導航與位置服務平臺的設計與實現

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 測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079；3. 南開大學 周恩來政府管理學院，天津 300071）

導航與位置服務平臺的設計與實現

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 測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079；3. 南開大學 周恩來政府管理學院，天津 300071）

設計并實現了一套導航與位置服務平臺。該平臺在結構上可分為導航地圖服務和位置增值服務兩大模塊，在功能上包括動態智能導航、移動社交網絡、移動數據分析和商業服務推送4大主要應用。

導航；位置服務；空間信息發布；移動應用平臺；電子地圖

隨著GPS、北斗等空間定位技術的進步和智能手機、導航儀等移動智能終端的大范圍推廣，導航與LBS（location based service）逐漸成為我們日常生活中最常見的應用之一。為了滿足動態導航需求，同時實現包括移動社交網絡、商業服務推送等各類SoLoMo[1]應用，傳統的單機定位模式必將被基于互聯網應用平臺所取代[2]。本文構建了一套高效的導航與位置服務平臺（如圖1所示），并對其模塊設計和功能實現作了詳細介紹。

圖1 導航與位置服務平臺的架構設計

1 系統模塊組成

1.1 導航地圖服務模塊

導航地圖服務是各類導航與LBS應用的基礎，它負責存儲并向用戶傳輸最新的動態導航地圖，同時負責進行相關的導航計算，如路徑搜索、鄰近查詢等。模塊結構層次包括數據存儲層、數據調度層、數據應用層和數據接口層，如圖2。

圖2 導航地圖服務模塊結構層次設計

其中，數據存儲層和數據調度層被部署和運行于數據中心，而數據應用層和數據接口層則被部署和運行于服務中心。各結構層次的組成和應用描述如下：

1）數據存儲層。該層主要負責地圖數據的存儲管理。本文對不同圖層中的矢量和柵格地圖數據、動態交通數據和其他附屬導航數據進行編碼，將其采用Oracle Spatial數據庫分布式存儲于多個數據服務器中，并建立空間索引以提高數據的檢索效率。

2）數據調度層。該層主要負責地圖數據的高效調度與獲取。為了平衡服務器的訪問負載，本文在數據服務器前端設置有目錄服務器，負責保存數據存儲層中各數據服務器的地圖數據存儲的空間范圍和狀態信息，并通過動態信息反饋等手段實現各數據服務器之間的負載均衡[3]。

3）數據應用層。該層主要負責地圖數據的融合、組織和各類導航計算等實際應用。如果用戶僅需要進行導航地圖數據下載或動態更新，那么該應用層將在獲得相應的地圖數據后，對其進行封裝，生成適合網絡傳輸的流媒體數據包；如果用戶當前需要進行的是位置查找和路徑規劃等導航應用或朋友搜索和位置簽到等LBS應用，那么該層將在獲得相關地圖數據后，直接在服務器端進行導航計算，并對最終結果進行封裝，生成特定格式的數據包。

4）數據接口層。該層主要負責數據傳輸和用戶管理等。為了保證數據安全，在對地圖數據包和結果數據包進行傳輸前，必須按照特定規則對其進行加密，如采用Rijndael算法[4]。考慮到數據傳輸的質量和效率，數據接口層主要基于網絡傳輸層的TCP協議向外提供特定的訪問接口。同時，還在數據接口層對用戶數據下載和訪問的頻次和數據內容進行監測。

1.2 位置增值服務模塊

與導航地圖服務不同，位置服務基本不涉及數據的下載和更新，更多的是一些具有社交或商業目的的增值應用。由于增值應用的多樣化和差異性，因此系統在設計上采用了相對靈活的組件式管理方式，如圖3。具體而言，系統的位置增值服務模塊主要包括POI（Point of Interest）信息管理和移動對象管理2個核心組件,以及多個位置增值應用組件。

圖3 位置增值服務模塊的組件式結構

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實體，如酒店、飯店、加油站、商鋪等。POI信息通常包括實體對象的名稱、類型、位置和基本屬性。該組件主要負責管理所有的POI信息，為各類上層位置增值業務提供服務。在組件設計過程中，本文主要通過“Hadoop云存儲技術＋R樹索引”的方式對海量POI信息進行高效存儲。

2）移動對象管理組件。該組件主要負責對所有移動對象的ID和空間位置進行管理。由于移動對象與POI不同，它的空間位置會隨時間變化，因此對其進行管理會涉及到時空數據存儲和索引問題，具有較大的復雜性。結合最新的研究進展，本文采用MODTN模型[5]對移動對象進行存儲，并采用UTR-tree[6]對其進行空間索引。

3）位置增值應用組件。位置增值應用是用戶與系統交互的直接接口。在POI信息和移動對象管理基礎上，系統在上層可根據需要引入多個位置增值應用，每個應用都通過組件方式部署，相互之間的關聯較弱，且都通過獨立的接口向外提供服務。

2 系統功能實現

本文基于模塊化系統框架所構建的導航和移動位置服務平臺，主要實現了以下4大類功能，即動態智能導航、移動社交網絡、移動數據分析和商業服務推送。

2.1 動態智能導航

與傳統的“起點-終點”式導航方式不同，本文將移動搜索和導航相結合，提出了一種更為智能化的導航功能。在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非常熟悉，因此人們的導航需求其實不大；但當實際需求并不是準確的地理方位，而是類似吃飯、買衣服、逛街等較為模糊的生活需要時，人們的導航需求其實更為強烈，必須引入更為實用的智能導航功能來滿足需要。

另一方面，本文還利用交通部門發布的實時路況信息實現了車輛的動態導航，做到綠色出行。而且，隨著當前移動智能終端定位精度的提高，人們的導航需求往往更為精細，特別是為了滿足眾多LBS應用的需要，本系統在路徑規劃過程中還考慮到行人導航的問題，實現了人車混合導航的個性化應用。

2.2 移動社交網絡

本系統所提供的移動社交網絡在實現上主要包括三方面應用：首先，在移動對象管理模塊基礎上直接提供近距離搜索功能，根據用戶的位置信息實現陌生交友等開放社交應用；其次，由于人們往往僅希望將生活瞬間和真正認識你的人分享，因此我們基于用戶間的朋友關系和距離關聯還構建了獨立的社交門戶，以實現私密社交應用；最后，系統還可與QQ、Sina微博等大規模社交平臺關聯，實現更加多樣化的移動社交應用。

2.3 移動數據分析

移動數據分析是導航與位置服務平臺智慧化應用的核心，為其他各類高端應用提供了技術支撐。針對車輛，本系統主要從軌跡特征分析、移動規律發現和活動模式挖掘三個方面對其群體歷史數據進行分析。通過數據分析，可以了解道路上的交通熱點、預測區域交通狀態變化、區域功能識別、評估城市規劃現狀，并指導城市管理工作[7]。針對個人，本系統不僅可以將單個用戶行為軌跡數據與周邊的POI興趣點相關聯，來對其行為狀態進行微觀分析，而且能夠對多個用戶行為軌跡進行比較，研究城市社會群體的分類，探究各類人群不同的行為模式[8]。

2.4 商業服務推送

當前商業服務推送最常見的方式是通過“位置簽到”實現的。在此基礎上，商戶通過積分、勛章以及領主等榮譽激勵用戶簽到，滿足用戶的虛榮感并提供額外優惠，而用戶則在享受服務后，參與商業實體（商店、餐廳等）的評價，以激勵商戶不斷改善自身的服務質量。

本系統在位置簽到的基礎上，將多個應用相互融合，可提供包括團購、精準營銷等各類LBS＋應用。比如通過“LBS＋團購”的應用，我們可以召集更多的人加入你的購買活動，進而從商家獲得最低的折扣。而在功能實現上，對于“LBS＋團購”的應用而言，必須將商業服務推送與移動社交網絡相結合。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＋經準營銷”方式將商業服務推送與移動數據分析相結合，來尋找最有價值的顧客群體。

3 結 語

結合具體的應用需求，本文設計并實現了一套導航與位置服務平臺。不僅可以滿足用戶的智能導航定位需求，而且可以實現包括移動社交網絡、移動數據分析和商業服務推送在內的眾多增值位置服務，為政府工作、商業發展和人們的日常生活提供便利。

[1] 陳云海．移動互聯網SoLoMo應用模式分析[J]．電信科學,2012,28(3):18-22

[2] 李清泉,樂陽．基于位置服務的分析與展望[J]．中國計算機學會通訊,2010,6(6):10-15

[3] 朱江,張立立,曾志明，等．WebGIS服務器場的負載平衡算法設計[J]．計算機工程,2006,23(9):94-96

[4] 沈濤,馬紅光,薛文通．網絡數據加密算法研究及其應用[J]．計算機工程與應用,2002(19):156-158

[5] Ding Z,Guting R H．Managing Moving Objects on Dynamic Transportation Networks[C]．16th International Conference on Scientific and Statistical Database Management(SSDBM), Danvers, USA,2004

[6] 丁治明,余波,李曼，等．網絡受限移動對象不確定性軌跡的索引[J]．計算機科學,2008,35(3):79-83

[7] 潘綱,李石堅,齊觀德,等．移動軌跡數據分析與智慧城市[J]．中國計算機學會通訊,2012,8(5):31-37

[8] Ahas R,Aasa A,Silm S,et al．Mobile Positioning in Space-Time Behaviour Studies: Social Positioning Method Experiments in Estonia[J]．Cartography and Geographic Information Science,2007,34(4):259-273

P208

B

1672-4623（2014）05-0038-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.013

李飛，工程師，主要研究方向為導航數據建模、融合和增量更新。

2013-10-25。

項目來源：國家863計劃資助項目（2012AA12A204）；廣東省戰略性新興產業發展專項資金資助項目（2011168036）；廣東省教育廳產學研結合資助項目（2012B091100441）。