溫安平

(深圳市凱立德科技股份有限公司,廣東 深圳 518042)

面向導航云的變化地理信息挖掘

溫安平

(深圳市凱立德科技股份有限公司,廣東 深圳 518042)

針對地理空間信息頻繁變化給導航電子地圖帶來的現(xiàn)勢性困難,提出了一種利用導航云對海量用戶空間移動行為數(shù)據(jù)進行存儲與管理的方法。對這種快速挖掘與發(fā)現(xiàn)變化空間信息的方法,進行了詳細的理論探討,并通過實驗驗證了其可行性。結果表明,該方法能夠解決導航電子地圖快速、準確更新問題。

導航云;變化地理信息;數(shù)據(jù)挖掘

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,基礎設施、城市建設的不斷完善,使得空間地理信息每時每刻都在不斷地發(fā)生變化。而空間地理信息作為車輛導航系統(tǒng)的基礎,頻繁的變化給導航電子地圖的現(xiàn)勢性帶來嚴峻的挑戰(zhàn),如何快速地獲取變化的空間地理信息并及時地反應到導航系統(tǒng)中去是導航地圖廠家面臨的一大技術難題。移動互聯(lián)網(wǎng)技術和云計算在導航產品中的應用為解決這一難題提供了契機[1]。

因此,本文利用導航云的存儲、管理、分析、挖掘能力來快速發(fā)掘現(xiàn)實中用戶導航信息發(fā)生的變化和導航電子地圖中未能體現(xiàn)的空間的地理信息,為導航地圖廠家實現(xiàn)快速地圖更新提供解決方案。

1 導航云

在云計算飛速發(fā)展的浪潮下,中國各個行業(yè)都已具備一定的信息化基礎,而他們的客戶也需要相應的云平臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)向服務的轉化,因為過去長時間積淀下來的大量的異構、相對封閉的海量數(shù)據(jù)必須通過云計算才能將其巨大的潛在價值釋放出來[2-3]。衛(wèi)星導航行業(yè)也是如此,作為基礎的空間地理信息數(shù)據(jù)在規(guī)模上它已經(jīng)達到了海量,再加上用戶空間移動行為數(shù)據(jù)則數(shù)據(jù)量更大,而此類數(shù)據(jù)又蘊含了巨大的價值。因此,導航云的構建可以更好地為發(fā)掘數(shù)據(jù)中潛在價值提供技術支撐。

“導航云”=“云”+“端”?！霸啤笔腔谠朴嬎慵夹g的導航應用服務后端平臺,主要負責智慧思考與決策,就像人的大腦?！岸恕币簿褪峭ǔＫf的定位終端,包括車載導航終端、便攜式導航終端、手機等各種智能產品,主要負責智慧感知和執(zhí)行,就如同人的四肢。而“+”是連接“云”與“端”的駐留在定位終端的軟件中間件,負責智慧傳輸與反饋,就像神經(jīng)系統(tǒng)。導航云的架構圖如圖1所示。

圖1 導航云架構圖

通過導航云,可以將后端平臺的決策結果利用移動互聯(lián)網(wǎng)這個神經(jīng)系統(tǒng)傳輸?shù)蕉ㄎ唤K端上,同時也可以將定位終端感知到的某些用戶空間移動行為信息反饋到后端平臺。

2 變化地理信息

地理信息變化指的是地理要素隨著時間變化在空間特征與屬性特征上發(fā)生的變化,可以從時間、空間與屬性三個方面來進行描述[4]。

2.1 空間特征變化

(1)點狀要素變化

它是不具有長度與面積的地理要素,例如導航電子地圖中的興趣點(point of interesting, POI)。POI空間特征的變化主要表現(xiàn)為POI位置的變化,如公交站牌遷移等。

(2)線狀要素變化

它具有長度,但沒有面積的地理要素,例如導航電子地圖中的道路,其表現(xiàn)為空間位置的變化,如某段道路的消失、新增、延伸、改道等情況。

(3)面狀要素變化

主要指綠地、湖泊、島嶼等地理要素。面狀要素的變化包括空間位置變化、空間分布的變化、地理要素形狀的變化,如綠地面積的增大與減小、消失與增加、偏移等。

2.2 屬性特征變化

包括地理要素屬性項變化和地理要素屬性值的變化。屬性項變化指地物的屬性信息發(fā)生變化,例如對于POI,屬性項包括名稱、類型、代碼等;屬性值變化是指具體數(shù)值的變化,例如某條鄉(xiāng)級道路提升為省道,某條兩車道道路擴建為四車道等等。

2.3 典型的地理信息變化

文章旨在通過導航系統(tǒng)獲取變化的地理信息,進而輔助導航電子地圖的數(shù)據(jù)更新。對于導航電子地圖來說,最為核心的數(shù)據(jù)是道路數(shù)據(jù),因此著重來描述下道路數(shù)據(jù)的變化情況。

對于目前的現(xiàn)在道路地理要素中更新頻率最高、變化最快的一類,道路在不斷建成,道路等級也在不斷變化,道路變化的主要類型有:(1)出現(xiàn),即新增道路、真實出現(xiàn)。(2)消亡,即道路消失。(3)移動,即道路改線,發(fā)生移位。(4)屬性變化,即包括道路名稱、類型、寬度、等級、材料等發(fā)生改變。

3 導航云基礎上的變化地理信息挖掘理論實現(xiàn)

3.1 整體工作原理

導航電子地圖廠商通過外業(yè)采集、內業(yè)加工等手段生產出來為用戶提供服務的,無論是傳統(tǒng)的離線導航還是如今的在線導航,都無法確保導航電子地圖數(shù)據(jù)與現(xiàn)實世界的完全一致性。因此用戶在使用導航系統(tǒng)時,在系統(tǒng)提示與現(xiàn)實不一致的情況下需要主觀地進行調整,用戶如果將其這一行為主動上傳至導航云,就構成了我們所說的用戶空間移動行為數(shù)據(jù)。導航云上有專門的服務器負責用戶空間移動行為數(shù)據(jù)的存儲和管理工作(如圖2所示),它能夠實現(xiàn)高效、實時挖掘.同時能夠保證挖掘技術的共享,降低數(shù)據(jù)挖掘應用的門檻,滿足海量挖掘的需求[6-8]。

圖2 導航云基礎上變化地理信息挖掘工作原理

3.2 數(shù)據(jù)挖掘思路

在導航云的基礎上,大數(shù)據(jù)處理能力得到了充分發(fā)揮,對導航用戶主動上傳的空間移動行為數(shù)據(jù)能夠進行有效快速的管理、挖掘和分析,從而從中提取出有價值的信息,如提取道路的變化[9-11]。在導航云基礎上變化地理信息挖掘的思路如下圖3所示:

圖3 變化地理信息挖掘思路

數(shù)據(jù)預處理主要是對用戶通過導航云上傳的空間移動行為數(shù)據(jù)進行分類和清理,此類行為數(shù)據(jù)包括用戶軌跡數(shù)據(jù)、用戶信息、報料信息等。地圖匹配是將預處理后的有價值的數(shù)據(jù)映射到現(xiàn)有的導航電子地圖中去,以確定用戶空間移動行為數(shù)據(jù)在被記錄下來時的真實路段和位置。特征點提取是從海量的用戶空間移動行為數(shù)據(jù)中,提取出所需要挖掘的變化地理信息的發(fā)生節(jié)點,稱之為特征點。找到特征點以后,可以認為該點處的地理信息可能發(fā)生了變化,但是還需要進一步通過軌跡聚類來增加該點為變化地理信息的可能性。軌跡聚類是為了將用戶空間移動行為數(shù)據(jù)集中不同用戶信息所體現(xiàn)的相同變化軌跡尋找出來,以增加判斷的依據(jù)。變化地理信息尋找出來后,需要將其提取出來,以為后續(xù)應用做準備。需要提取的內容除了變化地理信息的幾何要素以外,還需要附加一些屬性內容,如變化發(fā)生的時間、變化的內容、變化的類型等,并將其保存到變化地理信息臨時庫中。

4 實驗結果與分析

通過導航云挖掘可以快速地獲取全國范圍的變化地理信息,這為導航電子地圖廠商實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的快速、及時更新提供了新思路。利用文中分析方法,對四川省成都市某個區(qū)域的軌跡數(shù)據(jù)進行了分析挖掘,快速獲取了該區(qū)域發(fā)生變化的路網(wǎng)信息,實驗結果見圖4所示。

圖4 實驗結果圖

通過將圖4(b)人們行為軌跡數(shù)據(jù)匹配到圖4(a)道路數(shù)據(jù),匹配結果見圖4(c),由此可提取出圖4 (d)中的變化信息,其中①②變化信息為地圖中有的道路但現(xiàn)實中已經(jīng)無法通行的道路,③④變化信息為地圖中尚未表達但軌跡提示新增的道路。

5 結束語

利用導航云來進行變化地理信息的挖掘與發(fā)現(xiàn)可以有效地提高導航電子地圖的更新效率,在導航電子地圖更新生產過程中有一定的借鑒意義。文章僅對軌跡數(shù)據(jù)提取變化道路信息的方法進行了探討,事實上還可以充分利用導航云進行變化POI信息的挖掘與發(fā)現(xiàn),這樣導航電子地圖最重要的數(shù)據(jù)道路和POI都可以應用導航云進行快速變化地理信息的挖掘,進而為導航電子地圖廠商節(jié)約大量的人力、物力和財力。

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Changes of Geographic Information Mining for Navigation Cloud

WEN Anping
(Shenzhen Careland Technology Co.,Ltd.,Shenzhen 518042,China)

Aiming at the difficulties caused by geographic spatial information frequent changing to navigation electronic map updating,a method was put forward to store and manage massive user moving behavior data using the navigation cloud.The method can be used in digging and finding changes in spatial geographic information.The method is discussed in detail,while its feasibility is being verified in an experiment.The results show that the method can solve the fast and accurate update problem of navigation electronic map.

navigation cloud;Changes of geographic information;data mining

TP399

A

2095-4999(2015)-04-0092-03

2014-10-16

溫安平(1982—),男,福建龍巖人,本科,工程師,研究方向為計算機、GIS、GPS導航技術及應用。

溫安平.面向導航云的變化地理信息挖掘[J].導航定位學報,2015,3(4):92-94.WEN Anping.Changes of Geographic Information Mining for Navigation Cloud[J].Journal of Navigation and Positioning,2015,3(4):92-94.

10.16547/j.cnki.10-1096.20150417