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数据通信
一种沿关联道路显示兴趣点的方法研究
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-18  浏览次数:719
作者:王伟豪  
(中国移动辽宁公司位置服务基地 110141)
摘  要:随着智能终端的普及,移动互联网得到了快速的发展。而地图导航类产品逐渐成为移动互联网的典型应用,并已深入广大用户的心中。在地图导航产品中,兴趣点是一个核心要素,大部分用户使用场景均围绕兴趣点展开。为满足用户沿街路浏览全部兴趣点的需求,本论文提出了一种沿关联道路显示兴趣点的方法,并研究了其实现过程。
关键词:关联道路 兴趣点 
1.概述
      地图导航类产品不断发展,社会生活日益更新,使兴趣点的数量更多,变化也很频繁。因此,人们在选择兴趣点时,选择方式也应多种多样。当用户计划聚焦在某条街路浏览兴趣点时,比如计划在“中街”(为沈阳一商业街)找一餐馆,现有搜索的技术方案无法支持,由于地图上无法全部显示兴趣点,即使通过浏览地图查找兴趣点,也容易遗漏,无法完全满足用户的需求。因此,需要一种方法,将一条道路上所有的兴趣点与之关联,满足用户全部、直观查看该条道路上所有兴趣点的需求。
1.1 设计背景
1.1.1现有兴趣点查询方案问题
      人们在使用地图导航时,首要的需求是查找目的地,即搜索某一兴趣点,之后再求一条从当前位置至搜索到兴趣点之间的路径,并按此路径导航。搜索兴趣点时,主要有两类需求:一是用户明确所要搜索的具体地点,如去北京金融街中国建设银行总部拜访客户,搜索“中国建设银行总部”即可。这是通过名称搜索,也可通过地址搜索,或浏览地图,查看是否存在将要去的地点。尽管搜索方式不同,但本质上是一致的;二是用户不明确所要搜索的具体地点,如出差到上海,要在人民广场附近找家宾馆住宿,可以人民广场为中心通过周边分类搜索或者模糊搜索,从搜索结果中筛选出最终要去的地点或者通过浏览地图查看是否有宾馆。
      以上两种用户需求非常普遍,在技术实现上也已通用。主要技术方案分如下三大步骤:
      一、 地图外业人员实地采集现实世界兴趣点的真实位置,并记录;
      二、 建立兴趣点数据库,具体字段包括兴趣点的名称、地址、经纬度、类别、电话号码、简介等系列属性字段。地图内业人员将地图外业人员采集信息入库;
      三、 将兴趣点数据加工处理,确定其所属行政区域、搜索关键字等信息,形成可供用户使用的数据规格。
      但是除了上述两类用户需求外,还有一类需求无法满足,即用户聚焦在某条街路计划浏览所有兴趣点。
1.1.1现有技术方案缺点
      现有兴趣点是基于现实世界的真实地理位置采集的,经纬度坐标是关键属性,同时还有名称、地址、电话等其他辅助属性。兴趣点与道路、绿地、水系等其他地理要素都通过经纬度坐标在二维的大地坐标系里相关联,这种关联性体现在用户使用的地图里。但是,现有技术的缺点有以下几点:
      一、 由于地图比例尺所限,而某些街路兴趣点数量众多,彼此间隔很近,因此在地图上无法全部显示,用户无法通过在地图上浏览某条街查看所有的兴趣点。如图一左图所示。
      二、 某条街路的兴趣点即使全部存储在数据库中,但是兴趣点与街路无法关联。用户通过关键字、分类等查询方式得到的查询结果无法按照空间地理顺序排序,只能按照拼音、距中心点的距离排序,不够直观和醒目。如图一右图所示。

图一 现有地图兴趣点展现形式及缺陷
      本文旨在解决用户以某条街道为查找、浏览对象时,可全面直观查看其全部的兴趣点。
2.新技术方案
      为了满足用户可以方便地沿街路查询兴趣点的需求,本文设计了新的技术方案。下面将对比现有技术进行详细介绍。
2.1 技术方案总体设计
      现有的道路坐标系是以真实世界的经纬度为基准的二维结构,是经纬度坐标系。该坐标系的优点是:直观地反应了真实世界,给用户身临其境的感觉;缺点也比较明显:由于地图比例尺的限制,在地图上无法全部显示真实世界的兴趣点。
      为了详尽展示街路上所有兴趣点,弥补地理坐标系的缺陷,增加道路坐标系,建立以道路为索引维度,每条道路分别有两个索引,分别位居道路的两侧,如下图二所示。这一转换过程建立起了兴趣点与道路的归属关系,以及归属于同一道路上的各个兴趣点之间的相对位置关系。由于仅仅展示了兴趣点间的相对关系,故道路的每一侧均有一套对应关系。

图二 经纬度坐标系与道路坐标系
      新建的道路坐标系,是对原有经纬度坐标系的有效补充,而不是完全替换。道路坐标系是为了实现显示街路上全部兴趣点、满足用户沿街路浏览兴趣点的需要所建立的,与现有的地图、兴趣点技术并不冲突,但是在兴趣点数据里扩充了属性,满足道路坐标系的展示要求。展示效果如下图三所示:

图三 客户端软件按道路显示兴趣点示意
2.2 技术方案详细设计
      本技术方案,涉及产业链的诸多环节,包括原始数据采集、数据加工、软件应用等多个环节,只有打通所有环节方可实现。下面将对比现有技术对新方案进行详细介绍。
2.2.1数据采集
      数据是地图类软件应用的必要内容,是软件的基石与灵魂。国家测绘管理局规定了只有拥有地图测绘资质的公司方可采集数据,地图公司将采集的数据提供给软件应用厂商,厂商根据其应用匹配原则将原始数据格式加工成应用格式。这样,用户才可在软件里浏览丰富的地图资源。
      由于数据仅有几家具有测绘资质的公司方可发布,每家公司的标准大致相仿且相对固定,处于产业链下游的软件公司话语权较低,因此软件应用对原始数据格式的依赖度非常大,局限于数据格式,很多应用无法创新。兴趣点在地图类软件的应用也是如此。
      现有兴趣点数据的采集是单独进行的,不与道路发生关联关系,主要采集的要素包括:名称、地址、分类、经度、纬度、道路索引、电话号码、行政区划代码、邮编、电话区号、区域归属。
本方案将在以上数据字段的基础上,增加路段索引、路段左右面、兴趣点近端沿路段起点的总距离、兴趣点远端沿路段起点的总距离。
      在数据采集前,先规定道路的正方向,数据采集人员根据规定的方向确定路段左右,记录每个兴趣点所属的路段方向;采集人员还需记录路段名称,根据已经确定的路段索引记录兴趣点所属索引;采集人员需要记录兴趣点在该所属路段的长度,若兴趣点面积较大,归属不同的路段,每个路段均需采集其长度。
      原数据字段如表一所示:

表一 原数据字段表
      新增数据表的字段如表二所示:

表二 新增数据字段表
2.2.2数据采集
      外业工作人员根据既定的数据采集规则采集数据,数据采集后提交给内业工作人员,内业工作人员将采集的数据进行人工审核,审核通过后,通过自动化的数据转换工具,将原始数据转化成ShapeFile(地图背景数据和道路数据格式)和CSV(兴趣点数据格式)格式的应用数据格式。
应用格式里重要的字段如下表三:

表三 应用格式重要字段表
      在此模型里,数据转换工具最重要的两项职责是完成兴趣点到路段的垂直投影和兴趣点与目标路段的匹配,计算出兴趣点近端/远端距离归属路段起点的距离。
      兴趣点做到附近路段的垂直投影是为了建立兴趣点和在道路上距离其最近的点之间的映射关系,此种关系称为兴趣点到道路的最短距离映射,道路上距离兴趣点最近的点则称为兴趣点的最短距离映射点。
      一条道路是由一系列路段(后续用Link标识)构成的,应首先确定兴趣点在构成道路的每条Link上的最短距离映射点,再从这一系列映射点中,选取距离兴趣点最短的一个映射点,作为兴趣点到整条道路的最短距离映射点。下面是以兴趣点的中心点为例进行论述,在实际的工具使用中,是分别以兴趣点的近端和远端进行映射的。
      建立POI(即兴趣点)到某条Link(记为Li)的最短距离映射关系时,从某个POI点(记为A点)向Li作垂线,Li起点到垂足的距离记为si,Li终点到垂足的距离记为ei,Li的长度记为li,垂足是A到Li的最短距离映射点,记为Ai,如图五所示:

图五 POI到Link的最短距离映射
      将A在平面的投影坐标记为(x,y),将其映射到Link Li的最短距离映射点Ai的坐标记为(xi′,yi′),Li起点坐标记为(xi-1,yi-1),终点坐标记为(xi,yi),则有以下最短距离映射点Ai坐标(xi′,yi′)的计算公式:
      其中k为Li所在直线的斜率。

      根据A的坐标(x,y),以及上述公式计算出Ai的坐标(xi′,yi′)即可计算出这两点之间的垂直距离di。由于一个兴趣点可与周围多条道路相邻,通过遍历与A之间的距离在50米以内的  link,选取与之最近距离的link,其ID即记为表三中的SECTION_ID1。若A点处于十字路口,归属于两个路段,同理,可得SECTION_ID2。
      根据两点间距离的计算公式,计算出Li的起点(坐标为(xi-1,yi-1))到Ai 点(坐标(xi′,yi′))之间的距离l1,如下所示。
li=
      从POI的近端计算出到路段起点的距离,即记为表三中的PLENGTH字段;从POI的远端计算出到路段起点的距离,即记为表三中的DLENGTH字段。
2.2.3软件应用
      兴趣点数据制作完毕后,存储在数据库里,业务系统通过POI搜索平台的搜索引擎读取数据提供给客户端使用。其系统结构图如下:

图六 系统结构图
      本方案涉及兴趣点数据库、POI搜索平台、业务系统、客户端几大部分。客户端是人机接口,负责从后台读取数据,进行业务展现,主要包括UI描画、展示和数据通信交互两大模块;业务系统负责接受客户端的业务请求,并将HTTP格式的请求转为XML格式的请求发至POI搜索平台,得到应答后,进行应答解释并给予客户端应答;POI搜索平台由道路查询模块、路段查询模块、按路段查询POI模块、按经纬度查询POI模块、查询POI详情5大模块组成,这5大模块分别对应着客户端5大业务场景的请求。
3.综述
      本方法有比较广阔的应用前景,除提供用户浏览兴趣点外,对于缺失POI点的补充、已有POI点的纠错修改都起到了非常积极的作用。该方法已在中国移动位置服务基地试点应用,取得了很好的试验效果,在2014年将会大规模、大范围推广。
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