实时自适应导航手机地图服务系统的研究和实现

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计算机系统应用2010年第19卷第8期实时自适应导航图服务系统的研究和实现鲍文欣陈临强(杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018)摘要：通过分析传统手机地图服务系统，设计与实现了导航手机地图服务系统。系统对地图数据进行有效组织，并通过记录与分析用户的交互操作对用户感兴趣对象进行归类，从而提供实时更新和自适应的手机地图。关键词：基于位置的服务．手机地图：实时自适应地图：导航地图：地图服务系统ResearchandDesignofReal—TimeandAdaptiveMobileMapSystemBAOWen-Xin，CHENLin—Qiang(ComputerCollege，HangzhouDianziUniversity,Hangzhou310018，China)Abstract：Contraposingtheshortageofmobilemapinexistence，adesignofmobilemapservicesystemisintroduced．Thesystemorganizesthemapdataefectively,records，analysesuserinteractions，andautomaticallyclassifiestheobjectswhichinteresttheuser,therebyprovidingreal-timeupdatesandadaptivemobilemaps．Keywords：1ocation-basedservices；mobilemaps；real-timeadaptivemaps；navigationmaps；mapservicessystem1引言2技术背景及相关工作随着移动通信技术的迅速发展和移动终端的智能当前，面向智能手机的地图服务系统分为两种模化，基于移动网络和终端的增值业务越来越受到人们的式：本地模式和本地／服务器模式。在本地模式下，智关注。特别随着3G网络技术的成熟和发展，基于位置能手机将空间地图数据保存在自身存储空间中，但由的服务(LBS)一个被业界誉为继电话服务、短信服务后于手机本身的存储空间和处理能力十分有限，使得一又一能改变人们生活方式的增值业务，必将成为电信运般的分析功能和服务不能过于复杂，地图数据信息量营商发展的重点，具有极大的市场和商业前景⋯。不能太多，导致应用十分受限。本地／服务器模式则将LBS中大量的信息与地理信息有关，其中导航和全部数据或绝大部分数据放在服务器端，而手机端则地图服务为其核心服务。由于2G和2．5G网络系统的处理地图信息的接受、解析和显示。这种模式使得庞网络带宽和网速的限制，以及受定位精度、位置服务大的地理信息数据完全摆脱了智能手机在运算速度和质量、手机终端硬件等多种因素的制约，使得基于位存储空间的局限，实现了空间信息完全共享，是今后置的服务一直处于缓慢增长的状态【2l。近年来虽然有手机地图服务系统发展的主要方向。长足的发展，但依旧不能满足用户对手机导航地图个当前在手机设备上没有一个国际标准的格式用于性化和实时性的满足。本文针对目前已有地图系统的描述和表现地图信息。目前已有的手机地图服务系统所缺陷【3一Sl结合手机地图数据动态更新的需要和手机及提供的地图信息数据都非常有限，大多采用单纯的栅格网络的特性，设计与实现了一种利用无线网络动态更图或单纯的矢量图作为地图信息描述和表现格式。栅格新并自适应提供个性化导航手机地图的服务系统。图对手机终端的要求非常低，展现的信息也非常丰富，①收稿时间：2009—11—06；收到修改稿时间：2009-12-2920系统建设SystemConstruction 2010年第19卷第8期计算机系统应用但栅格图缺乏信息的灵活性很难满足用户交互的各方理坐标进行反向操作。面需求。而矢量图所需网络流量相对较少，操作亦具系统上层由静态栅格地图服务器、动态个性化栅有灵活性，很好地弥补了栅格地图的缺陷，但其在解格地图服务器、矢量地图服务器构成。其中静态栅格析渲染时对终端的计算能力要求极高，因此单纯采用地图服务器用以存放最基本的栅格地图，该地图描述矢量来描述地图信息是完全无法实现实时动态的手机行政区域、道路、路边建筑轮廓、河流桥梁等使用频地图服务的。鉴于此，本系统采用栅格矢量相结合的率极高但数据较为固定的地理信息。单独设立静态栅地图格式来平衡和克服手机终端、网络、服务器之间格地图服务器能有效地保障地图服务的实时性。动态的相互制约及各自缺陷，同时也能很好地满足用户的个性化栅格地图服务器将分析用户的请求，随后结合交互以及实时性和个性化的需求。空间数据库和Geocoding服务器产生个性化地图图层，来满足不同用户的需求与爱好。矢量地图服务器，3实时手机地图服务系统则主要用于根据用户需求结合底层系统获取各种地理3．1手机地图服务系统设计交通信息、个性化属性等信息，随后结合栅格地图生为了生成实时动态且内容个性丰富的手机地图信成最终地图数据传送给手机客户端。这种系统结构能息，本系统采用以栅格地图为主，辅以所需的矢量数很好地解决用户手机存储空间有限、更新地图迟缓的据来构成手机客户端所需的地图数据。手机地图服务问题，同时能较好地实时提供个性化地图服务。系统结构如图1所示。3．2端架构手机客户端由地图解析器、地图显示控制器和定位导航模块构成。地图解析器用于读取和解析栅格矢量地图数据。地图显示控制器则作为用户交互界面提供地图的显示和对地图的控制操作，如缩放、平移等操作。定位导航模块则用于计算定位当前位置并结合所获取的矢量信息进行精确的定位与导航。3．3地图标准空间数据问的兼容匹配非常重要。因此为了与更多的空间数据兼容，本系统也采用WGS84大地基准面作为参考坐标系。WGS84是目前使用最多的大地基准面，同时也是全球定位系统(GPS)、北斗定位系统所使用的参考坐标系。为了矢量数据的地图匹配及动态栅格地图图层的匹配更方便与直观，同时为了减少地图服务器生成地图时的计算量，加快地图生成速度，系统采用了基于EPSG：900913标准的球面墨图1手机地图服务系统结构卡托投影。本系统底层由地理空间数据库、实时交通信息服4系统关键技术与实现务器、Geocoding(地理信息编码)服务器构成，其中4．1栅格手机地图的生成和组织空间数据库以矢量的形式存储地理空间数据。交通信栅格地图生成便捷快速，数据结构简单对手机终息服务器用于存储汇总实时交通信息，并通过计算获端硬件要求极低，且更易于地图信息的共享。相比矢得客户端用户所请求路段区域的较佳行车路线，及周量地图，栅格地图不能无极缩放，但在普通手机地图边交通拥堵情况。Geocoding服务器，用于将用户提应用中并非完全需要无极缩放属性，因此本系统通过交的地理信息如地址、邮政编码、建筑物名称等信息提供多个缩放级别的地图来弥补这一缺陷。转换成用经纬度表示的地理坐标，亦能根据用户的地系统将地图分成23个缩放层级，第一层级将整SystemConstruction系统建设21 计算机系统应用2010年第19卷第8期个世界缩放为512x512像素，第二层级为1024X1024像素，以此类推，即每一层级的地图宽或高的像素为256x2A层级。这样在第23层级时的用户比例尺能达到1：70．53，每个像素的精度为0．0187分类米，已完全能满足导航手机地图的精度需求。为了适对应手机屏幕较小的特性，系统将每一层级地图分成象操64X64像素的小块，这样既可以提高下载速度，同时作频也避免下载过大地图块而造成的网络流量的浪费。蛊4．2个性化手机地图及感兴趣图层的生成当前已有地图服务系统所提供的多是经过预生成的手机地图，这些地图不是提供了太少的信息就是所提供的信息非用户真正所需。这样的地图不仅满足不图2用户分类对象操作频率与权值了用户需求，也极大地增加了地图的生成和传输代价。考虑到这些缺陷，提出了一种基于用户的自适应个性模块二基于用户位置认知模块能使系统快速更新化手机地图生成方法。系统为每位用户建立一个用户用户当前位置，从而快速获取周边精确的地理信息，模型，该模型包括两个模块：①基于用户感兴趣地图提供去感兴趣地点的路径指引服务。当用户处于导航信息自适应模块。②基于用户位置的认知模块。状态时，采用实时动态最短路径规划算法提供当前较系统首先负责将地图信息用域分类模型根据对佳行进路线，从而避开交通拥堵。象的内容和属性描述来进行分类。本系统中，通过域4．3手机地图的传输与缓存分类模型将空间数据库中的地理数据分类成道路、建手机平台作为受限设备，受到内存空间、计算能筑、景点地名等大类，并对大类进行细化，在本系统力、网络带宽与流量等诸多因素的限制，为了最大限度中称为系统分类。用户选择其感兴趣的地图信息便被地平衡各方因素，本系统的栅格地图采用PNG格式，视作对其相关的地理数据服务感兴趣，迅速缩小地图矢量信息采用KML(KeyholeMarkupLanguage)语检索范围减少地图数据量，提高地理信息准确度，加言进行描述。快感兴趣图层的生成。PNG格式作为当前所有手机必须支持的唯一图片尽管对地理数据进行了相当的细分归类，但用户格式，具有很强的兼容性。同时PNG图片格式既能可能仅对某一特定对象或特定的对象属性产生兴趣。无损地保留图像信息又能将图像最大限度地压缩，在比如，用户选择了宾馆图层，用户多次检索浏览某一网络上传输时候只需下载1／64的图像信息便可以显名称或某价位区间的宾馆，表明用户对该名称或该价示出低分辨率的预览图像，因此非常适合手机终端和位区间的宾馆更感兴趣。模块一将根据用户的特定感网络。兴趣地理信息或属性进行实时的数据分析与细分，在KML为开放地理空间信息联盟标准格式，使用基本系统中称为用户分类对象。模块根据在某个时间间于标记的结构，含有嵌套的元素和属性，并符合XML隔阀值内用户对用户分类对象的操作频率以时间优先标准。KML文件格式指定了一系列的属性集，如点、并结合历史操作对不同用户分类对象赋权值，当用户线、平面多边形、路标、路径、图像、文字描述等属对用户分类对象的操作频率达到或超过某一阀值时，性，对地理数据有很好的描述。同时其设计重点更是关用户分类对象的权值将被赋以常量值，以此表示用户注于地理信息的表现和用户导航的便捷，KML格式文件对该用户分类对象真正感兴趣，如图2所示。随着用能采用各种有效的压缩算法进行压缩传输，因而完全满户的不断交互，系统对用户分类对象的判断精度越高，足手初．地图服务的需求。生成的感兴趣图层内容也更符合用户需求。在用户检手机客户端受限于内存、并发线程以及带宽流量，因索浏览地图时，在一小范围地图区域中如有众多对象此必须严格的按所需下载地图数据。为了使地图的操作的情况下将优先提升用户分类对象的显示比例，从而和显示平滑流畅，系统引入动态缓存机制，将近期下载能有效的改进地图的个性化体验，减少用户等待和查下来的地图块存于缓存中以备重用。地图缓存容量取决询时间，一定程度上也减少了网络的流量。于手机的内存空间大小，采取自动调整方式，当缓存容22系统建设SystemConstruction 2010年第19卷第8期计算机系统应用量达到极限时采用最近最久未使用算法剔除相应地图当用户多次检索和点击浏览四五星级酒店后，当块。当每次用户拖动、缩放地图或出于导航状态时，系再浏览酒店信息时，系统能自适应地在该区域优先选统都会首先从缓存中检索和显示可用地图块，否则将像择四五星级酒店地标信息反馈给用户，地图上四五星地图服务器请求新数据。在导航时，系统自动根据行进级酒店显示的数量增加20％左右，如图4。方向预下载所需地图块，使地图显示更流畅，极大地改进用户体验。S结语4。4实例与实验结果随着智能手机的普及和3G网络的发展，向手系统实例采用PostgreSQL+PostGIS作为空间数机用户实时提供动态个性化导航地图服务成为可据库，地图生成与渲染服务器采用GeoServer，自适应能。本文系统采用客户端一服务器模式，将最新地逻辑采用J2EE架构设计，手机客户端基于JavaME平台图数据、交通信息等资料存储在服务器端，实现了设计与开发。系统在NokiaN79、Nokia$60模拟器及手机导航地图的即时更新。系统采用栅格地图和矢SunJavaME模拟器上测试。在导航测试阶段，当车速量地图相结合的地图组织方式，并配以有效的地图在75krn／h时，手机能非常流畅的下载并显示地图，当车速达到并超过110km／h时，受手机屏幕大小及缓存压缩传输和缓存，使得在受限的通信网络和手机客户端能容量等客户端的限制，地图显示存在的轻微跳格现象。够较好地显示丰富的地图信息。同时系统采取自适应手机在用户检索浏览地图模式的测试中，用户前两次检索酒地图生成方法，使得手机地图更能满足用户的个性化需店时系统所返回的酒店为系统随机抽选十个附近酒店地求。但由于手初客户端系统的繁多以及移动通信网络的复标，一般各星级酒店均匀分布，如图3。杂性，系统还有很多问题有待解决。比如系统的集成问题、安全性问题、系统的功能性问题等，这些问题还需在今后的工作中进一步解决和完善。此外，今后还将在基于用户感兴趣地图信息自适应模块中改进个I北自适应算法并采用自适应阀值，进一步提高系统认知与学习精度。参考文献：lRozaTD，BilceyG．Anoverviewoflocation—basedservices．BTTechnologyJournal，2003，21(1)：20—27．22007年中国移动位置服务研究咨询报告．[2008．05-16]．http：／／data．chinabyte．com／259／2701259．shtm1．3ReichenbacherT．Adaptivemethodsformobile图3用户前两次检索酒店信息cartography．Proceedingsofthe21stInternationalCartographicConference．Durban，SouthAfrica：DocumentTransformationTechnologies，2003：1311—1322．4DoyleJ，HanQ，WeakliamJ，eta1．DevelopingNon·-proprietaryPersonalizedMapsforWebandMobileEnvironments．LectureNotesInComputerScience，2005，3428：181—194．5PengYW，XieWP，ZhaiBX，PengZY．APersonalizedElectronicMapSystemBasedonObjectDeputyModeProc．ofICDEWorkshops．2005：1252—1252．图4用户多次检索四五星级酒店信息SystemConstruction系统建设23