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基于智能手機的交通導航系統
【摘要】：基于智能手機的導航系統將移動(dòng)手機與道路交息結合，無(wú)論何時(shí)、何地，隨時(shí)都可以獲得最短路徑信息服務(wù)。該系統分為三個(gè)層次五大模塊，采用分層數據存放、分級網(wǎng)路拓撲架構、仿OSPF的動(dòng)態(tài)信息更新等技術(shù)，提高系統運行的效率與速率。
【關(guān)鍵詞】：智能手機;分層;動(dòng)態(tài)更新
1. 引言
我國迅速發(fā)展，隨著(zhù)城市規模的擴大和交通信息的增加，道路網(wǎng)規模越來(lái)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(shí)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?shī)蕵?lè )（彩信、移動(dòng)QQ等）為主，而諸如交通路網(wǎng)信息、購物信息等與人們日常生活密切相關(guān)的服務(wù)卻很少，不能滿(mǎn)足人們獲取實(shí)時(shí)信息的需求。
智能交通系統（ITS）是信息系統（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(mén)提供實(shí)時(shí)的數字交通信息。ITS只有與人們的出行信息相結合才能為廣大社會(huì )公眾提供實(shí)時(shí)、便利的服務(wù)。
2. 系統簡(jiǎn)介
2.1 系統功能
該系統主要功能是在出行前或出行中為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)、與出行目的相關(guān)的候選信息（包括娛樂(lè )場(chǎng)所，機構，醫院等），并以用戶(hù)所在地為起始點(diǎn)根據當前的路況信息為用戶(hù)提供最佳的的交通導航。該系統的具體功能包括準確定位、信息查詢(xún)、地圖顯示、方案生成等。
2.2 系統框架
該系統主要分五大模塊實(shí)現：地圖操作模塊、信息查詢(xún)模塊、信息采集模塊、方案生成模塊和后臺數據庫管理模塊。其中前兩個(gè)模塊處于客戶(hù)端（手機），后三個(gè)模塊是在服務(wù)器端實(shí)現。
地圖操作模塊：提供地圖的放大、縮小、拖動(dòng)等。還包括當前位置的地圖顯示，地名映射及地點(diǎn)分層或疊加顯示。
信息查詢(xún)模塊：選擇分層地圖上顯示出的任一相關(guān)地點(diǎn)，便可查詢(xún)該地點(diǎn)相關(guān)信息（住宅區的、娛樂(lè )場(chǎng)所的設施或醫院的聯(lián)系電話(huà)等）及從起始點(diǎn)到該地點(diǎn)的路況信息（擁塞與否、可搭乘公交車(chē)車(chē)次、估計抵達時(shí)間等）。
信息采集模塊：采集的信息包括地點(diǎn)的更新及實(shí)時(shí)路況。此信息作為系統程序的參數，及時(shí)傳遞給數據庫并對數據庫中的數據進(jìn)行更新操作。
方案生成：根據數據庫中數據為基礎采取適當的路徑選擇算法生成若干可供選擇方案。
數據庫管理模塊：為保證系統的安全性定期對數據庫的數據進(jìn)行備份，對冗余數據進(jìn)行清理。
2.3 系統模式
采用三層C/S（客戶(hù)端/服務(wù)器）模式，將手機作為客戶(hù)端獨立于服務(wù)器端的大量數據和中間件的復雜程序代碼。當用戶(hù)提出查詢(xún)請求時(shí)，客戶(hù)端只需將請求信息傳送到中間件，作為參數經(jīng)過(guò)程序的處理，再將處理過(guò)的查詢(xún)信息傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收到查詢(xún)信息后，將符合條件的數據再次傳送到中間件部分，中間件部分對數據經(jīng)過(guò)加工處理，以用戶(hù)需要的形式傳送回客戶(hù)端。采用此模式降低了對手機性能的要求，增強了系統數據的獨立性。，減少了數據傳輸量，增強了處于服務(wù)器端數據庫的安全性，減少了服務(wù)器端的工作量。
3. 系統設計
3.1 系統整體結構
以系統的五大功能模塊為依據，根據系統三層模式的特點(diǎn)，將系統分為數據層、業(yè)務(wù)層、客戶(hù)顯示層。其中數據層支持數據庫管理模塊，處于服務(wù)器端；業(yè)務(wù)邏輯層負責信息查詢(xún)模塊、信息采集模塊和方案生成模塊的功能實(shí)現，處于連接服務(wù)器端和客戶(hù)端的中間件；客戶(hù)顯示層主要支持地圖操作模塊的功能實(shí)現。
3.2 數據層的實(shí)現
本系統涉及信息種類(lèi)繁多，合理的分層管理是提高系統響應速度的關(guān)鍵。按照數據性質(zhì)的不同我們將數據分為以下幾類(lèi)，即地理框架數據、道路數據、節點(diǎn)數據。
3.2.1 地理框架數據
在一個(gè)城市區域范圍內分布著(zhù)不同的地理元素，地理框架數據就是基礎地形圖數據，包括區域、湖泊、河流、居民區、物等，它們主要是面類(lèi)數據。
3.2.2 道路數據
道路數據包括路面數據和路網(wǎng)數據。路面數據是以面的形式所表現的道路,為用戶(hù)提供直觀(guān)、形象的道路走向圖。對于系統來(lái)說(shuō)更重要的是路網(wǎng)數據，關(guān)系到用戶(hù)出行的路線(xiàn)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（如交通規則、道路通行條件等）及動(dòng)態(tài)交通信息（如實(shí)時(shí)路況信息）。
3.2.3 節點(diǎn)數據
節點(diǎn)數據在系統中占有很重要的位置，是重要的定位參考點(diǎn)，并對應用戶(hù)的各種服務(wù)信息。節點(diǎn)數據可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是節點(diǎn)數據，如：機關(guān)；企事業(yè)單位；住宅區；交息類(lèi)：包括公交車(chē)站點(diǎn)、長(cháng)途客運站、火車(chē)站、機場(chǎng)等；大型公共：包括體育場(chǎng)、醫院；休閑娛樂(lè )類(lèi)：如公園、購物場(chǎng)所等。另一類(lèi)是特殊節點(diǎn)數據，這些數據不在地圖中顯示，但在用戶(hù)查詢(xún)中作為參數或反饋信息，起到重要作用。包括住宅區門(mén)牌號碼、特定單位聯(lián)系電話(huà)等。
3.3 業(yè)務(wù)層的實(shí)現
考慮到當前城市擁堵?tīng)顩r嚴重和道路更新異常頻繁的現狀，信息查詢(xún)模塊和方案生成模塊中，路徑尋優(yōu)算法的時(shí)間復雜度與道路網(wǎng)路的拓撲結構的好壞緊密相連；而信息采集模塊則需要根據實(shí)時(shí)路況信息完成路徑信息的及時(shí)更新。
3.3.1 分級道路網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
構建一個(gè)完善且靈活的道路網(wǎng)絡(luò )拓撲結構是關(guān)系到業(yè)務(wù)邏輯層能否在復雜多變的道路下完成用戶(hù)要求的關(guān)鍵。完善要求拓撲的構造與實(shí)際信息的誤差縮為最小，且方便以最佳的算法實(shí)現信息查詢(xún)和方案生成；而靈活則要求拓撲結構易于擴展且使得信息的采集更加靈活。
本系統采用分級的道路網(wǎng)絡(luò )層次拓撲結構,其涉及基于道路等級的路網(wǎng)分層抽象、道路數據分區組織、以區域為單位的路網(wǎng)層次拓撲關(guān)系模型。道路網(wǎng)絡(luò )本身是分級的，車(chē)輛行走時(shí)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(kāi)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(hù)從當前位置去往附近區域的概率要遠遠大于去往距離很遠的區域，以區域為單位來(lái)組織數據，降低了拓撲的復雜性。
3.3.2 動(dòng)態(tài)信息及時(shí)更新
以網(wǎng)絡(luò )中內部網(wǎng)關(guān)協(xié)議開(kāi)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 )劃分為不同的區域，每個(gè)域內部維持本域一張唯一的拓撲結構圖，且各域根據自己的拓撲圖各自計算路由，域邊界路由器把各個(gè)域的內部路由后用"洪泛法"在域間擴散。
按照網(wǎng)絡(luò )拓撲中劃分的區域，建立各個(gè)區域內部的"路由表"和區域之間的"邊界路由表"。當道路網(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(shí)，此道路所在的區域中的每個(gè)"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"中的相應條目而無(wú)須重新計算整個(gè)"路由表"，節省了計算"路由表"的時(shí)間。
3.4 客戶(hù)顯示層的實(shí)現
在不同的應用中，對于路網(wǎng)拓撲結構的要求是不同的。即使是在同一種應用中，對于不同種類(lèi)的拓撲關(guān)系的要求也不同。例如對于公交車(chē)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，重要的是道路網(wǎng)絡(luò )的拓撲關(guān)系，河流、公園等要素只需作為顯示背景即可，不必在數據結構中顯示地描述其拓撲關(guān)系；但是對于自駕車(chē)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，不但需要利用道路網(wǎng)本身的拓撲關(guān)系，還要知道道路網(wǎng)絡(luò )與停車(chē)場(chǎng)之間的拓撲關(guān)系；對于有特定出行目的的用戶(hù)，還需要知道網(wǎng)絡(luò )與公園、住宅區等信息服務(wù)區的拓撲關(guān)系。將不同種類(lèi)的拓撲關(guān)系劃分為不同的圖層，根據用戶(hù)的特定需求而單獨或疊加顯示，既使得地圖顯示簡(jiǎn)潔、清晰又滿(mǎn)足了用戶(hù)個(gè)性化的需求。
4. 結論
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，城市地域迅速擴大，道路更新異常頻繁，道路交通擁堵?tīng)顩r日益加劇。手機移動(dòng)服務(wù)與交通信息服務(wù)的有機結合，充分利用了無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊的靈活性、方便性，也體現了大部分的信息與用戶(hù)所處位置有關(guān)的特點(diǎn)�；贕PS的定位業(yè)務(wù)作為我國3G技術(shù)移動(dòng)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航系統的逐漸完善。
參考文獻
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