張 凱，陸 鈞，孫 躍

（南京信息工程大學(xué) 信息與控制學(xué)院，江蘇 南京210044）

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)保有量迅速增長(zhǎng)，道路擁堵情況以及尾氣污染日益嚴(yán)重。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放約占霧霾天氣PM2.5來(lái)源的四分之一以上，是導(dǎo)致空氣污染的重要原因。因此我國(guó)需要學(xué)習(xí)一些發(fā)達(dá)國(guó)家的城市治理經(jīng)驗(yàn)，一方面大力發(fā)展公共交通，另一方面倡導(dǎo)人們最大限度地合理使用汽車(chē)，積極拼車(chē)出行，以達(dá)到減少擁堵和排污的效果[1]。

拼車(chē)雙方有相似的出行路線和時(shí)間表是實(shí)現(xiàn)拼車(chē)的關(guān)鍵。由于拼車(chē)在國(guó)內(nèi)興起不久，拼車(chē)的組織、制度還很不完善。在現(xiàn)有的拼車(chē)網(wǎng)站或者應(yīng)用中，大多是以列表形式羅列出各種拼車(chē)需求，用戶(hù)需要在繁多的拼車(chē)需求中找出適合自己的拼車(chē)對(duì)象，并不是十分方便和快捷。

位置云(LBS云)服務(wù)作為云技術(shù)在地圖定位領(lǐng)域的應(yīng)用，是一種集位置存儲(chǔ)與檢索于一體的云服務(wù)。LBS云平臺(tái)一方面可以完成龐大的位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另一方面能夠返回各類(lèi)基于位置數(shù)據(jù)的檢索請(qǐng)求，是開(kāi)發(fā)基于位置服務(wù)系統(tǒng)的理想選擇。

針對(duì)以上分析，基于百度LBS云平臺(tái)，結(jié)合Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了智能拼車(chē)匹配系統(tǒng)及其嵌入式客戶(hù)端。用戶(hù)只需登錄客戶(hù)端，在地圖上將自己的拼車(chē)信息發(fā)送到服務(wù)器，等待服務(wù)器返回匹配結(jié)果，就能夠方便、及時(shí)地找到周?chē)线m的拼車(chē)伙伴，完成快捷的拼車(chē)出行，從而節(jié)約出行成本。同時(shí)能夠減少車(chē)輛出行，為緩解交通擁堵情況以及節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用Client/Server(C/S)體系結(jié)構(gòu)，其架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要包括服務(wù)器、基本數(shù)據(jù)庫(kù)、位置云平臺(tái)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和客戶(hù)端[2]。客戶(hù)端完成前臺(tái)操作處理和計(jì)算，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器對(duì)客戶(hù)端的拼車(chē)請(qǐng)求進(jìn)行處理并返回匹配結(jié)果。

圖1 智能拼車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器端采用開(kāi)源的Tomcat服務(wù)器，它支持Java類(lèi)Servlet，在Java環(huán)境運(yùn)行時(shí)能夠很好地支持運(yùn)行Web應(yīng)用部署[3]。當(dāng)收到客戶(hù)端請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器啟動(dòng)并加載Servlet容器，Servlet根據(jù)請(qǐng)求生成響應(yīng)內(nèi)容并傳給服務(wù)器，再由服務(wù)器將響應(yīng)返回客戶(hù)端。

本系統(tǒng)中，需要部署4個(gè)Servlet類(lèi)，分別用于注冊(cè)、登錄、存儲(chǔ)以及匹配。服務(wù)器與客戶(hù)端的通信采用Http通信協(xié)議的post方法，部署服務(wù)器時(shí)，先繼承HttpServlet抽象類(lèi)，然后覆蓋 HttpServlet的 doGet()方法，通過(guò) Http-ServletRequest對(duì)象來(lái)獲取請(qǐng)求信息，最后由HttpServletResponse對(duì)象生成響應(yīng)結(jié)果返回給客戶(hù)端。寫(xiě)完服務(wù)器的Servlet程序后在web.xml文件中進(jìn)行屬性配置，就能夠通過(guò)8080端口連接部署的服務(wù)器[4]。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

采用MySQL 5.6數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，在服務(wù)器端可以直接引入Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接(JDBC)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)接口成功連接數(shù)據(jù)庫(kù)之后，發(fā)送SQL語(yǔ)句操作數(shù)據(jù)庫(kù)并處理結(jié)果[5]。

拼車(chē)時(shí)間和方式的匹配通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)schedule表的條件查詢(xún)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有用戶(hù)的匹配請(qǐng)求發(fā)送至服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器端調(diào)用條件查詢(xún)類(lèi)來(lái)進(jìn)行篩選，并返回符合條件的結(jié)果。

服務(wù)器使用JDBC接口連接數(shù)據(jù)庫(kù)，在服務(wù)器的lib文件夾中插入 mysql-connector-java-bin.jar驅(qū)動(dòng)，Servlet程序中先要注冊(cè)驅(qū)動(dòng)：Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");然后通過(guò)DriverManager.getConnection類(lèi)連接建立的 test數(shù)據(jù)庫(kù)，端口為 3306，使用 prepareStatement()對(duì)象執(zhí)行SQL查詢(xún)語(yǔ)句，executeQuery()方法把查詢(xún)結(jié)果返回并存放在ResultSet類(lèi)對(duì)象中。此外，在程序中還應(yīng)設(shè)置CharacterEncoding屬性為utf-8的編碼方式，以避免中文出現(xiàn)亂碼。

2 位置云技術(shù)

在拼車(chē)系統(tǒng)中，基于百度LBS云服務(wù)，將用戶(hù)發(fā)送的出發(fā)地和目的地位置信息存儲(chǔ)在位置云平臺(tái)中，利用位置云計(jì)算能力，迅速篩選出這兩個(gè)位置周?chē)蠗l件的其他用戶(hù)，并返回相應(yīng)用戶(hù)的基本信息，完成拼車(chē)路徑的智能匹配。

2.1 位置云存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)

百度LBS云存儲(chǔ)使用接口的方式進(jìn)行存儲(chǔ)管理，用位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器databox對(duì)所存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行字段定義，包括基本字段databox和擴(kuò)展字段databox_meta。用單元數(shù)據(jù)poi存儲(chǔ)具體的位置信息，同樣包括基本信息poi和擴(kuò)展信息poi_ect。實(shí)現(xiàn)位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)鍵代碼如下：

2.2 位置云檢索的實(shí)現(xiàn)

位置云檢索同樣使用接口方式來(lái)發(fā)送檢索請(qǐng)求。在拼車(chē)匹配模塊中需要檢索出發(fā)地和目的地都相近的用戶(hù)，采用周邊檢索命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)location變量設(shè)置檢索中心點(diǎn)，格式為：經(jīng)度，緯度；通過(guò)radius變量設(shè)置檢索半徑，單位為m。實(shí)現(xiàn)位置數(shù)據(jù)檢索的關(guān)鍵代碼如下：

3 客戶(hù)端設(shè)計(jì)

3.1 客戶(hù)端硬件設(shè)計(jì)

客戶(hù)端裝置要求攜帶方便、低功耗、高性能、可擴(kuò)展，因此使用S3C6410嵌入式微處理器作為控制核心?？蛻?hù)端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由S3C6410處理器、GPS定位模塊、3G無(wú)線模塊及外圍電路等組成。外圍電路包括 256 MB RAM內(nèi)存、2 GB NAND Flash存儲(chǔ)器、7寸液晶屏和串口接口等。

圖2 客戶(hù)端硬件構(gòu)成

選用GPS模塊的型號(hào)為WGS100，它采用高靈敏度導(dǎo)航芯片SIRF3，20通道通信，最多可以同時(shí)與 20顆衛(wèi)星建立通信；有RS232和TTL兩種電平輸出方式，缺省通信速率為9 600 b/s；采用可靠的外置天線，定位穩(wěn)定，功耗低，可直接由常見(jiàn)的5 V電源供電。在客戶(hù)端中采用RS232方式與S3C6410處理器連接通信，由GPS模塊定位當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，再由處理器處理后在客戶(hù)端軟件的地圖頁(yè)面定位和顯示當(dāng)前位置，定位過(guò)程如圖3所示。

圖3 GPS定位過(guò)程

3.2 客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)

智能拼車(chē)匹配系統(tǒng)的Android客戶(hù)端基于Eclipse 4.2開(kāi)發(fā)，主要包括注冊(cè)模塊、登錄模塊、地圖模塊和拼車(chē)模塊4個(gè)功能模塊。

客戶(hù)端有注冊(cè)、登錄、拼車(chē)3個(gè)界面，在工程的layout文件夾中，建立3個(gè)xml文件進(jìn)行窗口控件設(shè)計(jì)。在拼車(chē)界面中，需要載入地圖頁(yè)面，其代碼如下：

各功能模塊程序設(shè)計(jì)：

（1）登錄模塊：向服務(wù)器驗(yàn)證用戶(hù)輸入的用戶(hù)名和密碼是否正確，并返回提示信息。與服務(wù)器的通信采用post方式，關(guān)鍵代碼如下：

（2）注冊(cè)模塊：將新用戶(hù)名、密碼等信息發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行保存，完成后跳轉(zhuǎn)到登錄界面，通信方法與登錄模塊相同。

（3）地圖模塊：基于百度地圖api接口實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、地圖搜索和路線規(guī)劃等基本功能。程序中，設(shè)置setBuiltInZoomControls對(duì)象啟用縮放控件，setClickable對(duì)象設(shè)置地圖可點(diǎn)擊，繼承MyLocationOverlay對(duì)象顯示當(dāng)前位置層，用MKSearch()方法來(lái)初始化地圖搜索功能，設(shè)置enableCompass對(duì)象開(kāi)啟指南針功能。定位當(dāng)前位置的關(guān)鍵代碼如下：

（4）拼車(chē)模塊：設(shè)置出發(fā)地、目的地以及時(shí)間區(qū)間，點(diǎn)擊拼車(chē)方式按鈕發(fā)送拼車(chē)信息到服務(wù)器，其中出發(fā)地和目的地的經(jīng)緯度存儲(chǔ)到位置云平臺(tái)進(jìn)行匹配。服務(wù)器進(jìn)行條件篩選后，返回匹配結(jié)果并在客戶(hù)端顯示。通過(guò)點(diǎn)擊地圖設(shè)置地點(diǎn)，獲取經(jīng)緯度的關(guān)鍵代碼如下：

編寫(xiě)好各模塊程序后，需要在工程文件根目錄下的AndroidManifest.xml文件中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，才能正常運(yùn)行代碼[6]，其中關(guān)鍵權(quán)限設(shè)置如下：

4 系統(tǒng)功能測(cè)試

將客戶(hù)端程序打包成apk應(yīng)用文件，安裝到客戶(hù)端中。在PC端開(kāi)啟服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，登錄客戶(hù)端后進(jìn)入主界面，測(cè)試發(fā)送從當(dāng)前位置到南京火車(chē)站的搭乘需求到服務(wù)器，設(shè)置時(shí)間區(qū)間為 9：30～10：30，如圖4所示。測(cè)試前，預(yù)先向服務(wù)器發(fā)布了20條各不相同的拼車(chē)數(shù)據(jù)，服務(wù)器從這些已有的拼車(chē)信息中匹配出2個(gè)合適的拼車(chē)對(duì)象，如圖5所示。

圖4 拼車(chē)發(fā)布

圖5 匹配結(jié)果

為了滿足人們對(duì)于快捷拼車(chē)出行的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于位置云服務(wù)的智能拼車(chē)匹配系統(tǒng)及其嵌入式客戶(hù)端裝置，利用百度地圖API開(kāi)發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)了地圖的定位、搜索等基本功能。結(jié)合Tomcat服務(wù)器與LBS云存儲(chǔ)和檢索技術(shù)，能夠迅速完成拼車(chē)位置信息的存儲(chǔ)和檢索，為用戶(hù)及時(shí)地匹配到周?chē)线m的拼車(chē)伙伴。

[1]王茂福.拼車(chē)的發(fā)展及其效應(yīng)[J].中國(guó)軟科學(xué)，2010(17)：54-55.

[2]韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開(kāi)發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]劉尚旺，何東健，閆艷.Tomcat與IIS或Apache服務(wù)器集成的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30(10)：2541-2546.

[4]陳菁菁.程序員突擊—Tomcat原理與Java Web系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]吳吉義，王中友.程序員突擊—MySql原理與Web系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[6]何孟翰.Google Android SDK開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)演練[M].北京：人民郵電出版社，2012.