基于位置云技术的智能拼车匹配系统设计

2013-08-13张凯，陆钧，孙跃

电子技术应用 2013年8期

张凯，陆钧，孙跃

（南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京210044）

随着社会的发展，汽车保有量迅速增长，道路拥堵情况以及尾气污染日益严重。根据有关统计，机动车尾气排放约占雾霾天气PM2.5来源的四分之一以上，是导致空气污染的重要原因。因此我国需要学习一些发达国家的城市治理经验，一方面大力发展公共交通，另一方面倡导人们最大限度地合理使用汽车，积极拼车出行，以达到减少拥堵和排污的效果[1]。

拼车双方有相似的出行路线和时间表是实现拼车的关键。由于拼车在国内兴起不久，拼车的组织、制度还很不完善。在现有的拼车网站或者应用中，大多是以列表形式罗列出各种拼车需求，用户需要在繁多的拼车需求中找出适合自己的拼车对象，并不是十分方便和快捷。

位置云(LBS云)服务作为云技术在地图定位领域的应用，是一种集位置存储与检索于一体的云服务。LBS云平台一方面可以完成庞大的位置数据存储，另一方面能够返回各类基于位置数据的检索请求，是开发基于位置服务系统的理想选择。

针对以上分析，基于百度LBS云平台，结合Web服务器和数据库，设计和实现了智能拼车匹配系统及其嵌入式客户端。用户只需登录客户端，在地图上将自己的拼车信息发送到服务器，等待服务器返回匹配结果，就能够方便、及时地找到周围合适的拼车伙伴，完成快捷的拼车出行，从而节约出行成本。同时能够减少车辆出行，为缓解交通拥堵情况以及节能减排做出贡献。

1 系统设计

1.1 系统架构

系统采用Client/Server(C/S)体系结构，其架构如图1所示。系统主要包括服务器、基本数据库、位置云平台、无线网络和客户端[2]。客户端完成前台操作处理和计算，通过无线网络访问Web服务器和数据库，服务器对客户端的拼车请求进行处理并返回匹配结果。

图1 智能拼车系统架构图

1.2 服务器设计

服务器端采用开源的Tomcat服务器，它支持Java类Servlet，在Java环境运行时能够很好地支持运行Web应用部署[3]。当收到客户端请求时，服务器启动并加载Servlet容器，Servlet根据请求生成响应内容并传给服务器，再由服务器将响应返回客户端。

本系统中，需要部署4个Servlet类，分别用于注册、登录、存储以及匹配。服务器与客户端的通信采用Http通信协议的post方法，部署服务器时，先继承HttpServlet抽象类，然后覆盖 HttpServlet的 doGet()方法，通过 Http-ServletRequest对象来获取请求信息，最后由HttpServletResponse对象生成响应结果返回给客户端。写完服务器的Servlet程序后在web.xml文件中进行属性配置，就能够通过8080端口连接部署的服务器[4]。

1.3 数据库设计

采用MySQL 5.6数据库软件，在服务器端可以直接引入Java数据库连接(JDBC)驱动，通过接口成功连接数据库之后，发送SQL语句操作数据库并处理结果[5]。

拼车时间和方式的匹配通过对数据库schedule表的条件查询实现。当有用户的匹配请求发送至服务器时，服务器端调用条件查询类来进行筛选，并返回符合条件的结果。

服务器使用JDBC接口连接数据库，在服务器的lib文件夹中插入 mysql-connector-java-bin.jar驱动，Servlet程序中先要注册驱动：Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");然后通过DriverManager.getConnection类连接建立的 test数据库，端口为 3306，使用 prepareStatement()对象执行SQL查询语句，executeQuery()方法把查询结果返回并存放在ResultSet类对象中。此外，在程序中还应设置CharacterEncoding属性为utf-8的编码方式，以避免中文出现乱码。

2 位置云技术

在拼车系统中，基于百度LBS云服务，将用户发送的出发地和目的地位置信息存储在位置云平台中，利用位置云计算能力，迅速筛选出这两个位置周围符合条件的其他用户，并返回相应用户的基本信息，完成拼车路径的智能匹配。

2.1 位置云存储的实现

百度LBS云存储使用接口的方式进行存储管理，用位置数据存储容器databox对所存储的位置数据进行字段定义，包括基本字段databox和扩展字段databox_meta。用单元数据poi存储具体的位置信息，同样包括基本信息poi和扩展信息poi_ect。实现位置数据存储的关键代码如下：

2.2 位置云检索的实现

位置云检索同样使用接口方式来发送检索请求。在拼车匹配模块中需要检索出发地和目的地都相近的用户，采用周边检索命令来实现。通过location变量设置检索中心点，格式为：经度，纬度；通过radius变量设置检索半径，单位为m。实现位置数据检索的关键代码如下：

3 客户端设计

3.1 客户端硬件设计

客户端装置要求携带方便、低功耗、高性能、可扩展，因此使用S3C6410嵌入式微处理器作为控制核心。客户端硬件结构如图2所示，主要由S3C6410处理器、GPS定位模块、3G无线模块及外围电路等组成。外围电路包括 256 MB RAM内存、2 GB NAND Flash存储器、7寸液晶屏和串口接口等。

图2 客户端硬件构成

选用GPS模块的型号为WGS100，它采用高灵敏度导航芯片SIRF3，20通道通信，最多可以同时与 20颗卫星建立通信；有RS232和TTL两种电平输出方式，缺省通信速率为9 600 b/s；采用可靠的外置天线，定位稳定，功耗低，可直接由常见的5 V电源供电。在客户端中采用RS232方式与S3C6410处理器连接通信，由GPS模块定位当前位置数据，再由处理器处理后在客户端软件的地图页面定位和显示当前位置，定位过程如图3所示。

图3 GPS定位过程

3.2 客户端软件设计

智能拼车匹配系统的Android客户端基于Eclipse 4.2开发，主要包括注册模块、登录模块、地图模块和拼车模块4个功能模块。

客户端有注册、登录、拼车3个界面，在工程的layout文件夹中，建立3个xml文件进行窗口控件设计。在拼车界面中，需要载入地图页面，其代码如下：

各功能模块程序设计：

（1）登录模块：向服务器验证用户输入的用户名和密码是否正确，并返回提示信息。与服务器的通信采用post方式，关键代码如下：

（2）注册模块：将新用户名、密码等信息发送到服务器进行保存，完成后跳转到登录界面，通信方法与登录模块相同。

（3）地图模块：基于百度地图api接口实现实时定位、地图搜索和路线规划等基本功能。程序中，设置setBuiltInZoomControls对象启用缩放控件，setClickable对象设置地图可点击，继承MyLocationOverlay对象显示当前位置层，用MKSearch()方法来初始化地图搜索功能，设置enableCompass对象开启指南针功能。定位当前位置的关键代码如下：

（4）拼车模块：设置出发地、目的地以及时间区间，点击拼车方式按钮发送拼车信息到服务器，其中出发地和目的地的经纬度存储到位置云平台进行匹配。服务器进行条件筛选后，返回匹配结果并在客户端显示。通过点击地图设置地点，获取经纬度的关键代码如下：

编写好各模块程序后，需要在工程文件根目录下的AndroidManifest.xml文件中进行相关设置，才能正常运行代码[6]，其中关键权限设置如下：

4 系统功能测试

将客户端程序打包成apk应用文件，安装到客户端中。在PC端开启服务器和数据库服务，登录客户端后进入主界面，测试发送从当前位置到南京火车站的搭乘需求到服务器，设置时间区间为 9：30～10：30，如图4所示。测试前，预先向服务器发布了20条各不相同的拼车数据，服务器从这些已有的拼车信息中匹配出2个合适的拼车对象，如图5所示。