摘 要：導(dǎo)航與LBS逐漸成為我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷膽?yīng)用之一。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺，該平臺在結(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，在功能上包括動態(tài)智能導(dǎo)航、移動社交網(wǎng)絡(luò)、移動數(shù)據(jù)分析和商業(yè)服務(wù)推送四大主要應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：導(dǎo)航；位置服務(wù)；空間信息發(fā)布；移動應(yīng)用平臺；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。為了滿足動態(tài)導(dǎo)航需求，同時實現(xiàn)包括移動社交網(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（如圖1所示），并對其模塊設(shè)計和功能實現(xiàn)作了詳細(xì)的介紹。


1. 系統(tǒng)模塊組成

導(dǎo)航地圖服務(wù)和位置增值服務(wù)是導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺的兩個核心應(yīng)用，因而在框架設(shè)計過程中，本文也將系統(tǒng)分為以下兩個主要模塊。
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)存儲并向用戶傳輸最新的動態(tài)導(dǎo)航地圖，同時負(fù)責(zé)進(jìn)行相關(guān)的導(dǎo)航計算，如路徑搜索、POI查詢等。在本系統(tǒng)中，該模塊大體上由幾個主要的結(jié)構(gòu)層次所構(gòu)成，即數(shù)據(jù)存儲層、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所示。其中，數(shù)據(jù)存儲層和數(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。具體而言，不同結(jié)構(gòu)層次的組成和應(yīng)用描述如下：


數(shù)據(jù)存儲層：該層本質(zhì)上是由眾多數(shù)據(jù)服務(wù)器所組成的服務(wù)器集群，主要負(fù)責(zé)地圖數(shù)據(jù)的存儲管理。本文對不同圖層中的矢量和柵格地圖數(shù)據(jù)、動態(tài)交通數(shù)據(jù)和其他附屬導(dǎo)航數(shù)據(jù)（如公交和地鐵線路等）進(jìn)行編碼，將其采用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫分布式存儲于多個數(shù)據(jù)服務(wù)器中（不同數(shù)據(jù)服務(wù)器中存儲相同數(shù)據(jù)的備份，則相互之間可構(gòu)成數(shù)據(jù)鏡像），并建立空間索引以提高數(shù)據(jù)的檢索效率。
數(shù)據(jù)調(diào)度層：該層屬于服務(wù)模塊的中間層，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)存儲層中各數(shù)據(jù)服務(wù)器的地圖數(shù)據(jù)存儲的空間范圍和狀態(tài)信息，并通過動態(tài)信息反饋等手段實現(xiàn)各數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的負(fù)載均衡^[3]。
數(shù)據(jù)應(yīng)用層：該層是地圖服務(wù)的核心，主要負(fù)責(zé)地圖數(shù)據(jù)的融合、組織和各類導(dǎo)航計算等實際功能應(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；而如果用戶當(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)航計算，并對最終結(jié)果進(jìn)行封裝，生成特定格式的數(shù)據(jù)包（地圖數(shù)據(jù)在運(yùn)算后將自動釋放，不會被傳輸?shù)娇蛻舳耍?br /> 數(shù)據(jù)接口層：該層是地圖數(shù)據(jù)發(fā)布的門戶，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和用戶管理等工作。為了保證數(shù)據(jù)安全，在對地圖數(shù)據(jù)包和結(jié)果數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸前，還必須按照特定的規(guī)則對其進(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，本系統(tǒng)還在數(shù)據(jù)接口層對用戶數(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。一方面，可有效避免惡意數(shù)據(jù)下載、網(wǎng)絡(luò)攻擊等各類問題，另一方面，還可以實現(xiàn)針對特殊應(yīng)用的計費(fèi)管理。

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)基本不涉及到地圖數(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)計上并沒有標(biāo)準(zhǔn)而復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)，而是采用了相對靈活的組件式的管理方式，如圖3所示。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）信息管理和移動對象管理兩個核心組件,以及多個位置增值應(yīng)用組件。


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)實體，如酒店、飯店、加油站、商鋪等，它們被譽(yù)為是導(dǎo)航和LBS應(yīng)用的基石。而POI信息則通常包括實體對象的名稱、類型、位置和基本屬性這4方面內(nèi)容。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)計過程中，本文主要通過“Hadoop云存儲技術(shù)＋R樹索引”的方式對海量POI信息進(jìn)行高效存儲，一方面提高系統(tǒng)訪問的效率，另一方面使其存儲管理具有更好的伸縮性。
移動對象管理組件：我們通常將道路和開闊區(qū)域（如公園、廣場等）上的行人和車輛統(tǒng)稱為移動對象。該組件則主要負(fù)責(zé)對所有移動對象的ID和空間位置進(jìn)行管理。由于移動對象與POI不同，它的空間位置會隨時間變化，因此對其進(jìn)行管理會涉及到時空數(shù)據(jù)的存儲和索引問題，因此具有較大的復(fù)雜性。結(jié)合最新的研究進(jìn)展，本文采用了MODTN模型^[5]對移動對象進(jìn)行存儲，并采用UTR-tree^[6]對其進(jìn)行空間索引，使得系統(tǒng)應(yīng)用效率得到了大幅提高。
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信息和移動對象管理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)在上層可根據(jù)需要引入多個位置增值應(yīng)用。每個應(yīng)用都通過組件方式進(jìn)行部署，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)。一方面用戶可根據(jù)需要靈活選擇所需的增值服務(wù)，另一方面系統(tǒng)也可動態(tài)添加新的服務(wù)或?qū)Ξ?dāng)前的特定應(yīng)用進(jìn)行修改和刪除。

2. 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

人類80％的活動與位置相關(guān)，因而由位置而衍生的服務(wù)內(nèi)容舉不勝舉。本文基于模塊化系統(tǒng)框架所構(gòu)建的導(dǎo)航和移動位置服務(wù)平臺，主要實現(xiàn)了以下4大類功能，即動態(tài)智能導(dǎo)航、移動社交網(wǎng)絡(luò)、移動數(shù)據(jù)分析和商業(yè)服務(wù)推送。
2.1動態(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，以滿足人們的現(xiàn)代出行要求。在我們對目的地非常了解的情況下，如上下班、外出辦事等，我們通常對行駛路徑也是非常熟悉的，因此人們的導(dǎo)航需求其實不大；但當(dāng)實際需求并不是準(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，人們的導(dǎo)航需求其實更為強(qiáng)烈，因此必須引入更為實用的智能導(dǎo)航功能來滿足實際應(yīng)用需要。
另一方面，本文還利用交通部門發(fā)布的實時路況信息（當(dāng)前，部分城市已經(jīng)開始每5分鐘提供一次實時道路擁堵信息），實現(xiàn)了車輛的動態(tài)導(dǎo)航功能，做到綠色出行，一方面提高了人們的出行效率，另一方面也可以有效降低因為城市擁堵帶來空氣污染。而且，隨著當(dāng)前移動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，實現(xiàn)了人車混合導(dǎo)航的個性化應(yīng)用。
2.2移動社交網(wǎng)絡(luò)
移動社交是指用戶以手機(jī)、平板等移動終端為載體，以在線識別用戶及交換信息技術(shù)為基礎(chǔ)，按照流量計費(fèi)，通過移動網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的社交應(yīng)用功能。作為BBS、博客、微博等Internet應(yīng)用在移動環(huán)境下的推廣，移動社交網(wǎng)絡(luò)是LBS最主要的應(yīng)用之一。與傳統(tǒng)的PC端社交相比，移動社交綜合了移動網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)終端和社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的優(yōu)勢，具有人機(jī)交互、實時場景等特點(diǎn)，能夠讓用戶隨時隨地的創(chuàng)造并分享內(nèi)容，讓網(wǎng)絡(luò)最大程度地服務(wù)于個人的現(xiàn)實生活。
本系統(tǒng)所提供的移動社交網(wǎng)絡(luò)在實現(xiàn)上主要包括三方面應(yīng)用：首先，在移動對象管理模塊的基礎(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)模社交平臺關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)更加多樣化的移動社交應(yīng)用。
2.3 移動數(shù)據(jù)分析
人和車輛的歷史軌跡數(shù)據(jù)從某些角度反映了移動對象的行為模式。通過對移動對象的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們可以獲得許多經(jīng)驗知識，一方面可以指導(dǎo)城市規(guī)劃建設(shè)和管理，另一方面還可以使商戶更好地了解客戶的個性化需求。移動數(shù)據(jù)分析是導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺智慧化應(yīng)用的核心，它為其它各類高端應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
針對車輛，本系統(tǒng)主要從軌跡特征分析、移動規(guī)律發(fā)現(xiàn)和活動模式挖掘三個方面對其群體歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們可以了解道路上的交通熱點(diǎn)、預(yù)測區(qū)域交通狀態(tài)變化、區(qū)域功能識別、評估城市規(guī)劃現(xiàn)狀，并指導(dǎo)城市管理工作^[7]。而針對個人，本系統(tǒng)不僅可以通過將單個用戶行為軌跡數(shù)據(jù)與周邊的POI興趣點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，來為其行為狀態(tài)進(jìn)行微觀分析，而且能夠通過對多個用戶行為軌跡的分析比較，來研究城市社會群體的分類，并探究各類人群不同的行為模式^[8]。
2.4 商業(yè)服務(wù)推送
商業(yè)服務(wù)是LBS應(yīng)用的價值體現(xiàn)。而當(dāng)前商業(yè)服務(wù)推送最常見的應(yīng)用方式主要是通過“位置簽到”實現(xiàn)的。具體而言，各類商戶通過位置增值服務(wù)平臺注冊自身的優(yōu)惠和打折信息，而用戶通過主動提供自己當(dāng)前的位置來了解其周邊的商業(yè)服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，商戶通過積分、勛章以及領(lǐng)主等榮譽(yù)激勵用戶簽到，滿足用戶的虛榮感并提供額外的優(yōu)惠，而用戶則在享受服務(wù)后，參與商業(yè)實體（商店、餐廳等）的評價，以激勵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，通過將多個應(yīng)用相互融合，還可提供包括團(tuán)購、精準(zhǔn)營銷等各類LBS＋應(yīng)用。比如當(dāng)用戶在商店里看到一款心儀的商品，銷售人員說：買1件無折扣，2件8折，3件7折，他就可以通過“LBS＋團(tuán)購”的應(yīng)用召集好友或陌生人加入你的團(tuán)購。而在功能實現(xiàn)上，對于 “LBS＋團(tuán)購”的應(yīng)用而言，我們必須將商業(yè)服務(wù)推送與移動社交網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。類似的，商家為了給最有可能長期光顧的顧客提供最大的折扣，則可以通過“LBS＋精準(zhǔn)營銷”的方式將商業(yè)服務(wù)推送與移動數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，來尋找最有價值的顧客群體。

3. 結(jié)語

導(dǎo)航與位置服務(wù)是國家十二五科技發(fā)展的重點(diǎn)規(guī)劃內(nèi)容之一。結(jié)合具體的應(yīng)用需求，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺。該平臺不僅可以滿足用戶的智能導(dǎo)航定位需求，而且可以實現(xiàn)包括移動社交網(wǎng)絡(luò)、移動數(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了便利。

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第一作者：李飛，男，1982年出生，武漢大學(xué)博士研究生，廣東瑞圖萬方科技股份有限公司廣州研發(fā)中心總監(jiān)，主要研究方向為GIS與LBS。

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