手機(jī)定位下交通空間信息描述與推理性研究

曹昕燕，王強(qiáng),2

(1.長春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長春 130022； 2.科大訊飛股份有限公司 大數(shù)據(jù)部門，合肥 002230)

0 引言

隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快，交通擁堵問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了居民的出行，解決交通擁堵問題迫在眉睫。而解決交通擁堵問題的關(guān)鍵技術(shù)就是交通信息的采集。大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”已成為了時代發(fā)展的前沿，手機(jī)移動端成為信息交互的重要手段。手機(jī)定位技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，基于GPS定位和基于移動運(yùn)營網(wǎng)的定位技術(shù)成為手機(jī)定位技術(shù)的主流。利用Android平臺開發(fā)采集空間信息，能夠更加方便快捷地采集手機(jī)用戶的交通信息數(shù)據(jù)，隨著交通信息的增多，對交通空間信息的研究顯得尤為重要[1]。

本文在闡述手機(jī)定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于Android平臺的一種對交通信息進(jìn)行采集系統(tǒng)(包括經(jīng)度、緯度、時間、所在位置)，并通過對采集的用戶交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后將所處理的數(shù)據(jù)錄入到ArcGIS進(jìn)行可視化表達(dá)并作出推理性研究。

1 手機(jī)定位技術(shù)

手機(jī)定位技術(shù)通過特定的定位技術(shù)來獲取移動手機(jī)或終端用戶的位置信息，在電子地圖上標(biāo)出被定位對象的技術(shù)或服務(wù)。定位技術(shù)有兩種，一種是基于GPS的定位；一種是基于移動運(yùn)營商的定位[2]?；贕PS的定位方式是利用手機(jī)上的GPS定位模塊將自己的位置信號發(fā)送到定位后臺來實現(xiàn)手機(jī)定位的；基站定位則是利用基站對于手機(jī)的測算距離來確定手機(jī)位置的[3]。后者不需要手機(jī)具有GPS定位能力，但是精度很大程度上依賴于基站的分布及覆蓋范圍的大小，誤差會超過一公里。前者定位精度較高。此外還有利用Wifi進(jìn)行小范圍內(nèi)定位的定位方式[4]。

2 在Android平臺下進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)

2.1 Android系統(tǒng)開發(fā)框架

Android的系統(tǒng)架構(gòu)和其他操作系統(tǒng)一樣，采用分層的架構(gòu)，從架構(gòu)圖看，Android由應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序架構(gòu)層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層和Linux內(nèi)核層[5]組成。

Android的整個操作系統(tǒng)都基于Linux內(nèi)核層，在Linux內(nèi)核之上是系統(tǒng)運(yùn)行層，在這里面有很多程序包都是用c或者c++編寫。在系統(tǒng)運(yùn)行層還有一個java運(yùn)行環(huán)境，在這里面有一些核心包。Android用的類庫IO，activity等就在這里面，這里面還有一個虛擬機(jī)能夠很好地模擬手機(jī)狀態(tài)[6]。在這層之上就是應(yīng)用程序框架層，這是手機(jī)開發(fā)非常重要的一層，提供手機(jī)開發(fā)的最基本的API。最頂層是應(yīng)用程序?qū)樱瑧?yīng)用程序就是在這一層進(jìn)行開發(fā)，它們之間的關(guān)系是:應(yīng)用程序?qū)诱{(diào)用應(yīng)用程序框架層，應(yīng)用程序框架層是用java編寫，因此需要調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行層以及需要在基于Android運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行運(yùn)行，最后要交給Linux底層進(jìn)行硬件交互運(yùn)行[7]。

2.2 開發(fā)環(huán)境的搭建

在Android開發(fā)環(huán)境的過程中，需要四個部分ADT、Eclipse、Java SDK、Android SDK、Android 開發(fā)環(huán)境搭建流程，如圖1所示。

圖1 Android開發(fā)環(huán)境搭建流程圖

2.3 系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 系統(tǒng)功能

本文旨在提取用戶的位置信息，在事先征得用戶應(yīng)允的前提下對用戶位置信息進(jìn)行提取，所以并不會存在隱私問題。本設(shè)計預(yù)達(dá)到的功能是獲取用戶的位置信息，通過手機(jī)App采集數(shù)據(jù)，提取用戶的經(jīng)度緯度坐標(biāo)、時間、地點(diǎn)、街道，并將所得數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器進(jìn)行存儲。

2.3.2 軟件設(shè)計

Android平臺主要采集的是用戶的經(jīng)度緯度、時間、地點(diǎn)、街道等數(shù)據(jù)，Android平臺開發(fā)的App是通過Java語言來調(diào)用手機(jī)本身的定位模塊從而達(dá)到定位目的的，當(dāng)然也要結(jié)合當(dāng)前百度地圖SDK顯示當(dāng)前位置。軟件設(shè)計如圖2所示。

圖2 軟件設(shè)計流程圖

啟動手機(jī)Android應(yīng)用，判斷手機(jī)的GPS和無線網(wǎng)絡(luò)是否打開，如果沒有打開將會出現(xiàn)閃退，開啟上傳服務(wù)，并在后臺運(yùn)行服務(wù)，調(diào)用百度地圖API以及手機(jī)定位硬件獲取實時位置。如果獲取數(shù)據(jù)失敗則舍棄，重新定位，成功進(jìn)行下一步。獲取成功后，檢測手機(jī)網(wǎng)絡(luò)狀況。若手機(jī)網(wǎng)絡(luò)良好，獲取本機(jī)Mac地址、IP、設(shè)備號、連同定位經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、地址、時間、街道等數(shù)據(jù)一并上傳至服務(wù)器；如果網(wǎng)絡(luò)不好則舍棄，等待網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行定位，服務(wù)器返回成功狀態(tài)碼，本次數(shù)據(jù)采集結(jié)束。采集頻率為5分鐘一次。

2.3.3 功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)主要用于設(shè)計采集用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)、地點(diǎn)、街道、時間，然后再上傳到服務(wù)器，主要由8模塊組成：activity模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、采集時間范圍模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)器訪問模塊、定位信息環(huán)境模塊、廣播模塊、百度API模塊、App應(yīng)用創(chuàng)建模塊。

activity模塊：整個應(yīng)用程序的界面，負(fù)責(zé)填加按鈕、填加文本、文本框、增加圖片、改變長寬等等。

網(wǎng)絡(luò)模塊：主要來判別用戶有沒有打開GPS和無線服務(wù)。如果沒打開的話，將不會運(yùn)行，在GPS和無線服務(wù)都打開的情況下，每5分鐘采集一次定位數(shù)據(jù)，給遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊進(jìn)行處理代碼。

對采集時間進(jìn)行限定作用：因為本次采集數(shù)據(jù)時間點(diǎn)不會采集那么大量，所以在時間上進(jìn)行了限定，上午7點(diǎn)到9點(diǎn)左右、中午11點(diǎn)到14點(diǎn)左右、下午16點(diǎn)到19點(diǎn)左右，選擇用戶上下班時間。

遠(yuǎn)程服務(wù)器訪問作用：對定位成功的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。

運(yùn)行環(huán)境信息：將手機(jī)基本信息進(jìn)行上傳，包括手機(jī)系統(tǒng)、手機(jī)版本、手機(jī)IMEI號、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的MAC地址等等。

廣播模塊的作用：主要起到activity到service的橋梁作用。

百度地圖模塊的作用：通過手機(jī)本身定位硬件模塊，再通過調(diào)入API在百度地圖上進(jìn)行顯示。這一塊將在下一節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

Application的作用：保護(hù)App應(yīng)用軟件能夠運(yùn)行。

3 可視化表達(dá)及推理性研究

隨著交通信息的增多，對交通信息的研究顯得尤為重要。美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(簡稱ERSI)開發(fā)出了新一代GIS產(chǎn)品，將采集的數(shù)據(jù)錄入到ArcMap中，ArcMap提供強(qiáng)大的坐標(biāo)存儲功能，本次設(shè)計采用的是WGSI1984坐標(biāo)，WGS1984還是一種投影坐標(biāo)系名稱，它可以顯示地球上任意一點(diǎn)的位置，如圖3、圖4所示。

圖3 ArcMap的長春地圖

圖4 ArcMap圖層

圖5 App界面

4 系統(tǒng)測試

本設(shè)計測試在長春市市區(qū)進(jìn)行，選取時間為上、下班時間，選取若干個用戶為實驗對象，為了保護(hù)個人隱私，所以對用戶進(jìn)行匿名處理。首先，打開手機(jī)，開啟APP開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。App界面如圖5所示。采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，將采集的數(shù)據(jù)存儲到Excel中，如表1所示。

表1采集數(shù)據(jù)

本次實驗研究的分別是長春市的人民大街、自由大路、衛(wèi)星廣場、衛(wèi)星路、工農(nóng)廣場等比較擁堵的路段，將采集的數(shù)據(jù)錄入到ArcMap中，如圖6所示。

圖6 ArcMap錄入數(shù)據(jù)界面

5 結(jié)語

利用手機(jī)定位數(shù)據(jù)，提取個體、區(qū)域及通道交通出行特征參數(shù)并進(jìn)行時空分布分析是研究重點(diǎn)。對用戶定位數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了可視化表達(dá)，為長春交通問題的解決提出了全新的方案。同時，基于手機(jī)定位信息的交通出行及狀態(tài)分析，為交通規(guī)劃、交通管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。

[1] 茍錫榮,左小清,張用川. 基于GPS浮動車的數(shù)字速度模型在城市交通狀態(tài)演變分析中的應(yīng)用:以昆明市為例[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2013(11)：3172-3177.

[2] 張燕兵. Android手機(jī)定位與地圖設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué),2013.

[3] 吳擒龍. GPS軌跡提取云服務(wù)平臺[D].長春：東北師范大學(xué),2014.

[4] 竇麗莎,曹凱. 出行者子停留語義推斷模型框架[J]. 山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012(6):17-22.

[5] 歐陽鴻,劉建勛,劉毅志,等. 基于步行GPS軌跡的路網(wǎng)提取方法[J]. 計算機(jī)與現(xiàn)代化,2014(2)：124-128.

[6] 王力軍,何友全.一種以空間換時間的快速查找算法的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(3): 132-134.

[7] 馬占剛. 基于手機(jī)的交通信息采集及處理技術(shù)[D].重慶：重慶交通大學(xué),2009.