，在內(nèi)存中將區(qū)域與區(qū)域內(nèi)終端進(jìn)行關(guān)聯(lián)如圖3所示。

圖3 區(qū)域與區(qū)域所含終端關(guān)聯(lián)

當(dāng)進(jìn)行指定區(qū)域內(nèi)終端數(shù)量查詢(xún)時(shí)，可以直接根據(jù)區(qū)域與區(qū)域內(nèi)終端關(guān)聯(lián)關(guān)系獲取。在實(shí)際使用中，用戶可以通過(guò)勾畫(huà)地圖區(qū)域進(jìn)行查詢(xún)，用戶勾畫(huà)的區(qū)域可能覆蓋多個(gè)區(qū)域網(wǎng)格，同樣可以根據(jù)勾畫(huà)區(qū)域的最大最小經(jīng)緯度，獲取其所覆蓋的網(wǎng)格區(qū)域，從而獲取勾畫(huà)區(qū)域內(nèi)終端信息。

3.2 基于終端id的索引

在景區(qū)管理平臺(tái)中，各類(lèi)型id的命名方式為MXXYYYYYYY，XX表示終端類(lèi)型，YYYYYYY表示該終端編號(hào)。例如第1號(hào)手持管理終編號(hào)為M090000001，“09”為手持管理終端類(lèi)別號(hào)，“0000001”為該手持管理終端的序號(hào)。根據(jù)終端編號(hào)命名特點(diǎn)，以終端類(lèi)型號(hào)索引。如圖4所示。

圖4中，每個(gè)終端類(lèi)別號(hào)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域連續(xù)、有序存放該類(lèi)別終端的信息，信息包括終端id號(hào)、經(jīng)緯度以及所屬區(qū)域。當(dāng)進(jìn)行指定終端位置查詢(xún)時(shí)，根據(jù)終端類(lèi)別可找到該類(lèi)別終端實(shí)時(shí)位置存儲(chǔ)內(nèi)存物理區(qū)域，同類(lèi)型終端在存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)按順序排列。在查找特定終端時(shí)，只需進(jìn)行1+logn次尋址即可找到，n為指定類(lèi)型終端數(shù)。

圖4 基于終端id索引

基于終端id索引能較快地對(duì)指定終端位置進(jìn)行查詢(xún)，同時(shí)也支持某一類(lèi)終端的實(shí)時(shí)位置信息的查詢(xún)。

當(dāng)新的終端位置信息到來(lái)時(shí)，通過(guò)基于終端id的索引獲取該終端所屬的歷史區(qū)域，查找該歷史區(qū)域經(jīng)緯度，如果該終端還屬于該區(qū)域，則直接修改終端的位置信息，如該終端不屬于該區(qū)域，判斷該終端是否屬于該區(qū)域的臨近區(qū)域，通常情況下根據(jù)終端位置信息上報(bào)頻率，終端所處的新區(qū)域一般為其最近所處區(qū)域的臨近區(qū)域。

通過(guò)利用九寨溝旅游風(fēng)景區(qū)的特點(diǎn)以及終端id號(hào)的特點(diǎn)，景區(qū)管理平臺(tái)建立了兩種有效的索引機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端實(shí)時(shí)位置信息查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)分析的快速處理，為景區(qū)管理平臺(tái)其他應(yīng)用打下較好的基礎(chǔ)。

4 位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器一方面需要完成位置數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，另一方面需要向終端、PC客戶端提供相應(yīng)的查詢(xún)服務(wù)。系統(tǒng)順利運(yùn)行需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器在效率上能支撐上述功能的完成。由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器所需提供的功能可知，大部分查詢(xún)和插入工作集中在同一數(shù)據(jù)表上完成，因此當(dāng)數(shù)據(jù)插入頻繁發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)表產(chǎn)生鎖操作，從而降低服務(wù)質(zhì)量，特別是在客戶端存在數(shù)據(jù)分析相關(guān)需求時(shí)。特別是，當(dāng)系統(tǒng)持久運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)增加，將極大地降低數(shù)據(jù)服務(wù)效率。因此，系統(tǒng)如何高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是系統(tǒng)能否順利運(yùn)行的關(guān)鍵。

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則如下：

① 確保數(shù)據(jù)服務(wù)效率，對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行水平劃分；

② 由外部程序來(lái)確保數(shù)據(jù)一致性；

③ 根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)表字段存儲(chǔ)格式，避免不必要的存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)。

結(jié)合上述設(shè)計(jì)原則，將數(shù)據(jù)庫(kù)表分為兩類(lèi)：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)信息表和位置數(shù)據(jù)表。對(duì)位置數(shù)據(jù)表按照時(shí)間字段進(jìn)行水平數(shù)據(jù)劃分，本系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)際能力，將歷史位置信息表水平劃分，每5天創(chuàng)建一個(gè)歷史位置信息表，更好地避免了查詢(xún)過(guò)程中表數(shù)據(jù)被鎖的情形，提高查詢(xún)效率。

4.2 位置數(shù)據(jù)高效插入

隨著終端使用量增加，單位時(shí)間內(nèi)上報(bào)的位置信息會(huì)不斷增加。結(jié)合業(yè)務(wù)需求：歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并不需要較高的響應(yīng)時(shí)間，位置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效插入應(yīng)遵循如下原則：

① 節(jié)省系統(tǒng)資源，避免濫用數(shù)據(jù)庫(kù)連接；

② 降低數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)操作失敗帶來(lái)的資源消耗。

根據(jù)上述原則，利用數(shù)據(jù)庫(kù)新特性[12]，采用批量數(shù)據(jù)插入的方式完成了數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，上述解決方案已經(jīng)順利地集成到九寨溝北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)中，系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行。在系統(tǒng)容量方面，當(dāng)前系統(tǒng)已具備順利接入大于50 000終端的能力；在位置查詢(xún)方面，系統(tǒng)每秒能完成12 000左右實(shí)時(shí)位置查詢(xún)能力，且查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間小于2 s。通過(guò)上述解決方案的實(shí)施，九寨溝北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到景區(qū)位置服務(wù)的需要。

位置數(shù)據(jù)管理是位置服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容。位置數(shù)據(jù)管理的有效性直接影響位置服務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)可用性，也直接影響位置服務(wù)質(zhì)量。在“北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)”中，通過(guò)有效的信息協(xié)議設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和位置數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)等關(guān)鍵問(wèn)題的解決，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有效的位置數(shù)據(jù)管理，通過(guò)有效的數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了景區(qū)內(nèi)車(chē)輛、人員、基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)縫連接和協(xié)調(diào)，提升了景區(qū)的管理效率和游客服務(wù)質(zhì)量，為景區(qū)的信息化發(fā)展、智慧景區(qū)建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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鄭迎春 女，(1987—)，碩士，工程師。主要研究方向：位置服務(wù)。

王 騰 男，(1980—)，博士，高級(jí)工程師。主要研究方向：數(shù)據(jù)管理、位置服務(wù)。

Location Data Management in Beidou Smart Scenic Spot Location-based Service System

ZHENG Ying-chun1,2,WANG Teng1,2,YUAN Yong-wei1,2,DU Kai1,2,ZHANG Xiao-xu1,2

(1.StateKeyLaboratoryofSatelliteNavigationSystemandEquipmentTechnology,ShijiazhuangHebei050081,China;2.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

The location data management is a key componet in Beidou scenic spot location based service system and supports the whole system operating.In view of service requirements in developing Jiuzhai Valley Beidou smart scenic location service system,this paper proposes the corresponding solutions for such key technologies as high-speed data insertion and high-efficency location query,and integrates these solutions into Jiuzhai Valley Beidou smart scenic location-based service system.The test and running results prove the availability of the proposed solutions.

Beidou satellite navigation system;smart scenic spot;LBS;scenic spot management

10.3969/j.issn.1003-3106.2016.11.04

鄭迎春,王 騰,袁永衛(wèi),等.北斗智慧景區(qū)位置服務(wù)系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)管理[J].無(wú)線電工程,2016,46(11):13-16.

2016-08-15

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)基金資助項(xiàng)目(2015AA124001)。

F426.5

A

1003-3106(2016)11-0013-04