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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手機與道路交息結合，無論何時、何地，隨時都可以獲得最短路徑信息服務。該系統分為三個層次五大模塊，采用分層數據存放、分級網路拓撲架構、仿OSPF的動態信息更新等技術，提高系統運行的效率與速率。
【關鍵詞】：智能手機;分層;動態更新
1. 引言
我國迅速發展，隨著城市規模的擴大和交通信息的增加，道路網規模越來越龐大。公眾最為關注交通出行信息，要求在出行前和出行中都能夠及時地發送和接收相關交通信息。目前手機的增值服務多是以娛樂（彩信、移動QQ等）為主，而諸如交通路網信息、購物信息等與人們日常生活密切相關的服務卻很少，不能滿足人們獲取實時信息的需求。
智能交通系統（ITS）是信息系統（GIS）在交通領域的延伸，已逐漸完善，但僅局限于為交通部門提供實時的數字交通信息。ITS只有與人們的出行信息相結合才能為廣大社會公眾提供實時、便利的服務。
2. 系統簡介
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提供實時、與出行目的相關的候選信息（包括娛樂場所，機構，醫院等），并以用戶所在地為起始點根據當前的路況信息為用戶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、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現：地圖操作模塊、信息查詢模塊、信息采集模塊、方案生成模塊和后臺數據庫管理模塊。其中前兩個模塊處于客戶端（手機），后三個模塊是在服務器端實現。
地圖操作模塊：提供地圖的放大、縮小、拖動等。還包括當前位置的地圖顯示，地名映射及地點分層或疊加顯示。
信息查詢模塊：選擇分層地圖上顯示出的任一相關地點，便可查詢該地點相關信息（住宅區的、娛樂場所的設施或醫院的聯系電話等）及從起始點到該地點的路況信息（擁塞與否、可搭乘公交車車次、估計抵達時間等）。
信息采集模塊：采集的信息包括地點的更新及實時路況。此信息作為系統程序的參數，及時傳遞給數據庫并對數據庫中的數據進行更新操作。
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行備份，對冗余數據進行清理。
2.3 系統模式
采用三層C/S（客戶端/服務器）模式，將手機作為客戶端獨立于服務器端的大量數據和中間件的復雜程序代碼。當用戶提出查詢請求時，客戶端只需將請求信息傳送到中間件，作為參數經過程序的處理，再將處理過的查詢信息傳送到服務器端，服務器端接收到查詢信息后，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過加工處理，以用戶需要的形式傳送回客戶端。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，增強了處于服務器端數據庫的安全性，減少了服務器端的工作量。
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，將系統分為數據層、業務層、客戶顯示層。其中數據層支持數據庫管理模塊，處于服務器端；業務邏輯層負責信息查詢模塊、信息采集模塊和方案生成模塊的功能實現，處于連接服務器端和客戶端的中間件；客戶顯示層主要支持地圖操作模塊的功能實現。
3.2 數據層的實現
本系統涉及信息種類繁多，合理的分層管理是提高系統響應速度的關鍵。按照數據性質的不同我們將數據分為以下幾類，即地理框架數據、道路數據、節點數據。
3.2.1 地理框架數據
在一個城市區域范圍內分布著不同的地理元素，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，它們主要是面類數據。
3.2.2 道路數據
道路數據包括路面數據和路網數據。路面數據是以面的形式所表現的道路,為用戶提供直觀、形象的道路走向圖。對于系統來說更重要的是路網數據，關系到用戶出行的路線選擇，要進行特殊的處理。道路網本身分為國道、省道等不同的級別；依附道路網存在的交通信息包括靜態交通信息（如交通規則、道路通行條件等）及動態交通信息（如實時路況信息）。
3.2.3 節點數據
節點數據在系統中占有很重要的位置，是重要的定位參考點，并對應用戶的各種服務信息。節點數據可分為兩大類，一類是節點數據，如：機關；企事業單位；住宅區；交息類：包括公交車站點、長途客運站、火車站、機場等；大型公共：包括體育場、醫院；休閑娛樂類：如公園、購物場所等。另一類是特殊節點數據，這些數據不在地圖中顯示，但在用戶查詢中作為參數或反饋信息，起到重要作用。包括住宅區門牌號碼、特定單位聯系電話等。
3.3 業務層的實現
考慮到當前城市擁堵狀況嚴重和道路更新異常頻繁的現狀，信息查詢模塊和方案生成模塊中，路徑尋優算法的時間復雜度與道路網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時路況信息完成路徑信息的及時更新。
3.3.1 分級道路網絡拓撲結構
構建一個完善且靈活的道路網絡拓撲結構是關系到業務邏輯層能否在復雜多變的道路下完成用戶要求的關鍵。完善要求拓撲的構造與實際信息的誤差縮為最小，且方便以最佳的算法實現信息查詢和方案生成；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絡層次拓撲結構,其涉及基于道路等級的路網分層抽象、道路數據分區組織、以區域為單位的路網層次拓撲關系模型。道路網絡本身是分級的，車輛行走時按不同的等級變換路徑，算法優先考慮主干道網進行計算分析，符合駕駛者寧愿選擇主干道路，避開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，以區域為單位來組織數據，降低了拓撲的復雜性。
3.3.2 動態信息及時更新
以網絡中內部網關協議開放最短路徑優先（OSPF）協議的工作原理作為參考。OSPF是一種分層次的路由協議，將網絡劃分為不同的區域，每個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域的內部路由后用"洪泛法"在域間擴散。
按照網絡拓撲中劃分的區域，建立各個區域內部的"路由表"和區域之間的"邊界路由表"。當道路網絡中的某條道路狀態因為擁堵等事件發生變化時，此道路所在的區域中的每個"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"中的相應條目而無須重新計算整個"路由表"，節省了計算"路由表"的時間。
3.4 客戶顯示層的實現
在不同的應用中，對于路網拓撲結構的要求是不同的。即使是在同一種應用中，對于不同種類的拓撲關系的要求也不同。例如對于公交車用戶來說，重要的是道路網絡的拓撲關系，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系；但是對于自駕車用戶來說，不但需要利用道路網本身的拓撲關系，還要知道道路網絡與停車場之間的拓撲關系；對于有特定出行目的的用戶，還需要知道網絡與公園、住宅區等信息服務區的拓撲關系。將不同種類的拓撲關系劃分為不同的圖層，根據用戶的特定需求而單獨或疊加顯示，既使得地圖顯示簡潔、清晰又滿足了用戶個性化的需求。
4. 結論
中國目前正處在城市化的高速進程中，城市發展異常迅速。急劇增加，城市地域迅速擴大，道路更新異常頻繁，道路交通擁堵狀況日益加劇。手機移動服務與交通信息服務的有機結合，充分利用了無線移動通訊的靈活性、方便性，也體現了大部分的信息與用戶所處位置有關的特點�；贕PS的定位業務作為我國3G技術移動增值商用業務之一，也促進了基于智能手機的城市導航系統的逐漸完善。
參考文獻
[1] 李文年. 基于多層結構的城市智能交通系統. 現代工程研討會論文集,2006.
[2] 馬擴. 基于實時信息的動態路徑規劃問題研究. 中國優秀碩士論文全文數據庫.
[3] 付夢印. 基于分層道路網絡的新型路徑規劃算法. 輔助設計與圖形學學報,2005,4.
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