移动设备的地理信息系统软件平台

1、移动设备的地理信息系统软件平台：掌中澳系统和两种新的应用罗景山*(Robert P. Biuk-Aghai), 方健峰, 黄启鸿, 吕迪澳门大学科技学院电脑及资讯科学系电子邮件: robertbumac.mo摘要移动设备的地理信息系统软件(GIS)的应用在过去的十年中开始变得越来越普遍。七年前我们在移动设备上开发的掌中澳电子地图旅游系统目前已经得到了广泛的认可，至今掌中澳 TM 已经被下载总计超过 30 万次。开发了掌中澳之后，我们又将其移植到其他的平台上并扩展了它的功能。我们最新的开发成果将会在稍后本文中介绍，其中包括了一个具有不同路线查找方式的交通导航系统，以及一个能够根据用户输入以及游客

2、反馈数据库，给予游澳旅客建议参观行程的智能旅游推荐系统。用过使用掌中澳这样一个优越的平台，我们的开发经验告诉我们在掌中澳的基本功能上扩展新的功能是一个行之有效的方法。我们以后同样会遵循着这样途径进行开发。1 介绍不但在过去的四分之一个世纪中，个人电脑(PC)得到了前所未有的快速发展并达到了一个相当高的普及率，而且在本世纪初，手持设备及通讯设备同样经历了类似的发展。个人数字助理设备(PDAs)及移动电话已经得到了广泛的普及，而且这个强劲的趋势将很有可能会持续下去。根据国际电信联盟(ITU)在 2002 年的报告，移动电话的使用者数量已经超过了固定电话使用者的数量1。对于仅仅在市场上面世十年的移动

3、电话而言，这是一个非常了不起的记录。由于在个人数字助理设备(PDAs)及移动电话上进行软件开发显得相对容易，这类设备上已经开发出运行许多不同用途的程序了。这其中许多软件在以前只能在个人电脑上使用，比如因特网浏览器，办公软件，多媒体软件，地理信息系统(GIS)软件以及其他一些软件。并且由此，我们已经开发了一个基于移动设备的地理信息系统(GIS)软件-掌中澳。最初这个系统只有少数的功能而且只能在一个操作系统上使用。现在这个系统已经发展到了具有许多功能，并且能够在多个操作系统上使用的软件。在本文中，我们将介绍掌中澳两个的最新的扩展应用：道路交通导航系统以及智能旅游推荐系统。本文中随后的内容如下：第

4、2 节介绍掌中澳系统；第 3，4 节将分别介绍现有的道路交通导航系统以及智能旅游推荐系统；在第 5 节，我们将给出本文的总结。* 联络人.12 掌中澳系统掌中澳是一个设计用于旅游资讯的手持电子地图系统。他最初在 2001 至 2002 年间开发，主要运行在个人数字助理(PDA)的一款软件。用于 PalmOS 和 Pocket PC(现在是 Windows Mobile)的版本早已于 2003 年五月向公众开放免费下载。在开放下载的第一年里，这款软件的下载量就超过了 10 万次。至今，总计下载量已经超过了 30 万次。掌中澳第一个版本的主要功能是含有澳门特别行政区的街区详图，能够制定一条公交车路

5、线，并且具有 GPS 定位支持，以及其他一些功能2。掌中澳的第二个版本开发于 2003 至 2004 年间，这个版本支持移动电话，并提供了电话的集成和一个旅游向导。同年，基于网络的版本开发成功。随后，我们将开发掌中澳的重心放在扩展功能和向新的平台进行移植(从最初的 PalmOS 到 Windows Mobile, Symbian Series 60, Symbian UIQ, 还有一个基于网络的版本)。2006 年，我们开始在掌中澳的基础上扩展新的功能，并以此提升其软件自身的价值。这样，掌中澳系统开始作为一个具有地图显示和导航功能的开发平台，并可以以此开发新的软件。2006 至 2007 年间

6、，我们以此开发了一款基于位置服务 (Location-Based Services)的软件。它包含了使用 GSM 信号定位的引擎和一个用来定位自己或他人的终端用户软件，而这个软件计算出来的位置通过掌中澳系统中的绘图模块画出3。在 2007 至 2008 年间，我们开发了在掌中澳基础上实现的交通导航系统和智能旅游推荐系统。之后，我们的开发工作将包含开发更多的通过掌中澳扩展的软件，以及更新优化我们最初的地图系统。我们希望向广大开发人员提供一个可以给第三方使用应用编程接口(API)，让他们在掌中澳的基础上扩展他们的程序，就像 Google 所提供的Google Maps API 一样。以下将介绍两个

7、我们以掌中澳为基础开发的扩展软件。3 交通导航系统这是一个 GPS 导航器。这个软件能够为用户在地图上找到一条最佳的路径。由于澳门道路交通状况十分复杂，我们希望能提供给澳门居民以及游澳旅客一个详细的交通指引功能。目前每年有数百万游客到澳门观光旅游，而且大部分游客对澳门的道路都不太熟悉，因此我们的系统将会有很大的用处。3.1路线计算模块路线计算功能是整个软件的核心部分。这个功能用于计算一条从起点到终点的路线，并且将这条路线在地图上显示出来。传统的路线查找会提供给用户一个从起点到终点的路线。除此之外，为了能提供更好路线查找，我们扩展了这部分功能，并提供了三种路线的查找方式：1. 最短路线查找2.

8、最少交通路线查找3. 行人使用的路线查找以下将详细介绍三种查找方式.2最短路线查找正如其他导航软件的功能一样，这个最短路线查找模式实现了标准的 Dijkstra 算法4。这个路线查找主要提供给机动车驾驶员一个从起点到终点最短路径。路线查找计算中，我们需要考虑到机动车道路交通的行驶的规定，比如，单行道以及路口左/右转弯的限制。图 1 是一个最短路线查找的例子(图中“S”代表的是起点, “D”代表的是终点)。地图中的交通路线是由“掌中澳”系统的画图模块提供的。图 1 最短路线查找的例子最少交通灯路线查找最少交通灯的路线查找是在最短路线查找方式的基础上开发的。开发这个路线查找方式的目的是希望使驾驶员

9、在驾驶的过程中能够避开尽可能多的交通灯。最少交通灯的路线查找的基本原理是给每个交通灯附加一定的延迟。这样可以使计算出一条偏离最短路径的路线，能够尽量少遇到甚至于不遇到交通灯。图 2 是一个最少交通灯的例子，这个例子的起点与重点与图 1 相同.图 2 最少交通灯路线查找的例子3行人使用的路线查找行人使用的路线查找同样是在最短路线查找方式的基础上开发的。这种路线查找方式可以给行人提供一条不受到机动车行驶规定限制的路线。但是这种路线制定方式要受到禁止行人通行道路的限制3.2导航模块导航功能可以提供给旅行者一个不断更新的，清楚的前进指示。驾驶者以及步行游客都可以使用这个功能。根据使用者的位置不停的变化

10、，程序可以计算出使用者到达下一个转弯路口的距离以及转弯的方向，并同时更新画面上前进指示的信息。图 3 展示了一个导航功能例子，在这个例子中，旅行者需要在前行 230 米后左转。如前面的图一样，我们在最初地图制图模块的基础上增加了行进路线以及前进的指示窗口。图 3 导航功能演示的例子4 智能旅游推荐系统第二个应用是我们开发的智能旅游推荐系统，智能旅游推荐系统是一个能够给予游澳旅客建议参观行程的系统。参观行程的制定基于三大因素：旅客的偏好、对行程的要求、以及所有系统用户对景点的评级。系统的目的，是向旅客提供新的计划行程方法，以及向旅客介绍更多的旅游景点，提升澳门的再游览价值。4.1介绍推荐系统使用

11、信息过滤技术，选择并展示用户可能有兴趣的物品。例如 Amazon 公司的网上书店，采用了推荐系统的方法，提供切合用户的书籍搜寻结果。消费者可以对购买的书籍产品进行评分，日后该评分可以用作决定书籍搜寻的结果。智能旅游推荐系4统采用相似的概念，从景点库中选择切合用户的景点。旅客可以对游览过的旅游景点评分，该评分可以作为日后选择景点的依据。4.2功能智能旅游推荐系统以主从架构运作，其中包括一个内含推荐引擎的 Web 服务介面和一个扩展版本的掌中澳 v2.01客户端地图软件。推荐引擎为游客制订行程，客户端软件则包括修改行程，展示行程及提供游览指引的功能。旅游行程推荐智能旅游推荐系统的主要功能是提供推荐

12、行程予游客。首先，游客需要向系统提供对行程的要求，包括开始和结束的时间和地点。然后系统会基于以上的行程要求，加上游客对不同类型景点的偏好，游客的游览历史和反馈，以及景点的平均评分，从景点库中选择切合用户的景点。最后，系统会为选择出来的景点，安排一个最节省交通时间的行程。行程修改用户可能会想对系统推荐的行程做出修改。为此，客户端软件包括了增加和移除景点、从行程中移除景点，以及更改游览顺序的功能。系统会根据用户的操作，以及游览的实际进度，动态调整行程。行程展示推荐的行程需要以清晰的方法向旅客展示。旅游指南在游览中亦十分重要。客户端软件能够按照游览顺序以列表方式展示行程，并同时提供景点信息和各景点之

13、间的交通工具信息。利用掌中澳 v2.01既有的数据和功能，客户端软件能够在地图上展示行程的游览顺序，以及巴士路线指南。5图 4 行程列表（左）及行程地图（右）收集用戶反馈每当用户游览完一个景点，客户端软件会邀请用户对该景点进行评分。游览完整个行程以后，所有反馈会发回推荐系统。所有的评分将会被记录，用作其后推荐的依据。4.3实现旅游行程推荐功能的运作分为两阶段执行：1. 从景点库中选择若干景点2. 用选择出来的景点安排行程第一部分用遗传算法实现选择的功能，第二部份的行程安排则用最优解优先搜寻算法 (best-first search) 实现，并使用模糊逻辑决定每一个景点的逗留时间。景点选择景点选

14、择模块以遗传算法来选择景点。遗传算法一般以如下流程进行：1. 创建一个随机的初始种群2. 为种群里的每一个个体计算适应度3. 重复i. 选择用作交配的个体，并产生新一代个体ii. 对新一代个体进行变异6iii. 评价种群中新的个体适应度iv. 用新一代个体替换种群中适应度低的部份4. 直到符合终止条件本模块所采用的综合适应度函数是三个适应度函数的加权平均。它们分别代表景点的基本评分，景点的平均用户评分，以及一个反映用户游览历史的调整函数。行程安排行程的安排使用了最优解优先搜寻算法。从行程的起点开始，展开与起始位置交通时间最短的节点，然后展开与之前展开节点交通时间最短的节点，如此类推，直至到达终

15、点。在安排行程过程中需要使用到的交通时间与路径，被预先计算并储存在数据库中。在景点的逗留时间由模糊逻辑决定。系统使用用户偏好设定和用户反馈作为输入，在每个景点个别设定的最高逗留时间上套用模糊规则，为每个行程景点决定适合的逗留时间。5 结论基于移动设备的地理信息系统软件在世界上正变得越来越重要。我们已经展示了我们开发的掌中澳系统，以及两个在掌中澳的基础上扩展的应用软件。使用掌中澳中的绘图和导航功能所开发两个扩展软件使我们相信，以此为基础进行开发将有相当大的前景。我们最终的目标将是重新设计系统，让它成为一个设计合理的应用编程接口(API)，使得第三方开发人员能够使用它进行开发。我们相信一个由社区主

16、导发展的系统将因此而发展起来。参考目录1. International Telecommunication Union, 2003. /.2. Robert P. Biuk-Aghai. A mobile GIS application for heavily resource-constrained devices. In Proceedings of Asia GIS 2003 Conference, Wuhan, China, October 1618, 2003.3. Robert P. Biuk-Aghai, GSM-Based Provider-Independent Positioning Method, Location Asia 2007, Hong K