面向导航云的变化地理信息挖掘

温安平

(深圳市凯立德科技股份有限公司,广东 深圳 518042)

面向导航云的变化地理信息挖掘

温安平

(深圳市凯立德科技股份有限公司,广东 深圳 518042)

针对地理空间信息频繁变化给导航电子地图带来的现势性困难,提出了一种利用导航云对海量用户空间移动行为数据进行存储与管理的方法。对这种快速挖掘与发现变化空间信息的方法,进行了详细的理论探讨,并通过实验验证了其可行性。结果表明,该方法能够解决导航电子地图快速、准确更新问题。

导航云;变化地理信息;数据挖掘

0 引言

随着国民经济的快速发展,基础设施、城市建设的不断完善,使得空间地理信息每时每刻都在不断地发生变化。而空间地理信息作为车辆导航系统的基础,频繁的变化给导航电子地图的现势性带来严峻的挑战,如何快速地获取变化的空间地理信息并及时地反应到导航系统中去是导航地图厂家面临的一大技术难题。移动互联网技术和云计算在导航产品中的应用为解决这一难题提供了契机[1]。

因此,本文利用导航云的存储、管理、分析、挖掘能力来快速发掘现实中用户导航信息发生的变化和导航电子地图中未能体现的空间的地理信息,为导航地图厂家实现快速地图更新提供解决方案。

1 导航云

在云计算飞速发展的浪潮下,中国各个行业都已具备一定的信息化基础,而他们的客户也需要相应的云平台来实现数据向服务的转化,因为过去长时间积淀下来的大量的异构、相对封闭的海量数据必须通过云计算才能将其巨大的潜在价值释放出来[2-3]。卫星导航行业也是如此,作为基础的空间地理信息数据在规模上它已经达到了海量,再加上用户空间移动行为数据则数据量更大,而此类数据又蕴含了巨大的价值。因此,导航云的构建可以更好地为发掘数据中潜在价值提供技术支撑。

“导航云”=“云”+“端”。“云”是基于云计算技术的导航应用服务后端平台,主要负责智慧思考与决策,就像人的大脑。“端”也就是通常所说的定位终端,包括车载导航终端、便携式导航终端、手机等各种智能产品,主要负责智慧感知和执行,就如同人的四肢。而“+”是连接“云”与“端”的驻留在定位终端的软件中间件,负责智慧传输与反馈,就像神经系统。导航云的架构图如图1所示。

图1 导航云架构图

通过导航云,可以将后端平台的决策结果利用移动互联网这个神经系统传输到定位终端上,同时也可以将定位终端感知到的某些用户空间移动行为信息反馈到后端平台。

2 变化地理信息

地理信息变化指的是地理要素随着时间变化在空间特征与属性特征上发生的变化,可以从时间、空间与属性三个方面来进行描述[4]。

2.1 空间特征变化

(1)点状要素变化

它是不具有长度与面积的地理要素,例如导航电子地图中的兴趣点(point of interesting, POI)。POI空间特征的变化主要表现为POI位置的变化,如公交站牌迁移等。

(2)线状要素变化

它具有长度,但没有面积的地理要素,例如导航电子地图中的道路,其表现为空间位置的变化,如某段道路的消失、新增、延伸、改道等情况。

(3)面状要素变化

主要指绿地、湖泊、岛屿等地理要素。面状要素的变化包括空间位置变化、空间分布的变化、地理要素形状的变化,如绿地面积的增大与减小、消失与增加、偏移等。

2.2 属性特征变化

包括地理要素属性项变化和地理要素属性值的变化。属性项变化指地物的属性信息发生变化,例如对于POI,属性项包括名称、类型、代码等;属性值变化是指具体数值的变化,例如某条乡级道路提升为省道,某条两车道道路扩建为四车道等等。

2.3 典型的地理信息变化

文章旨在通过导航系统获取变化的地理信息,进而辅助导航电子地图的数据更新。对于导航电子地图来说,最为核心的数据是道路数据,因此着重来描述下道路数据的变化情况。

对于目前的现在道路地理要素中更新频率最高、变化最快的一类,道路在不断建成,道路等级也在不断变化,道路变化的主要类型有:(1)出现,即新增道路、真实出现。(2)消亡,即道路消失。(3)移动,即道路改线,发生移位。(4)属性变化,即包括道路名称、类型、宽度、等级、材料等发生改变。

3 导航云基础上的变化地理信息挖掘理论实现

3.1 整体工作原理

导航电子地图厂商通过外业采集、内业加工等手段生产出来为用户提供服务的,无论是传统的离线导航还是如今的在线导航,都无法确保导航电子地图数据与现实世界的完全一致性。因此用户在使用导航系统时,在系统提示与现实不一致的情况下需要主观地进行调整,用户如果将其这一行为主动上传至导航云,就构成了我们所说的用户空间移动行为数据。导航云上有专门的服务器负责用户空间移动行为数据的存储和管理工作(如图2所示),它能够实现高效、实时挖掘.同时能够保证挖掘技术的共享,降低数据挖掘应用的门槛,满足海量挖掘的需求[6-8]。

图2 导航云基础上变化地理信息挖掘工作原理

3.2 数据挖掘思路

在导航云的基础上,大数据处理能力得到了充分发挥,对导航用户主动上传的空间移动行为数据能够进行有效快速的管理、挖掘和分析,从而从中提取出有价值的信息,如提取道路的变化[9-11]。在导航云基础上变化地理信息挖掘的思路如下图3所示:

图3 变化地理信息挖掘思路

数据预处理主要是对用户通过导航云上传的空间移动行为数据进行分类和清理,此类行为数据包括用户轨迹数据、用户信息、报料信息等。地图匹配是将预处理后的有价值的数据映射到现有的导航电子地图中去,以确定用户空间移动行为数据在被记录下来时的真实路段和位置。特征点提取是从海量的用户空间移动行为数据中,提取出所需要挖掘的变化地理信息的发生节点,称之为特征点。找到特征点以后,可以认为该点处的地理信息可能发生了变化,但是还需要进一步通过轨迹聚类来增加该点为变化地理信息的可能性。轨迹聚类是为了将用户空间移动行为数据集中不同用户信息所体现的相同变化轨迹寻找出来,以增加判断的依据。变化地理信息寻找出来后,需要将其提取出来,以为后续应用做准备。需要提取的内容除了变化地理信息的几何要素以外,还需要附加一些属性内容,如变化发生的时间、变化的内容、变化的类型等,并将其保存到变化地理信息临时库中。

4 实验结果与分析

通过导航云挖掘可以快速地获取全国范围的变化地理信息,这为导航电子地图厂商实现地图数据的快速、及时更新提供了新思路。利用文中分析方法,对四川省成都市某个区域的轨迹数据进行了分析挖掘,快速获取了该区域发生变化的路网信息,实验结果见图4所示。

图4 实验结果图

通过将图4(b)人们行为轨迹数据匹配到图4(a)道路数据,匹配结果见图4(c),由此可提取出图4 (d)中的变化信息,其中①②变化信息为地图中有的道路但现实中已经无法通行的道路,③④变化信息为地图中尚未表达但轨迹提示新增的道路。

5 结束语

利用导航云来进行变化地理信息的挖掘与发现可以有效地提高导航电子地图的更新效率,在导航电子地图更新生产过程中有一定的借鉴意义。文章仅对轨迹数据提取变化道路信息的方法进行了探讨,事实上还可以充分利用导航云进行变化POI信息的挖掘与发现,这样导航电子地图最重要的数据道路和POI都可以应用导航云进行快速变化地理信息的挖掘,进而为导航电子地图厂商节约大量的人力、物力和财力。

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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

温安平(1982—),男,福建龙岩人,本科,工程师,研究方向为计算机、GIS、GPS导航技术及应用。

温安平.面向导航云的变化地理信息挖掘[J].导航定位学报,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