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OTA系统基于位置服务的功能设计与实现

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软件简介

 摘要:随着移动终端的普及以及移动互联网的迅速发展,我们已经离不开这些大大改善了人们生活的高科技。借助互联网,旅游电子商务行业如雨后春笋般发芽,不少旅游服务提供商转型成为了在线旅行社(Online Travel Agent, OTA)。
基于位置服务(Location-Based Service, LBS)是在线旅行社服务系统很重要的一个部分,因为大部分游客对旅游当地并不熟悉,尤其是在境外游的时候,游客们都希望能够获取到旅游当地的有用信息。
本文探讨了 OTA 系统中的基于位置服务的设计与实现。本文首先对 LBS 的背景与关键技术进行了介绍。在需求分析阶段,通过调研和经验总结出了具有在线旅游特色的业务需求,并对其分析得出功能性需求与非功能性需求。在系统概要设计阶段,明确了满足非功能性需求的系统总体架构以及 Android 客户端、后台服务端的架构。在系统的详细设计与实现阶段,介绍了基于位置服务的数字地图、定位功能、POI 周边检索、路线导航功能设计与实现,并给出实现过程流程图和主要界面的实现效果图,其中 POI周边检索,因为计算复杂,在数据规模较大时查询较慢,为本文研究的重点及难点,所以对其进行了较为详细的讨论,并给出了有效的解决方案。
目前,已完成了系统的实现并投入到正式的使用,并为使用本系统的用户带来友好有用的基于位置服务。

关键词:基于位置服务;POI 周边检索;Google 地图










ABSTRACT

ABSTRACT: With the popularization of intelligent terminal and the raise of the mobile Internet, we cannot live without these technologies which has been improving our life. Under this background, lots of Travel Agents realized the transformation and became Online Travel Agents (OTA).
Location Based Service (LBS) is an essential part of OTA system, because the tourism area is not known to the tourists especially go abroad, and tourists eager for more useful information about his destination.
This pager did some research on the design and implementation of LBS in OTA system. Above all, it presented the background knowledge as well as key technologies of LBS. In the section of system requirement analysis, this paper summarized the business requirements including functional requirements as well as non-functional requirements after doing some research combined with experience. In addition, the architecture that satisfies non-functional requirements was defined in the section of system general design, and so as the architecture of Android Client and Server. Last but not least, in the section of system design specification and implementation, this paper illustrated the design and implementation of LBS which contains digital map, position, search of POI around, and navigation modules. Then flowcharts and screenshots were given to enhance readability. Among these modules, POI search is the emphasis as well as difficulty of what this paper has discussed, for the reason that it need more complicated compute when deal with massive data. Therefore, this paper discussed it in detail and produced an effective solution.
At present, this OTA system has went live after being implemented, and it brings friendly and useful location-based service to user.
KEYWORDS:Location-Based Service; POI Search; Google Map


目 录
中文摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
1引言 1
1.1 研究背景 ......................................................... 1
1.2 国内外研究发展情况 ............................................... 3
1.2.1 国外研究发展情况 ............................................. 3
1.2.2 国内研究发展情况 ............................................. 5
1.3 本文研究问题 ..................................................... 5
1.4 论文组织结构 ..................................................... 6
2相关技术 7
2.1 地理信息系统相关技术 ............................................. 7
2.2 WI-FI 定位技术 .................................................... 7
2.3 SOLR 相关技术 ..................................................... 9
2.4 ANDROID 与 JAVASCRIPT 的交互机制 ...................................... 9
3系统需求分析 11
3.1 功能性需求 ...................................................... 11
3.1.1 数字地图需求分析 ............................................ 11
3.1.2 定位功能需求分析 ............................................ 12
3.1.3 POI 周边检索需求分析 ......................................... 12
3.1.4 路线导航需求分析 ............................................ 12
3.2 非功能性需求 .................................................... 13
3.2.1 易用性 ...................................................... 13
3.2.2 系统性能 .................................................... 13
3.2.3 可扩充性与可维护性 .......................................... 14
4系统概要设计 14
4.1 系统总体设计 .................................................... 14
4.2 系统逻辑架构设计 ................................................ 16
4.2.1 ANDROID 客户端架构设计 ........................................ 16
4.2.2 服务端架构设计 .............................................. 18
4.3 系统物理架构设计 ................................................ 19
4.4 数据库总体设计 .................................................. 20
5系统详细设计与实现 21
5.1 数字地图 ........................................................ 21


5.1.1 地图选取 .................................................... 21
5.1.2 GOOGLE 地图 SDK ................................................ 22
5.1.3 GOOGLE 地图 JAVASCRIPT API ...................................... 22
5.2 定位功能 ........................................................ 25
5.3 POI 周边检索功能 ................................................ 27
5.3.1 交互设计 .................................................... 27
5.3.2 接口设计 .................................................... 29
5.3.3 数据格式设计 ................................................ 30
5.3.4 GEOHASH 算法 .................................................. 32
5.3.5 SOLR 配置 ..................................................... 37
5.3.6 PHP ......................................................... 39
5.3.7 ANDROID 客户端 ................................................ 41
5.4 路线导航功能 .................................................... 43
6 结论 46
参考文献 47
致 谢 48
附 录 49

1引言

随着社会的发展,人们的收入水平不断提高,他们的消费理念也发生了很大改变,如今,在假日外出旅游已经成为越来越多人的选择。而绝大多数的人在来到一个自己不熟悉的地方时,会迫切地需要知道:我在何处?附近的环境是怎么样的?我怎么才能到达我的目的地?人们往往都要在解决这些问题上耗费大量的时间和精力,因此,人们越来越渴求一种实时、友好且方便的基于地理位置的信息服务。

1.1研究背景

近年来,随着移动互联网的迅速发展和移动终端设备的普及,这些高科技已经逐渐走进人们的日常生活中,大大地改善了人们的工作、学习生活。在这个背景下,LBS 也渐渐发展并且开始走向成熟,它将人们的位置信息与互联网结合在一起,在现有互联网的基础上增加了位置信息这一新的内容。LBS 已经与人门的日常工作、娱乐、生活等方面结合得越发紧密。
基于位置服务,它是通过电信移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式获取移动终端用户的位置信息,然后在地理信息系统(Geographic Information System, GIS)的支持下,为终端用户提供特定的与地理位置信息相关的服务的一种增值业务[1]。它不仅能够帮助用户查询自己的位置信息(如自己当前的定位),还能根据用户的兴趣点向用户提供个性化的基于位置服务(如查询用户当前位置附近的商场、医院、酒店和饭店等信息)。
目前国内有很多备受关注的 LBS 服务,例如:百度地图中的导航服务、微信中的
“附近的人”功能、美团中基于位置的团购服务、自如的地图租房等。

图 1-1 LBS 总体架构

如图 1-1 所示, LBS 主要由计算机网络以及移动通信网络组成,这两个网络通过互联网进行相互通信。移动终端设备通过移动通信网络发出请求,经过互联网传输到基于位置服务的处理平台;服务平台根据用户的当前位置和用户发送的具体请求来进行业务处理,并将处理结果返回给用户的移动终端设备,如此为用户提供服务。
大多数情况下,LBS 系统由下列几个功能模块组成[2]:
(1) 空间位置获取模块
用户的真实位置是提供基于位置服务的基础,该功能模块需要通过定位技术获取使用移动终端的用户的真实位置。一般来说,该模块会由一些定位模块(例如 GPS 定位或 Wi-Fi 定位等)组成。
(2) 地理信息系统模块
该功能模块一般体现为地图,开发者可选择自行构建,也可使用第三方的大型地图服务商(例如 Google 地图、百度地图等)提供的 GIS 服务。GIS 是整个 LBS 系统的基础,它负责将用户的地理信息转化成可以在地图中显示的位置。一般情况下,我们从定位系统中只可以获得用户的经纬度坐标,这种坐标只有通过地理信息系统的处理后,才可以被业务服务系统识别从而加以利用。
(3) 业务服务系统模块
该功能模块为用户提供其感兴趣的具体业务服务,如用户需要搜索附近有哪些美味的餐馆、实惠的酒店等等。这些餐馆或酒店一般都是 LBS 系统的合作商家,其具体信


息已经被事先录入系统的数据库中,并与 GIS 进行了相互关联。以用户地图中搜索酒店为例,当用户输入条件搜索某个酒店时,LBS 系统可以通过一系列技术来显示酒店的位置,甚至可以借助 GIS 来计算其距离该酒店的距离,以及标注导航路线等等。
(4) 信息传送系统模块
该功能模块是指用户和 LBS 系统间的网络传输平台。目前传输速度较快且较为成熟的是移动运营商的 3G/4G 网络和无线网络。
(5) 移动终端
该功能模块代表了用户的部分,智能移动设备、平板电脑等都可以作为 LBS 系统的终端设备。随着科技的进步,移动设备有着出色的图像显示能力、良好的通信质量、友好且易用的用户界面,再加上具有便携性等特点。因此,智能手机已成为个人 LBS 终端的首选。

1.2国内外研究发展情况

基于位置服务最早起源于北美,为弥补拨打 911 时无法知晓呼救者的地理位置而造成延误救援的缺点,美国联邦电信委员会(FCC)于 1996 年 6 月颁布 E911
(EmergencyCall911)安全条款,要求电信或移动运营商提供呼救者的地理位置以便及时实施救援。

1.2.1国外研究发展情况

随着定位技术和通信技术的发展,东亚和西欧等国家陆续地推出了商用的 LBS。简要情况如下表所示。与此同时,为了规范 LBS 的发展,很多国家都以法律的形式颁布了对 LBS 的要求[3]。

表 1-1 2001-2006 年部分国家 LBS 发展情况
国家 企业 发展情况


美国
Sprint 2002 年 10 月开始向企业提供地图路线导航、快速定位跟踪以及供应链管理等基于位置服务。

Verizon Wireless 2006 年 1 月与 Motorola 公司合作,推出路线导航与用户兴趣查询的基于位置服务。

加拿大
Bell Mobility 2003 年 12 月推出的 My Finder 基于位置服务;
2004 年 9 月发布了全球首款基于 GPS 的移动游戏
Swordfish,并提供紧急救援、POI 检索、呼叫出租车等基


于位置服务。


日本


NTT DoCoMo 2000 年 1 月推出了基于 PDC 网络的“Doconavi”移动定位服务;
2001 年 2 月推出了基于 PHS 网络的“P-Doco”移动定位服务;
2001 年 7 月推出了基于 i-Mode 品牌下的定位服务
“iArea”,它提供的服务内容为 WNI 天气信息、iMapFan数字地图、美食推荐、ATIS 交通信息、Zenrin 便携式地图以及住宿信息六项服务;
2001 年 12 月推出了基于 FOMA 品牌的 3G 定位服务
“Dlpservice”,它主要利用 GPS 来获取用户的真实位置。

KDDI 2001 年 12 月开始向用户提供 EZ 服务,包括地图路线导航、交通情况咨询、当地天气状况和安全咨询等服务;
2002 年 10 月 1 日,KDDI 公司推出了面向企业用户的
GPSMAP 系统;
2002 年 12 月,向个人用户推出了 GPS 定位业务
“EazyNavagation”,它主要提供数字地图、饭店推荐、地区信息指南、天气状况和紧急信息等。


韩国
LGT 2002 年,利用 GPSone 技术率先推出了紧急救援服务。它主要专注于个人用户,并以娱乐活动和安全应用为主要业务。

KTF 2002 年 2 月推出了 (n)Geleye 移动定位服务,它主要服务于个人的人身安全。

SKT 2002 年 7 月推出了名为“NATEGPS”的基于位置服务,并相继推出了巴士告知、移动安全、i-Kids 等服务。它的业务非常多元化,同时服务于个人和企业用户。
资料来源:参考文献[4]

在 3G 的普及以及 4G 时代的来临的背景下,基于位置服务已逐渐成为移动互联网的一个必不可少的重要的应用方向。目前,美国最受关注的 LBS 移动服务网站 Foursquare的用户数早在 2011 年底已经达到两千万人[5]。从世界范围上看,2008 年到 2009 年这两年间,基于位置服务的总收入已经从 17 亿美元上升到 26 亿美元,涨幅高达 156%[6]。


1.2.2国内研究发展情况

我国基于位置服务的商业应用始于 2001 年,当时,中国移动首次推出了名为“移动梦网”的位置服务。紧接着在 2003 年,中国联通推出了“定位之星”业务。2006 年初,中国移动在部分省市进行了“手机地图”业务的试点运行,为广大手机用户提供显示地图、缩放地图、显示地图比例尺以及各种有用信息的查询等基于位置服务。简要情况如下表所示:
表 1-2 2001-2006 年我国 LBS 业务发展情况
运营商 LBS 业务 时间 面向用户
中国移动 —— 2001 年 实验
中国联通 定位之星 2003 年初 企业用户
中国联通 关爱之星 2004 年 2 月 个人用户
中国移动 亲子通 2004 年 个人用户
中国联通 汽车 GPS 导航服务 2005 年 个人和企业用户
中国移动 手机地图 2006 年 1 月 个人和企业用户
资料来源:参考文献[4]

大概在 2006 年,互联网数字地图的诞生使我国基于位置服务产业的得到飞速发展。很多地图服务提供商和软件厂商陆续开发了一系列基于位置服务的终端应用。艾媒市场咨询的研究数据表明,2008 年,我国基于位置服务的个人应用市场市场规模为 3.35 亿元,2009 年激增为 6.44 亿元,到了 2010 年更是达到了 9.98 亿元。
随着 3G 时代的到来,和智能设备的迅速普及,自 2010 年以来,提供基于位置服务的企业数量不断增多,国内的拉手网、新浪、腾讯、百度等公司都相继推出了极具特色的基于位置服务的应用。截至 2011 年 12 月,在国内已经有 3062 万的用户使用 LBS 的应用[7],这个数字比 2010 年增长了 70%。在 2014 年第四季度,中国手机地图客户端市场的累计用户量更是达到了 17.8 亿。

1.3本文研究问题

目前国内市场上有很多成熟的基于位置服务应用,但它们大多数都是面向大众用户,没有专门为特定的应用场景考虑,也不能满足某些特定的需求,如搜索美国纽约市中心附近 1000 米的所有酒店并显示。
本文主要通过分析 OTA 系统中基于位置服务的业务需求,并设计出满足这种需求的系统。作为一家专注于境外自助游的 OTA,我们有必要向用户提供有精确且详细的电子地图服务,让其能对周边环境了然于胸。同时,为了让用户有更好的游玩体验,我们也


提供了 POI 周边检索(给定某个中心点、半径以及检索词搜索周边的兴趣点,如酒店、景点、地铁站等等)。最后,一个可靠的导航系统能够按照不同的出行方式为游客最佳的线路。然而,因为涉及基于经纬度的距离计算,在较大的数据量中进行 POI 周边检索时,一般的检索方法就显得效率低下,准确率也不尽人意,远远不能满足实际需求。固此为本课题的特色以及系统设计与实现的难点所在。
本课题研究的直接意义在于可以帮助境外自助游游客在游玩时更加游刃有余;课题的现实价值在于该功能的可移植性,不难看出基于位置服务功能可以用于如团购平台、导航系统等。
本课题以互联网+自助游为切入点,旨在找到一种满足系统业务需求的基于位置服务,并重点研究其功能的设计与实现。

1.4论文组织结构

本文总共分为六章,下面分别对每章的内容进行简单的概括。
第一章介绍了课题的研究相关背景,国内外的研究和发展现状以及本文的主要研究问题,起到引导阅读作用。
第二章介绍了研究课题的各种相关技术,包括 Wi-Fi 定位技术,Android 与 JavaScript
交互机制等。
第三章为系统的需求分析,从业务需求的角度出发,对本系统的功能性需求和非功能性需求进行了详细分析,并得出需求说明。
第四章为系统概要设计,先根据需求分析确定了系统的总体架构设计,然后分别对服务器和客户端进行了逻辑架构设计。
第五章为系统的详细设计与实现,主要对每个功能模块进行了详细设计,其中重点讨论了 POI 周边检索的功能设计,并从技术的角度上对这些功能模块进行了实现。
第六章为结论,总结了本文的主要工作以及其成果,并分析了系统尚有哪些可以改进的地方以及对未来的展望。


2相关技术

2.1地理信息系统相关技术

从古至今,可以说人类的所有活动几乎都是在地球上发生的,我们的生活离不开地表。随着计算机科技的飞速发展和普及,GIS 以及在它的基础上发展起来的基于生活的
“数字地球”、“数字城市”在人们的工作、娱乐和生活中起着越发重要的作用[10]。
GIS 是以地理空间数据库为基础,在软件和硬件的支持下,运用信息科学以及系统工程学的理论知识,对具有空间内涵的地理数据进行科学管理和综合分析,以提供符合业务需求的信息的技术系统。简单的说,GIS 就是一种能够综合分析和管理地理空间数据的技术系统[11]。
经过了半个世纪的发展,GIS 借助计算机科学,已渐渐发展成一门相当成熟的且有着广泛应用的技术。最近几年来,地理信息系统更是以其卓越的地理空间数据分析能力,在定位、导航以及路径规划中发挥着越发重要的作用。
位置与地理信息既是 LBS 的核心,也是 LBS 的基础。一个由数字组成的经纬度坐标只有在特定的地理环境中,代表为某个地点、标志后,用户才会对其认知和理解。用户在通过相关定位技术知晓自己的真实位置信息后,还有可能需要了解自身所处的地理环境的情况,需要查询和分析周边的环境信息,从而可以获得自己感兴趣的信息与服务。所以我们可以说 GIS 是 LBS 的基础支持,更是其核心模块。

2.2Wi-Fi 定位技术

Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一个高频无线电信号,它可以将个人电脑、移动终端设备(例如平板电脑、智能手机)等终端以无线方式相连。Wi-Fi 是一个属于 Wi-Fi 联盟的无线网络通信技术品牌,其目的是改善基于 IEEE 802.11 无线局域网标准的无线网络产品之间的互通性。
Wi-Fi 可以对用户进行定位,它除了具有高准确度以及可扩展性外,其独特优势在 Wi-Fi 已经得到极大的普及,就算在现代化程度一般的城市,Wi-Fi 也随处可见。这些都是开展以 Wi-Fi 定位技术为主的无缝定位技术研究和推动 LBS 应用的基础条件与保证。
(1)Wi-Fi 定位技术原理
·每一个无线 AP,即无线接入点都有 MAC 地址,并且这个地址是全球唯一的。在一般情况下,无线 AP 在不会发生大范围的移动,也就是说 MAC 地址不会发生改变。但即使是这样,LBS 服务商也需要不断地更新这些位置数据,同时不断补充自己的数据库,来确保数据的正确性以及数据量的可观性。


·无线终端设备在其 Wi-Fi 连接开启的情况下,会自动扫描并且收集附近范围的无线 AP 信号,而且不论无线 AP 是否已加密,设备是否与无线 AP 连接,都能接收到由无线 AP 广播出来的 MAC 地址。
·无线终端设备将无线 AP 的 MAC 地址等数据上传到服务器中负责定位的模块,随后,服务器会查询出无线终端附近的所有无线 AP 的真实位置,再结合每个无线 AP信号的强弱程度,就可以计算出终端设备的真实位置。最后将数据返回到用户的终端设备,实现对其定位。
图 2-1 Wi-Fi 定位技术原理

(2)位置服务数据库的搭建
地理位置信息数据是 Wi-Fi 定位的基础,这些数据主要来源于两个方面:
一是用户提交的数据,Android 设备的用户在开启无线定位时,会收到是否允许
Google 进行定位的提示,若允许,Google 就能收集该用户的位置信息。而 iPhone 会自动收集设备附近的无线 AP 的 MAC 地址、GPS 位置信息、运营商基站编码等,并上传到 Apple 的后台服务器。
与此同时,Google 和Skyhook 两家LBS 供应商也在主动搜集 Wi-Fi 热点等位置信息。
Google 的街景拍摄车除了拍摄接近外,还负责采集沿途的无线 AP 信号,并将其的 MAC地址与通过 GPS 定位出的坐标结合起来,上传至服务器。Skyhook 在美国及欧洲一些国家是通过信号采集车采集无线 AP 和移动基站的位置数据。在国内,也能经常看见百度地图的街景拍摄车在拍摄街景地图以及收集位置信息。


2.3Solr 相关技术

Solr 是一个基于 Lucene 的高性能的企业级全文搜索服务器。它是使用 Java5 进行开发的,同时对 Lucene 进行了扩展,向开发者提供了比其更丰富和友好的查询语言。Solr还具有可配置性和可扩展性,并优化了数据的查询性能,同时提供了一个功能完善的管理界面,称得上是一款非常优秀的全文检索引擎。Solr 向外部提供了和 Web-Service 类似的 API 数据接口,用户可以通过 HTTP Get 的方式提出查询请求,随后会获取到 XML或 JSON 数据格式的返回结果。
在 Solr 中,Solr Web 应用程序部署在 Servlet 容器中,用户可以通过向其发送 HTTP
请求来启动索引或进行检索。Solr 接受了用户的请求后,要确定采用合适的
SolrRequestHandler,然后用它来处理用户的请求,最后通过 HTTP 方式返回处理结果,来响应用户的请求。
Solr 高效可靠,具有可扩展性和容错性,它提供分布式索引,复制和负载均衡的查询,自动故障转移和恢复,集中配置等等。Solr 为许多世界上庞大的互联网网站实现查询和导航功能。
Solr 最早是基于 Lucene 的,它包装并扩展了 Lucene,所以 Solr 的基本上沿用了
Lucene 的相关术语。更加重要的一点是,由它创建的索引能完全兼容于 Lucene 的搜索引擎库。通过对 Solr 进行适当的配置, 可以让 Solr 理解和使用构建到其它 Lucene 应用程序中的索引。此外,很多 Lucene 工具(如 Nutch、 Luke)也可以使用 Solr 创建的索引。

2.4Android 与 JavaScript 的交互机制

Android 是一款基于 Linux 平台的开源移动设备操作系统,由 Google 开放手机联盟合作开发。它包含了移动设备工作所需要的所有软件,如操作系统、用户界面以及应用程序等等。
Android 以 Java 为编程语言,使得它从接口到功能,都有层出不穷的变化。开发者更可以利用 Android 的四大组件创作出各种移动应用。四大组件分别是:活动(Activity):用于表现功能。服务(Service): 后台运行服务,不提供界面呈现。广播接收器(Broadcast
Receiver):用于接收广播。内容提供商(Content Provider): 支持在多个应用中存储和读取数据。
Android 不仅仅支持原生控件所绘制的界面,还能显示 Html 网页界面,这是通过使用一个名叫 WebView 的强大控件来实现的。而 JavaScript 在网页中又是一个必不可少的脚本语言。所以,与 JavaScript 进行交互就显得非常重要,Android SDK 给开发者提供


了一套强大的交互机制,在 Android 编程中实现与 JavaScript 交互十分便捷,如下图所示:
图 2-2 Android 代码与 JavaScript 交互机制

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