导航与位置服务平台的设计与实现

李 飞，孙 轩，马春红

（1. 广东瑞图万方科技股份有限公司，广东 佛山 528305；2. 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079；3. 南开大学 周恩来政府管理学院，天津 300071）

导航与位置服务平台的设计与实现

李 飞1,2，孙 轩3，马春红1

（1. 广东瑞图万方科技股份有限公司，广东 佛山 528305；2. 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079；3. 南开大学 周恩来政府管理学院，天津 300071）

设计并实现了一套导航与位置服务平台。该平台在结构上可分为导航地图服务和位置增值服务两大模块，在功能上包括动态智能导航、移动社交网络、移动数据分析和商业服务推送4大主要应用。

导航；位置服务；空间信息发布；移动应用平台；电子地图

随着GPS、北斗等空间定位技术的进步和智能手机、导航仪等移动智能终端的大范围推广，导航与LBS（location based service）逐渐成为我们日常生活中最常见的应用之一。为了满足动态导航需求，同时实现包括移动社交网络、商业服务推送等各类SoLoMo[1]应用，传统的单机定位模式必将被基于互联网应用平台所取代[2]。本文构建了一套高效的导航与位置服务平台（如图1所示），并对其模块设计和功能实现作了详细介绍。

图1 导航与位置服务平台的架构设计

1 系统模块组成

1.1 导航地图服务模块

导航地图服务是各类导航与LBS应用的基础，它负责存储并向用户传输最新的动态导航地图，同时负责进行相关的导航计算，如路径搜索、邻近查询等。模块结构层次包括数据存储层、数据调度层、数据应用层和数据接口层，如图2。

图2 导航地图服务模块结构层次设计

其中，数据存储层和数据调度层被部署和运行于数据中心，而数据应用层和数据接口层则被部署和运行于服务中心。各结构层次的组成和应用描述如下：

1）数据存储层。该层主要负责地图数据的存储管理。本文对不同图层中的矢量和栅格地图数据、动态交通数据和其他附属导航数据进行编码，将其采用Oracle Spatial数据库分布式存储于多个数据服务器中，并建立空间索引以提高数据的检索效率。

2）数据调度层。该层主要负责地图数据的高效调度与获取。为了平衡服务器的访问负载，本文在数据服务器前端设置有目录服务器，负责保存数据存储层中各数据服务器的地图数据存储的空间范围和状态信息，并通过动态信息反馈等手段实现各数据服务器之间的负载均衡[3]。

3）数据应用层。该层主要负责地图数据的融合、组织和各类导航计算等实际应用。如果用户仅需要进行导航地图数据下载或动态更新，那么该应用层将在获得相应的地图数据后，对其进行封装，生成适合网络传输的流媒体数据包；如果用户当前需要进行的是位置查找和路径规划等导航应用或朋友搜索和位置签到等LBS应用，那么该层将在获得相关地图数据后，直接在服务器端进行导航计算，并对最终结果进行封装，生成特定格式的数据包。

4）数据接口层。该层主要负责数据传输和用户管理等。为了保证数据安全，在对地图数据包和结果数据包进行传输前，必须按照特定规则对其进行加密，如采用Rijndael算法[4]。考虑到数据传输的质量和效率，数据接口层主要基于网络传输层的TCP协议向外提供特定的访问接口。同时，还在数据接口层对用户数据下载和访问的频次和数据内容进行监测。

1.2 位置增值服务模块

与导航地图服务不同，位置服务基本不涉及数据的下载和更新，更多的是一些具有社交或商业目的的增值应用。由于增值应用的多样化和差异性，因此系统在设计上采用了相对灵活的组件式管理方式，如图3。具体而言，系统的位置增值服务模块主要包括POI（Point of Interest）信息管理和移动对象管理2个核心组件,以及多个位置增值应用组件。

图3 位置增值服务模块的组件式结构

1）POI信息管理组件。POI是指地图上具有固定位置且用户感兴趣的目标实体，如酒店、饭店、加油站、商铺等。POI信息通常包括实体对象的名称、类型、位置和基本属性。该组件主要负责管理所有的POI信息，为各类上层位置增值业务提供服务。在组件设计过程中，本文主要通过“Hadoop云存储技术＋R树索引”的方式对海量POI信息进行高效存储。

2）移动对象管理组件。该组件主要负责对所有移动对象的ID和空间位置进行管理。由于移动对象与POI不同，它的空间位置会随时间变化，因此对其进行管理会涉及到时空数据存储和索引问题，具有较大的复杂性。结合最新的研究进展，本文采用MODTN模型[5]对移动对象进行存储，并采用UTR-tree[6]对其进行空间索引。

3）位置增值应用组件。位置增值应用是用户与系统交互的直接接口。在POI信息和移动对象管理基础上，系统在上层可根据需要引入多个位置增值应用，每个应用都通过组件方式部署，相互之间的关联较弱，且都通过独立的接口向外提供服务。

2 系统功能实现

本文基于模块化系统框架所构建的导航和移动位置服务平台，主要实现了以下4大类功能，即动态智能导航、移动社交网络、移动数据分析和商业服务推送。

2.1 动态智能导航

与传统的“起点-终点”式导航方式不同，本文将移动搜索和导航相结合，提出了一种更为智能化的导航功能。在对目的地非常了解的情况下，如上下班、外出办事等，我们通常对行驶路径非常熟悉，因此人们的导航需求其实不大；但当实际需求并不是准确的地理方位，而是类似吃饭、买衣服、逛街等较为模糊的生活需要时，人们的导航需求其实更为强烈，必须引入更为实用的智能导航功能来满足需要。

另一方面，本文还利用交通部门发布的实时路况信息实现了车辆的动态导航，做到绿色出行。而且，随着当前移动智能终端定位精度的提高，人们的导航需求往往更为精细，特别是为了满足众多LBS应用的需要，本系统在路径规划过程中还考虑到行人导航的问题，实现了人车混合导航的个性化应用。

2.2 移动社交网络

本系统所提供的移动社交网络在实现上主要包括三方面应用：首先，在移动对象管理模块基础上直接提供近距离搜索功能，根据用户的位置信息实现陌生交友等开放社交应用；其次，由于人们往往仅希望将生活瞬间和真正认识你的人分享，因此我们基于用户间的朋友关系和距离关联还构建了独立的社交门户，以实现私密社交应用；最后，系统还可与QQ、Sina微博等大规模社交平台关联，实现更加多样化的移动社交应用。

2.3 移动数据分析

移动数据分析是导航与位置服务平台智慧化应用的核心，为其他各类高端应用提供了技术支撑。针对车辆，本系统主要从轨迹特征分析、移动规律发现和活动模式挖掘三个方面对其群体历史数据进行分析。通过数据分析，可以了解道路上的交通热点、预测区域交通状态变化、区域功能识别、评估城市规划现状，并指导城市管理工作[7]。针对个人，本系统不仅可以将单个用户行为轨迹数据与周边的POI兴趣点相关联，来对其行为状态进行微观分析，而且能够对多个用户行为轨迹进行比较，研究城市社会群体的分类，探究各类人群不同的行为模式[8]。

2.4 商业服务推送

当前商业服务推送最常见的方式是通过“位置签到”实现的。在此基础上，商户通过积分、勋章以及领主等荣誉激励用户签到，满足用户的虚荣感并提供额外优惠，而用户则在享受服务后，参与商业实体（商店、餐厅等）的评价，以激励商户不断改善自身的服务质量。

本系统在位置签到的基础上，将多个应用相互融合，可提供包括团购、精准营销等各类LBS＋应用。比如通过“LBS＋团购”的应用，我们可以召集更多的人加入你的购买活动，进而从商家获得最低的折扣。而在功能实现上，对于“LBS＋团购”的应用而言，必须将商业服务推送与移动社交网络相结合。类似的，商家为了给最有可能长期光顾的顾客提供最大的折扣，则可以通过“LBS＋经准营销”方式将商业服务推送与移动数据分析相结合，来寻找最有价值的顾客群体。

3 结 语

结合具体的应用需求，本文设计并实现了一套导航与位置服务平台。不仅可以满足用户的智能导航定位需求，而且可以实现包括移动社交网络、移动数据分析和商业服务推送在内的众多增值位置服务，为政府工作、商业发展和人们的日常生活提供便利。

[1] 陈云海．移动互联网SoLoMo应用模式分析[J]．电信科学,2012,28(3):18-22

[2] 李清泉,乐阳．基于位置服务的分析与展望[J]．中国计算机学会通讯,2010,6(6):10-15

[3] 朱江,张立立,曾志明，等．WebGIS服务器场的负载平衡算法设计[J]．计算机工程,2006,23(9):94-96

[4] 沈涛,马红光,薛文通．网络数据加密算法研究及其应用[J]．计算机工程与应用,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．网络受限移动对象不确定性轨迹的索引[J]．计算机科学,2008,35(3):79-83

[7] 潘纲,李石坚,齐观德,等．移动轨迹数据分析与智慧城市[J]．中国计算机学会通讯,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

李飞，工程师，主要研究方向为导航数据建模、融合和增量更新。

2013-10-25。

项目来源：国家863计划资助项目（2012AA12A204）；广东省战略性新兴产业发展专项资金资助项目（2011168036）；广东省教育厅产学研结合资助项目（2012B091100441）。