基于移动终端的旅游信息推送服务系统关键技术研究.pdf

浙江大学计算机科学与技术学院 硕士学位论文 基于移动终端的旅游信息推送服务系统关键技术研究 姓名：田雷 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：庄越挺 20100128 浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 基于位置的服务( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ) 是一种多领域学科交叉的移动网络 业务，其通过定位移动终端用户的地理位置信息( 如经度、纬度和高度等) ，在电 子地图平台支持下，提供给用户相应的服务。 本文结合全球定位系统、无线互联网技术以及语音合成技术，在移动终端平 台上构建了一个实时、准确、信息量丰富的旅游信息推送服务系统。该系统实现 过程中涉及到的关键技术主要有g i s 信息的获取与处理、旅游信息的实时推送、 结构化旅游信息解析及存储、二维地图的动态生成、精确地图匹配、语音合成和 旅游信息传输优化等技术。为了更方便地采集旅游信息以及做好系统测试，本文 还分别实现了基于移动终端的旅游信息采集子系统和基于p c 端导游模拟子系 统。 与现有的电子导游系统相比，本文所实现系统具有数据采集高效且低成本、 信息时效性高和表现手段真实感强等优势。 关键词：g i s ，基于位置服务，旅游信息推送，语音合成，移动终端 a b s t r a c t l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ( l b s ) i sak i n do fi n f o r m a t i o na n de n t e r t a i n m e n ts e r v i c e s ， a c c e s s i b l ew i t hm o b i l ed e v i c e st h r o u g ht h ew i r e l e s sn e t w o r ka f t e ru s e r sp r o v i d et h e i r g e o g r a p h i c a lp o s i t i o nb yt h em o b i l ed e v i c e t h i sp a p e rp r e s e n t sat o u r i s mi n f o r m a t i o np u s hs y s t e mo nm o b i l ed e v i c e sw h i c h c a l lo f f e rr e a lt i m e ，a c c u r a t ea n dl o t so fr e l a t e di n f o r m a t i o nt ou s e r sb yt h ei n t e g r a t i o n o fo fg p s a g p s ，w i r e l e s sn e t w o r k sa n dt e x tt os p e e c ht e c h n o l o g i e s t h i sp a p e r d e s c r i b e st h ek e yi s s u e si n v o l v e di no u rs y s t e ms u c ha sc a p t u r eo fg i si n f o r m a t i o n ， p u s ho ft o u r i s mi n f o r m a t i o n ，a n a l y s i sa n ds t o r a g eo fs t r u c t u r e dt o u r i s mi n f o r m a t i o n ， g e n e r a t i o no f2 - d i m e n s i o n a lt o u r i s mm a p s ，m a t c ho fs i m i l a rm a p s ，t e x tt os p e e c ha s w e l la sn e t w o r kt r a n s m i s s i o no p t i m i z a t i o n i no r d e rt oc o l l e c tt o u r i s mi n f o r m a t i o na n d t e s to u rs y s t e mm o r ee a s i l y , t h i sp a p e rp r e s e n t sar e s o u r c ec o l l e c t i o ns u b 。s y s t e mo n m o b i l ed e v i c e sa n dv i r t u a lt o u r i s ms u b - s y s t e mo np c c o m p a r e dt oo t h e rt o u r i s ms y s t e m ，t h et o u r i s ms y s t e mp r o p o s e di nt h i sp a p e r c a n e f f e c t i v e l y c o l l e c t r e s o u r c e ，p u s h r e a lt i m ei n f o r m a t i o n ，a n dg i v ec o n s u m e r s i m p r e s s i o no f v i r t u a lr e a l i t y g i s ，l b s ，t o u r i s mi n f o r m a t i o n ，t e x tt os p e e c h ，m o b i l ed e v i c e 浙江大学硕士学位论文陶日录 图目录 图3 1 基于位置相关的旅游信息主动推送服务系统构架1 2 图3 2 全局线性四叉树层次结构及编码1 3 图3 3 跨媒体数据组织示意图。1 4 图3 4 移动终端信息搜索和导游子系统架构图。1 5 图3 5 旅游知识共享平台l7 图4 1 移动终端导游子系统功能结构。18 图4 2 移动终端导游子系统八大功能窗体- 2 0 图4 3g u i d e f o r m 实现框架2l 图4 4 二维旅游地图2 8 图4 5 道路网络示意图3 0 图4 6 野外模式点匹配示意图。3 l 图4 7 道路匹配示意图3 2 图4 8 回调式语音合成3 3 图4 9 语音播放的双缓冲技术3 4 图4 10 数据传输优化3 5 图5 1 旅游信息采集系统功能界面3 7 图5 2p c 端导游模拟系统功能界面3 8 图6 1 基于位置相关的旅游信息主动推送服务系统应用。3 9 i l l 浙江大学硕士学位论文 表闷录 表目录 表4 1 算法n e a r e s t ( q ) 伪代码3 0 表6 1 各数字旅游系统的特点对比。4 0 i v 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 基于位置的服务( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ，l b s ) 是通过全球定位系统或者 通过通信运营商网络获取移动终端用户的地理位置信息( 如经度、纬度、高度) ， 在电子地图平台的支持下，提供给用户相应服务的一种增值服务。l b s 是一种多 领域学科交叉的移动网络业务，涉及到以下几种核心技术：地理信息系统( g i s ) 、 全球定位系统( g p s ) 、语音合成技术( t e x tt os p e e c h ) 、无线通讯技术( g s m g p r s 、 w i f i 、3 g 、l t e ) 等。 根据2 0 0 9 年工业和通信业报告，截止2 0 0 9 年1 2 月底，我国移动电话用户 数达到了7 5 亿，互联网网民数约3 亿，庞大的用户群体为l b s 提供了广阔的市 场空间。同时，l b s 也于2 0 0 9 年进入快速成长期，随着移动通讯用户数量的迅 速膨胀，预测2 0 1 2 年l b s 收入将可达3 8 亿人民币。2 0 0 9 年1 月7 日，中国工 业和信息化部同时为中国联通、中国电信和中国移动分别发放w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 的3 g 运营牌照，我国从此正式进入3 g 时代。3 g 时代 的正式到来，l b s 必将成为未来最具有发展潜力的移动增值业务之一【1 1 。 “基于位置相关的旅游信息主动推送服务”概念的提出具有深刻的技术背 景，同时又具有巨大的经济和社会意义。首先，旅游产业和信息产业是浙江省的 重要经济支柱，基于位置相关的旅游信息主动推送服务横跨这两大支柱领域，并 能够使浙江省旅游信息化服务迈上一个新的台阶；放眼全球，旅游信息化正以连 续五年超过2 5 0 的速度高速增长，在信息密集的旅游业应用信息化科技手段， 已成为时代发展的必然趋势。其次，在浙江省上下正努力建设和谐社会的背景下， 基于位置相关的旅游信息服务以生动真实的表现形式、健康丰富的服务内容、领 先创新的技术为国内外游客提供高品质的旅游资讯，在促进地区经济发展的同 时，对提高城市综合形象、改善人民的生活质量、促进和谐社会都有着无法忽视 的积极作用。 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 随着无线网络通讯技术和无线终端技术的高速发展，传统互联网强大的应用 服务能力正逐步扩展到移动终端上，为用户提供基于位置的服务成为全社会信息 化发展的趋势，目前已在数字城市建模、电子导游( 如西湖通、品游电子导游) 、 网络交友社区( 如贝多网、图钉网、我的足迹网) 、汽车导航等领域被广泛应用。 近来，在数字城市建模和旅游信息推送方面出现一些新的应用，这些应用大致采 用了两种实现思路：一是在g i s 数据上对客观世界进行几何建模，这种方式虽然 能生动表现客观场景，但其昂贵的建模制作成本限制了它在旅游行业中广泛应 用；二是通过安装无线射频装置并在其覆盖区域触发景点解说词，该方式设备制 作成本过高，且表现形式单调刻板，缺乏真实感和互动性f 2 】o 针对上述两种技术路线存在的局限性，本文系统将g i s 、跨媒体搜索和互联 网技术结合起来，基于智能移动终端平台构建了一个实时、准确、信息量丰富和 交互真实感强的旅游信息主动推送服务系统。 1 2 本文的工作 本文旨在对基于位置相关的旅游信息主动推送服务系统项目中的移动终端 导游子系统的开发过程中的关键技术进行研究，以确保使其能顺利实施。导游子 系统涉及到的关键技术主要有g i s 信息的获取与处理，旅游信息的实时推送，结 构化旅游信息解析及存储技术，二维地图的动态生成，精确地图匹配，语音合成 技术应用，旅游信息传输的优化技术。 g i s 信息的获取与处理，通过读取g p s 模块的原始n m e a 格式数据流，提 取当前坐标值、当前速度值、坐标有效性等数据，过滤和剔除错误和无效信息， 从而确保g p s 定位的精准度。 旅游信息的实时推送，相对于传统的电子导游系统过于依赖“陈旧”的本地 化数据、数据维护成本过高等缺陷，本系统采用了通过无线互联网实时下载并给 用户呈现最新最丰富的旅游信息，其优点在于数据实效性高、维护成本低、且无 需“庞大“ 的本地数据支持；同时个性化搜索服务会使用户在旅游过程中获取所 需的旅游信息【2 】。 2 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 结构化旅游信息解析及存储技术，通过解析无线网络实时推送的结构化旅游 数据文件，将分析后得到的旅游信息存储起来，为地图匹配算法提供待匹配资源。 二维地图的动态生成，相对于传统的电子导游系统高昂的建模制作成本以及 车载导航本地化庞大的电子地图数据，依托旅游知识共享库强大而丰富的数据支 持，根据实时得到的旅游信息，将用户所在位置周边一定范围内的景点、道路、 区域信息实时、动态地生成二维地图，并在地图上实时显示用户当前位置，用户 既可以在享受旅游乐趣的同时，有选择性地参考地图为规划自己接下来的行程1 2 1 。 精确地图匹配，通过定时通过无线网络获取用户当前位置周边一定范围内包 括点、线、面的g i s 数据和相关旅游信息，本系统提出了野外模式和道路网络模 式两种地图匹配算法，更加符合实际的旅游情况。 语音合成技术t r s ，是自动将输入文字转换成语音输出，并尽量使输出的语 音效果流畅、自然的一类技术。考虑到直接从服务器端下载大量的导游词音频文 件虽然会带来更好的播放效果，但同时也会占用大量的无线网络带宽和移动终端 存储，从而严重影响系统的性能。现如今，基于嵌入式平台的中文语音合成系统 无论在系统资源占用、语音合成效果、系统移植性等多个关键点取得了突破性的 进展。本系统采用了国内先进的t t s 技术，基于双缓冲机制，通过实时合成文本、 实时回调输出语音的方式，对旅游景点的导游词进行解说，这样既保证了导游词 解说的实时性，又保证了系统的精简和高效1 2 1 。 旅游信息传输的优化技术，来解决现有的无线网络条件下，如何使用较少的 网络流量而获取更多的旅游信息。为此，本系统实现了信息获取的增量化技术， 同时通过缓存保存最近被替换的网格列表，这样既保证了旅游信息获取的实时 性，又从根本上节省了系统消耗的网络流量。 1 3 本文的组织 本文第二章介绍与基于位置服务相关的背景技术，其中包括地理信息系统、 全球定位系统、无线通讯技术、语音合成技术、导航系统地图匹配算法；第三章 简略介绍基于位置的旅游信息推送系统的整体架构及各功能模块；第四章对电子 3 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 导游子系统在开发过程中的技术难点进行详细阐述；第五章介绍移动终端数据旅 游信息采集系统及p c 端导游模拟系统；第六章对全文进行总结和展望。 1 4 本章小结 首先介绍了课题背景和课题提出的依据，接下来介绍了本文的工作和本文的 组织。 4 浙江大学硕士学化论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 第2 章基于位置服务相关背景介绍 2 1 地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是传统地理学科和现 代信息科学相结合的产物，目前已经发展为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、 城市科学、空间科学、信息科学和管理科学于一身的综合性学科。它在计算机软、 硬件系统的支持下，对现实世界( 资源与环境) 的研究和变迁的各类空间数据及描 述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述， 有时它又称为“地学信息系统或“资源与环境信息系统”。g i s 具有以下四种 基本功能：第一，输入功能，利用扫描仪等把地图、遥感图像和规划图输入计算 机中，然后进行必要的编辑处理( 如修改、增补等) ；第二，输出功能，把经分析 后的图形、图表或文字显示在显示器上或通过打印机打印出来；第三，查询、分 析功能，通过空间查询和空间分析而得出决策结论；第四，空间数据库管理功能 【3 】 o 目前，地理信息系统主要朝三个方向发展：应用型g i s ，三维g i s ，网络g i s 。 相对于传统g i s 而言，三维g 1 s 技术能够更加生动且真实地表现客观世界，但是 其昂贵的建模成本大大限制了其在旅游行业中的广泛应用，因此出现了一些相对 折衷的方法及应用：在美国，g o o g l e 公司的g o o g l ee a r t h m a p s ，在虚拟“地球” 表面实现二维遥感图像、g i s 坐标数据和标注文字的融合，所有地理信息表现地 更加直观；m i c r o s o t t 公司的v i r t u a le a r t h 把视频中截取的图像用来建模三维“虚 拟”城市；在我国，e 都市网站采用伪三维图像进行数字城市建模。相对于传统 g i s ，新式g i s 技术无论在表现客观世界的生动性、可用性和丰富性等诸多方面 都有一定的优势，是g i s 的发展趋势。 2 - 2 全球定位系统 2 2 1 全球定位系统( g p s ) 上世纪五十年代末，美国某国防科技组织着手建立专为美国海军军舰提供导 5 浙江大学硕士学位论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 航服务的“子午仪系统”( t r a n s i t ) ，于六年后研制成功并投入使用，次年美国政 府宣布开放t r a n s i t 的部分电文供民用。但是t r a n s i t 存在以下缺陷：首先，一次 定位所需时间过长，无法满足高速用户的需要；其次，卫星出现时间间隔过长， 无法满足连续导航的需要；再次，卫星轨道低、信号频率较低受电离层影响大、 卫星钟频不够稳定等因素造成了定位精度偏低。为满足军方和民用部门对实时、 高精度的三维定位和导航的迫切需求，2 0 世纪7 0 年代，美国国防部不得不着手 研究第二代的卫星导航系统。2 0 余年，共耗资2 0 0 亿美元，具有海陆空全方位 实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，即g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m ( g p s ) 于1 9 9 4 年全面建成。g p s 系统的特点：高精度、全天候、高效率、 多功能、操作简便、应用广泛等。 g p s 是由运行在离地球表面1 2 万公里高空的，以1 2 小时的周期环绕地球飞 行的2 4 颗g p s 卫星组成的系统。因此，任意时刻，在地面上的任意一点都可以 同时观测到4 颗及以上数目的卫星。由于卫星的位置精确可知，我们便可得到卫 星到接收机的距离，而后利用空间距离公式，利用其中3 颗卫星数据，组成一个 三元方程组，从而得出观测点的位置( x ，y z ) 。因为存在卫星时钟与接收机时钟之 间的误差，实际上有x 、y 、z 和钟差四个未知数，需要引入第4 颗卫星，形成 一个四元方程组进行求解，最后求得观测点的经纬度和高度。 全球定位系统主要的组成分为以下三部分：空间部分、地面控制部分以及用 户设备部分。 空间部分：2 l 颗工作卫星运行于距地球表面2 0 2 0 0 公里的上空，均匀分布在 六个轨道面上轨道倾角为5 5 。除此之外，轨道上还运行着3 颗有源备份卫星。 这些卫星的分布使得在地球表面任何地点、任意时问都可观测到4 颗及以上数目 的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。工作卫星将产生两组电码，一组称为c a c o d e ( 频率110 2 3 m h z ) ；一组称为pc o d e ( 频率1 0 1 2 3 m h z ) ，pc o d e 因其较高的频 率，不易受干扰，定位精度高，民间无法解读，因此主要服务于美国军方。c a c o d e 人为降低精度后，主要服务于民间定位、导航。g p s 的卫星因为大气摩擦等 问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低【4 1 。 6 浙江大学硕士学位论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 地面控制部分：由1 个主控制站，5 个监测站和3 个地面控制站组成。监测 站将取得的卫星观测数据经初步处理后，传送到主控制站。主控制站从各监测站 收集跟踪数据，算出卫星的运行轨道和时钟参数，然后将结果送到3 个地面控制 站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控制站指令以每 天一次的频率，在卫星离开注入站作用范围之前进行注入g p s 卫星。如果某个地 面控制站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时问，但导航精度会 降低f 4 1 。 用户设备部分：其功能是能够捕获到所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星运 行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，测量出接收天线至卫星的伪距离和距离 的变化率，解析出卫星轨道参数等数据。接下来接收机中的处理器就可根据这些 数据进行定位计算，最后计算出用户所在位置的经纬度、高度、速度、时间等相 关信息【4 1 。 2 2 2 辅助全球定位系统( a 6 p s ) 辅助全球定位系统结合了g p s 定位与无线定位，在受遮盖的室内，它可以利 用手机基站的资讯，这样可以缩减g p s 芯片获取卫星信号的延迟，减轻g p s 芯 片对卫星的依赖度，不受天气、气候、遮挡等冈素的影响，使得定位的速度更快。 和g p s 定位比较，a g p s 能提供范围更广、更省电、速度更快的定位服务，并可 以在g s m g p r s 、3 g 网络中使用。 a g p s 的优势在于以下两点：首先，在空旷无遮挡的室外，使用g p s 定位模 式，其精度可达1 0 米左右，堪称世界上定位精度最高的一种定位技术；其次， 首次捕获g p s 信号的时间一般仅几秒，不像g p s 的冷启动时捕获信号的时间可 能要4 5 分钟。 然而a g p s 这项技术也存在着一些不足。首先，室内定位的问题目前仍然无 法圆满解决，精度成问题。另外，a g p s 的定位实现必须经过多次网络传输( 最 多可达六次单向传输) ，大量的占用了空中资源。再次，目前移动运营商架设的 定位服务容量极其有限，无法为大量用户提供有效的定位服务。然而，带有a g p s 7 浙江大学硕士学位论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 功能手机比一般手机在耗电程度上有一定的额外开销，减短了手机的待机时间。 再有，就是使用有效性问题，由于g p s 系统受美国政府控制，在如战争、天灾等 非常时期，民用g p s 服务可能随时被关闭，a g p s 的定位业务也就难以正常运作 【5 1 。 总而言之，a g p s 技术就是在传统的g p s 技术上改用g s m g p r s 线路进行 数据传输，将原有g p s 芯片直接找卫星的实现策略转变成适时借助基站定位，是 一种更先进的定位技术。 2 3 无线通讯技术 目前正使用和即将使用的无线网络技术包括： g p r s ：g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，它 是g s m 移动电话使用的一种移动数据业务。g p r s 分组交换的通信方式在分组交 换的通信方式中，数据被分成一定长度的包( p a c k e t ) ，每个包的前面有一个包头 ( 其中的地址标志指明该包发往何处) 。数据传送之前并不需要预先分配信道， 建立连接。而是在每一个数据包到达时，根据数据包头中的信息( 如目的地址) ， 临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。在这种传送方式中，数据的 发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用 户共享使用。由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点， 对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用 信道资源。使用者所负担的费用是以其传输数据的单位计算，较为便宜。g p r s 的传输速率可介于5 6 k b p s 至l1 4 k b p s 之间【6 】。 w i f i ：是一种能将p c 、手机、p d a 等终端以无线方式互连的技术，其明显 优势在于上下链路数据业务的对称性。目前，w i f i 理论数据速率可达1l m b p s ， 实际的速率支持l1 m b p s 范围内可调，覆盖范围从1 0 0 米至3 0 0 米。随着8 0 2 1 1 幽、 8 0 2 1 6 e 、8 0 2 1 l i 等技术的完善，w i f i 正在进入一个高速发展的时期【1 1 。 3 g ：是第三代移动通信技术的简称，其代表特征是提供高速数据和语音业务。 3 g 与2 g 的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内 8 浙江大学硕士学化论文第2 章基于化置服务相关背景介绍 更好地处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括音视频浏览、视频通 话、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这些服务，无线网络必须能 够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外等各种复杂环境中能够分别 支持至少2 m b p s ( 兆比特每秒) 、3 8 4 k b p s ( 千比特每秒) 的传输速度【3 】o u e ：l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 是由3 g 演进而来的，是介于3 g 与4 g 技术 之间的一个过渡，它改进并增强了3 g 的空中接入技术，并采用o f d m 和m i m o 作为其无线网络演进的唯一标准。在2 0 m h z 频谱带宽下能够提供下行1 0 0 m b i t s 与上行5 0 m b i t s 的峰值速率。这种网络优化改善了区域边缘用户的网络接入性能， 提高区域服务容量和降低系统延迟【1 1 。 2 4 语音合成技术 语音合成技术( t t s ：t e x tt os p e e c h ) ，即“从文本到语音”。它完美结合了语 言学和心理学，通过设计神经网络，把文字智能地转换为语音流。t t s 能够实现 对文本实时转换，转换时间以毫秒计算，且文本输出的语音音律流畅，使得听者 在感觉真实自然，而且毫无机器语音输出的冷漠与生硬感。订s 语音合成技术即 将覆盖国标一、二级汉字，而且具有英文接口，能够自动识别中、英文，从而支 持中英文混读。所有声音采用真人普通话为标准发音，同时支持多种朗读风格及 音效，朗读速度达3 - 4 个汉字秒，使听者可以听到清晰、流畅的语音【1 2 1 。 早期的t t s 一般采用专用芯片实现，如t l 的t m s 5 0 c 1 0 t m s 5 0 c 5 7 、p h i l i p s 的p h 8 4 h 3 6 等。而基于p c 应用的t t s 一般采用纯软件实现，主要包括以下三 个过程： 文本分析对输入文本进行语法和语义分析，直至确定文本的底层结构和 每个字的音素组成，包括断句、切词、多音字处理、数字处理等。 语音合成把处理好的文本所对应的单字或短语在语音合成库中匹配后 提取出来，描述转化成语音波形。 韵律处理输出的语音的质量，一般从清晰度、自然度和连贯性等方面进 行主观评价。清晰度是正确听辨的比率；自然度用来评价合成语音是否接近真人 9 浙江大学硕士学位论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 说话的声音，合成语调是否自然；连贯性用来评价合成语句是否流畅。 中文的语音合成技术，利用中文韵律等相关知识对中文语句进行切词、词性 判断、注音、数字符号转换，语音合成通过查询中文语音库得到语音。目前支持 中文的t t s 系统，比较著名的有：i b m ，m i c r o s o t t ，f u j i t s u ，科大讯飞，捷通华 声等研究的系统。目前在中文韵律处理、符号数字、多音字、构词方面仍有较多 的问题，需要不断研究，使得中文语音合成的自然化程度更高。 2 5 导航系统地图匹配算法 地图匹配的基本思想是通过车辆的g p s 航迹与电子地图上的相近路段进行 匹配，从而找到当前行驶的道路，并将车辆投影到当前所在道路上。它的应用基 于两个假设：1 ) 使用高精度电子地图；2 ) 车辆行驶在道路上。这样就保证了车辆 定位处不会偏离车辆当前行驶的道路，从而提高车辆的定位的准度和精度。 地图匹配算法可分为两个独立过程：一是确定车辆当前行驶的道路；二是将 当前定位信息投影到车辆行驶的道路上。其基本办法是，记录车辆历史航迹，然 后在其航迹邻域内搜索所有道路，把这些道路分别与航迹求得匹配度量值，将取 得最佳匹配度量值的道路作为车辆当前行驶道路。地图匹配的常用算法有以下几 种【8 】： 直接投影算法在一定的空间区域内直接查找距离车辆当前位置最近的 道路路段，并把当前的定位数据投影到该路段上，把投影点的坐标作为车辆修正 后的位置信息。这种算法实现简单，在一定程度上可以提高车辆的定位精度，但 是存在着效率低，稳定性差等缺陷。 概率统计算法一首先通过概率统计方法确定一个置信区域，并从中提取用 以匹配的道路信息。算法中没有假定车辆总是在道路网上，若车辆偏离道路时， 地图匹配能够防止推算定位误差的积累。 模糊逻辑算法模糊逻辑的方法可以解决地图匹配中涉及模糊度的定性 决策问题。模糊逻辑推理过程包括3 个部分：模糊化、推理机和去模糊化。首先 根据候选道路定义误差模型，然后匹配路段可以通过道路延伸方向与车辆行驶方 1 0 浙江大学硕士学位论文第2 章基于位置服务相关背景介绍 向的一致性，道路形状与车辆航迹的相似程度等评判标准来确定，最后根据车辆 当前位置与道路之间的距离，对匹配道路信息进行融合，从而确定出一条置信度 最高的道路作为匹配道路。 2 6 本章小结 本章介绍与基于位置服务相关的背景技术，其中包括地理信息技术、全球定 位系统、无线通讯技术、语音合成技术、导航系统地图匹配算法等，这些技术的 日益成熟都对该项目的顺利实施提供了重要的技术支持，尤其是地理信息系统、 全球定位系统和无线通讯技术。 浙江大学硕士学位论文第3 章基于位置相关的旅游信息推送服务系统简介 第3 章基于位置相关的旅游信息推送服务系统简介 3 1 系统各模块简述 基于位置相关的旅游信息主动推送服务系统包括g 1 s 数据及跨媒体数据的管 理、移动终端上的信息搜索与导游子系统、基于w e b 2 0 的互动式旅游知识共享 平台等三个主要部分，如图3 1 所示。 图3 1 基于位置相关的旅游信息主动推送服务系统构架 3 1 1 g i s 数据及跨媒体数据的管理模块 g i s 数据及跨媒体数据的管理是将系统中g i s 数据及多媒体数据有效组织起 来。该部分通过基于全局线性四叉树统一编码方式组织和检索海量的空间信息； 另外还采用机器学习和统计分析等方法，设计以交叉关联为核心的统一表达框 架，提取模态内部以及模态之间存在的各种相关关系，实现媒体对象的统一建模 表达。 目前对于海量信息的索引和检索，传统数据库只能有效支持一维数据索引和 快速存取，出现了成熟的bt r e e 和b + t r e e 等方法。针对二维或多维的空间数据 1 2 衙n # 学* t 女 3 f * * 自* 镕# 信息推t * i n 索引和检索已成为当今的研究热点，代表性方法q u a d t r e e 和1 t r e e 等，但是这 些方法在实际应用效果欠佳。本系统利用传统关系型数据库及其索引机制，通过 基于全球的线性四叉树统一编码方式组织和索引海量的空间信息，从而能构筑灵 活、高教的海鼍空间信息索引与检索甲台。 全局线性四叉树层次结构及编码如图3 2 所示。令全球最太网括的编码为0 ， 对最大网格平均划分出四个子网格，分别编码为0 0 、0 1 、0 2 和0 3 ，接着对各级 子网格继续划分直到满足定的精度要求结束，本系统采用2 5 级为最精细程 度啪。 目放轾别 轻 级 2 疆 图3 2 全局线性四叉树层次结构厦编码】 对于所有空间元素建立相应素引编码，例如浙江大学的g i s 坐标为 ( 1 2 01 2 0 8 8 5 3 7 2 1 6 1 8 7 3 0 2 6 3 5 3 3 8 4 0 9 7 1 5 1 ) 在索引精度为2 0 级对其全局线性四 叉树编码为0 1 3 2 1 2 1 2 1 0 3 3 2 3 0 3 1 2 1 2 3 。 本系统在信息数据的组织管理和检索上也要有突出的优势。目前的海量数据 搜索引擎技术仅仅是分别针对于文本、图像、音视频等单一媒体数据，而来提取 在多媒体文档中共存的不同媒质对象之间的语义关系。本文系统所处理的媒体数 据类型广泛，其中包括g i s 数据、文本描述信息、图像、音频和视频，这些媒体 数据之间非孤立存在而是相互关联，比如有杭州西湖景区雷峰塔的图片、文字介 绍和视频简介。这些不同类型的媒体数据具有相同语义，存在跨媒体特性。所谓 跨媒体特性表现在多种类型媒体数据和多种语言混台并存、媒体数据组织结构复 奎蔼 浙0 太 目h 论i第3 t # r 日* # * 韵* 口m 推* 系“ 杂、且不同类型媒体数据从各个方面表达同一语义、在跨媒体的检索中需要进行 内容跨越i ”。我们对系统中涉及到的海量畀构数据进行跨媒体统一建模。如圈3 3 所示。 圉3 3 跨媒体数据组织示意翻 这种以交叉关联为核心的统一表达框架可表达模态内部以及模态之阃存在 的各种关系，实现媒体对象的统一建模，从而实现特征到特征、特征到语义和语 义到语义等不同粒度r 的数据捡索。 3 1 2 移动终端上的信息搜索与导游予系统 本导蝣系统根据g p s 的高精度定位信息以w e bs e r v i c e 形式通过无线网络 ( g s m g p r s 、w i f i 、3 g 等1 获取部分相关旅游信息，同时借助旅游地图、音视频、 t t s 等内容呈现拄术，为用户提供如同真人导游的基于语音和视频的解说服务。 移动终端上的信息搜索与导游子系统实现三丈基本功能；g p s 定位、导游、交互 式体验等主要功能。该子系统功能架构如图3 a 所示。 浙江大学硕士学位论文第3 章基于位置相关的旅游信息推送服务系统简介 图3 4 移动终端信息搜索和导游子系统架构图 g p s 定位功能：用户交互界面上显示即时的g p s 定位信息，比如坐标、速度、 时间、坐标有效性。 自动导游功能：基于g p s 定位得到的用户当前地理信息通过无线网络获取图 片和文字等旅游信息，然后利用语音合成等技术展示出来；用户还可以回顾自己 曾经走过的旅游线路以便存储起来实时发布到旅游知识共享平台。 用户交互式体验：用户随时查找周边感兴趣的景点以便去选择其中某个或某 些景点参观游览；对于周边附近有很多景点待解说的时候，可以自行选择解说某 些景点；系统参数控制，如停止播放音视频、系统音量大小、屏幕打开关闭等； 地图基本控制：拖动，缩放；另外还支持基于位置的旅游信息检索服务以及现场 采集带有位置信息的文字、音视频等跨媒体信息以便上传至旅游知识共享平台【2 】。 1 5 浙江大学硕士学位论文 第3 章基于位置相关的旅游信息推送服务系统简介 该导游子系统由数据采集及处理、数据服务、地图匹配、交互界面等四大部 分组成。数据采集及处理又由原始g p s 数据采集模块和信息融合模块组成；原始 g p s 数据采集模块通过读取g p s 原始定位信息，然后提取有效的经纬度坐标；信 息融合用来消除g p s 定位随机误差，有效提高其定位精度。数据服务模块就是通 过向中心服务器发送请求，将返同的指定格式的数据经解析后得到的旅游信息存 储在移动终端，然后将采集并经过融合后的地理信息结合数据服务中的旅游信 息，通过地图匹配模块进行地理位置的匹配从而挑选出最佳匹配景点的过程。交 互界面模块就是将地图匹配模块的输出以二维旅游地图、图片和语音等形式展示 给用户【2 】。 3 1 3 基于肛b 2 0 的互动式旅游知识共享平台 在旅游信息获取方面，本文系统支持用户在p c 端或移动终端浏览旅游知识 共享平台并在线与其他用户进行互动，分享旅游知识，因此在交互方式上提出较 高要求，本系统搭建的旅游知识共享平台( 见图6 1 ) 通过文本、图像、音视频等多 媒体表现手段为用户展示实景景观。并支持交互式地添加、编辑个性化的旅游知 识。 网站交互平台主要提供全球遥感卫星地图的浏览、旅游路径规划和旅游线路 情景再现等功能。用户可以添加自己感兴趣的旅游景点、旅游路线、旅游景区及 相关的文本、图像、音视频等旅游信息以丰富旅游知识库；其次，用户还可以编 辑自己或其他用户已经添加过的不准确或不完整的旅游信息以完善旅游知识库； 此外，该平台还支持用户通过创建专属的主题地图，保存或发送给亲朋好友，从 而为他人提供更加真实可靠的旅游资讯【2 1 。 1 6 * 大学学位论女* 3 章基于位置相* # 自自* 镕系统简舟 酗3 5 旅游知识麸享平台 3 2 本章小结 本章简略介绍基于位置的旅游信息推送系统的整体架构及各功能模块功能 浙江大学硕士学位论文第4 章移动终端导游子系统关键技术研究 第4 章移动终端导游子系统关键技术研究 4 1 系统开发平台 开发环境：m ic r o s o f tv is u a ls t u d i o 开发语言：c # 、c + + 开发框架：n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 测试硬件：h t cd i a m o n d 智能手机，搭载w i n d o w sm o b i l ep r o f e s s i o n a l6 0 操作系统 4 2 系统功能结构 移动终端导游子系统按功能分为8 个窗体，功能结构图如下图4 1 。 - j m a i n f o m ai - j 设备初始化及功能 导航 l1 0 - ig u i d e f o r ml _ i上工 ls e t t i n 。 鈥鈥n 。i。l。 i f o f o 册l ju 墓羞薯 图 子系统功能结构 系统运行主界面，主要功能是对t t 始化操作，以及为 提供导航功能。 ：系统基本参数设置，首先读取系前目录下的配置参数，包 括屏幕类型( q v g w g a ) ，程序串口号等。用户可自身 浙江大学硕士学位论文第4 章移动终端导游子系统关键技术研究 数的调节。 p r e f e r e n c e f o r m ：t t s 风格参数设定，包括播放语速、音量、人声类型以及音 效。 q u e r y f o r m ：用户可根据自己当前位置，输入搜索半径，以搜索周边的景点、 景区以及道路，进入q u e r y r e s u l t f o r m 功能窗体。 q u e r y r e s u l t f o r m ：通过q u e r y f o r m 传递的参数，取得查询结果列表，此时用 户可选择任一实体( 景点、景区、道路) 进入t t s f o n n 功能窗体。 t t s f o r m ：通过用户交互从查询列表中选取某一景点、景区或者道路实体， 浏览其文字信息，接下来用户可以将这些文字信息按照已经设定好的t t s 风格合 成语音朗读出来。 g u i d e f o r m ：导游子系统的主要功能窗体，实现自动导游解说及交互功能。受 限读取用户当前位置坐标，然后根据此坐标经w e bs e r v i c e 到中央服务器获取实 时丰富的旅游信息，再经二维地图生成、地图匹配过程后，朗读“最佳匹配”景 点景区的导游解说词。自动导游期问，用户可进行一定的交互操作，比如地图的 缩放、拖动、屏幕打开关闭、查看当前g p s 信息，音量调节等。 g p s i n f o f o r m ：查看g p s 信息窗体，包括用户当前所在位置的经、纬度，当 前速度以及时间信息。 上述提到的8 个功能窗体截图如下图4 2 所示。从左至右，第一排分别为 m a i n f o r m 、s e t t i n g f o r m 、p r e f e r e n c e f o r m 及q u e r y f o r m ，第二排分别为 q u e r y r e s u l t f o r m 、t i s f o r m 、g u i d e f o r m 及g p s i n f o f o r m 。 1 9 * 口大 学位论文镕4 $ # 自镕墙# # 系关键# 术日究 图4 2 移动终端导游于系统八大功能窗体 4 3 自动导游( g u i d e f o r m ) 实现框架 g u i d e f o r m 实现框架如图4 3 所示。首先，系统进行初始化操作，每隔】秒读 取一次g p s 坐标。然后根据当前位置的变化通过w e b s e r v l c e 实时抓取旅游信息， 再结台当前位置信息和已获得的旅游信息，进行地图匹配过程，最终将“最佳匹 配”的旅游实体信息通过语音合成技术朗读出来，从而达到真实准确的解说效果。 浙江大学硕士学位论文第4 章移动终端导游子系统关键技术研究 图4 3g u i d e f o r m 实现框架 4 4 导游子系统关键技术解析 4 4 1 主要数据结构定义 本系统所涉及到的几何实体包括单点、多点、折线、线、子区域、区域等， 每种几何实体还包括某些诸如名称、i d 号、解说词、类型等附加信息，所以分别 为上述几何实体定义如下数据结构。 4 4 1 1 普通点结构( p o i n t ) 普通点结构，仅包含经、纬度信息。 p u b l i cc l a s sp o i n t p u b l i cd o u b l el a t i t u d e ； p u b l i cd o u b l el o n g i t u d e ； 4 4 1 2 单点结构( s i n g l ep o i n t ) 2 1 浙江大学硕士学位论文第4 章移动终端导游子系统关键技术研究 单点结构，包含景点名称、实体l d 号、景点坐标、景点类型、景点解说词、 该景点是否解说等信息。 p u b l i cc l a s sl o c a t i o n l n f o p u b l i cs t r i n gn a m e ； p u b l i cs t r i n gu i d ； p u b l i cs t r i n gd e s c r i p t i o n ； p u b l i cs t r i n gt y p e ； p u b l i cp o i n tp ： p u b l i cb o o li f t a l k e d ； ) 4 4 1 3 多点结构( - l u l t ip o i n t ) 多点结构，包含景点名称、实体i d 号