肖　鋒，侯　岳，賈　寶

(河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003)

?

情境建模下的LBS智能信息服務(wù)推送方法

肖鋒，侯岳，賈寶

(河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003)

Method of LBS Intelligent Information Push Service Based on the Scene Model

XIAO Feng，HOU Yue，JIA Bao

摘要：為滿(mǎn)足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的個(gè)性化信息服務(wù)需求，引入用戶(hù)興趣模型匹配技術(shù)，提出了一種基于情境建模下的LBS智能信息推送服務(wù)模式，通過(guò)構(gòu)建位置過(guò)濾模塊、用戶(hù)興趣模型匹配及智能信息分類(lèi)模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)推送信息的層層過(guò)濾，并同時(shí)結(jié)合反饋處理部分的修正功能實(shí)時(shí)改進(jìn)推送模型的精度，從而提高了信息服務(wù)的質(zhì)量和效率，使推薦的信息資源更加符合用戶(hù)的實(shí)際需要。原型系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用表明了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：情境建模；LBS；智能推送；用戶(hù)興趣模型

在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，人們生活、工作、出行等行為與地理位置的關(guān)系越來(lái)越緊密，這種與位置密切相關(guān)的服務(wù)就是LBS(location-based service)[1-3]。由于人們對(duì)即時(shí)獲取信息服務(wù)的需求逐漸增強(qiáng)，同時(shí)要求信息更加個(gè)性化，這就迫切需要提供滿(mǎn)足用戶(hù)需求的信息服務(wù)?；贚BS的智能信息推送(information push)服務(wù)，能夠主動(dòng)結(jié)合用戶(hù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置并針對(duì)其個(gè)人化需求、興趣資訊等[4-6]，將最新的信息推送到用戶(hù)相應(yīng)的設(shè)備中，因而正在成為全球主流的信息傳播模式，并具有廣闊的應(yīng)用前景。目前最常用的基于LBS信息推送技術(shù)，主要有基于內(nèi)容或網(wǎng)格的推送、Agent推送、協(xié)同過(guò)濾推送及RSS推送等方法[7]。上述方法具有用戶(hù)獨(dú)立性強(qiáng)，透明性、聚合性、實(shí)時(shí)性、共享性和協(xié)同性好，以及成本低、無(wú)垃圾信息、推薦信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，但存在擴(kuò)展性、兼容性及交互性差，以及安全性和可信賴(lài)性低等問(wèn)題。

針對(duì)當(dāng)前個(gè)性化信息推薦系統(tǒng)語(yǔ)義關(guān)系匱乏帶來(lái)的一系列服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題，本文引入情境本體描述與用戶(hù)興趣相關(guān)的上下文信息，并采用基于本體的情境模型對(duì)用來(lái)描述用戶(hù)請(qǐng)求服務(wù)位置(時(shí)間)和服務(wù)資源位置(時(shí)間)的關(guān)系進(jìn)行建模，通過(guò)引入位置過(guò)濾模塊、用戶(hù)興趣模型匹配、智能信息分類(lèi)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)推送信息的層層過(guò)濾，同時(shí)結(jié)合反饋處理部分的修正功能，實(shí)時(shí)改進(jìn)推送模型精度，提高信息服務(wù)的質(zhì)量和效率，使推薦的信息資源更加符合用戶(hù)的實(shí)際需要。情境建模下的LBS智能信息服務(wù)推送方法，能夠充分提取與用戶(hù)相關(guān)的上下文信息并對(duì)各種推理規(guī)則進(jìn)行表達(dá)，利用建立的個(gè)性化用戶(hù)興趣模型對(duì)各種資源信息進(jìn)行推理和匹配，推薦給用戶(hù)所需求的信息。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，表明該方法增強(qiáng)了服務(wù)針對(duì)性，更進(jìn)一步貼近用戶(hù)的實(shí)際需求。

一、基于情境建模的LBS智能信息推送方法

1. 情境建模

為滿(mǎn)足LBS對(duì)個(gè)性化信息推送要求，本文將構(gòu)建的描述用戶(hù)和服務(wù)資源的情境本體作為頂層本體供用戶(hù)本體和服務(wù)本體進(jìn)行繼承和發(fā)展[8]。由于用戶(hù)請(qǐng)求和服務(wù)資源同時(shí)具有時(shí)間屬性和地點(diǎn)屬性，因此情境本體應(yīng)包括時(shí)間和地點(diǎn)兩個(gè)因素，并將其分為地理空間(spatial dscription)本體和時(shí)間(temporal dscription)本體兩部分，然后分別進(jìn)行建模。

2. 用戶(hù)興趣模型信息處理

(1) 用戶(hù)興趣信息及服務(wù)信息的抽取

本文基于領(lǐng)域本體綜合模型構(gòu)建個(gè)性化用戶(hù)模型，將服務(wù)本體分為飲食、娛樂(lè)、住宿、交通、購(gòu)物、辦公、觀光、就業(yè)、學(xué)習(xí)等類(lèi)型，并作為項(xiàng)目資源的特征向量W(W1,W2,W3,…,Wn)。根據(jù)收集的用戶(hù)注冊(cè)信息，提取用來(lái)表示用戶(hù)興趣模型的空間特征向量U(U1,U2,U3,…,Un)，并實(shí)現(xiàn)用戶(hù)興趣空間向量和項(xiàng)目資源特征向量的一一映射。

(2) 基于內(nèi)容的信息處理

在構(gòu)建的用戶(hù)興趣模型空間向量基礎(chǔ)上，利用基于內(nèi)容的過(guò)濾技術(shù)計(jì)算項(xiàng)目資源特征向量與用戶(hù)興趣空間向量的相似度，得到初步推薦信息集合。向量間相似性計(jì)算公式為

(1)

(3) 信息協(xié)同過(guò)濾處理技術(shù)

由于基于內(nèi)容的信息過(guò)濾技術(shù)缺乏用戶(hù)之間的相似性信息，而實(shí)際應(yīng)用中用戶(hù)間存在相似關(guān)系，因此，本文根據(jù)基于用戶(hù)的協(xié)同過(guò)濾算法，計(jì)算用戶(hù)間對(duì)項(xiàng)目資源的相關(guān)性，并對(duì)目標(biāo)用戶(hù)進(jìn)行第二次推薦信息的過(guò)濾。根據(jù)用戶(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的用戶(hù)興趣和所選擇的服務(wù)信息，組成一個(gè)M×N階矩陣R(M,N)，其中M表示用戶(hù)數(shù)，N表示項(xiàng)目數(shù)，Ri,j表示用戶(hù)i對(duì)項(xiàng)目j的評(píng)分。用戶(hù)—項(xiàng)目評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)矩陣見(jiàn)表1。

表1　用戶(hù)—項(xiàng)目評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)矩陣

在對(duì)項(xiàng)目評(píng)分時(shí)，用1和0表示用戶(hù)興趣(喜歡/不喜歡)和服務(wù)選擇狀態(tài)(選擇/未選擇)，生成用戶(hù)和項(xiàng)目評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)矩陣，然后根據(jù)Pearson計(jì)算公式生成用戶(hù)的最近似鄰居集，即

(2)

用戶(hù)對(duì)任意一資源項(xiàng)目的預(yù)測(cè)值Pu,k為

(3)

對(duì)預(yù)測(cè)值Pu,k′從大到小進(jìn)行排序，將排名靠前的N個(gè)項(xiàng)目作為該用戶(hù)的Top-N推薦集提供給目標(biāo)用戶(hù)。

二、關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)流程

1. 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于LBS的智能信息推送系統(tǒng)架構(gòu)包括以下部分：

1) 客戶(hù)端?？蛻?hù)端為平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，客戶(hù)端利用固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、WiFi或通過(guò)Wap協(xié)議接入Internet。

2) 業(yè)務(wù)邏輯部分。由Web和GIS應(yīng)用服務(wù)器、LBS服務(wù)器、推送服務(wù)器、模型服務(wù)器組成。Web應(yīng)用服務(wù)器用來(lái)處理用戶(hù)請(qǐng)求，為用戶(hù)提供交互界面；GIS應(yīng)用服務(wù)器提供空間分析、空間數(shù)據(jù)下載與查詢(xún)操作及更新等服務(wù)。LBS服務(wù)器負(fù)責(zé)處理LBS服務(wù)業(yè)務(wù)。推送服務(wù)器根據(jù)用戶(hù)與信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在最適宜的時(shí)間將用戶(hù)所需信息主動(dòng)推送到移動(dòng)設(shè)備。模型服務(wù)器提供裝配服務(wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜服務(wù)。

3) 數(shù)據(jù)部分。由地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)和其他行業(yè)服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，包括地圖數(shù)據(jù)、用戶(hù)需求數(shù)據(jù)及興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)等[9-13]。

2. 個(gè)性化信息智能推送方法

通過(guò)構(gòu)建的LBS過(guò)濾模塊、用戶(hù)興趣模型、信息智能推送功能模塊和用戶(hù)反饋處理模塊4個(gè)功能模塊，可得到與用戶(hù)實(shí)際需求密切相關(guān)的信息，將用戶(hù)所感興趣的資訊以最快的方式推薦到漫游中的用戶(hù)移動(dòng)終端，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化信息智能推薦過(guò)程。整體技術(shù)流程如圖1所示。

圖1　信息推薦技術(shù)流程

用戶(hù)首次登錄系統(tǒng)之前需注冊(cè)個(gè)人信息，系統(tǒng)便可從注冊(cè)信息中獲取用于表述用戶(hù)興趣的關(guān)鍵詞。當(dāng)用戶(hù)興趣模型與項(xiàng)目資源文檔進(jìn)行匹配時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)在用戶(hù)興趣模型中引入領(lǐng)域本體并對(duì)用戶(hù)情境進(jìn)行建模，會(huì)自動(dòng)顧及所有關(guān)鍵詞之間的上下文語(yǔ)義關(guān)系，并進(jìn)行語(yǔ)義層面上的匹配，從而發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的潛在興趣。由于同一領(lǐng)域本體下所屬的類(lèi)別信息具有相關(guān)性，因此當(dāng)用戶(hù)對(duì)某類(lèi)信息感興趣時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)推薦同一領(lǐng)域的相關(guān)信息。

利用各概念間的語(yǔ)義關(guān)系，充分挖掘用戶(hù)興趣特征關(guān)鍵詞與項(xiàng)目集合特征關(guān)鍵詞的語(yǔ)義信息，結(jié)合情境模型中的地點(diǎn)和時(shí)間信息，將利用本體推理工具產(chǎn)生的與用戶(hù)興趣各種相關(guān)規(guī)則作為過(guò)濾條件，對(duì)上述過(guò)程產(chǎn)生的個(gè)性化推薦集合進(jìn)行最后的過(guò)濾和優(yōu)化。因此，情境建模下的信息智能推送方法解決了未引入本體造成的關(guān)鍵詞之間相互孤立問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)信息在語(yǔ)義層面上的表達(dá)，從而滿(mǎn)足了用戶(hù)請(qǐng)求服務(wù)的地域相關(guān)性及服務(wù)請(qǐng)求即時(shí)性的問(wèn)題。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

以Windows Phone7作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用Windows Phone SDK 7.1和ArcGIS Runtime SDK for Windows Phone 7.5構(gòu)建主要功能模塊，主界面采用XAML和C#語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)UI設(shè)計(jì)。本文選擇河南理工大學(xué)新校區(qū)進(jìn)行示范應(yīng)用，利用ArcGIS Server將電子地圖發(fā)布為地圖服務(wù)，電子地圖根據(jù)地理要素類(lèi)型劃分為道路、公共設(shè)施、人工湖、教學(xué)樓、食堂、學(xué)生宿舍樓、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、院系綜合辦公樓、綠地等12個(gè)圖層(如圖2所示)。

圖2　電子地圖

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能展示如下：

1) 用戶(hù)登錄和注冊(cè)。使用本系統(tǒng)必須首先注冊(cè)用戶(hù)信息，然后再登錄，這樣可以將收集到的用戶(hù)信息作為建立用戶(hù)模型的采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)登錄界面如圖3所示。

2) 地圖加載和定位。用戶(hù)登錄后，系統(tǒng)會(huì)直接在地圖上展現(xiàn)用戶(hù)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置，并在地圖上標(biāo)記，定位界面如圖4所示。

3) 系統(tǒng)推薦結(jié)果展示。如用戶(hù)注冊(cè)的信息是學(xué)生，且選擇了學(xué)習(xí)意圖、飲食興趣等，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)定用戶(hù)的位置坐標(biāo)，并根據(jù)用戶(hù)設(shè)置的服務(wù)半徑自動(dòng)對(duì)其位置周?chē)?wù)半徑以?xún)?nèi)的信息進(jìn)行推薦。如當(dāng)用戶(hù)走到圖書(shū)館中心廣場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)則將周?chē)慕虒W(xué)樓和圖書(shū)加亮顯示(如圖5(a)所示)；當(dāng)用戶(hù)走到學(xué)生餐廳附近時(shí)，餐廳立刻單獨(dú)顯示出來(lái)，點(diǎn)擊該圖標(biāo)，則顯示出餐廳詳盡的服務(wù)信息(如圖5(b)所示)。

圖3　系統(tǒng)登錄注冊(cè)界面

圖4　系統(tǒng)定位界面

圖5　系統(tǒng)推薦效果

四、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的個(gè)性化信息服務(wù)需求，本文引入用戶(hù)興趣模型匹配技術(shù)，提出基于情境建模的LBS主動(dòng)信息推送方法，論述了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及用戶(hù)興趣模型建立思想，實(shí)現(xiàn)了基于LBS和用戶(hù)興趣關(guān)系的實(shí)時(shí)信息推送服務(wù)。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性，該服務(wù)模式增強(qiáng)了用戶(hù)的實(shí)時(shí)位置服務(wù)體驗(yàn)，提高了信息服務(wù)的針對(duì)性、智能化、個(gè)性化。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鐵健,李瑞濤,呂彬,等.我國(guó)LBS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀分析[J].測(cè)繪與空間地理信息,2006,29(3):7-8.

[2]周?chē)?guó)眾,夏青.移動(dòng)位置服務(wù)中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用[J].測(cè)繪工程,2012,21(5):64-68.

[3]肖鋒,侯岳,王留召,等. 基于LBS的智能信息推送技術(shù)研究[J].測(cè)繪與空間地理信息,2015,38(6):125-127.

[4]胡慶武,王明,李清泉.利用位置簽到數(shù)據(jù)探索城市熱點(diǎn)與商圈[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(3):315-321.

[5]柳林,張繼賢,唐新明,等.LBS體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].測(cè)繪科學(xué),2007,32(5):145-146.

[6]奚亮亮.基于LBS的校園信息服務(wù)研究與應(yīng)用[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué),2012.

[7]劉迎清.國(guó)內(nèi)信息推送研究綜述[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào),2006,20(5):82-86.

[8]齊曉飛,王光霞,周轉(zhuǎn)向,等.位置地圖情景研究[J].測(cè)繪工程,2014,23(11):12-15.

[9]趙爽.基于校園WIFI精確定位的多媒體推送技術(shù)[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(3):323-327.

[10]楊敏,艾廷華,盧威,等.自發(fā)地理信息興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)在線綜合與多尺度可視化方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2015,44(2):229-234.

[11]余濤,俞立中,王錚.移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下GIS技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào),2002(2):40-42.

[12]周艷,李海成.基于RSSI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)空間定位算法[J].通信學(xué)報(bào),2009,30(6):75-79.

[13]亢孟軍,王貝,杜清運(yùn),王明軍.上下文敏感的空間信息服務(wù)智能推送研究[J].測(cè)繪科學(xué),2011,36(3):156-157.

中圖分類(lèi)號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)04-0096-03

通訊作者：侯岳

作者簡(jiǎn)介：肖鋒(1972—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)?S集成應(yīng)用。E-mail：xf13683969236@163.com

基金項(xiàng)目：河南省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(14IRTSTHN026)；河南省創(chuàng)新型科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃

收稿日期：2015-08-17

引文格式： 肖鋒，侯岳，賈寶. 情境建模下的LBS智能信息服務(wù)推送方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(4)：96-98.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0131.