（计算机软件与理论专业论文）基于位置的服务系统——移动个人导航系统的研究与设计.pdf

摘要 基于位置信息的服务( l b s ，i m a t j o nb a s e ds e r v i c e ) 是指通过一组定位技术 获得移动终端的位置信息( 如经纬度数据) ，提供给移动用户本人或他人以及通信系 统，实现各种与位置相关的业务。它是数据库技术和地理信息系统( gj s ，g e o 伊a p h i c 】n f o r r n a t i o ns y s t e m ) 、移动定位技术、i n t e m e t 技术、无线通讯技术等相关领域交叉 融合的结果。l b s 具有十分光明的商业应用前景，许多国家和公司都将它视为推动 经济发展的下一个增长点。 本文讨论的是l b s 中的一项较具代表性的服务移动个人导航服务。文中 移动个人导航服务，是专指基于商用移动通讯网络，以智能手机和p d a 为用户终 端的，由移动网络运营商为移动用户提供步行环境下的导航服务。 本文针对移动通讯网络的环境特点，设计了以智能手机为主要客户终端类型的 适用于移动通讯应用环境的移动个人导航系统。系统的设计重点是：在保证一定性 能和响应速度的前提下，为用户提供适合其使用目的和所处环境的导航服务。主要 工作如下： l 路径搜索：路径搜索模块没有单纯地采用传统的d i j k s t r a 算法，而是模糊综 合评判的方法，设定路段的权值，以使路径规划在兼顾最近原则的同时充分考虑用 户的目的和兴趣要求，并充分发挥移动导航服务灵活的特征。 2 路径描述生成：路径描述生成包括两个子部分：终端无关部分和终端相关部 分，分别负责利用相关信息，为用户选择最适合其目的和兴趣，以及设备性能的路 径呈现方式。 3 引入相关信息搜索功能，允许用户通过和系统的交互，获得额外的详细信息。 最后，本文实现了一个精简的原型系统，通过3 组实例，对系统的路径搜索特 性和呈现特性进行了验证。 关键词：基于位置的服务，个人导航系统，路径搜索，g i s 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 ei sav a l u e a d d e d c o m m u n j c a t en e f w o r k 1 tc o l l e c t st h e1 0 c a t i o n b u s j n e s st h a t p r o v i d e db y m o b ji e i n f o m l a t i o n u s j n gas c t o fl o c a t e t e c h n o l o g y ，a n ds u p p l j e st h e mt ot h em o b i l et e r m i n a t eu s e r so rt h ec o m m u n l c a t es y s t e m ， i no r d e rt oa c c o m d l i s hv a r i e so fb u s j n e s s e st h a tr e i a t e dt ol o c a t i o n l b sc o m b i n e s d a t a b a s et e c h n o l o g y g e o g r a p h i ci n f o f n l a t i o ns y s t e m ，m o b 订e1 0 c a t i n gt e c h n o i o g y i n t e m e t t e c h n o l 0 2 va n dw i r e l e s sc o m m u n j c a t i n gt e c h n o l o g y a s i th a sab r i g h tp e r s p e c t j v ef o r f u t u r ea p p i i c a t i o n s ，n u m b e r so fc o u n tr i e sa n dc o m p a n i e sb e i i e v et h a ti tw i l lb r i n gl a 曙e r a i s eo fe c o n o m y t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ed e s i g no f m o b i l ep e d e s t r i a nn a v i g a t l o ns e r v i c e ，am a i nk i n d o fs e r v i c eo fl b s h e r et h ep h r a s e “m o b i i ep e d e s t r i a nn a “g a t i o ns e r v i c e m e a n sa s e r v i c e ，w h i c hb a s eo nt h eb u s i n e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i n gn e t w o r k ，u s i n gs m a r tp h o n e o rp d aa si t st e m l i n a l ，a n dp r o v i d e db ym o b i l ec o m m u n i c a t l n gc o m p a n l e s i nt h i sp a p e lam o b 订ep e d e s t r i a nn a 州g a t i o ns y s t e mw a sd e s i g n e d ，a i m i n ga tt h e c h a r a c t e “s t i co fm o b i l ec o m m u n i c a t i n gn e t w o r k 印p i i c a t i o n ，w h i c hu s et | l es m a r tc e l l d h o n ea st h em a i nu s e rt e r m i n a l ，a f l df i tf o rt | i em o b i l ec o m m u n i c a t i n ge n v i m n m e n t o u r t a r g e ti s ，u n d e rt h ep r e c o n d i t i o no f r e a s o n a b l ep e r f o n n a i l c ea r 】dr e s p o n s er a p i d i 毗p m v i d e af i t f u ls e r v i c ef b rt h eu s e lt h em a i nw o r ki sa sb e i o w ： lr o u t es e a r c h i n g ：i n s t e a do fu s et h ed i j k s t r aa r i t h m e t i cs i m p ly ，nt h i sp a n ，w e i n 仃o d u c em u l t i p l ea n r i b u t ew e i 曲ts e t t i n 岳a d j u s t i n gt h ew c i 曲to fw a ys e c t i o n ，i no r d e r t om a k i n gt h em u t ep l a n n i n gn o to n l yc o n s i d er n gt h ed i s t a n c ef a c t o r ，b u ta l s o t h e p u r p o s eo f t h e t r a v e la n dt h ei n t e r c s to f t h eu s e l 2p r e s e n t a t i o np l a n n i n g ：t h i sp a r ti n c l u d e st w os u b p a r t s ：m e d i ai n d e p e n d e n tp a r t a n dm e d i ad e p e n d e n tp a r t m e d i ai n d e p e n d e n tp a r tj su s e dt oc r e a t eap r e s e n t a t l o no tt h e r o u t ei naf i t f u lw a 弘c o n s i d e r e dt h eu s e r sp u r p o s ea n di n t e r e s t ，w h i l e t h em e d i a d e p e n d e n tm 小心st h e 佗s u l tn tf o r t h et e r m i n a lo f t h eu s e l 3r e l a t e di n f o r m a t i o ns e a r c h ：a l l o wt h eu s e rt og e t t h ea d d i t i o n a lr e i a t e d i n f o 肿a t i o nt h m u g ht h i ss y s t e m f i n a l i y ，ap r o t o t y p es y s t e m w a sb u 订t ，u s i n g3g r o u p s1 n s t a n c e ，t ol m p r o v et h e c h a r a c t e r i s t i co f t h es y s t e m k e yw o r d s ：l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ，p e d e s t n a nn a v i g a l i 。ns y s t e m ，r o u t es e a r c h ，g i s 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 施象 如。g 年f 月伊日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所( 含万方数据库) 、国家图书 馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文 的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 趣纽 m 占年g 月缈日 河海大学硕士论文基于位簧的服务系统移动个人导航系统的研究与设计 1 1 研究背景 第一章引言 卫星导航定位已是深入人心的大众化技术。随着无线互联网技术的不断发 展，在需求和技术的双重驱动下，将互联网强大的应用服务能力扩展到移动终端 上，为用户提供随时随地的、基于位置的信息服务是社会信息化发展的趋势。卫 星导航与无线互联技术、地理空间信息技术的结合，正在引领信息化社会的一场 革命。 1 1 1 基于位置服务的概念 随着移动通信技术、定位技术的发展和智能移动通讯设备( 如智能手机、 p d a 等) 的普及，基于位置服务l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ) 兴起并不断发展 i l l 2 】【3 】。 基于位置服务是由移动通信网提供的一种增值业务，通过一组定位技术获 得移动终端的位置信息( 如经纬度数据) ，提供给移动用户本人或他人以及通信 系统，实现各种与位置相关的业务。狭义地说，l b s 业务是通过无线通信网络获 取无线用户地理位置信息，在g i s 平台的支持下提供相应服务的一种无线增值 业务【4 j 。广义地说，只要是基于位置的信息服务均属于位置服务，有些业务可能 与用户本身的位置无关，例如对特定起止地点的公交线路的查询。但l b s 业务 应用最多的仍是与终端持有者本身的位置紧密相关的那些业务巧】。 有了l b s ，移动终端用户可以方便地获知自己目前所处的位置，并用移动 终端查询或收取自己附近各种场所的资讯。同时l b s 还可以对用户的位置进行 实时监测和跟踪，使所有被控对象都显示在监控中心的电子地图上1 6 1 。它不仅可 以用于手机、p d a 等移动终端，还可以用于汽车的移动通信平台，对汽车进行 导航和跟踪。l b s 的两大目标，一是为用户提供安全保障，二是为用户提供贴身 的服务，它具有广泛的应用前景1 7j 。 1 1 2 当前l b s 应用状况 目前，全球主要的移动运营商都在积极部署和推广基于位置服务。第一代 l b s 已部属在欧洲、美洲、日本、亚洲咀及澳大利亚，l b s 产品有：1 、g e n i e ( i n t e r g r a p h 和x m a r c 公司，功能：指路、邻近查询、地理定位和地图显示) ；2 、 河海大学硕士论文基于位置的服务系统移动个人导航系统的研究与设计 i n t e l l i w h e r eg e m e ( i n t e l l i w h e r e 公司，主要用于企业移动资源管理) ；3 、j - n a v i ( 日本，) ( d l a r c 和j - p h o n e 公司，功能：黄页) ；4 、w e b r a s k ap e r s o n a ln a v i g a t i o n s u i t e ( 2 0 0 0 年引入欧洲，w e b r a s k a 公司) ；5 、澳大利亚l b s ( 爱立信和t o u r i s m v i c t o r i a 公司，功能：给旅游者提供餐饮和住宿信息) ：6 、a u t o d e s ko n s i t e ( a u t o d e s k ，用于p d a ) ：7m a p l n h a n dr e s p e c t i v e l y ( m a p l n f o ，用于p d a ) 【8 j 。 韩国和日本在移动定位商用领域处于领先地位，而我国由于多方面的原因， 在这方面的发展一直不温不火。2 0 0 1 年5 月，北京移动基于移动梦网卡推出位 置服务，随后，中国联通于2 0 0 3 年7 月推出定位之星业务。位置服务业务在中 国已经发展了3 年多，始终处于缓慢增长阶段。 韩国政府非常重视本国基于位置服务的发展，并将基于位置服务作为一个 重点产业加以推进。2 0 0 2 年1 0 月，韩国情报通讯部( m i c ) 虚j 韩国国民大会提交 了一份法案，要求韩国的移动运营商向用户提供移动定位服务。情报通讯部还制 订了定位服务产业培育计划，并把手机定位服务作为本届政府新产业培育对 象之一。情报通讯部希望通过加速培育，使韩国移动定位产业成为继c d m a 后 的主要出口产业之一。另外，韩国信息通信部还决定成立一个由s k 电讯、三星 电子、l g 电子、三星s d s 等相关企业参加的“定位服务产业协议会”，以推动 移动定位产业发展1 9 1 。 伴随着移动通信网络向3 g 的演进，日本的移动运营商和业务提供商逐步建 立了比较完善的、基于位置业务的基础设施。在日本，移动用户如果在陌生的区 域迷了路，可以通过手机查询详细的步行或乘车方案。如果用户要去一家陌生的 饭店参加一个宴会，只要查询相关的位置信息，手机用户可以轻松获得饭店的位 置、到达的途径和乘车费用等信息。家庭主妇则可以通过手机接收附近超市每日 的折扣商品信息【5 】口 k d d i 是日本发展移动定位服务最成功的运营商，其定位服务的数量和种类 如图1 1 和1 2 ： 警蠢藩? j j i ：瑟颡s ? ，嘻亭菘嚣i ：跨_ i 鸳雾? _ 善善：? 褒建；：，蕃墨l 蒸蛰；j i 车二i 土 霹鬻一立 誊蒋妻擞挚零凳箩 ：，i ：一! 。 譬噍? 一j 。+ x 嘴节! 一一 - o ：毫? ，： 澎“g 臻釜i j 薯 。j 一磊 i 瓷。 j j j ：簟” 。、 棼。 ：i 拦。毒j 譬1 ：，+ 一。，。? 。“j 4，。，6 ，6 。：，。，= 图1 1k d d i 移动定位服务的数量【7 】 州海入学顺l 论文 壮于位胃的煅务系统一一移动个人导航系统的研究与砒汁 m a i ls l t e 娱乐 运动 车住宅 生活 天气 旅行 交通 沟通交谈 都市与饮食情报 k d d is i t e 1 9 7 i 1 0 l 1 4 4 1 1 1 5 4 4 图1 2k d d l 移动定位服务的种类分布【7 u f j 综合研究所、i n t e m e t c o r n 、i n f op l a n t 于2 0 0 3 年3 月针对使用具有 网络功能的移动电话使用者共3 0 0 人进行调查，结果发现使用过g p s 手机或是 使用i - a r e a i 移动定位服务的约占1 0 。询问今后所期望的移动服务中，回答“到 达目的地的移动定位导航服务”为最多，占6 3 ，其次是“将本身所在位置传达 给他人知道”，占4 7 、“紧急安全服务”占4 1 。 另有调查显示，用户对移动位置服务持有的态度是：期望得到这方面的服 务，特别是在陌生环境、停车、绕路行驶的情况下；但是用固定的预设模式导引 用户会受到排斥，用户希望系统在他们需要的时候才提供信息。另一方面，用户 对服务的内容和表达方面都有个性化要求，但从技术角度来看，虽然可通过设置 参数实现个性化，但若在不同位置参数不同，配置系统就相当困难，如何实现个 性化仍是难题悼j 。 1 1 3l b s 下的移动个人导航服务 广义地说，所有基于移动终端的导航服务都称为移动个人导航服务 ( l o c a t i o n b a s e dm o b i l ep e d e s t r i a n n a v i g a t i o ns e r v i c e s ) 。本文所论述的移动个人导 航服务，是专指l b s 下的移动导航服务，其特点是基于商用移动通讯网络，以 智能手机和p d a 为用户终端的，由移动网络运营商为移动用户提供步行环境下 的导航服务，是l b s 中较具代表性的一种服务。 移动导航服务并非导航服务的i 桂一形式，目前已有的基于w e b 的路线奄找 州海火学顺：b 论义 毕干位置的服务系统移动个人导航系统的删究与设计 | 3 7 j 例。 对l b s 导航服务来说，3 d 模拟图和语音指示等由于涉及较大的数据量和计 算量，不适用于移动通讯的环境。但l b s 具有用户数量多，终端种类多样的特 点，因此在确定路线和选择输出方式这两个环节中，用户的需求特点和终端情况 纳入考量是十分必要的。 1 3 研究内容 本文参考了移动导航方面的研究成果，针对l b s 服务的特点用户数量 多、需求多样，设训+ 了以智能手机为主要客户终端类型的移动个人导航系统。系 统的设计重点是：在保证一定性能和响应速度的前提下，为用户提供适合其使用 目的和所处环境的导航服务。 系统中最主要的两个模块分别是路径搜索模块和路径描述生成模块。路径 搜索模块通过模糊综合评判方法设定路段的权值，以使路径规划在兼顾最近原则 的同时充分考虑用户的目的和兴趣要求，并充分发挥移动导航服务灵活的特征。 路径描述生成模块充分利用相关信息，为用户选择最适合其目的和兴趣，以及设 备性能的路径呈现方式。 最后，本文实现了一个精简的原型系统，通过3 组实例，对系统的路径搜 索特性和呈现特性进行了验证。 1 4 论文组织 本文共分为五章： 第一章：引言。介绍了研究背景、相关研究和研究内容。 第二章：相关技术。介绍了移动导航服务涉及的相关技术，包括：定位技 术、g i s 技术和w a p 技术等。 第三章：移动个人导航系统的分析和设计。设计了移动个人导航系统的体 系结构，对其组成部分进行了详细的分析和设计，并且分析了其优缺点。 第四章：移动个人导航系统的实现。构建实验系统，并通过3 组对比实例 对系统的特性进行了验证。 第五章：总结与展望。总结全文，提出进一步的工作，并对移动个人导航 系统的前景进行了展望。 河海火学顺：l 论文堆于位置的服务系统移动个人导航系统的研究与设计 2 1 定位技术 第二章相关技术 移动定位技术是l b s 的基础，可以根据不同应用要求实现不同的定位方法， 分别是基于小区i d 的定位法、o t d o a i p d l 定位法和网络辅助的g p s 定位法 【3 9 1 。 2 2 1 基于小区i d 的定位 这是根据移动台所处的小区i d 号来确定用户的位置。当移动台在当前小区 登记后，系统数据库就会将该移动台和小区i d 号对应起来。通过小区i d 可以 映射为具体的地理位置。这种定位技术的最大优点是响应速度很快，而且不必对 网络和移动台升级；缺点是定位较粗，精度取决于小区半径。 2 2 2o t d o a i p d l 定位 采用i p d l ( 1 d l ep e r i o dd o w nl i n k ，下行空闲周期) 的o t d o a ( o b s e r v e dt i m e d i f f e r e n c eo f a r r i v a l ，可观察的到达时问差) 的定位方法是在g s m 的e o t d 基 础上变化而来的一种定位方法。是利用移动台接收来自不同小区发射天线的距离 差，然后联立方程解得位置信息。由于这种技术不要求移动台和基站之间的同步， 在误差环境下性能相对优越，在蜂窝通信系统的定位技术中倍受关注。它也是基 于网络的定位方案，优点是精度较高，实现容易。缺点是为了保证定时精度，需 要改造基站设备。 2 2 。3 网络辅助的g p s 定位 为了推动g s m 、w c d m a 系统问的“无缝”定位业务，3 g p p 定位标准支 持基于g p s 的网络辅助定位方法。辅助g p s 技术主要依靠g p s 卫星完成定位操 作。 移动台需要接收至少4 个g p s 卫星的信号，根据这些信息完成定位计算， 并将计算结果报告网络4 叫。对一般的g p s 定位技术来说，需要g p s 接受机在全 空域范围内搜索可以使用的g p s 卫星。通常这种搜索需要很长时间所以不能满 海人学顾士论义 堆f 位谖的服务系统移动个人导航系统的研究。1 设计 足快速移动定位的需要。在辅助g p s 技术中，网络可以根据移动台当前所在小 区，确定所在小区上空的g p s 卫星，将这些信息提供给移动台。移动台根据这 些信息，缩小搜索范围、缩短搜索时间，更快地完成可用卫星的搜索过程。搜索 完成之后，移动台需要通过和网络交互，将用于计算移动台位置的信息传送给网 络，由网络计算移动台位置i4 1 】。该方法是目前采用的所有定位方法中定位精度 最高的一种方法，可以支持所有规定的定位业务1 4 “。 三种定位方法可以达到的精度级别如下： 表2 - i 各种定位方法的精度 定位方法 可以达到的定位精度 基于小区i d 的定位 1 0 0 m 2 0 k m o t d o a i p d l 定位 1 0 0 m 一5 0 0 m 网络辅助的g p s 定位 5 5 0 m 2 2 地理信息 在移动式g i s 中，地理空间数据服务器是关键，除空间数据服务器外，其 他信息源的数量与质量，对移动位置服务至关重要。一般而言，移动服务需要基 础地理信息、行业地理信息、公共地理信息、专题地理信息以及其它的各种附加 信息等。而且，移动服务是否真正实用，除技术上的可行性以外，信息源的丰富 与否也至关重要。 2 2 1 地理信息系统 地理信息系统( g i s ) 是计算机科学同地理学相结合的一个产物，是一种基 于地图的管理信息系统( m i s ) 。它可将表格式的信息和地图式的信息结合起来， 在计算机内组织成一个既反映数量特征又反映拓扑特征的地理信息数据库。在相 应软件工具作用下，g i s 既对数值又对图形作各种分析处理。在g i s 中，信息 处理的方式主要是图形方式。它直观醒目，各地理要素的分布态势及彼此之间的 拓扑关系一目了然，使人能从宏观上迅速把握全局。 g 1 s 是一种基于计算机的工具，g i s 技术把地图这种独特的视觉化效果和 地理分析功能与一般的数据库操作( 例如查询和统计分析等) 集成在一起。我们 可以简单的将g i s 系统所处理的数据分类为空间数据与属性数据二种。空间数 据( s p a t i a ld a t a ) 是与地理位置有关的资料，一般来说是以坐标的方式来表示，如 经纬度坐标、世界横麦卡托坐标等。而属性数据( a t t r i b u t ed a t a ) 则是与地理位置 无关的资料，如街道名称、河川名称、长度类。在空间数据中的各个对象，彼此 州海入学顺i j i c = 义基于位置的服务系统一移动个人导航系统的划 宄与砹h 之间有其空问关联性，再加上空问数据与属性数据之问的连结关系，就构成一个 兼具查询、显示、分析、数据管理等多功能、高效率的整合性系统1 4 “。 地理信息系统由五个主要的元素所构成：硬件、软件、数据、人员和方法。 硬件是操作g i s 所使用的计算机。g i s 软件可以在很多类型的硬件平台上 运行，从桌面计算机到服务器，从单机到网络环境。软件是g i s 提供的存储、 分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的 工具、数据库管理系统( d b m s ) 、支持地理查询、分析和视觉化的工具、容易使 用这些工具的图形化界面( g u i ) 。 数据是一个g i s 系统中最重要的部件。地理数据和相关的表格数据可以自 己采集或者从商业数据提供者处购买。g i s 将把空间数据和其他数据源的数据 集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理 系统来管理空间数据。 g i s 的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并 完成其日常工作的人员。如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题， g i s 技术将没有什么价值。成功的g i s 系统，具有好的设计计划和自己的事务 规律，这些规范对每一个公司来说既是具体的又是独特的。 2 2 2 常用g i s 软件和功能 目前市场上较常使用的g i s 软件有e s r i 、m a p i n f o 、a u t o d e s k 等公司的 产品。这些软件基本上都提供了如下的一些功能：提供与一些常用数据库的接口， 可以直接或间接地与这些数据库进行数据交换；能提供常用的分析、查询功能； 能将结果以图形或表格的方式显示出来；支持基于i n t e r n e t 技术的分布式应用； 以及方便的图形化人机界面。 至于g i s 所用到的数据地理信息则可以从特定的基础地理数据生产 商处购买。一般来说，地理数据的制作要经过航拍、扫描、矢量化、以及后期制 作等阶段。根据实际需要，用户还可以用g i s 软件对地理数据进行一些自己感 兴趣的加工，比如自定义地图的显示效果、添加自己采集的图层数据等。 2 2 3e s r i 产品 e s r i 是美国环境系统研究所的简称，它被称为世界上g i s 的拓荒者，同 时也是当今g 1 s 技术的领先者。e s r i 公司的系列产品范围覆盖了g 1 s 应用的 各个环节：从g i s 数据的创建到g i s 数据的更新、查询、制图和分析；从w e b 服务器到个人桌诬系统；支持的终端从高端的u n i x 服务器到移动掌上设备。 河辫人学碳士论文壮十位置f l 1j l 务系统移动个人导航系统的研究与设计 2 2 3 1a t e l m s a r c l m s 是一个基于i n t e r n e t 的g i s ，它允许集中建立大范围的g 1 s 地图 数据和应用并将这些结果提供给i n t e m e t 上的用户。a r c l m s 包括了客户端和服 务器端两方面的技术。它扩展了普通站点，使其能够提供g i s 数据和应用服务。 a r c l m s 包括了免费的h t m l 和j a v a 浏览工具，但a r c l m s 同时也支持其他 的客户端，比如：a r c g i sd e s k t o p ，a r c p a d 和无线设备。 a r c l m s 为在w e b 上分配绘图和g i s 数据与服务提供解决方案。无论是 在局域网上运行，还是通过i n t e m e t 共享信息，都可以使用a r c l m s 分配地理 数据到许多并发用户，让他们进行基于位置分析。 a r c l m s 是个强大的，基于 标准的工具，让用户快速设计和管理i n t e m e t 地图服务。 为管理站点安全，a r c l m s 提供s e c u r es o c k e tl a y e r sf s s l ) 和h t t p 。此外， a r c i m s 为地图服务进行用户身份验证，允许系统管理员定义哪些用户可以访问 g i s 数据库和用户可使用的数据范围。a r e l m s 客户和服务器使用a r c x m l 通 讯，它是对x m l 的一个g i s 扩展。a r c x m l 也提供易于使用、强大的方式去 定制a r e l m s 应用。 客户端 服务 数据管理 回国 图21a r c l m s 体系结构 琏f 位置的掘9 系统一移动个人导航系统的训f 究与设计 a r c i m s 服务器技术是多层体系结构。如图2 1 所示，a r c l m s 框架由客户 端，服务和数据管理组成。a r c l m s 运行在分布的环境中，由客户端和服务器端 组成。客户端从i n t e m e t 或i n t r a n e t 服务器发出请求，服务器端处理请求并把 信息返回到客户浏览器。 2 2 3 2a i c i n f o a r e i n f o 是整个g i s 数据创建、更新、查询、制图和分析系统。由a r c l n f o 桌面和a r c l n f ow o r k s t a t i o n 组成。a r c l n f o 桌面包含a r c e d i t o r 所有功能，并加 上完整一套数据管理、分析和转换工具。有了这些工具，可进行数据转换、概括、 聚合、覆盖、创建缓冲区、统计计算等等。每个工具都有向导式菜单驱动界面。 a r c l n f od e s k t o p 运行在w i n d o w sn t ，w i n d o w s2 0 0 0 和w i n d o w sx p 上。 a r c l n f ow o r k s t a t i o n 使用传统的用j - 界面进行空间处理。除了提供许多 a r c i n f o 用户熟悉的环境，a r c l n f ow o r k s t a t i o n 包含基本的和无可比拟的空间处 理功能。它可以运行在w i n d o w sn t ，w i n d o w s2 0 0 0 ，w i n d o w sx p 和许多u n i x 平台上。 2 3w a p 和w a p 网关 2 3 1w a p w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l ，无线应用协议) 技术在移动数据业务 的发展中占据着引领及主导地位，并成为2 g 、2 5 g 、3 g 等移动终端访问无线信 息服务的国际标准。w a p 论坛从2 0 世纪9 0 年代创建以来，其协议规范经历了 w a p l 0 、w a p l 1 、w a p l ，2 、w a p l 2 1 以及现在的w a p 2 ，0 阶段，并且随着全 球无线应用的发展，已经与o m a i ( o p e nm o b i l ea r c h i t e c t u r ei n i t i a l ) 合并，成立 了更为强大的国际标准组织o m a ( o p e nm o b i l e a l l i a n c e ) ，致力于移动业务发展 的推动及相关标准制订。整个w a p 及其后续发展可以分成三个阶段： 图22w a p 技术发展的i 个阶段 河海火学坝十论义捧于位筒的雌务系统移动个人导航系统的研究与世计 第一阶段：w a p l x 阶段 技术发展状况：针对2 g 移动网络，数据传送窄带宽( g s mc s d9 6 k ) 、网 络服务质量低( 接入时延过长、数据业务独占话音频道难以话音、数据兼顾等) 、 移动终端屏幕小、显示色彩及能力都有限等特点，w a p 论坛制定了w m l ( w i r e l e s sm a r k u pl a n g u a g e ，无线标记语言) 、w s p ( w i r e l e s ss e s s i o nl a y e r ，无 线对话协议) 、w t p ( w i r e l e s s t r a n s a c t i o nl a y e r ，无线事务协议) 、w d p ( w i r e l e s s t r a n s p o r tl a y e r ，无线数据协议) 等一系列协议，以适应无线上网的要求。 第二阶段：w a p 20 阶段 技术发展情况：2 5 g 网络的建设使无线数据传输技术得到了有效发展，数 据传输带宽加大、网络服务质量不断提高，话音与数据业务的运用实现共存； w a p 论坛在w a p1 x 基础上新增了与i n t e r n e t 相关协议( h t t p 、t c p 等) 的 支持，w m l 也在向x h t m l 靠拢。在业务上增加了m m s ( m u l t i m e d i a m e s s a g i n g s e r v i c e ，多媒体信息服务) 、p r o v i s i o n i n g 、p i c t o g r a m s 等功能，并且加强了u a p r o f 叫s e r a g e n tp r o f i l e ，用户代理定制) 、p u s h 等能力。有线与无线业务趋于融合。 第三阶段：开放移动联盟( o m a ) 阶段 发展预期：w m l 、h t m l 标记语言将统一成x h t m l 标记语言，s p c p 将 成为固定、移动互联网业务的统一体，w a p l x 协议栈将逐渐被互联网相关协议 所取代；基于定制或非定制的p u s h 类业务成为重要的功能组件。移动数据及 增值业务得到极大丰富，各种类型的移动终端也得到充分的应用。 2 3 2w a p 网关 w a p 网关在移动数据业务网络中是用户承载接入网络与内容提供商网络之 间的接口界面，w a p 网关面向终端用户侧与运营商的承载网络( p s c s 域) 对 接；面向内容提供侧与互联网上的s p 对接：在运营商的受信业务网络上，与运 营商的其他业务网关设备( 如：m m s c 、k j a v a 下载服务平台、s m s c 、p o r t a l 等) 以及业务运营支撑设备进行对接，以支撑业务的正常运行。 w a p 网关的系统结构如下： i i 河大学硕二l 论文 牡于位罱的服务系统移动个人导航系统的研究与i 5 汁 图2 3w a p 网关的系统结构 w a p 网关系统软件一般由w a p 支撑服务平台、协议网关两大部分构成， 其中协议网关包括w a p1 x 协议处理模块、w a p2 0 协议处理模块、终端适配控 制模块、用户访问控制模块、s pp r o x y 等模块组成；w a p 支撑服务平台则包括 用户管理模块、业务与网管模块、统计报表模块以及操作维护终端系统构成。 2 3 2 1p p 6 模块功能和业务流程 p u s h 技术基于客户机n 务器模型，p u s h 事务是由服务器发起的。在w a p 环境中，p u s h 的结构分为三大部分：p u s h 代理网关( p p g ) 、p u s h 发起者( p i ) 和w a p 终端。p p g 采用p a p ( p u s h 访问协议) 协议从p u s h 服务器上得到信 息内容( p i 通过p a p 协议将p u s hm e s s a g e 发送到w a pp p g ) ，( p p g 和w a p 终端之间首先建立一个w s ps e s s i o n ) ，再通过p u s h o t a ( o v e r t h e a i r ) 协议在一 个可设置的超时时间内将信息转发给w a p 客户。 p p g 系统支持的p u s h 承载类型包括短消息方式与i p 方式，前者适用与非 连接方式的w a pp u s h ( 无连接的o t a w s p 方式业务，后者则适用与面向连接 的w a p p u s h ( 面向连接的0 t a w s p ) 以及o t a h t t p 方式的w a p p u s h 业务。 在具体p u s h 业务过程，优先选择p a p 消息中定义的承载方式：如果是s m s 方式p u s h ，则直接发送s m s 给用户；如果是w a pp u s h ，则又根据终端是否 在线，以及用户终端是否能够支持侦听端口的能力，决定采用直接p u s h 还是 采用s m s 方式激活终端然后终端采用p u l l 的方式主动获取内容。 基于w s p 的而向连接的w a pp u s h 的事务流程如下： ( 1 ) p i 向p p g 模块发起一个p u s hr e q u e s t 请求，此请求为p a p 协议格 河海大学硕：l 论文罐十位背的服务系统移动个人导航系统的研究与设计 式： ( 2 ) p p g 对p i 进行校验处理，判断p i 是否为合法的p i 并进行处理； ( 3 ) p p g 向p i 返回响应p u s hr e s p o n s e ； ( 4 ) p p g 根据p i 的p a pp u s h 消息睛求判断并选择p u s h 的承载方式； ( 5 ) p p g 选择面向连接的o t a w s p 方式，将消息通过 p o c o n f i r m e d p u s h r e q 操作原语进行向w a p 网关的w s p 协议处理层模块发起 w s p 处理请求； i ! 兰! 竺! ! 竺； pp i 馘 坠坠型! ! ! 攀i f 鬻耘 消息峙递 自a t t 0 、 | f 副 叭州嗡器 层 彳f彳、 j 弓 服 务 憎f 甸h 悔f 憾 层 路径搜索 路径描述生成 彳f 弋7 数 圄地理数据库i l 用户信息l i 相关信息ll 定位服务l 据 lj l 塾量鏖，j l 、数据库j 层 图3 1 系统结构图 1 表不层 表示层包括两个部分：w a p 浏览器和w a p 网关，其中w a p 浏览器是本系 统的客户端，w a p 网关的功能是连接w a p 浏览器和w e b 服务器并作必须的转 换。由于系统的主要终端设备为各种智能手机或p d a ，计算和存储性能相当有 限；且不同一商生产的智能手机所基于的技术也尚未统一，若使用专门的客户端， 则用户需使用特定智能手机才能使用本服务，影响了本系统的通用性。因此，本 系统采用一般智能手机内置的标准w a p 浏览器作为客户端软件。这样的系统设 计带来的弊端是系统交互次数增加：数据传输量大，占用运营商过多的带宽。但 随着3 g 的到来，带宽限制的问题将得到彻底解决；而智能手机体积、重量等方 面的限制却不可能消除，因此本系统选择牺牲带宽来降低客户设备负担。 2w 曲层 由于客户端选用了w a p 浏览器，在服务器端专门设了一个w e b 服务器与 批十位置的 | | = 务系统移动个人导航系统的研究与设汁 之交互。w e b 层主要功能分为两个方而：一方面接收并解析用户发来的请求，另 一方而将路线描述生成模块生成的路线描述以w m l 页面的形式发送到客户端。 3 服务层 服务层为本系统的核心层，充分体现了本系统“适应用户，以用户需要为 核心”的设计原则。服务层分为两大部分：路径搜索部分和路径描述生成部分。 其中，路径搜索部分依据用户的需求搜索路径。与一般导航系统为所有用户搜索 “最短路径”不同，路径搜索模块在搜索前先分析用户的个人预设信息或请求服 务时所提交的信息，确定专门针对该用户的搜索策略，然后再与地图服务器交互 进行搜索。移动个人导航系统的用户较为广泛，不同的用户需求也会不同。当用 户没有时间方面的压力时，用户往往愿意放弃最近的路径而选择令其感觉更为舒 适的路径，因此本系统依据用户预最数据来确定道路权值，以达到提高用户满意 度的目的。 路径描述生成部分负责将路径搜索部分搜索到的路径生成呈现给用户的路 径描述。在导航的过程中，定位的精度会受到g p s 信号遮挡或其他因素的影响 而变化。在描述生成过程中，系统根据不同的定位精度给出最适当的路径描述。 同时，路径描述还考虑了用户终端的屏幕大小等因素。 4 数据层 数据层包括四个部分：地理数据、用户信息数据、相关信息数据和定位数 据。地图服务器采用了e s r i 公司的产品a r c i m s 。使用商用地图服务器一 方面可以缩短项目开发周期，另一方面也使系统具有较好的可扩展性。a r c i m s 地图服务器适用于无线互联网、i n t e m e t 、i n t r a n e t 的地图应用的开发，能以多 种图形格式发布地图，很容易建立基于智能手机的可扩充的移动定位服务应用。 对于l b s 应用，核心问题是解决大用户量的并发访问问题