張藍(lán)天,王光霞
(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院,河南 鄭州 450052)
現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展將全球迅速推入了大數(shù)據(jù)時(shí)代,人的地理位置、社會(huì)關(guān)系甚至行為動(dòng)作都可以作為數(shù)據(jù)被記錄下來(lái)。地理位置信息——作為人類(lèi)日常生活中最基本的、獲取途徑便捷的數(shù)據(jù)之一,對(duì)它的研究應(yīng)用十分廣泛。室內(nèi)定位數(shù)據(jù)描述物體的空間位置和屬性隨時(shí)間的變化,它多用于交通、氣象、生態(tài)和移動(dòng)服務(wù)等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì),現(xiàn)在人們的生活有87%是在室內(nèi),而隨著人類(lèi)生活的豐富,室內(nèi)環(huán)境也變得更加復(fù)雜,室內(nèi)環(huán)境與室外地圖的表現(xiàn)方法有很大不同。目前人類(lèi)在日常生活中對(duì)于室內(nèi)位置服務(wù)的需求是巨大的,這使得室內(nèi)位置服務(wù)成為當(dāng)今的熱點(diǎn)問(wèn)題,而用戶的定位數(shù)據(jù)是位置服務(wù)中不可或缺的關(guān)鍵信息,將室內(nèi)定位分布以專題地圖的方式進(jìn)行繪制,可以幫助人們從海量的室內(nèi)定位數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏的模式、趨勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系[1],對(duì)室內(nèi)定位數(shù)據(jù)背后隱藏的信息進(jìn)行分析,不僅可以輔助室內(nèi)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)規(guī)劃者更好地結(jié)合人群普遍存在的習(xí)慣模式規(guī)劃出更加合理的室內(nèi)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)布置,也可以幫助大型室內(nèi)場(chǎng)所的管理者、店鋪商家等更好地進(jìn)行資源配置,以獲得更大的收益。
本文結(jié)合專題地圖設(shè)計(jì)的基本理論,梳理了大數(shù)據(jù)時(shí)代下室內(nèi)定位數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及應(yīng)用,結(jié)合北京西單大悅城商場(chǎng)采集到的人的移動(dòng)定位數(shù)據(jù),進(jìn)行定位分布專題地圖設(shè)計(jì)與分析,發(fā)現(xiàn)室內(nèi)定位分布的潛在特征與規(guī)律,使該數(shù)據(jù)能夠?yàn)槭褂谜咛峁└玫氖覂?nèi)位置服務(wù)。
大數(shù)據(jù)時(shí)代,數(shù)據(jù)以Zb量級(jí)不斷增長(zhǎng)[3],目前世界上90%以上的數(shù)據(jù)是最近3年才產(chǎn)生的[4]。數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、流轉(zhuǎn)快、類(lèi)型多、價(jià)值密度低的特點(diǎn)。而空間大數(shù)據(jù)逐漸成為戰(zhàn)略決策、市場(chǎng)分析、商業(yè)選址以及O2O、物流、外賣(mài)等即時(shí)服務(wù)的重要保障,如何對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用成為近年來(lái)的熱點(diǎn)問(wèn)題。
大型商場(chǎng)、超市、機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心等室內(nèi)場(chǎng)所的規(guī)模越來(lái)越大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜。而研究這些室內(nèi)場(chǎng)所的服務(wù)對(duì)象——人在其中的定位數(shù)據(jù)可以幫助挖掘出人群普遍存在的習(xí)慣模式,通過(guò)對(duì)人群定位數(shù)據(jù)的挖掘探索與分析不僅可以輔助室內(nèi)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)規(guī)劃者更好地結(jié)合人群普遍存在的習(xí)慣模式規(guī)劃出更加合理的室內(nèi)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)布置,也可以幫助大型室內(nèi)場(chǎng)所的管理者、店鋪商家等更好地進(jìn)行資源配置,以獲得更大的收益。隨著人們?cè)谑覂?nèi)活動(dòng)的增多,定位數(shù)據(jù)的數(shù)量也越來(lái)越龐大。一幅圖勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ),人類(lèi)從外界獲得的信息約有80%以上來(lái)自于視覺(jué)系統(tǒng)[6,8]。將人的室內(nèi)定位分布繪制成專題地圖,可以將海量數(shù)據(jù)以視覺(jué)感受的形式清晰直觀地傳達(dá)給讀圖者,提升巨量?jī)r(jià)值密度低的數(shù)據(jù)的利用率。
獲取室內(nèi)定位數(shù)據(jù)離不開(kāi)室內(nèi)定位技術(shù),衛(wèi)星定位系統(tǒng)在室外定位中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展得非常完善,但其在室內(nèi)的定位效果受制于其所使用的衛(wèi)星電信號(hào)無(wú)法穿透墻壁、用戶進(jìn)入室內(nèi)無(wú)法接受到其信號(hào),因此衛(wèi)星定位系統(tǒng)在室內(nèi)定位的效果較差。若要進(jìn)行室內(nèi)定位,則需要額外安裝大量設(shè)備。室內(nèi)定位的方式有很多種,包括紅外信標(biāo)、無(wú)線電信標(biāo)、超聲波系統(tǒng)、基于視頻的系統(tǒng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線局域網(wǎng)等,由于移動(dòng)通信設(shè)備的廣泛普及,智能手機(jī)的人均擁有率高達(dá)86%,而wifi具有成本低、使用率高、方便快捷的特點(diǎn),因此當(dāng)前大多數(shù)的室內(nèi)定位都采用wifi定位技術(shù)[9-12]。
本文對(duì)北京大型商場(chǎng)西單大悅城一層在2014-09-30下午15:00:00—15:30:00的人流定位數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)定位分布專題圖的繪制。西單大悅城座落于一棟獨(dú)體建筑內(nèi),該數(shù)據(jù)是由路由器來(lái)進(jìn)行室內(nèi)定位數(shù)據(jù)的采集獲取,只要西單大悅城內(nèi)的顧客把智能手機(jī)上的wifi打開(kāi),該顧客的位置信息即可被路由器采集到,并不需要顧客將其智能手機(jī)連接到大悅城免費(fèi)wifi上,這樣可以更全面地采集到西單大悅城內(nèi)顧客的位置信息,避免出現(xiàn)大量顧客未使用西單大悅城的wifi使其定位數(shù)據(jù)被遺漏的情況出現(xiàn)。
采集到的原始定位數(shù)據(jù)往往具有噪聲多、數(shù)據(jù)量過(guò)大的特點(diǎn),且在定位數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中因路由器信號(hào)不穩(wěn)定等問(wèn)題不可避免地會(huì)重復(fù)采集或是遺漏掉一些數(shù)據(jù),因此需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,以利用數(shù)據(jù)制作室內(nèi)定位分布的專題地圖,幫助人們通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的分析挖掘到更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)背后隱藏的信息。
由于定位數(shù)據(jù)的采集設(shè)備可能接收到并非在商場(chǎng)內(nèi)部而是在商場(chǎng)附近范圍內(nèi)活動(dòng)的信號(hào),即偏離了定位點(diǎn)的空間維度上的噪聲數(shù)據(jù)[13];采集到的移動(dòng)目標(biāo)也包括該商場(chǎng)的工作人員;手機(jī)店鋪里的手機(jī)產(chǎn)品也有可能接入該商場(chǎng)的wifi、作為一個(gè)定位點(diǎn)而被獲取。因此在研究該商場(chǎng)內(nèi)顧客室內(nèi)定位的問(wèn)題時(shí)需事先將這些可能存在的影響最終可視分析結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選過(guò)濾,剔除噪聲用戶。除了對(duì)非消費(fèi)者數(shù)據(jù)的剔除,還要考慮到時(shí)間維度上的噪聲數(shù)據(jù),即時(shí)空缺失點(diǎn)[14],時(shí)空缺失點(diǎn)的產(chǎn)生往往是由于路由器的信號(hào)不穩(wěn)定而引起的。
專題地圖既可以表示普通地圖上有的,也可以表示普通地圖上沒(méi)有的地理要素;既可以表示實(shí)際可見(jiàn)的地物,也可以表示實(shí)地看不到的現(xiàn)象[15]。其可表達(dá)的內(nèi)容范圍大于普通地圖,因此應(yīng)用十分廣泛。室內(nèi)專題地圖的研究對(duì)象主要針對(duì)任何大到足以讓人迷路的建筑的內(nèi)部空間[16-17]。隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用和位置服務(wù)的迅速發(fā)展,基于位置的服務(wù)是當(dāng)下的熱點(diǎn)問(wèn)題[18],這迫切需要在室內(nèi)專題地圖基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)人機(jī)交互活動(dòng)。而對(duì)實(shí)時(shí)采集到的人的移動(dòng)定位大數(shù)據(jù)的分析與利用,是當(dāng)前地理位置服務(wù)的前提,基于此才可以完成一系列的諸如多媒體廣告價(jià)值評(píng)估、位置定位的精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)、商業(yè)地塊價(jià)值評(píng)估預(yù)選址等應(yīng)用。
目前室內(nèi)專題地圖的應(yīng)用主要在機(jī)場(chǎng)、大型商超、會(huì)展中心、醫(yī)院等建筑規(guī)模較大的場(chǎng)所,基于位置的服務(wù)在向“個(gè)性化”與“人工智能”的方向發(fā)展。以大型商場(chǎng)超市客戶的室內(nèi)定位分布專題地圖為例,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析,可以改善傳統(tǒng)實(shí)體零售行業(yè)用戶轉(zhuǎn)化靠“緣分”、管理商戶靠“經(jīng)驗(yàn)”、收集數(shù)據(jù)靠“目測(cè)”的局面。對(duì)用戶的定位大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,可以通過(guò)不同的可視化形式顯示出客流時(shí)間高峰、室內(nèi)場(chǎng)所的冷熱區(qū)域分布、客戶駐留時(shí)長(zhǎng)的分布、到訪頻次的分布等關(guān)鍵信息,輔助基于位置服務(wù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)中進(jìn)一步的分析與決策。
在商場(chǎng)內(nèi)采集的室內(nèi)定位數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量巨大、受到建筑空間構(gòu)造以及室內(nèi)定位技術(shù)制約的特點(diǎn)。如圖1所示,使用wifi定位采集到的定位數(shù)據(jù)是一個(gè)個(gè)離散化的坐標(biāo)點(diǎn),每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)代表了后端的定位引擎獲取的移動(dòng)電子設(shè)備在某一時(shí)刻的停留點(diǎn)。將從西單大悅城商場(chǎng)所獲取到的商場(chǎng)樓層店鋪平面圖的CAD圖進(jìn)行矢量化,并用ArcMap軟件繪制出來(lái),得到圖2所示平面圖。在QGIS軟件中通過(guò)對(duì)室內(nèi)定位數(shù)據(jù)與商場(chǎng)樓層店鋪平面圖進(jìn)行疊加,可以清晰顯示出人群在商場(chǎng)內(nèi)停留點(diǎn)的分布情況,如圖3所示。
圖1 使用wifi定位采集到的定位數(shù)據(jù)
圖2 西單大悅城一層商家平面圖
圖3 室內(nèi)定位數(shù)據(jù)與商場(chǎng)樓層店鋪平面圖進(jìn)行疊加
通過(guò)圖3可以清晰看出北京西單大悅城商場(chǎng)一層在2014-09-30T15:00:00—15:30:00內(nèi)的人流定位數(shù)據(jù)量已經(jīng)非常龐大,定位點(diǎn)密密麻麻地分布在商場(chǎng)的各個(gè)角落,定位點(diǎn)之間存在著嚴(yán)重的疊加問(wèn)題。因此,人們很難通過(guò)直接的目視判讀出在這0.5 h內(nèi)西單大悅城商場(chǎng)一層哪些區(qū)域是熱門(mén)區(qū)域,哪些地區(qū)的客流量較少。而獲取商場(chǎng)的冷熱門(mén)商家店鋪信息對(duì)于基于位置的服務(wù)具有非凡的意義。由此,使用熱力圖來(lái)進(jìn)行室內(nèi)定位分布專題圖的表示。通過(guò)對(duì)室內(nèi)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力圖分析,可以清晰地發(fā)現(xiàn)商場(chǎng)的熱門(mén)區(qū)域與冷門(mén)區(qū)域,對(duì)熱門(mén)區(qū)域和冷門(mén)區(qū)域的地理分布進(jìn)行分析,可以輔助商場(chǎng)的管理者就如何安排商家店鋪的空間位置分布以促進(jìn)該商場(chǎng)的整體營(yíng)業(yè)額進(jìn)行決策,如在一個(gè)熱門(mén)店鋪周?chē)膊逡恍┲炔粔蚋叩男”娖放疲ㄟ^(guò)提高經(jīng)過(guò)這些小眾品牌店鋪的整體人數(shù)來(lái)提升該品牌的知名度,增加可能成為該商家的消費(fèi)人群的顧客數(shù)量。同時(shí),也可以根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)生成的熱力圖查看任意時(shí)間點(diǎn)的人流移動(dòng)趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空大數(shù)據(jù)的深度挖掘。
利用ArcMap軟件與QGIS軟件進(jìn)行熱力圖的繪制具有相同的原理,在本文中均用到了核密度分析的方法繪制熱力圖,核密度分析的繪制結(jié)果與其他方法相比較具有分布較平滑的優(yōu)點(diǎn),該方法涉及到了核函數(shù)選擇的問(wèn)題,常見(jiàn)的核函數(shù)有高斯核函數(shù)、三角核函數(shù)、二次核函數(shù)等,在本實(shí)驗(yàn)中,采用不同的核函數(shù)進(jìn)行分析,得到的二維平面圖區(qū)別十分細(xì)微,幾乎可以忽略不計(jì)。而核密度分析的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——帶寬的選擇不同,該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將有明顯的差異。
圖4所示為設(shè)置帶寬為10 m所生成的原始熱力圖,其中更明亮的區(qū)域代表了更密集的定位點(diǎn)聚集。修改熱力圖色調(diào)得到了如圖5所示熱力圖。
圖4 原始熱力圖
圖5 修改色調(diào)后的熱力圖
為了更加清晰地顯示出熱力圖與商場(chǎng)內(nèi)分布的定位點(diǎn)以及商場(chǎng)平面圖的相應(yīng)分布,將熱力圖的透明度調(diào)整為50%,得到圖6。
利用相同的方法,分別在QGIS軟件中繪制不同帶寬的熱力圖。選取具有代表性的幾幅熱力圖進(jìn)行分析對(duì)比,可以得出帶寬參數(shù)的選擇對(duì)生成熱力圖效果的影響,在繪制定位分布專題地圖時(shí),需要選取合適的帶寬參數(shù),以根據(jù)定位分布專題地圖的不同用途繪制出滿足用戶需求的熱力圖。如圖7—圖9所示,分別為帶寬為1 m、帶寬為5 m、帶寬為20 m的熱力圖,結(jié)合圖6帶寬為10 m的熱力圖,經(jīng)過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),熱力圖的帶寬越大,所能表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)論越粗略和抽象,但能夠反映出整體性的趨勢(shì);而當(dāng)選取的帶寬較小時(shí),熱力圖的細(xì)節(jié)程度較高,顯示出的是局部性的趨勢(shì)。帶寬的選取過(guò)程需要進(jìn)行嘗試和比對(duì),在選擇上具有一定的主觀性?;谕诰驘衢T(mén)區(qū)域和冷門(mén)區(qū)域的地理分布的目的,選取帶寬為10 m的熱力圖作為該實(shí)驗(yàn)生成的定位分布專題地圖,既能反映出商場(chǎng)內(nèi)部在這一時(shí)間段內(nèi)宏觀上的熱門(mén)區(qū)域與冷門(mén)區(qū)域,也能不失細(xì)節(jié)地輔助分析冷、熱門(mén)區(qū)域的形成原因等問(wèn)題。
圖6 透明度調(diào)整為50%的熱力圖
圖8 帶寬為5 m的熱力圖
圖9 帶寬為20 m的熱力圖
如圖2所示,原始的商場(chǎng)樓層店鋪平面圖色彩單一,讀圖者需要通過(guò)注記來(lái)獲取不同位置的商家店鋪名稱,不同的店鋪對(duì)應(yīng)的消費(fèi)類(lèi)型的信息并不能夠直觀地傳遞給讀圖者,需要讀圖者在頭腦中對(duì)該商家所屬的購(gòu)物類(lèi)型作出判斷,有許多陌生的品牌可能讀圖者也并不明晰。
而色彩作為地圖語(yǔ)言的一種,可以表達(dá)和傳遞地理空間信息,同時(shí),它也是地圖上顯現(xiàn)科學(xué)內(nèi)容的重要整飾。色彩能夠提高地圖的視覺(jué)感受和傳輸效果,增大地圖的信息負(fù)載量,能夠使讀圖者獲得更多的知識(shí)與信息[16,19-20]。在改進(jìn)商場(chǎng)樓層店鋪平面圖的過(guò)程中,充分利用色彩這一視覺(jué)變量,以設(shè)計(jì)成更加清晰、便于進(jìn)行可視分析的商場(chǎng)樓層店鋪平面圖。平面圖整體色彩的選擇應(yīng)注意避免色彩的飽和度過(guò)高,使得整體色彩效果給人以清新、平和的感受。對(duì)于不同類(lèi)型的商家店鋪,應(yīng)使用不同的色彩加以區(qū)分,便于一目了然地對(duì)店鋪類(lèi)型有一個(gè)直觀清晰的認(rèn)識(shí),讀圖者對(duì)于許多陌生的品牌也可以迅速判斷出其銷(xiāo)售商品的類(lèi)型,獲得更好的讀圖感受,在進(jìn)行后續(xù)分析的過(guò)程中也輔助人們結(jié)合商鋪類(lèi)型等信息挖掘出大數(shù)據(jù)背后隱含的規(guī)律。
根據(jù)圖2西單大悅城一層的商家平面圖可以獲取商場(chǎng)一層所含商鋪信息并對(duì)其進(jìn)行分類(lèi),如表1所示。
表1 商場(chǎng)一層所含商鋪及其分類(lèi)
如表1所示,可以將西單大悅城一層所入駐的商家店鋪根據(jù)其銷(xiāo)售商品的類(lèi)型結(jié)合其所面向的顧客人群范圍進(jìn)行分類(lèi),主要分為以下8類(lèi):“品牌鞋專賣(mài)”、“配飾專賣(mài)”、“綜合時(shí)裝”、“電子設(shè)備專賣(mài)”、“潮流女裝”、“男裝專賣(mài)”、“包飾專賣(mài)”、“美妝護(hù)膚”。
接下來(lái),根據(jù)商鋪的類(lèi)型將其進(jìn)行歸類(lèi),如表2所示。
表2 按類(lèi)劃分的商鋪
利用色彩這一視覺(jué)變量按照前文所述思路對(duì)使用ArcMap軟件繪制出來(lái)的商家平面圖進(jìn)行改進(jìn),生成圖10所示商場(chǎng)店鋪平面圖,這樣一來(lái),不同的店鋪對(duì)應(yīng)的消費(fèi)類(lèi)型等信息可以直觀地傳遞給讀圖者,在進(jìn)行后續(xù)分析的過(guò)程中也得以更加清晰直觀地結(jié)合商鋪類(lèi)型等信息挖掘出數(shù)據(jù)背后所隱藏的規(guī)律。
圖10 改進(jìn)后的商場(chǎng)店鋪平面圖
結(jié)合圖6和圖10,人們可以清晰地判斷出商場(chǎng)內(nèi)在這0.5 h里人的定位點(diǎn)集中分布的地理位置。即西單大悅城的南門(mén)出入口、綜合時(shí)裝賣(mài)場(chǎng)ZARA的西南角落處、綜合時(shí)裝賣(mài)場(chǎng)GAP的東側(cè)、西單大悅城南側(cè)出入口都為定位點(diǎn)密集分布的熱門(mén)區(qū)域。結(jié)合熱力專題圖,人們可以根據(jù)人群密集分布的地區(qū)挖掘人的行為模式,也可以根據(jù)一個(gè)商場(chǎng)內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域的分布合理配置資源。以綜合時(shí)裝賣(mài)場(chǎng)ZARA的西南角落處為人流密集分布區(qū)域,可以結(jié)合ZARA的銷(xiāo)售模式推測(cè)此熱點(diǎn)區(qū)域?yàn)閆ARA時(shí)裝賣(mài)場(chǎng)的試衣間或者是收銀臺(tái),經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研,發(fā)現(xiàn)ZARA時(shí)裝賣(mài)場(chǎng)的收銀臺(tái)和試衣間果然位于該熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi),完全符合根據(jù)熱力專題圖的推測(cè)。與此同時(shí),也可以在此處安置一些廣告推送設(shè)備,在不同時(shí)間段推送有價(jià)值的廣告信息,例如在就餐時(shí)間向排隊(duì)等候結(jié)賬或是試衣服的顧客推送該商場(chǎng)內(nèi)餐飲店鋪的廣告信息,此時(shí)顧客正處于等候狀態(tài),推送廣告信息顧客的吸收率較大。
本文對(duì)北京大型商場(chǎng)西單大悅城一層在2014-09-30T15:00:00—15:30:00的人流定位數(shù)據(jù)進(jìn)行了室內(nèi)定位分布專題圖的繪制,根據(jù)生成的熱力專題圖對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域人流密集的原因進(jìn)行了推測(cè),并對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域的利用提出了一定建議。但是,根據(jù)室內(nèi)人流定位數(shù)據(jù)繪制生成的專題地圖仍存在不少需要提升改進(jìn)之處。首先,熱力圖的生成受到半徑等參數(shù)的影響,設(shè)置不同的參數(shù),將得到不同的表達(dá)效果,參數(shù)的設(shè)定值也受到該室內(nèi)場(chǎng)所的面積以及熱力圖的用途等問(wèn)題的影響,因此參數(shù)的設(shè)置將是需要進(jìn)一步深入研究的問(wèn)題。室內(nèi)場(chǎng)所不同于開(kāi)闊的室外環(huán)境,尤其是建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型商場(chǎng),其內(nèi)部含有一個(gè)個(gè)小的商鋪由隔斷隔開(kāi),有時(shí)所生成的熱點(diǎn)區(qū)域無(wú)法自行繞過(guò)這些墻壁或者隔斷,因此我們無(wú)法判斷該熱點(diǎn)區(qū)域精確集中于哪里。而對(duì)熱力圖進(jìn)行更有價(jià)值的利用也是今后需要思考、研究的問(wèn)題。