毕业论文（设计）电子导游系统初探.doc

河北经贸大学河北经贸大学 毕业论文毕业论文 论文题目论文题目 电子导游系统初探 专业名称专业名称 计算机科学与技术 大学毕业论文 I 摘摘 要要 随着信息技术的发展 旅游产业信息化已成为一种必然趋势 近年来 中国旅游业发展迅速 但旅游业的信息化尚处于发展初期 加入世贸组织 WTO 后 入境旅游市场将进一步扩大 日益强调个性需求的旅游呼唤一 个能集介绍 导游 组织为一体的电子导游系统 从需求角度看 无论是宏观上的决策支持 综合经营分析 还是具体 业务层面的一个目标的定位 一条线路的规划 都离不开地理信息的支持 从技术角度看 随着计算机信息技术的发展 尤其是近年来移动计算领域 和空间数据库领域技术的不断更新 地理信息技术 GIS 也在很多方面 融入了新的特征 本文首先对电子导游概念和国内外应用状况进行阐述 然后分析了位 置服务 LBS 技术和 GPRS 通信技术的特点和技术现状 论述了它们与地 理信息技术 GIS 相结合的必要性和可行性 在此基础上对系统进行需 求分析 得出了本系统的数据需求和初步的功能需求 同时提出了结合 GPS 定位与 GPRS 通信的电子导游系统的解决方案 最后 比较和分析了旅 游地理信息系统中寻求最佳路径的两种算法 由于电子导游系统涉及的范围很广 需要综合考虑游客实现旅游行为 的各个环节 因此 本系统还有许多需要进一步改进和完善的地方 但我 们相信 在全球数字化的趋势下 这种基于 GPS 定位的电子导游系统必将 成为新一代旅游信息系统发展的走向 关键词 电子导游 位置服务 地理信息技术 GPRS 通信 大学毕业论文 II Abstract Tourism has developed rapidly in the past decades With the development of information technology the informationization of tourism industry has already become a kind of inevitable trend In recent years China s tourism industry has developed rapidly but its informationization is still at an early stage of development After joining in the WTO the international tourist market will further expand As a result of emphasizing on individualization by international tourists an Auto guide System that provides integrated multiple functions such as recommending guiding and organizing is strongly expected Looking from the demand regardless of is the macroscopic on policy making support the comprehensive management analysis or a concrete service stratification plane goal localization a line plan all cannot leave the geography information support Looking from the technology that along with the computer information technology development in recent years moved the computation domain and the spatial database domain technology unceasing renewal in particular the geography information technology GIS also in very variously melts into the new characteristic This thesis firstly prospects what is an auto guide and the usage of the auto guide at home and abroad Secondly some analysis and discussion on the characteristics of location based service and GPRS General Packet Radio Service wireless communication When they combined with the GIS technology it will provide a great opportunity and market potential for all sides According to the analysis of the system s requirements we have got the data requirements and the elementary function requirements Based on this we set up a sample framework solution for the application of combination of GPS and GPRS At last two different algorithms are discussed to make out the best path on the e map Because auto guide system concerns a lot of fields the system still has many parts need to be consummated But we believe that auto guide system based on GPS technology which implements the function of Internet 大学毕业论文 III Publication will be the trend of modern ciceroni field Keywords Auto guide Location Based Service LBS Geography Information Technology General Packet Radio Service 大学毕业论文 I 目目 录录 1 绪论 1 1 1 电子导游系统的研究背景 信息化对旅游业的重要性 1 1 2 导游服务与信息化的结合 电子导游系统 2 1 3 国内外电子导游系统的研究状况 3 1 3 1 国外电子导游系统发展现状 3 1 3 2 我国电子导游的发展现状 3 2 开发电子导游系统的技术支持 5 2 1 位置服务 5 2 1 1 位置服务定义 5 2 1 2 实现 LBS 的前提 定位技术 5 2 2 地理信息系统 GIS 7 2 2 1 地理信息系统 GIS 简介 7 2 2 2 GIS 技术简介 7 2 3 通用分组无线业务 GPRS 10 2 3 1 GPRS 系统简介 10 2 3 4 GPRS 的技术优势 12 3 系统总体设计 13 3 1 设计的指导思想 13 3 1 1 注重系统的开放性 13 3 1 2 以数据为核心 13 3 1 3 遵循科学的设计原则 13 3 2 系统的总体结构 13 3 2 1 总体框架 13 3 2 2 游客端模块组成与功能 15 4 电子导游系统详细设计 20 大学毕业论文 II 4 1 旅游信息数据库的建立 20 4 1 1 基础图库的建立 20 4 1 2 属性数据库的建立 21 4 2 游客机终端和监控中心服务器的通信协议 22 4 2 1 规范说明 22 4 2 2 命令包格式 22 4 2 3 GPS 数据格式 23 4 2 4 上传命令 24 4 2 5 下发命令 26 4 3 监控中心主机和游客机的导游主程序流程 27 4 3 1 主机端的主程序流程 27 4 3 2 客户端的主程序流程 28 4 4 最佳路径搜索算法 30 4 4 1 建立数学模型 30 4 4 2 公路线段属性权值的模型设计与计算 30 4 4 3 最佳路线的算法描述 30 4 4 4 景区道路网最短路径算法 31 5 总结 36 致谢 37 参考文献 38 大学毕业论文 1 电子导游系统初探 1 绪论 随着人们生活水平的提高 外出旅游渐渐成为人们充实生活 放松自 己的一种重要方式 旅游业也成为世界最具活力和发展潜力的产业 由于 中国多元文化以及丰富的自然环境对外国游客的巨大吸引力 国内的旅游 业发展势头旺盛 目前 中国旅游业的收入已占国内生产总值的 5 根 据世界旅游组织的预测中国将在 2020 年发展成为世界第一旅游接待大国 和第四旅游输出大国 随着知识经济的发展 信息成为旅游业的命脉 信 息化成为推动世界经济和社会全面发展的关键因素 旅游业发展的同时 游客和景点管理部门对旅游质量的要求也越来越 高 文明旅游 安全旅游和轻松旅游已经是旅游业发展的一个新趋势 虽 然配置导游是个不错的解决办法 但导游的存在也在某种程度上影响了游 客游览的自主性 如何运用信息技术解决这一问题 提高旅游信息化程度 提高旅游质量和效益 以促使我国旅游业面向市场 走向世界 已成为当 务之急 1 1 电子导游系统的研究背景 信息化对旅游业的重要性 当今社会的发展正处于一个由工业经济时代向知识经济时代过渡的大 背景下 经济的高度信息化与全球化已成为一种不可逆转的趋势信息技术 革命与信息化建设正使资本经济变为信息经济 并将迅速改变传统的经济 活动过程和方式 1979 年美国学者 Gunn 提出了旅游功能系统的概念 在这个动态系统中 信息与引导 是连接旅游者与目的地的关键环节 如图 1 l 所示 旅 游 者 信息与引导 交 通 吸引物 与集聚 服务与 设施 大学毕业论文 2 图 1 1 旅游功能系统 信息与引导在旅游功能系统中虽然不是直接创造经济效益的环节 但 对开发旅游市场实际上是至关重要的 随着旅游业的日趋成熟 游客的要 求日趋多样 客观上使的这种信息的提供越来越重要 也越来越困难 因 此应不断加强旅游业的信息化 强化旅游行业各个主体之间的信息沟通 其中 改善游客与景点管理部门的信息沟通是核心环节 因此加强导游服 务的信息化 提高导游服务的质量和效率显得尤为重要 1 2 导游服务与信息化的结合 电子导游系统 信息技术的飞速发展 带动了各个行业的信息化的同时催生了许多新 事物 新概念 人们对信息产品的需求与依赖也不断提高 旅游业的信息 化步伐也在不断加快 电子导游系统 就是在这一背景下提出的一种新 的概念 电子导游是相对于人工导游而言的 目前对电子导游的理解 是 指利用电子技术原理制造的各种导游讲解设备系统 用于改变原有的人工 导游讲解方式和方法 称之为电子导游 英文译为 Audio Guide 或 E Guide 它集计算机技术 移动通信网络技术 位置服务 Location Based Services LBS 和电子智能控制技术于一体 打破了常规的由一名导游带 领一队游客按预定游览路线进行游览的传统观念 提出了自主旅游 轻松 旅游的概念 使游客不必死板地跟随着导游进行游览 而是自由地享受自 助游览的乐趣 如表 1 1 所示 表 1 1 电子导游与人工导游比较 形式人工导游电子导游 景点介绍人工介绍 噪杂 相互干扰视频音频并茂 清晰明了 服务质量受导游水平影响优质稳定服务 游览自由度顺序游览自由游览 组团人数限制无限制 语种单语种多语种选择 费用高 50 元 人 低 10 元 人 环保噪音污染无污染 人力资源问题复杂 离职 罢工 工资 培训 无 大学毕业论文 3 维护需不断培训操作简单 维护容易 经济利润导游费用支付导游由景点赚取相关利润 游客可根据随身携带的导游机上的电子地图自由地选择自己喜欢的游 览线路 电子地图上标明了景区内每一个景点和各种服务设施的准确位置 并为游客提供方便的查询功能 游客每到达一个景点 导游机就会自动播 放相应景点的语音或视频介绍 省去了人工导游带来的不便 详细的景点 介绍使游客对景点有更生动 更深入的认识 提高了游览的质量 电子导 游系统在方便游客游览的同时也方便了景区管理部门对游客及景区设施的 管理 导游机上的高性能的 GPRS 无线通讯模块可将游客位置信息及其它 服务请求信息实时传达到景点监控中心的主机上 可以使景区管理部门更 方便快捷地掌握景区内的状况 合理地引导游客以使景区设施得到充分利 用 主机中强大的数据分析和数据管理功能还可为景区管理者提供辅助决 策和管理 如进行游客管理 旅游资源评价 旅游景区规划 旅游销售预 测等 1 3 国内外电子导游系统的研究状况 1 3 1 国外电子导游系统发展现状 上世纪 80 年代西方一些发达国家的博物馆开始采用了非导游讲解的电 子讲解器 在博物馆等室内展馆 取代了人工导游以及因噪音大而影响它 人游览的高音喇叭 游客在展馆入口处领取一台讲解器和一份说明书 游 览结束后自觉放回原处以便下一位游客继续使用 这就是电子导游系统的 雏形 随着信息技术的进步 电子导游此后得到逐步发展 美国马萨诸塞州 一家公司发明了一种便携式电子导游 它储存了包括美国大陆主要高速公 路在内的 35000 项数据资料 游人只要只需输入所在州名 高速公路 方 向及最近的里程碑 便可获得餐馆 加油站 医院 旅游景点等信息 除 此之外 它还能提供地方高速公路交警的电话号码以及当地天气 旅游公 司 汽车旅馆等有关情况 现在 在美国 英国 法国 加拿大等国的一些旅游城市都有出租最 先进的电子导游 这种电子导游看上去和普通掌上电脑差不多 当游客经 大学毕业论文 4 过相关景点时 这款电子导游就会播放一段该景点的语音介绍 告诉游客 相关的历史和故事 另外 电子导游还可以告诉你如何行车到达目的地 前方有什么景点 餐馆或者酒店 这种电子导游最受外国游客和自驾游的 朋友欢迎 1 3 2 我国电子导游的发展现状 在国内 电子导游还是一个新事物 2000 年 在广西桂林漓江开始出 现电子导游 近几年来国内各个著名景点都开始引进 但这些电子导游技 术相对落后 主要还停留在数码按键播放机和触摸式视频讲解系统上 手 持按键式导游机游客每到一个新的景点按一下相应的键 才能听到导游词 而触摸式视频讲解系统是一台台固定的导游点 游客通过触摸屏上的按钮 得到景区景点 售货店铺 餐馆 旅馆 交通出行等各方面的咨询服务 这些电子导游只是一个声音播放器或者一个信息搜索台 真正意义上 的电子导游应该具有智能性 能够完全取代人工导游 基本的智能功能至 少要包括智能引导功能和自动讲解功能 智能引导功能可由提供路径查询 的电子地图来实现 电子地图上标有景区内各个景点和服务设施的位置 自动讲解功能可通过 GPS 定位实现 游客每到一个景点 定位模块就可检 测到游客位置和景点位置距离小于某一范围 从而准确的为游客介绍 目前国内此类智能化电子导游还未普及 产品性能还未成熟 只有北 京的故宫 颐和园 北海公园等著名景区为游客提供智能导游机 智能电 子导游的开发和应用在国内还处于起步阶段 研究电子导游系统 使其更 加智能化 实用化 商品化 赶超国际水平 对提高导游服务的质量 促 进我国旅游业市场化进程具有重要意义 大学毕业论文 5 2 开发电子导游系统的技术支持 2 1 位置服务 2 1 1 位置服务定义 位置服务的英文全称是 Location Based Service 简称 LBS 在国外也 称 Mobile Location Service MLS 以突出其为移动用户服务的特点 关于位置服务的定义 许多通讯运营商 内容提供商 专业公司以及 学术研究人员都分别从不同角度进行描述 例如 1 位置服务跟据用户的即时需求和位置发布应用 Autodesk 2000 2 位置服务定义于这样的移动商业服务 即利用用户移动终端当前 位置提供的信息服务 Mobileinfo 2002 3 移动位置服务又称定位服务 是通过 GSM 网络获取移动终端用 户的位置信息 经纬度坐标 在电子地图平台的支持下 为用户提供相 应服务的一种增值业务 GO2MAP 2001 4 无线定位服务就是通过手机终端与无线网络 GSM CDMA 相互配合 获取用户当前的位置信息 并根据用户需求 提供个性化的位 置服务信息 中国联合通信有限公司 2002 5 位置服务是通过移动通信网获取移动用户的位置信息 经纬度 然后提供相应服务的一种增值业务 中国移动通信有限公司 2002 综合以上定义 可以得出四点结论 1 确定用户当前位置是提供服务的基础 2 服务的内容与位置密切相关 是基于地理信息分析的结果 3 用户利用移动终端获取服务 大学毕业论文 6 4 服务内容通过通信网络传送到终端 因此 位置服务是一种移动通信服务 它采用定位技术确定移动用户 的当前地理位置 利用地理信息分析和移动互联网技术向用户提供与其位 置相关的信息服务 2 1 2 实现 LBS 的前提 定位技术 定位是指在一个时空参照系中 确定物力实体的位置 对移动终端的 定位过程大致分为两步 一是测量 二是计算 根据参照系统的不同 空 间位置的描述分为三种 相对关系 地理坐标和地址 2 1 2 1 GPS 简介 基于移动终端的定位最常用的是 GPS 定位 这种定位方案的技术基础 是全球卫星定位系统 Global Positioning System GPS GPS 是随着现 代航天及无线通信科学技术的发展建立起来的一个高精度 全天候和全球 性的无线导航定位 定时的多功能系统 GPS 由空间卫星系统 地面监控系统和用户接收机三个部分构成 GPS 地面监控系统由一个主控站 五个监测站和三个上行数据传送站组成 GPS 接收机接到卫星发来的定位信号 经解扩 解调和译码 得到卫星星 历 根据星历算出卫星发射信号时刻在空间的位置 X1 X1 Y1 Z1 接 收机还以自己的时钟 用户钟 为基准 测量信号到达的时间 T1 用户钟 和卫星钟是独立时钟 事先也未进行同步 两钟的计时起点差为 T 实际 上 测得的时间 T1 是定位信号从卫星到接收机的传播时间 加上 T 即 为 电波传送速度为光速 C 因此 可得到距离 R 为 R 并非卫星和用户间的真实距离 而是伪距离 假设原点位于地球球 心 Z 轴指向北极 X 轴指向格林威治子午线 Y 轴垂直于 XOZ 面 R1 可 表示为 X Y Z 是用户或接收机在宇宙直角坐标系中的坐标 由此可得 大学毕业论文 7 X1 Y1 Z1 可由卫星星历求得 R 通过测量得到 这样 式中只 有四个未知量 X Y Z 和 T 这正是要求的用户坐标及用户钟对卫星钟的 时间差 如测量用户到 4 颗卫星的伪距离 即可得到 4 个未知数的解 2 1 2 2 辅助 GPS Assisted GPS A GPS 定位方式 现在对定位技术的精度要求越来越高 因此真正实用的定位技术是辅 助 GPS Assisted GPS A GPS 定位方式 其原理是 网络收到 GPS 辅助 信息 并将辅助信息发送到终端 终端得到 GPS 信息 计算并得出自身的 精确位置 然后将位置信息返回到网络 这种解决方案是将传统 GPS 接收 器的大部分功能转移到网络服务器上实现 该方式需要天线 位置测量单 元 LMU 和数据处理器等设备 网络向终端发送一串极短的辅助信息 包括时间 可视卫星清单 卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口 这些 参数有助于内置 GPS 模块减少 GPS 信号获得时间 辅助数据来自经终端 GPS 模块处理后产生的伪距离数据 且可持续数分钟 收到这些伪距离数 据后 相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出终端的位置 网路增 加必要的修正后可提高定位精度 这种定位方法的优点在于可以简化终端 GPS 设备 缩短 GPS 定位时间并提高定位灵敏度 在较低信噪比也能成功 进行定位 2 2 地理信息系统 GIS 2 2 1 地理信息系统 GIS 简介 地理信息系统 Geographic Information System GIS 是当前快速 发展的新兴边缘学科 GIS 是地理科学 计算机科学 遥感科学 空间科 学 信息科学 系统科学与管理科学等交叉一体的学科平台 GIS 在计算 机软件 硬件及网络技术支持下 将地学空间数据与计算机技术相结合 采用地理模型与空间分析方法 以空间数据库为基础 对空间数据进行预 处理 采集 存储 检索 管理 操作 综合分析 模拟 显示与更新 为地理研究 宏观决策与多目标开发服务 可进行多时相 多数据源 时 空相结合 定性与定量相结合的分析 在计算机技术的支持下 可构建现 实空间信息模型 可从视觉 计量和逻辑上对现实空间从功能上进行模拟 对各类信息变化进行仿真 它以高效的数据管理能力 成为目前一种有效 的信息管理和决策工具 广泛应用于城市土地管理 城市规划 环境监测 大学毕业论文 8 防灾减灾 军事等各个领域 2 2 2 GIS 技术简介 地理信息系统是用于采集 存储 处理 分析和显示地理空间数据的 计算机系统 2 2 2 1 GIS 的特点 1 所有的相关信息均按特定的坐标系统进行严格的坐标定位 对空间 数据和属性数据进行统一的存储和管理 2 将多源的空间数据和统计数据进行分级分类 规范化和标准化 并 进行标准化编码 使其适应计算机输入输出的要求 便于进行社会经济和 自然资源 环境要素之间的对比和相关分析 3 具有图形与数据双向查询检索的基本功能 即既可实现图形查属性 又可实现属性查图形 并可提供用户需要的空间分析数据 4 向用户提供空间数据多因素空间分析 复合评价 预测预报和模拟 优化等技术手段 5 GIS 与一般数据库应用有关 但又有较大的区别 在一个 GIS 里的 所有信息都与空间位置有关 一般数据库也可能会包含位置信息 如 矿 点位置 但是 一般数据库只使用地理参照来做存储和访问信息的主要 方法 6 GIS 与其他的信息系统的主要区别在于其存储处理的信息是经过地 理编码的 地理位置和该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部 分 2 2 2 2 GIS 的组成 GIS 以计算机系统为基础 由计算机硬件 软件 数据和用户四大要 素组成 计算机硬件系统包括执行程序的中央处理器 CPU 保存数据和 程序的存储设备 数据输入 显示和输出的外围设备 如显示器 打印机 等 软件是支持数据信总的采集 管理 再现和回答用户问题的计算机 程序系统 数据是系统分析和处理的对象 也是构成系统应用的基础 用 户则包括系统的开发 管理和使用人员 2 2 2 3 GIS 的数据 GIS 中的数据可分为空间数据和属性数据 空间数据又称地图数据 图形数据 空间信息 描述的是地理空间实体的位置 大小 形状 方向 等几何特征 以及与相邻物体的拓扑关系 由点 线 面组成 如地图 大学毕业论文 9 工程图 规划图 航空与遥感影像等 属性数据也称属性信息 是定义空 间数据或特征所表示的内容 描述该空间现象的其他特征 如地形地貌 温湿度 降雨量 土地利用 居住人口 动植物种类及其密度等 所有数 据必须转换成数字化形式 2 2 2 4 GIS 的功能 作为自动信息处理和分析系统 GIS 具有以下几大功能 1 数据采集 主要用于获取数据 包括现成的数字化数据 人工编 码 数字化地图等 并保证数据在内容上 空间上的完整性和一致性 2 数据整理 包括数据核查 纠错 格式化和转换等 3 数据存储 将不同来源 不同属性的数据以恰当的形式存储于数 据库中 以方便查询和分析 4 数据查询 以特定的请求来再现数据信息 5 空间分析 进行数据的地理操作和转换及统计分析 如缓冲区分 析 空间插值分析 叠置分析 领域分析 网络分析等 6 结果展示 通过屏幕 打印 拷贝等形式来展示 GIS 所产生地 图 图像 表格等多种形式的结果 因此 通过 GIS 能获得以下信息 对象定位 特定条件 变化趋势 空间模式及模拟结果 2 2 2 5 组件式地理信息系统 地理信息系统 GIS 在发展过程中 充分吸取和利用其他领域的成 熟技术 其中基于 ActiveX 组件式地理信息系统 因其价格低廉 使用方 便 兼容性好 利于集成等优点 很快受到各界的关注和青睐 所谓组件 式 GIS 是指基于组件对象平台 以一组具有某种标准通信接口的 允许 跨语言应用的组件提供的 GIS 这种组件称为 GIS 组件 GIS 组件之间以 及 GIS 组件与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交互 这种交互 甚至可以跨计算机实现 组件式 GIS 具有二次开发方便 易于集成 无限扩展等特点 组件式 GIS 软件平台带来了 GIS 应用系统开发方式的变革 有利于提高二次开发 的效率 增强 GIS 系统中各子系统之间的集成度 便于与其他信息系统集 成 为其他信息系统提供地理信息处理功能 组件式 GIS 的基本思想是把 GIS 的各大功能模块划分为几个控件 每个控件完成不同的功能 各个 GIS 控件之间 以及 GIS 控件与其它非 GIS 控件之间 可以方便地通过可 视化的软件开发工具集成起来 形成最终的 GIS 应用 把 GIS 的功能适当 大学毕业论文 10 抽象 以组件形式供开发者使用 将会带来许多传统 GIS 工具无法比拟的 优点 1 小巧灵活 价格便宜 组件化的 GIS 平台集中提供空间数据管 理能力 并且能以灵活的方式与数据库系统连接 在保证功能的前提下 系统表现得小巧灵活 而其价格仅是传统 GIS 开发工具的十分之一 甚至 更少 这样 用户便能以较好的性能价格比获得或开发 GIS 应用系统 2 无须专门 GIS 开发语言 直接嵌入开发工具 组件式 GIS 建立 在严格的标准之上 不需要额外的 GIS 二次开发语言 只需实现 GIS 的基 本功能函数 按照 Microsoft 的 ActiveX 控件标准开放接口 这有利于减轻 GIS 软件开发者的负担 而且增强了 GIS 软件的可扩展性 3 强大的 GIS 功能 新的 GIS 组件都是基于 32 位系统平台的 采 用了 InProc 直接调用形式 所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方 面均不比传统 GIS 软件逊色 小小的 GIS 组件完全能提供拼接 裁剪 叠 合 缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力 4 开发简捷 由于 GIS 组件可以直接嵌入 MIS 开发工具中 对于 广大开发人员来讲 就可以自由选择他们熟悉的开发工具 而且 GIS 组 件提供的 API 形式非常接近 MIS 工具的模式 开发人员可以像管理数据 库表一样熟练的管理地图等空间数据 无须对开发人员进行特殊的培训 在 GIS 或 GMIS 的开发过程中 开发人员可的素质与熟练程度是十分重要 的因素 这将使大量的 MIS 开发人员能够较快地过渡到 GIS 或 GMIS 的 开发工作中 从而大大加速 GIS 的发展 5 更加大众化 组件式技术已经成为了业界标准 用户可以像使 用其他 ActiveX 控件一样使用 GIS 软件 使非专业的普通用户也能够开发 和集成 GIS 应用系统 推动了 GIS 的大众化进程 组件式 GIS 的出现使 GIS 不仅是专家们的专业分析工具 同时也成为普通用户对地理相关数据 进行管理的可视化工具 2 3 通用分组无线业务 GPRS 2 3 1 GPRS 系统简介 GPRS是通用无线分组业务 General Packet Radio System 的缩写 是介于第二代和第三代之间的一种技术 通常称为2 5G GPRS采用与 大学毕业论文 11 GSM相同的频段 频带宽度 突发结构 无线调制标准 跳频规则以及相 同的TDMA帧结构 因此 在GSM系统的基础上构建GPRS系统时 GSM 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动 只需作软件升级 有了 GPRS 用户的呼叫建立时间大大缩短 几乎可以做到 永远在线 此外 GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时间为基准来计费 从而令每 个用户的服务成本更低 在不过多增加通讯费用的基础上达到数据的实时 传输 该方案要求主机端通信服务器有一个公共的IP地址用于接收和发送 GPRS数据 2 3 2 GPRS 网络基本工作原理 GPRS 是在原有的基于电路交换 CSD 方式的 GSM 网络上引入两 个新的网络节点 GPRS 服务支持节点 SGSN 和网关支持节点 GGSN SGSN 和 MSC 在同一等级水平 并跟踪单个 MS 的存储单元实现安全功 能和接入控制 并通过帧中继连接到基站系统 GGSN 支持与外部分组交 换网的互通 并经由基于 IP 的 GPRS 骨干网和 SGSN 连通 图 2 1 给出了 GPRS 与 Internet 连接原理框图 GPRS 终端通过接口从客户系统取得数据 处理后的 GPRS 分组数据发送到 GSM 基站 分组数据经 SGSN 封装后 SGSN 通过 GPRS 骨干网与网关支持接点 GGSN 进行通信 GGSN 对分组 数据进行相应的处理 再发送到目的网络 如 Internet 或 X 25 网络 图 2 1 GPRS 与 Internet 连接原理图 若分组数据是发送到另一个 GPRS 终端 则数据由 GPRS 骨干网发送 到 SGSN 再经 BSS 发送到 GPRS 终端 2 3 3 GPRS 协议模型 GPRS 网络层的协议目前主要采用 Phase1 阶段提供的 TCP IP 和 X 25 协议 移动台 MS 与 SGSN 之间的 GPRS 分层协议模型如图 2 1 所示 大学毕业论文 12 网络协议网络协议 MS SNDC LLC MAC 物理链路 RF 接口 SNDC LLC LAPD 物理链路 LLR MACLAP D 物理链路 RF 接口 物理 链路 UmRSSGbSGSN 图 2 1 GPRS 的协议模型 1 Um 接口的物理层为射频接口部分 而物理链路层负责提供空中接口的 各种逻辑信道 2 MAC 层的主要作用是定义和分配空中接口的 GPRS 逻辑信道 使这些信 道能被不同的移动台共享 3 LLC 层为逻辑链路控制层 它是一种 HDLC 的无线链路协议 LLC 层基 于高速数据链路规程 生成完整的 LLC 帧 4 SNDC 为子网依赖结合层 它的主要作用是确定 TCP IP 地址和加密方式 以及完成传送数据的分组 打包等任务 2 3 4 GPRS 的技术优势 作为第二代移动通信技术 GSM 向第三代移动通信 3G 的一个过渡技 术 GPRS 的技术优势主要体现在以下四个方面 1 资源利用率高 GPRS 引入了分组交换的传输模式 使原来采用电 路交换模式的 GSM 传输数据方式发生了根本性的变化 这在无线资源紧缺 的情况下显得尤为重要 按电路交换模式来说 在整个连接期中 用户无 论是否传送数据都将独自占用信道 而对于分组交换模式 用户只在发送 和接收数据期间才占用资源 这意味着多个用户可高效率地共享同一信道 从而提高资源的利用率 GPRS 用户的计费以通信的数据量为主要依据 体现了 得到多少 支付多少 的原则 在实际应用中 如电子导游的游 客终端与通信服务器的 GPRS 无线连接 用户的连接时间可能长达数小时 却只需支付相对低廉的连接费用 大学毕业论文 13 2 传输速率高 GPRS 可提供高达 115Kbps 的传输速率 最高值为 171 2Kbps 不包括 FEC 前向纠错控制 这意味着通过便携式计算机 GPRS 用户能与 ISDN 用户一样快速地上网浏览 同时使一些对传输速率敏 感的移动多媒体应用成为可能 3 接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于 1s 能提供快速即时 的连接 可大幅度提高一些事务的效率 并可使已有的因特网应用 如 E mail 网页浏览等 操作更为便捷 流畅 4 支持协议 GPRS 支持因特网应用最为广泛的 IP 和 X 25 协议 而 且由于 GSM 网络覆盖面积大 使得 GPRS 能提供因特网和其他分组网络的 全球性无线接入 3 系统总体设计 3 1 设计的指导思想 3 1 1 注重系统的开放性 开放式系统为开发者提供了一种可以让开发者按照开放式系统的标准 和技术进行设计和开发的思想 本论文主要论述一个基于 GPS 定位的智能 电子导游系统模型 注重系统设计的开放性 可以使不同景点用户根据自 身特点对本系统进行二次开发 以适应不同的要求 3 1 2 以数据为核心 在电子导游应用过程中 最重要的就是游客的位置信息 游客流量信 息及游客状态信息 这些信息不但在自动导游中极为重要 而且是景点部 门进行进一步商业分析的基础 因此在数据传输过程中应尽量保证数据的 大学毕业论文 14 完整性 在数据建库中要充分利用现有数据库技术的最新进展 综合采用 数据仓库 数据挖掘等技术 在系统建设与实施过程中要充分考虑数据的 动态更新策略 建立完善的元数据及数据字典 保证数据的开放性 3 1 3 遵循科学的设计原则 3 1 3 1 规范化原则 系统内容 数据分类与编码 精度 标准等都完全参照已有的国家标准 3 1 3 2 实用性原则 设计中充分考虑与现有系统的接口 保护现有投资 使系统的投资少 开发周期短 操作简单易学 3 1 3 3 可移植性和可扩充性原则 系统在设计上充分考虑系统功能 系统数据和业务的扩展性 以满足 日益增长的业务需求 应支持二次开发 支持细节功能的扩展 3 1 3 4 安全保密性原则 系统中的各个环节 如数据传输 数据处理 数据建库及文件管理等 应以安全性保密性为首要原则 3 2 系统的总体结构 3 2 1 总体框架 如图 3 1 本系统包括若干游客手持的 GPS 电子导游机和景点监控中 心的主机 游客端主要功能模块为 GPS 接收模块 接收和处理 GPS 卫星发 来的位置数据 以及 GPRS 通信模块 负责游客端与主机端的数据传输 期间需要租用中国移动公司的 GPRS 业务 经移动运营的通信服务器通过 Internet 与主机连接 监控中心主机端主要包括通信服务器 专门负责 数据通信 GIS 地理信息服务器 负责处理 GIS 数据 响应游客的服务请 求及辅助决策等事务 和信息数据库 存储由各环节生成的各种数据并进 行管理 大学毕业论文 15 GPS 卫星 信息数据库 存储数据有待 以后统计分析 游客手持 导游机 请求位置信息 GPS 数据 通信服务器 GPRS 显示游客机信 息和发送指令 通过电子地图 显示当前位置 并且执行服务 器发送的指令 以 GPRS 技术 传输数据 移动通信运营 商服务器 基站 与导游系统主机通过 Internet 进行连接 GIS 地理信息 服务器 图 3 1 电子导游系统的总体框图 3 2 2 游客端模块组成与功能 3 2 2 1 游客端模块组成 游客端由一台 PDA 集成各个功能 如图 3 3 中的导航 PDA 或通过开 发板开发 各个功能模块如图 3 2 所示 GPS 接收模块由 GPS 芯片组和 GPS 接收天线组成 负责获取游客当前 的位置信息数据 具体参考 RFC Request For Comments 0183 文档和 NEMA 协议 并送信息处理模块进行处理 得出结果后经 GPRS 通信模块 大学毕业论文 16 将位置信息打包后送监控中心的主机 GPRS 通信模块负责通过内置的无线 Modem 与通信服务器进行通信 实时传送游客的位置信息及其他数据信息 此模块包含一个 SIM 卡插槽 每个游客机都应该有一个唯一的移动 IP 地 址 才能通过 GPRS 进行通信 因此 一张开通了无线上网业务的 SIM 卡 是区别游客机的唯一标识 也是游客机通过 GPRS 上网的 通行证 景点 介绍多媒体模块由一组 Flash 存储芯片和用作数据更新的 USB 接口或 RS232 串行接口组成 它接收信息处理模块的指令播放响应的景点介绍 而管理部门需要修改景点介绍内容或需要对游客机进行软件升级时 可通 过 USB 接口 或 RS232 接口 进行数据的传输 输入输出设备为彩色触摸 屏 若考虑降低成本可换为键盘和彩色液晶显示器 通过专门的 I O 数 据接口与游客机的总线连接 用来显示电子地图和其它信息以及执行游客 的各项操作 以上各个模块都与信息处理模块中微处理器的三大总线连接 形成一个功能完整的整体 鉴于开发周期的原因 游客机最好由硬件开发 商进行集成开发以降低成本 信息处理模块 微处理器及辅 助功能芯片 GPS 接收模块 芯片组及天线 GPRS 通信模块 芯片组 SIM 卡插槽及天线 景点介绍多 媒体模块 闪存芯片 及数据交换 接口 输入输出设备及 其接口电路 键盘和彩色液 晶显示器或彩色 触摸屏 电源及电源 管理电路 图 3 2 游客端组成模块图 大学毕业论文 17 图 3 3 PDA 导航系统 3 2 2 2 游客端实现的功能 游客端是本系统的用户前台 虽然大部分数据计算任务都由主机端完 成 但导游中的主要功能还是需要在游客端实现 游客机上针对导游服务的功能如图 3 4 所示 本图反映了游客机所实 现的最基本的导游功能 1 信息查询功能 包括了一些景点 服务设施 等信息的查询 如游客需要住宿 通过导游机就可以通过与主机端的实时 连接查询最近的宾馆以及预定房间 2 电子地图功能 这个功能是导游 过程中最重要也是最有帮助的功能 电子地图可通过 JAVA 嵌入式编程 由 MapInfo 软件实现地图数据更新和显示浏览 还可以实现对地图的放大 缩小和平移等操作 而游客的位置 移动方向等信息则需要主机端 GIS 服 务器的计算 然后通过 GPRS 信号下传到游客机上 在游客机的电子地图 上显示 3 专题地图 专题地图可方便游客找到自己所关心的信息 它 也可以实现分景点地图显示 这个功能的实现也由 MapInfo 来完成 4 路径分析 此功能为游客提供最佳游览路径的选择 主要计算工作在主机 端完成 GIS 服务器会根据游客输入的路径查询命令运行最短路径计算程 序 最短路径搜索算法 计算出最佳路径 发给游客机显示 5 景点介 绍 在自助导游中 景点的介绍工作需要由导游机来完成 若要实现智能 导游 景点的自动识别和介绍是必须的 游客机将游客的 GPS 定位数据经 GPRS 传输到主机端 由服务器计算游客位置坐标 若主机检测到游客位置 坐标与景点的位置坐标小于某一值 依设备的 GPS 定位精度而定 则主 机会向游客机发送播放命令 游客机会根据主机发来的数据中包含的景点 编号播放对应的景点介绍 6 信息存储更新 地图信息 景点信息 景 大学毕业论文 18 点介绍的多媒体数据等需要事先在游客机中存储好 这需要对游客机中各 种信息进行管理 并在必要时对信息进行更新 信息 查询 1 景点列表 2 宾馆 3 购物 4 游客守则 5 服务电话 6 2 1 宾馆 A 2 2 宾馆 B 2 3 宾馆 C 2 4 存储空间管 理 文件分类 景点介绍映 射 专题地图映 射 I O 接口控制 自定义更新 游客机的功能 最小模式 电子 地图 专题 地图 路径 分析 放大 缩小 平移 1 1 景点图 A 1 2 景点图 B 1 3 景点图 C 1 4 1 起点输入 2 终点输入 3 最短路径 算法 4 到最近宾馆 5 到最近商店 6 景点 介绍 信息 存储 更新 音频 视频 景点编 号 1 景点 A 2 景点 B 3 景点 C 4 1 景点分布图 2 线路分布图 3 设施分布图 4 图 3 4 游客机功能图 3 2 3 监控中心主机组成与功能 3 2 3 1 监控中心主机的组成 监控中心主机包括应用服务器 包括通信服务器 GIS 地理信息服务 器和数据库服务器 监控终端 数据输出和备份设备 打印机和磁带机 组成 如图 3 5 所示 本系统中游客机信息处理能力有限 因此需要做到 瘦 客户端模式 将路径分析 信息查询等计算量较大的工作放到主机端来完成 这就需要 系统中服务器端必须具有大吞吐量的数据处理和传输能力 还需要有完备 大学毕业论文 19 的数据存储和管理能力 系统中的通信服务器通过 DDN 专线与 GPRS 无线通信服务的提供商通信 服务器高速连接 专门负责与移动通信服务器之间的数据传输 GIS 地理 信息服务器安装 GPS 数据处理软件和地理信息系统平台 负责将从通信服 务器发来的游客位置信息进行处理后存入数据库 同时一方面将处理好的 游客位置信息经通信服务器打包处理后发给游客机显示 另一方面通过内 部网络将游客坐标显示在监控终端的电子地图上 数据库中的信息定期通 过磁带机进行备份以待日后统计分析 并由打印机输出日志文件 生成 通 信 服务器 GIS 地理 信息服务 器 对各种数据信 息进行处理 专门进行通信 拥有公网 IP 地址 通过 DDN 专线与 Internet 高速连接 信息数据库 存储数据有待 以后统计分析 打印机和 磁带机 日志文件 监控终端 值班人员 监控席 图 3 5 监控中心主机构成 大学毕业论文 20 3 2 3 2 监控中心主机的功能 监控中心主机的功能如图 3 6 所示 监控中心主要由三个模块组成 即通信模块 GIS 管理模块和信息数据库及信息备份模块 通信模块功能是对游客机发来的信息数据包进行校验 解码 然后分 发到 GIS 服务器相应的数据单元进行处理 处理后的数据经通信服务器按 照事先拟定好的通信协议进行编码后发给游客机 GIS 管理模块是本系统的核心 它一方面负责处理游客机发来的服务 请求 主要是计算路径和查询 另一方面 GIS 模块需要对整个景区内的 游客机进行监控 显示游客的位置 并适时指示游客机播放景点介绍 另 外还要求实现一些 GIS 基本操作 如放大 缩小 漫游等操作 信息数据库主要完成信息的存储和管理工作 存放游客管理信息 身 份识别 住宿餐饮服务请求信息 投诉等 游客位置信息 历史纪录等 信息数据库每日自动形成日志文件并由打印机打印 一些有分析价值的数 据由磁带机备份 这样既可以留作日后对各景点进行评估分析 又提高了 系统的安全性 GPRS 通讯接口 校验发送 解码编码 分发 GIS 管理 1 基本操作 2 路径显示 3 查询服务 4 游客管理 5 辅助决策 数据库 1 数据存储 2 数据管理 3 备份数据 监控中心显示屏 图 3 6 监控中心主机功能图 大学毕业论文 21 4 电子导游系统详细设计 4 1 旅游信息数据库的建立 数据库的数据组织和管理是信息系统的基础核心 它直接影响其工作 效率和用户的使用 因此 数据库的建立是旅游信息系统建设的一项最基 本和最重要的任务 4 1 1 基础图库的建立 在电子导游系统中所用到的电子地图是矢量图 主