基于LBS的语义规则位置模型研究

作者简介：黄秋华（1981.08-），女，辽宁营口人，博士，惠州学院讲师，研究方向为位置服务与应用，3S 技术集成应用，旅游时空行为研究。

摘 要： 位置服务得以实现离不开位置信息，传统的位置表达方式无法满足现今位置服务的需要，于是很多学者开始对位置表达方式进行了改进，进而提出了语义位置。语义位置虽能反映位置的近乎全部特征，但是语义位置在位置服务中也存在一定的弊端，无法对每一个位置的规则事件加以诠释，本文在语义位置的基础上提出了语义规则位置，并建立了基于旅游景点的语义规则位置模型。

关键词： LBS;位置获取;位置;语义位置;语义规则位置

【中图分类号】TP391 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.160

1 引言

随着定位技术高速发展和便携式移动定位设备的普及，位置服务（Location-Based Services，简称LBS）被越来越多的人所熟悉和使用，已经成为通信领域增长最快的产业之一。位置是位置服务的血液，是位置服务得以开展的基础，本文对目前主要的位置获取方式进行了简单的概括;关于位置的具体表达本文提出了语义规则位置模型，并将该模型应用到旅游景点中。

传统的位置表达方式已无法满足现在位置服务的需求，所以本文在传统物理位置的基础上做了一定的改进提出了语义规则位置模型。Jorg Roth认为，语义位置是包含了相互关系的地理位置[1]。赵冬青认为语义位置应该包括地理位置、位置的属性以及位置之间相互关系，即语义位置可以表达成下面的三元组形式：Location=（Name，{Properties}，{Neighbors}）。张维明等则认为位置可以使用本体（ontology）来表达，其所认为的本体是以下四个部分构成：元信息、关系集合、概念集合和规则集合，其具体可以表示为下面的四元组形式：Ontology=（meta_info，Concept，Relation，Rule）。为了满足位置服务对位置的需求，很多学者都对位置的具体表达进行了不断的改进，但是目前关于位置表达的具体应用实例较少。因此，本研究重点研究了位置的表达并尝试建立了基于旅游景点的语义规则位置模型。

2 LBS中位置获取方法研究

据相关资料分析数据显示，生活中有85%的信息是与地理位置相关的，所以移动终端的定位将有着广阔的应用领域[2]，同时位置在LBS中也是最基础、最重要的信息，空间定位技术是LBS系统得以实现的核心技术，而关于空间定位技术这一部分正处在不断的发展完善当中。

LBS位置获取方法根据测量和计算坐标的位置不同将其分为基于移动终端的定位技术和基于网络的定位技术。基于移动终端的位置获取技术主要是指位置的测量和计算工作全部都在终端设备上完成，主要的终端设备有手机、电脑、汽车、PDA、RFID标签和标记。基于网络的位置获取技术中，位置的测量和计算工作全部都是在网络上完成，通常使用的定位技术有Cell of Origin（COO）、AOA、TOA、TDOA、E-OTD和AFLT等。

3 位置的主要表达方式

关于目标物体位置的表达方式，不同学者对其进行了不同的诠释，在本研究中将目标物体的位置具体分为物理位置、虚拟位置、语义位置和语义规则位置;其中物理位置又有三种表达方式，它们分别是：描述性位置、空间位置和网络位置，其中网络位置有的时候又被学者等同为虚拟位置。

3.1 物理位置

描述性位置所提供的位置信息通常是指具体的某个河流位置、某座山的位置、某个道路或者某个建筑物等等。在现实生活中描述位置比较容易被用户所理解，使用的频率比较高。空间位置通常是指使用一些专门的定位设备所测出的二维或三维的坐标，是地球上的一点在某种参考坐标系下唯一精确的数值描述。在LBS中，最常用的空间位置表示方法是大地坐标。网络位置通常是指由通讯网络比如说因特网或蜂窝系统像GSM或UMTS所提供的拓扑关系。这种网络位置一定要和描述性位置之间建立一对一的联系后才可以供用户使用，也就是说单单的网络位置对于用户来说并不具备可读性。

综上所述，描述性位置、空间位置和网络位置这三种物理位置中只有描述性位置在使用LBS服务的时候可以直接拿来应用，其余两种都需要转换成描述性位置信息才可以提供给用户。而实际很多定位技术获得的都是空间位置和网络位置，这就需要建立一个专门的索引数据库，将空间位置、网络位置和描述性位置之间的对应关系详细的表示在数据库中，当日后获得空间位置或网络位置的时候通过查询数据库可以直接找出其所对应的描述性位置，从而可以更方便更快捷为用户所使用。

3.2 虚拟位置

虚拟位置通常指IP网址之类的，由于IP网址是具有固定空间位置的，所以每一个网址代表了实际空间中的虚拟位置。虚拟位置直接提供给用户并没有实际的使用价值，只有当把虚拟位置和描述性位置之间建立起联系，并把虚拟位置转换成描述性位置时发给用户才具有实际的使用价值。比如像家庭或公司的座机电话号码就是虚拟位置的一种，每一个座机号码对应空间当中的一个具体的位置，如果单单给你一个座机号码我们并不能找到该号码的位置，只有将号码与描述性位置之间的对应关系建立起数据库的时候才能找到该号码具体的实际位置在哪里。

3.3 语义位置

虽然物理位置和虚拟位置都在一定程度上对位置信息所包含的语义进行了描述，但是这些信息还不足以把位置信息的语义完全表达出来，在这种情况下有学者提出了语义位置的概念。Ulf Leonhardt [3]将位置服务中所涉及的位置划分为两种，分别为物理位置和语义位置，并且使用了如地名等单一的信息来描述语义位置;Mich AelBeig [4]和Jorg Roth [5]则认为语义位置应该包含实体与实体之间的相互关系;赵冬青也认为語义位置中应该包括位置属性信息;黄仁亮认为语义位置中应该包含速度和方向的信息;周成虎指出语义位置应该包含地理位置、位置间的联系、位置的属性及对象移动的速度和方向。

语义位置与前几种位置表达的方式相比的主要优点是信息量丰富。语义位置中的地理位置告诉我们该物体在哪里，属性可以告诉我们该物体是什么，位置关系告诉我们该位置周围附近会有什么，这些信息使其能够更好地服务于LBS。随着LBS的高速发展，传统的语义位置由于没有含有规则信息，所以其在具体的应用中表现出了一定的弊端，而本文根据目前实际应用中所存在的问题提出了语义规则位置，使其在原有的基础上更加完善。

3.4 语义规则位置

语义规则位置在语义位置的基础上了多了一个元组专门表达空间当中与该位置相关的一些规则，即Location=（Name，{Properties}，{Regulations}，{Neighbors}）。比如位置属性是教室的时候会有如下相关规则：手机最好设置成振动，说话尽量小声等等，当用户进入这些安静的场所的时候系统会根据用户手机中的语义规则位置自动向用户发起上述中的一些注意事项。再比如说当户外旅游者靠近一个比较危险的地方时，只要事先在该危险地方的语义规则位置中添加相关规则就可以及时对旅游者发出提醒通知。

4 基于旅游景点的语义规则位置模型

近年来，随着人们生活水平的提高，闲暇时间的增多，越来越多的人参与到旅游活动中，景点内部结构也变得异常复杂，基于旅游景点的位置服务被呼之欲出。因此，本文从研究语义规则位置中的位置本体抽象入手，阐述语义规则位置在旅游景点位置服务中的建模与应用。

4.1 旅游景点位置实体的抽象

不同位置对象中的位置实体与位置关系所表达的信息是不一样的，通过旅游景点中位置对象的分类分级，有利于构建更加合理的位置本体。旅游景点环境中的对象可以分为人、景观及附属设施三个部分，详细结构如图2所示。

人作为旅游景点活动的主体，不同类型的人在景点活动的范围与特点各不相同。景点中的人主要可以分为旅游者和服务人员两大类，旅游者具有旅游参观的属性，而服务人员又可以划分为旅游管理者、清洁员、保安以及相关产品销售人员等，每一类人都有自己的职责范围即属性特征。

自然景观和人文景观是旅游景点活动的主要依托，是旅游景点的主体内容。附属设施虽然不是旅游景点的主体内容，但附属设施的完备与便捷对于提升一个旅游景点的竞争力至关重要。旅游景点的附属设施可以分为娱乐设施、基础服务设施等。

4.2 语义规则位置模型构建

旅游景点位置中的实体很多，本文以旅游者为例，介绍基于旅游景点的旅游者位置实体语义规则模型的建立。如前所述语义规则位置可用四元组描述为：Location=（Name，{Properties}，{Regulations}，{Neighbors}）。

Name是指旅游者在旅游景点中位置的名称和旅游者的名称，该位置名称可能由于位置获取的方式不同而表达方式不同，但最终都需要转换成可以被用户理解并应用的描述性位置。当名称会引起歧义的时候还需要对名称限定使用范围，如旅游景点具有两个或两个以上的相同名字的位置时，需要对其进行进一步的限定。Properties是指旅游者的全部属性信息。Regulations是指旅游者所在景点位置设置的一系列规则事件。Neighbors是指和旅游者所在位置相关联的一系列位置。基于旅游者实体的语义规则位置模型如图3所示。

4.3 语义规则位置模型的应用

当旅游者在箭扣长城游玩的时候到了吃饭的时间，于是旅游者通过客户端（通常为手机）将“当途中附近有餐馆时发起提醒”的规则传送给位置服务系统，位置服务系统通过对旅游者语义规则模型的分析，推理出旅游者目前所在位置，并判断出附近餐馆的位置;通过对旅游者进行追踪，当旅游者距离餐馆最近时对旅游者发起提醒，并将餐馆名称、具体位置以及行进路线通过客户端发送给旅游者，如图4所示。

5 结束语

目前，简单的、基于传统表达方式的定位信息已经无法满足今天位置服务的需求，于是构建一种能够提供上下文信息的语义规则位置模型将是LBS领域今后研究的一大热点。在语义规则位置模型中最重要的部分就是语义规则的推理與获取，对于那些与空间关系相关的语义规则可以利用GIS系统中的强大功能来解决;其它与非空间关系相关的语义规则是该模型发展的一大难点，比如说因果关系、依赖关系及关联关系等，这些规则在今后的研究中需要做更多的相关分析。

参考文献

[1] Jorg R.Flexible Positioning for Location-based Services[OL].http：//dreamteam.fernuni-agen.de/paper/，2003.

[2] Christopher Drane，Malcolm Macnaughtcan and Craig Scott.Positioning GSM Telephones.IEEE Communication Magazine 1998，36（4）：46-54.

[3] ULF LEONHARDT.Supporting Location-Awareness in Open Distributed System [D].London：London University，1998.

[4] MICH AEL BEIG，T OBIAS ZIMM ER，CH RIST IANDE CKER.A Location Model for Communicating and Processing of Context[J].Personal and Ubiquitous Computing，2002.

[5] JORG ROTH.Accessing Location Data in Mobile Environments-the Nimbus Location Model [J].Mobile and Ubiquitous Information，2003.

[6] Huang Q，Xia L.Inspection of Spatial-Temporal Behavior of Backpackers in Beijing Based on Trajectory[J].Wireless Personal Communications，2016，4：1337-1356.

[7] Huang Q，Xia L，Wu D.An Enhanced Hybrid LBS and Its Prototype for Supporting Backpackers in Beijing.WIRELESS PERSONAL COMMUNICATIONS 2014，77：433-448.