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基于智能手機的交通導(dǎo)航系統(tǒng)
【摘要】：基于智能手機的導(dǎo)航系統(tǒng)將移動手機與道路交息結(jié)合，無論何時、何地，隨時都可以獲得最短路徑信息服務(wù)。該系統(tǒng)分為三個層次五大模塊，采用分層數(shù)據(jù)存放、分級網(wǎng)路拓?fù)浼軜?gòu)、仿OSPF的動態(tài)信息更新等技術(shù)，提高系統(tǒng)運行的效率與速率。
【關(guān)鍵詞】：智能手機;分層;動態(tài)更新
1. 引言
我國迅速發(fā)展，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和交通信息的增加，道路網(wǎng)規(guī)模越來越龐大。公眾最為關(guān)注交通出行信息，要求在出行前和出行中都能夠及時地發(fā)送和接收相關(guān)交通信息。目前手機的增值服務(wù)多是以娛樂（彩信、移動QQ等）為主，而諸如交通路網(wǎng)信息、購物信息等與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的服務(wù)卻很少，不能滿足人們獲取實時信息的需求。
智能交通系統(tǒng)（ITS）是信息系統(tǒng)（GIS）在交通領(lǐng)域的延伸，已逐漸完善，但僅局限于為交通部門提供實時的數(shù)字交通信息。ITS只有與人們的出行信息相結(jié)合才能為廣大社會公眾提供實時、便利的服務(wù)。
2. 系統(tǒng)簡介
2.1 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)主要功能是在出行前或出行中為用戶提供實時、與出行目的相關(guān)的候選信息（包括娛樂場所，機構(gòu)，醫(yī)院等），并以用戶所在地為起始點根據(jù)當(dāng)前的路況信息為用戶提供最佳的的交通導(dǎo)航。該系統(tǒng)的具體功能包括準(zhǔn)確定位、信息查詢、地圖顯示、方案生成等。
2.2 系統(tǒng)框架
該系統(tǒng)主要分五大模塊實現(xiàn)：地圖操作模塊、信息查詢模塊、信息采集模塊、方案生成模塊和后臺數(shù)據(jù)庫管理模塊。其中前兩個模塊處于客戶端（手機），后三個模塊是在服務(wù)器端實現(xiàn)。
地圖操作模塊：提供地圖的放大、縮小、拖動等。還包括當(dāng)前位置的地圖顯示，地名映射及地點分層或疊加顯示。
信息查詢模塊：選擇分層地圖上顯示出的任一相關(guān)地點，便可查詢該地點相關(guān)信息（住宅區(qū)的、娛樂場所的設(shè)施或醫(yī)院的聯(lián)系電話等）及從起始點到該地點的路況信息（擁塞與否、可搭乘公交車車次、估計抵達(dá)時間等）。
信息采集模塊：采集的信息包括地點的更新及實時路況。此信息作為系統(tǒng)程序的參數(shù)，及時傳遞給數(shù)據(jù)庫并對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作。
方案生成：根據(jù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)采取適當(dāng)?shù)穆窂竭x擇算法生成若干可供選擇方案。
數(shù)據(jù)庫管理模塊：為保證系統(tǒng)的安全性定期對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，對冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行清理。
2.3 系統(tǒng)模式
采用三層C/S（客戶端/服務(wù)器）模式，將手機作為客戶端獨立于服務(wù)器端的大量數(shù)據(jù)和中間件的復(fù)雜程序代碼。當(dāng)用戶提出查詢請求時，客戶端只需將請求信息傳送到中間件，作為參數(shù)經(jīng)過程序的處理，再將處理過的查詢信息傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收到查詢信息后，將符合條件的數(shù)據(jù)再次傳送到中間件部分，中間件部分對數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理，以用戶需要的形式傳送回客戶端。采用此模式降低了對手機性能的要求，增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獨立性。，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，增強了處于服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫的安全性，減少了服務(wù)器端的工作量。
3. 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
以系統(tǒng)的五大功能模塊為依據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)三層模式的特點，將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、客戶顯示層。其中數(shù)據(jù)層支持?jǐn)?shù)據(jù)庫管理模塊，處于服務(wù)器端；業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)信息查詢模塊、信息采集模塊和方案生成模塊的功能實現(xiàn)，處于連接服務(wù)器端和客戶端的中間件；客戶顯示層主要支持地圖操作模塊的功能實現(xiàn)。
3.2 數(shù)據(jù)層的實現(xiàn)
本系統(tǒng)涉及信息種類繁多，合理的分層管理是提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的關(guān)鍵。按照數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同我們將數(shù)據(jù)分為以下幾類，即地理框架數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、節(jié)點數(shù)據(jù)。
3.2.1 地理框架數(shù)據(jù)
在一個城市區(qū)域范圍內(nèi)分布著不同的地理元素，地理框架數(shù)據(jù)就是基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)，包括區(qū)域、湖泊、河流、居民區(qū)、物等，它們主要是面類數(shù)據(jù)。
3.2.2 道路數(shù)據(jù)
道路數(shù)據(jù)包括路面數(shù)據(jù)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)。路面數(shù)據(jù)是以面的形式所表現(xiàn)的道路,為用戶提供直觀、形象的道路走向圖。對于系統(tǒng)來說更重要的是路網(wǎng)數(shù)據(jù)，關(guān)系到用戶出行的路線選擇，要進(jìn)行特殊的處理。道路網(wǎng)本身分為國道、省道等不同的級別；依附道路網(wǎng)存在的交通信息包括靜態(tài)交通信息（如交通規(guī)則、道路通行條件等）及動態(tài)交通信息（如實時路況信息）。
3.2.3 節(jié)點數(shù)據(jù)
節(jié)點數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中占有很重要的位置，是重要的定位參考點，并對應(yīng)用戶的各種服務(wù)信息。節(jié)點數(shù)據(jù)可分為兩大類，一類是節(jié)點數(shù)據(jù)，如：機關(guān)；企事業(yè)單位；住宅區(qū)；交息類：包括公交車站點、長途客運站、火車站、機場等；大型公共：包括體育場、醫(yī)院；休閑娛樂類：如公園、購物場所等。另一類是特殊節(jié)點數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不在地圖中顯示，但在用戶查詢中作為參數(shù)或反饋信息，起到重要作用。包括住宅區(qū)門牌號碼、特定單位聯(lián)系電話等。
3.3 業(yè)務(wù)層的實現(xiàn)
考慮到當(dāng)前城市擁堵狀況嚴(yán)重和道路更新異常頻繁的現(xiàn)狀，信息查詢模塊和方案生成模塊中，路徑尋優(yōu)算法的時間復(fù)雜度與道路網(wǎng)路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的好壞緊密相連；而信息采集模塊則需要根據(jù)實時路況信息完成路徑信息的及時更新。
3.3.1 分級道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
構(gòu)建一個完善且靈活的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是關(guān)系到業(yè)務(wù)邏輯層能否在復(fù)雜多變的道路下完成用戶要求的關(guān)鍵。完善要求拓?fù)涞臉?gòu)造與實際信息的誤差縮為最小，且方便以最佳的算法實現(xiàn)信息查詢和方案生成；而靈活則要求拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展且使得信息的采集更加靈活。
本系統(tǒng)采用分級的道路網(wǎng)絡(luò)層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其涉及基于道路等級的路網(wǎng)分層抽象、道路數(shù)據(jù)分區(qū)組織、以區(qū)域為單位的路網(wǎng)層次拓?fù)潢P(guān)系模型。道路網(wǎng)絡(luò)本身是分級的，車輛行走時按不同的等級變換路徑，算法優(yōu)先考慮主干道網(wǎng)進(jìn)行計算分析，符合駕駛者寧愿選擇主干道路，避開交通不便的次要道路的愿望，使得路徑選擇更為合理�？紤]到用戶從當(dāng)前位置去往附近區(qū)域的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于去往距離很遠(yuǎn)的區(qū)域，以區(qū)域為單位來組織數(shù)據(jù)，降低了拓?fù)涞膹?fù)雜性。
3.3.2 動態(tài)信息及時更新
以網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）協(xié)議的工作原理作為參考。OSPF是一種分層次的路由協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的區(qū)域，每個域內(nèi)部維持本域一張唯一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，且各域根據(jù)自己的拓?fù)鋱D各自計算路由，域邊界路由器把各個域的內(nèi)部路由后用"洪泛法"在域間擴(kuò)散。
按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袆澐值膮^(qū)域，建立各個區(qū)域內(nèi)部的"路由表"和區(qū)域之間的"邊界路由表"。當(dāng)?shù)缆肪W(wǎng)絡(luò)中的某條道路狀態(tài)因為擁堵等事件發(fā)生變化時，此道路所在的區(qū)域中的每個"路由器"重新計算本域"路由表"，而其它域中"路由器"只需修改其"路由表"中的相應(yīng)條目而無須重新計算整個"路由表"，節(jié)省了計算"路由表"的時間。
3.4 客戶顯示層的實現(xiàn)
在不同的應(yīng)用中，對于路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求是不同的。即使是在同一種應(yīng)用中，對于不同種類的拓?fù)潢P(guān)系的要求也不同。例如對于公交車用戶來說，重要的是道路網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系，河流、公園等要素只需作為顯示背景即可，不必在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中顯示地描述其拓?fù)潢P(guān)系；但是對于自駕車用戶來說，不但需要利用道路網(wǎng)本身的拓?fù)潢P(guān)系，還要知道道路網(wǎng)絡(luò)與停車場之間的拓?fù)潢P(guān)系；對于有特定出行目的的用戶，還需要知道網(wǎng)絡(luò)與公園、住宅區(qū)等信息服務(wù)區(qū)的拓?fù)潢P(guān)系。將不同種類的拓?fù)潢P(guān)系劃分為不同的圖層，根據(jù)用戶的特定需求而單獨或疊加顯示，既使得地圖顯示簡潔、清晰又滿足了用戶個性化的需求。
4. 結(jié)論
中國目前正處在城市化的高速進(jìn)程中，城市發(fā)展異常迅速。急劇增加，城市地域迅速擴(kuò)大，道路更新異常頻繁，道路交通擁堵狀況日益加劇。手機移動服務(wù)與交通信息服務(wù)的有機結(jié)合，充分利用了無線移動通訊的靈活性、方便性，也體現(xiàn)了大部分的信息與用戶所處位置有關(guān)的特點�；贕PS的定位業(yè)務(wù)作為我國3G技術(shù)移動增值商用業(yè)務(wù)之一，也促進(jìn)了基于智能手機的城市導(dǎo)航系統(tǒng)的逐漸完善。
參考文獻(xiàn)
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[2] 馬擴(kuò). 基于實時信息的動態(tài)路徑規(guī)劃問題研究. 中國優(yōu)秀碩士論文全文數(shù)據(jù)庫.
[3] 付夢印. 基于分層道路網(wǎng)絡(luò)的新型路徑規(guī)劃算法. 輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,2005,4.
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