（电子行业企业管理）电
子导游系统初探河北经
贸大学
河北经贸大学
毕业论文
论文题目： 电子导游系统初探
专业名称： 计算机科学与技术
班 级： 03 级 2 班
学生姓名： 苑 超
指导教师： 梁晓林
完成时间： 2007 年 5 月 21 日
摘 要
随着信息技术的发展，旅游产业信息化已成为一种必然趋势。近年
来，中国旅游业发展迅速，但旅游业的信息化尚处于发展初期。加入世
贸组织(WTO)后，入境旅游市场将进一步扩大。日益强调个性需求的旅
游呼唤一个能集介绍、导游、组织为一体的电子导游系统。
从需求角度看，无论是宏观上的决策支持、综合经营分析，还是具
体业务层面的一个目标的定位、一条线路的规划，都离不开地理信息的
支持；从技术角度看，随着计算机信息技术的发展，尤其是近年来移动
计算领域和空间数据库领域技术的不断更新，地理信息技术（GIS）也
在很多方面融入了新的特征。
本文首先对电子导游概念和国内外应用状况进行阐述.然后分析了
位置服务（LBS）技术和 GPRS 通信技术的特点和技术现状，论述了它们
与地理信息技术（GIS）相结合的必要性和可行性。在此基础上对系统
进行需求分析，得出了本系统的数据需求和初步的功能需求，同时提出
了结合 GPS 定位与 GPRS 通信的电子导游系统的解决方案。最后，比较
和分析了旅游地理信息系统中寻求最佳路径的两种算法。
由于电子导游系统涉及的范围很广，需要综合考虑游客实现旅游行
为的各个环节，因此，本系统还有许多需要进一步改进和完善的地方。
但我们相信，在全球数字化的趋势下，这种基于 GPS 定位的电子导游系
统必将成为新一代旅游信息系统发展的走向。
关键词 电子导游；位置服务；地理信息技术；GPRS 通信
Abstract
Tourism has developed rapidly in the past decades. With
the development of information technology, the
informationization of tourism industry has already become a
kind of inevitable trend. In recent years, China's tourism
industry has developed rapidly, but its informationization is
still at an early stage of development. After joining in the
WTO, the international tourist market will further expand. As
a result of emphasizing on individualization by international
tourists, an Auto-guide System that provides integrated
multiple functions such as recommending, guiding and
organizing is strongly expected.
Looking from the demand, regardless of is the macroscopic
on policy-making support, the comprehensive management
analysis, or a concrete service stratification plane goal
localization, a line plan, all cannot leave the geography
information support; Looking from the technology that, along
with the computer information technology development, in
recent years moved the computation domain and the spatial
database domain technology unceasing renewal in particular,
the geography information technology (GIS) also in very
variously melts into the new characteristic.
This thesis firstly prospects what is an auto-guide and
the usage of the auto-guide at home and abroad. Secondly,
some analysis and discussion on the characteristics of
location based service and GPRS(General Packet Radio Service)
wireless communication. When they combined with the GIS
technology, it will provide a great opportunity and market
potential for all sides. According to the analysis of the
system's requirements we have got the data requirements and
the elementary function requirements. Based on this, we set
up a sample framework solution for the application of
combination of GPS and GPRS. At last, two different
algorithms are discussed to make out the best path on the
e-map.
Because auto-guide system concerns a lot of fields, the
system still has many parts need to be consummated. But we
believe that auto-guide system based on GPS technology, which
implements the function of Internet Publication, will be the
trend of modern ciceroni field.
Keywords Auto-guide； Location Based Service(LBS)； Geography
Information Technology；General Packet Radio Service
目 录
1 绪论 .....................................................1
电子导游系统的研究背景---信息化对旅游业的重要性 .......1
导游服务与信息化的结合---电子导游系统 .................2
国内外电子导游系统的研究状况 ..........................3
国外电子导游系统发展现状 ..........................3
我国电子导游的发展现状 ............................3
2 开发电子导游系统的技术支持 ...............................5
位置服务 ..............................................5
位置服务定义 ......................................5
实现 LBS 的前提——定位技术 ........................5
地理信息系统（GIS） ...................................7
地理信息系统 GIS 简介 ..............................7
GIS 技术简介 ......................................7
通用分组无线业务 GPRS ................................10
GPRS 系统简介 ....................................10
GPRS 的技术优势 ..................................12
3 系统总体设计 ............................................13
设计的指导思想 .......................................13
注重系统的开放性 .................................13
以数据为核心 .....................................13
遵循科学的设计原则 ...............................13
系统的总体结构 .......................................13
总体框架 .........................................13
游客端模块组成与功能 .............................15
4 电子导游系统详细设计 ....................................20
旅游信息数据库的建立 .................................20
基础图库的建立 ...................................20
属性数据库的建立 .................................21
游客机终端和监控中心服务器的通信协议 .................22
规范说明 .........................................22
命令包格式 .......................................22
GPS 数据格式 .....................................23
上传命令 .........................................24
下发命令 .........................................26
监控中心主机和游客机的导游主程序流程 .................27
主机端的主程序流程 ...............................27
客户端的主程序流程 ...............................28
最佳路径搜索算法 .....................................30
建立数学模型 .....................................30
公路线段属性权值的模型设计与计算 .................30
最佳路线的算法描述 ...............................30
景区道路网最短路径算法 ...........................31
5 总结 ....................................................36
致谢 .......................................................37
参考文献 ...................................................38
电子导游系统初探
1 绪论
随着人们生活水平的提高，外出旅游渐渐成为人们充实生活、放松自己的一
种重要方式。旅游业也成为世界最具活力和发展潜力的产业。由于中国多元文化
以及丰富的自然环境对外国游客的巨大吸引力，国内的旅游业发展势头旺盛，目
前，中国旅游业的收入已占国内生产总值的 5%。根据世界旅游组织的预测中国
将在 2020年发展成为世界第一旅游接待大国和第四旅游输出大国。随着知识经
济的发展，信息成为旅游业的命脉，信息化成为推动世界经济和社会全面发展的
关键因素。
旅游业发展的同时，游客和景点管理部门对旅游质量的要求也越来越高。文
明旅游、安全旅游和轻松旅游已经是旅游业发展的一个新趋势。虽然配置导游是
个不错的解决办法，但导游的存在也在某种程度上影响了游客游览的自主性。如
何运用信息技术解决这一问题，提高旅游信息化程度，提高旅游质量和效益，以
促使我国旅游业面向市场，走向世界，已成为当务之急。
电子导游系统的研究背景---信息化对旅游业的重要性
当今社会的发展正处于一个由工业经济时代向知识经济时代过渡的大背景
下，经济的高度信息化与全球化已成为一种不可逆转的趋势信息技术革命与信息
化建设正使资本经济变为信息经济，并将迅速改变传统的经济活动过程和方式。
1979 年美国学者 Gunn 提出了旅游功能系统的概念，在这个动态系统中，“信息
与引导”是连接旅游者与目的地的关键环节，如图 所示。
旅
游
者
信息与引导
交 通
吸引物
与集聚
服务与
设施
图 旅游功能系统
信息与引导在旅游功能系统中虽然不是直接创造经济效益的环节，但对开发
旅游市场实际上是至关重要的。随着旅游业的日趋成熟，游客的要求日趋多样，
客观上使的这种信息的提供越来越重要，也越来越困难。因此应不断加强旅游业
的信息化，强化旅游行业各个主体之间的信息沟通。其中，改善游客与景点管理
部门的信息沟通是核心环节。因此加强导游服务的信息化，提高导游服务的质量
和效率显得尤为重要。
导游服务与信息化的结合---电子导游系统
信息技术的飞速发展，带动了各个行业的信息化的同时催生了许多新事物、
新概念，人们对信息产品的需求与依赖也不断提高。旅游业的信息化步伐也在不
断加快。“电子导游系统”就是在这一背景下提出的一种新的概念。电子导游是
相对于人工导游而言的，目前对电子导游的理解，是指利用电子技术原理制造的
各种导游讲解设备系统，用于改变原有的人工导游讲解方式和方法，称之为电子
导游，英文译为 Audio Guide或 E-Guide。它集计算机技术、移动通信网络技术、
位置服务（Location Based Services,LBS）和电子智能控制技术于一体，打破
了常规的由一名导游带领一队游客按预定游览路线进行游览的传统观念，提出了
自主旅游、轻松旅游的概念，使游客不必死板地跟随着导游进行游览，而是自由
地享受自助游览的乐趣。如表 所示。
表 电子导游与人工导游比较
形式 人工导游 电子导游
景点介绍 人工介绍，噪杂、相互干扰 视频音频并茂，清晰明了
服务质量 受导游水平影响 优质稳定服务
游览自由度 顺序游览 自由游览
组团人数 限制 无限制
语种 单语种 多语种选择
费用 高（50元/人） 低（10元/人）
环保 噪音污染 无污染
人力资源问题 复杂（离职、罢工、工资、培训） 无
维护 需不断培训 操作简单，维护容易
经济利润 导游费用支付导游 由景点赚取相关利润
游客可根据随身携带的导游机上的电子地图自由地选择自己喜欢的游览线
路；电子地图上标明了景区内每一个景点和各种服务设施的准确位置并为游客提
供方便的查询功能；游客每到达一个景点，导游机就会自动播放相应景点的语音
或视频介绍，省去了人工导游带来的不便，详细的景点介绍使游客对景点有更生
动、更深入的认识，提高了游览的质量。电子导游系统在方便游客游览的同时也
方便了景区管理部门对游客及景区设施的管理，导游机上的高性能的 GPRS无线
通讯模块可将游客位置信息及其它服务请求信息实时传达到景点监控中心的主
机上，可以使景区管理部门更方便快捷地掌握景区内的状况，合理地引导游客以
使景区设施得到充分利用。主机中强大的数据分析和数据管理功能还可为景区管
理者提供辅助决策和管理，如进行游客管理，旅游资源评价，旅游景区规划，旅
游销售预测等。
国内外电子导游系统的研究状况
国外电子导游系统发展现状
上世纪 80年代西方一些发达国家的博物馆开始采用了非导游讲解的电子讲
解器，在博物馆等室内展馆，取代了人工导游以及因噪音大而影响它人游览的高
音喇叭。游客在展馆入口处领取一台讲解器和一份说明书，游览结束后自觉放回
原处以便下一位游客继续使用。这就是电子导游系统的雏形。
随着信息技术的进步，电子导游此后得到逐步发展。美国马萨诸塞州一家公
司发明了一种便携式电子导游，它储存了包括美国大陆主要高速公路在内的
35000项数据资料。游人只要只需输入所在州名、高速公路、方向及最近的里程
碑，便可获得餐馆、加油站、医院、旅游景点等信息。除此之外，它还能提供地
方高速公路交警的电话号码以及当地天气、旅游公司、汽车旅馆等有关情况。
现在，在美国、英国、法国、加拿大等国的一些旅游城市都有出租最先进的
电子导游，这种电子导游看上去和普通掌上电脑差不多，当游客经过相关景点时，
这款电子导游就会播放一段该景点的语音介绍，告诉游客相关的历史和故事。另
外，电子导游还可以告诉你如何行车到达目的地，前方有什么景点、餐馆或者酒
店。这种电子导游最受外国游客和自驾游的朋友欢迎。
我国电子导游的发展现状
在国内，电子导游还是一个新事物，2000年，在广西桂林漓江开始出现电子
导游，近几年来国内各个著名景点都开始引进。但这些电子导游技术相对落后，
主要还停留在数码按键播放机和触摸式视频讲解系统上。手持按键式导游机游客
每到一个新的景点按一下相应的键，才能听到导游词。而触摸式视频讲解系统是
一台台固定的导游点，游客通过触摸屏上的按钮，得到景区景点、售货店铺、餐
馆、旅馆、交通出行等各方面的咨询服务。
这些电子导游只是一个声音播放器或者一个信息搜索台，真正意义上的电子
导游应该具有智能性，能够完全取代人工导游。基本的智能功能至少要包括智能
引导功能和自动讲解功能，智能引导功能可由提供路径查询的电子地图来实现，
电子地图上标有景区内各个景点和服务设施的位置；自动讲解功能可通过 GPS定
位实现，游客每到一个景点，定位模块就可检测到游客位置和景点位置距离小于
某一范围，从而准确的为游客介绍。
目前国内此类智能化电子导游还未普及，产品性能还未成熟。只有北京的故
宫、颐和园、北海公园等著名景区为游客提供智能导游机，智能电子导游的开发
和应用在国内还处于起步阶段。研究电子导游系统，使其更加智能化、实用化、
商品化，赶超国际水平，对提高导游服务的质量，促进我国旅游业市场化进程具
有重要意义。
2 开发电子导游系统的技术支持
位置服务
位置服务定义
位置服务的英文全称是：Location Based Service，简称 LBS。在国外也称
“Mobile Location Service（MLS）”以突出其为移动用户服务的特点。
关于位置服务的定义，许多通讯运营商、内容提供商、专业公司以及学术研
究人员都分别从不同角度进行描述，例如：
（1）位置服务跟据用户的即时需求和位置发布应用（Autodesk，2000）。
（2）位置服务定义于这样的移动商业服务，即利用用户移动终端当前位置
提供的信息服务（Mobileinfo，2002）。
（3）移动位置服务又称定位服务，是通过 GSM网络获取移动终端用户的位
置信息（经纬度坐标），在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种
增值业务（GO2MAP，2001）。
（4）无线定位服务就是通过手机终端与无线网络（GSM、CDMA）相互配合，
获取用户当前的位置信息，并根据用户需求，提供个性化的位置服务信息（中国
联合通信有限公司，2002）。
（5）位置服务是通过移动通信网获取移动用户的位置信息（经纬度），然后
提供相应服务的一种增值业务（中国移动通信有限公司，2002）。
综合以上定义，可以得出四点结论：
1、确定用户当前位置是提供服务的基础；
2、服务的内容与位置密切相关，是基于地理信息分析的结果；
3、用户利用移动终端获取服务；
4、服务内容通过通信网络传送到终端。
因此，位置服务是一种移动通信服务，它采用定位技术确定移动用户的当前
地理位置，利用地理信息分析和移动互联网技术向用户提供与其位置相关的信息
服务。
实现 LBS的前提——定位技术
定位是指在一个时空参照系中，确定物力实体的位置。对移动终端的定位过
程大致分为两步：一是测量；二是计算。根据参照系统的不同，空间位置的描述
分为三种：相对关系、地理坐标和地址。
GPS简介
基于移动终端的定位最常用的是 GPS定位，这种定位方案的技术基础是全球
卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）。GPS是随着现代航天及无
线通信科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线导航定位、
定时的多功能系统。
GPS由空间卫星系统、地面监控系统和用户接收机三个部分构成。GPS地面
监控系统由一个主控站、五个监测站和三个上行数据传送站组成。GPS接收机接
到卫星发来的定位信号，经解扩、解调和译码，得到卫星星历，根据星历算出卫
星发射信号时刻在空间的位置 X1（X1、Y1、Z1），接收机还以自己的时钟（用户
钟）为基准，测量信号到达的时间 T1。用户钟和卫星钟是独立时钟，事先也未
进行同步，两钟的计时起点差为△T，实际上，测得的时间 T1是定位信号从卫星
到接收机的传播时间τ加上△T，即为：
电波传送速度为光速 C，因此，可得到距离 R为：
R并非卫星和用户间的真实距离，而是伪距离。假设原点位于地球球心，Z
轴指向北极，X轴指向格林威治子午线，Y轴垂直于 XOZ面。R1可表示为：
（X、Y、Z）是用户或接收机在宇宙直角坐标系中的坐标，由此可得：
（X1、Y1、Z1）可由卫星星历求得，R通过测量得到，这样，式中只有四个
未知量 X、Y、Z和△T，这正是要求的用户坐标及用户钟对卫星钟的时间差，如
测量用户到 4颗卫星的伪距离，即可得到 4个未知数的解。
辅助 GPS（Assisted GPS，A-GPS）定位方式
现在对定位技术的精度要求越来越高，因此真正实用的定位技术是辅助 GPS
（Assisted GPS，A-GPS）定位方式。其原理是：网络收到 GPS辅助信息，并将
辅助信息发送到终端；终端得到 GPS信息，计算并得出自身的精确位置，然后将
位置信息返回到网络。这种解决方案是将传统 GPS接收器的大部分功能转移到网
络服务器上实现。该方式需要天线、位置测量单元（LMU）和数据处理器等设备。
网络向终端发送一串极短的辅助信息，包括时间、可视卫星清单、卫星信号多普
勒参数和码相位搜索窗口。这些参数有助于内置GPS模块减少GPS信号获得时间。
辅助数据来自经终端 GPS模块处理后产生的伪距离数据，且可持续数分钟。收到
这些伪距离数据后，相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出终端的位置。
网路增加必要的修正后可提高定位精度。这种定位方法的优点在于可以简化终端
GPS设备；缩短 GPS 定位时间并提高定位灵敏度，在较低信噪比也能成功进行定
位。
地理信息系统（GIS）
地理信息系统 GIS简介
地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是当前快速发展的
新兴边缘学科，GIS 是地理科学、计算机科学、遥感科学、空间科学、信息科学、
系统科学与管理科学等交叉一体的学科平台。GIS 在计算机软件、硬件及网络技
术支持下，将地学空间数据与计算机技术相结合，采用地理模型与空间分析方法，
以空间数据库为基础，对空间数据进行预处理、采集、存储、检索、管理、操作、
综合分析、模拟、显示与更新，为地理研究、宏观决策与多目标开发服务，可进
行多时相、多数据源、时空相结合、定性与定量相结合的分析。在计算机技术的
支持下，可构建现实空间信息模型，可从视觉、计量和逻辑上对现实空间从功能
上进行模拟，对各类信息变化进行仿真。它以高效的数据管理能力，成为目前一
种有效的信息管理和决策工具，广泛应用于城市土地管理、城市规划、环境监测、
防灾减灾、军事等各个领域。
GIS技术简介
地理信息系统是用于采集、存储、处理、分析和显示地理空间数据的计算机
系统。
GIS 的特点
1)所有的相关信息均按特定的坐标系统进行严格的坐标定位，对空间数据和
属性数据进行统一的存储和管理。
2)将多源的空间数据和统计数据进行分级分类、规范化和标准化，并进行标
准化编码，使其适应计算机输入输出的要求，便于进行社会经济和自然资源、环
境要素之间的对比和相关分析。
3)具有图形与数据双向查询检索的基本功能，即既可实现图形查属性，又可
实现属性查图形，并可提供用户需要的空间分析数据。
4)向用户提供空间数据多因素空间分析、复合评价、预测预报和模拟优化等
技术手段。
5)GIS 与一般数据库应用有关，但又有较大的区别。在一个 GIS 里的所有
信息都与空间位置有关。一般数据库也可能会包含位置信息(如：矿点位置)，但
是，一般数据库只使用地理参照来做存储和访问信息的主要方法。
6)GIS 与其他的信息系统的主要区别在于其存储处理的信息是经过地理编
码的，地理位置和该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。
GIS 的组成
GIS 以计算机系统为基础，由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。
计算机硬件系统包括执行程序的中央处理器(CPU)、保存数据和程序的存储设备、
数据输入、显示和输出的外围设备(如显示器、打印机等)。软件是支持数据信总
的采集、管理、再现和回答用户问题的计算机程序系统。数据是系统分析和处理
的对象，也是构成系统应用的基础。用户则包括系统的开发、管理和使用人员。
GIS 的数据
GIS 中的数据可分为空间数据和属性数据。空间数据又称地图数据、图形数
据、空间信息，描述的是地理空间实体的位置、大小、形状、方向等几何特征，
以及与相邻物体的拓扑关系，由点、线、面组成，如地图、工程图、规划图、航
空与遥感影像等。属性数据也称属性信息，是定义空间数据或特征所表示的内容，
描述该空间现象的其他特征，如地形地貌、温湿度、降雨量、土地利用、居住人
口、动植物种类及其密度等。所有数据必须转换成数字化形式。
GIS 的功能
作为自动信息处理和分析系统，GIS 具有以下几大功能：
（1）数据采集：主要用于获取数据，包括现成的数字化数据、人工编码、
数字化地图等，并保证数据在内容上、空间上的完整性和一致性；
（2）数据整理：包括数据核查、纠错、格式化和转换等；
（3）数据存储：将不同来源、不同属性的数据以恰当的形式存储于数据库
中，以方便查询和分析；
（4）数据查询：以特定的请求来再现数据信息；
（5）空间分析：进行数据的地理操作和转换及统计分析，如缓冲区分析、
空间插值分析、叠置分析；领域分析、网络分析等；
（6）结果展示：通过屏幕、打印、拷贝等形式来展示 GIS 所产生地图、图
像、表格等多种形式的结果。因此，通过 GIS 能获得以下信息：对象定位、特
定条件、变化趋势、空间模式及模拟结果
组件式地理信息系统
地理信息系统（GIS）在发展过程中，充分吸取和利用其他领域的成熟技术，
其中基于 ActiveX组件式地理信息系统，因其价格低廉、使用方便、兼容性好、
利于集成等优点，很快受到各界的关注和青睐。所谓组件式 GIS，是指基于组件
对象平台，以一组具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的
GIS，这种组件称为 GIS组件。GIS组件之间以及 GIS组件与其他组件之间可以
通过标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算机实现。
组件式 GIS具有二次开发方便、易于集成、无限扩展等特点。组件式 GIS
软件平台带来了 GIS应用系统开发方式的变革，有利于提高二次开发的效率，增
强 GIS系统中各子系统之间的集成度，便于与其他信息系统集成，为其他信息系
统提供地理信息处理功能。组件式 GIS的基本思想是把 GIS的各大功能模块划分
为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个 GIS控件之间，以及 GIS控件与其
它非 GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终
的 GIS应用。把 GIS的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多
传统 GIS工具无法比拟的优点。
（1）小巧灵活、价格便宜。组件化的 GIS平台集中提供空间数据管理能力，
并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小巧
灵活，而其价格仅是传统 GIS开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用户便能
以较好的性能价格比获得或开发 GIS应用系统。
（2）无须专门 GIS开发语言，直接嵌入开发工具。组件式 GIS建立在严格
的标准之上，不需要额外的 GIS二次开发语言，只需实现 GIS的基本功能函数，
按照 Microsoft的 ActiveX控件标准开放接口。这有利于减轻 GIS软件开发者的
负担，而且增强了 GIS软件的可扩展性。
（3）强大的 GIS功能。新的 GIS组件都是基于 32位系统平台的，采用了
InProc直接调用形式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比
传统 GIS软件逊色。小小的 GIS组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空
间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。
（4）开发简捷。由于 GIS组件可以直接嵌入 MIS开发工具中，对于广大开
发人员来讲，就可以自由选择他们熟悉的开发工具。而且，GIS组件提供的 API
形式非常接近 MIS工具的模式，开发人员可以像管理数据库表一样熟练的管理地
图等空间数据，无须对开发人员进行特殊的培训。在 GIS或 GMIS的开发过程中，
开发人员可的素质与熟练程度是十分重要的因素，这将使大量的 MIS开发人员能
够较快地过渡到 GIS或 GMIS的开发工作中，从而大大加速 GIS的发展。
（5） 更加大众化。组件式技术已经成为了业界标准，用户可以像使用其他
ActiveX控件一样使用 GIS软件，使非专业的普通用户也能够开发和集成 GIS应
用系统，推动了 GIS的大众化进程。组件式 GIS的出现使 GIS不仅是专家们的专
业分析工具，同时也成为普通用户对地理相关数据进行管理的可视化工具。
通用分组无线业务 GPRS
GPRS系统简介
GPRS是通用无线分组业务（General Packet Radio System）的缩写，
是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为。GPRS采用与GSM相同的
频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。
因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要
作硬件改动，只需作软件升级。有了GPRS，用户的呼叫建立时间大大缩短，几乎
可以做到“永远在线”。此外， GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时间为
基准来计费，从而令每个用户的服务成本更低，在不过多增加通讯费用的基础上
达到数据的实时传输。该方案要求主机端通信服务器有一个公共的IP地址用于接
收和发送GPRS数据。
GPRS网络基本工作原理
GPRS是在原有的基于电路交换（CSD）方式的 GSM网络上引入两个新的网络
节点：GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点（GGSN）。SGSN和 MSC在同一等
级水平，并跟踪单个 MS的存储单元实现安全功能和接入控制，并通过帧中继连
接到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于 IP的 GPRS骨
干网和 SGSN连通。图 给出了 GPRS与 Internet连接原理框图。GPRS终端通
过接口从客户系统取得数据，处理后的 GPRS分组数据发送到 GSM基站。分组数
据经 SGSN封装后，SGSN通过 GPRS骨干网与网关支持接点 GGSN进行通信。GGSN
对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如 Internet或 网络。
图 GPRS与 Internet连接原理图
若分组数据是发送到另一个 GPRS终端，则数据由 GPRS骨干网发送到 SGSN，
再经 BSS发送到 GPRS终端。
GPRS协议模型
GPRS网络层的协议目前主要采用 Phase1 阶段提供的 TCP/IP和 协议。
移动台（MS）与 SGSN之间的 GPRS分层协议模型如图 所示。
图 GPRS的协议模型
1、 Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层负责提供空中接口的各种逻
辑信道。
2、 MAC层的主要作用是定义和分配空中接口的 GPRS 逻辑信道，使这些信道能
被不同的移动台共享。
3、 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种 HDLC的无线链路协议。LLC层基于高速
数据链路规程，生成完整的 LLC帧。
4、 SNDC为子网依赖结合层。它的主要作用是确定 TCP/IP地址和加密方式，以
及完成传送数据的分组、打包等任务。
GPRS的技术优势
作为第二代移动通信技术 GSM向第三代移动通信（3G）的一个过渡技术，GPRS
的技术优势主要体现在以下四个方面：
1、资源利用率高：GPRS引入了分组交换的传输模式，使原来采用电路交换
模式的 GSM 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源紧缺的情况下显
得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期中，用户无论是否传送数据都
将独自占用信道。而对于分组交换模式，用户只在发送和接收数据期间才占用资
源，这意味着多个用户可高效率地共享同一信道，从而提高资源的利用率。GPRS
用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少，支付多少”的原则。
在实际应用中（如电子导游的游客终端与通信服务器的 GPRS 无线连接），用户
的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
2、传输速率高：GPRS可提供高达 115Kbps的传输速率（最高值为
，不包括 FEC-前向纠错控制），这意味着通过便携式计算机，GPRS用
户能与 ISDN用户一样快速地上网浏览，同时使一些对传输速率敏感的移动多媒
体应用成为可能。
3、接入时间短：分组交换接入时间缩短为少于 1s，能提供快速即时的连接，
可大幅度提高一些事务的效率，并可使已有的因特网应用（如 E-mail、网页浏
览等）操作更为便捷、流畅。
4、支持协议：GPRS 支持因特网应用最为广泛的 IP和 协议。而且由于
GSM网络覆盖面积大，使得 GPRS 能提供因特网和其他分组网络的全球性无线接
入。
3 系统总体设计
设计的指导思想
注重系统的开放性
开放式系统为开发者提供了一种可以让开发者按照开放式系统的标准和技
术进行设计和开发的思想。本论文主要论述一个基于 GPS定位的智能电子导游系
统模型，注重系统设计的开放性，可以使不同景点用户根据自身特点对本系统进
行二次开发，以适应不同的要求。
以数据为核心
在电子导游应用过程中，最重要的就是游客的位置信息，游客流量信息及游
客状态信息，这些信息不但在自动导游中极为重要，而且是景点部门进行进一步
商业分析的基础。因此在数据传输过程中应尽量保证数据的完整性，在数据建库
中要充分利用现有数据库技术的最新进展，综合采用数据仓库、数据挖掘等技术；
在系统建设与实施过程中要充分考虑数据的动态更新策略；建立完善的元数据及
数据字典，保证数据的开放性。
遵循科学的设计原则
规范化原则
系统内容、数据分类与编码、精度、标准等都完全参照已有的国家标准。
实用性原则
设计中充分考虑与现有系统的接口，保护现有投资，使系统的投资少，开发
周期短，操作简单易学。
可移植性和可扩充性原则
系统在设计上充分考虑系统功能、系统数据和业务的扩展性；以满足日益增
长的业务需求。应支持二次开发，支持细节功能的扩展。
安全保密性原则
系统中的各个环节，如数据传输、数据处理、数据建库及文件管理等应以安
全性保密性为首要原则。
系统的总体结构
总体框架
如图 。本系统包括若干游客手持的 GPS电子导游机和景点监控中心的主
机，游客端主要功能模块为 GPS接收模块（接收和处理 GPS卫星发来的位置数据）
以及 GPRS通信模块（负责游客端与主机端的数据传输，期间需要租用中国移动
公司的 GPRS业务，经移动运营的通信服务器通过 Internet与主机连接）。监控
中心主机端主要包括通信服务器（专门负责数据通信）、GIS地理信息服务器（负
责处理 GIS数据、响应游客的服务请求及辅助决策等事务）和信息数据库（存储
由各环节生成的各种数据并进行管理。
GPS 卫星
信息数据库
存储数据有待
以后统计分析
游客手持
导游机
请求位置信息 GPS 数据
通信服务器
GPRS
显示游客机信息
和发送指令
通过电子地图
显示当前位置
并且执行服务
器发送的指令
以GPRS技术传
输数据
移动通信运营
商服务器
基站
与导游系统主机通过
Internet 进行连接
GIS 地理信息服
务器
图 电子导游系统的总体框图
游客端模块组成与功能
游客端模块组成
游客端由一台 PDA集成各个功能（如图 中的导航 PDA），或通过开发板开
发。各个功能模块如图 所示。
GPS接收模块由 GPS芯片组和 GPS接收天线组成，负责获取游客当前的位置
信息数据（具体参考 RFC(Request For Comments) 0183文档和 NEMA协议。），并
送信息处理模块进行处理，得出结果后经 GPRS通信模块将位置信息打包后送监
控中心的主机。GPRS通信模块负责通过内置的无线 Modem与通信服务器进行通
信，实时传送游客的位置信息及其他数据信息，此模块包含一个 SIM卡插槽，每
个游客机都应该有一个唯一的移动 IP地址，才能通过 GPRS进行通信，因此，一
张开通了无线上网业务的 SIM卡是区别游客机的唯一标识，也是游客机通过 GPRS
上网的“通行证”。景点介绍多媒体模块由一组 Flash存储芯片和用作数据更新
的 USB接口或 RS232串行接口组成，它接收信息处理模块的指令播放响应的景点
介绍，而管理部门需要修改景点介绍内容或需要对游客机进行软件升级时，可通
过 USB接口（或 RS232接口）进行数据的传输。输入输出设备为彩色触摸屏（若
考虑降低成本可换为键盘和彩色液晶显示器），通过专门的 I/O数据接口与游客
机的总线连接，用来显示电子地图和其它信息以及执行游客的各项操作。以上各
个模块都与信息处理模块中微处理器的三大总线连接形成一个功能完整的整体。
鉴于开发周期的原因，游客机最好由硬件开发商进行集成开发以降低成本。
图 游客端组成模块图
图 PDA导航系统
游客端实现的功能
游客端是本系统的用户前台，虽然大部分数据计算任务都由主机端完成，但
导游中的主要功能还是需要在游客端实现。
游客机上针对导游服务的功能如图 所示。本图反映了游客机所实现的最
基本的导游功能。1、信息查询功能，包括了一些景点、服务设施等信息的查询，
如游客需要住宿，通过导游机就可以通过与主机端的实时连接查询最近的宾馆以
及预定房间。2、电子地图功能，这个功能是导游过程中最重要也是最有帮助的
功能，电子地图可通过 JAVA嵌入式编程，由 MapInfo软件实现地图数据更新和
显示浏览，还可以实现对地图的放大、缩小和平移等操作。而游客的位置、移动
方向等信息则需要主机端 GIS服务器的计算，然后通过 GPRS信号下传到游客机
上，在游客机的电子地图上显示。3、专题地图，专题地图可方便游客找到自己
所关心的信息，它也可以实现分景点地图显示。这个功能的实现也由 MapInfo来
完成。4、路径分析，此功能为游客提供最佳游览路径的选择。主要计算工作在
主机端完成，GIS服务器会根据游客输入的路径查询命令运行最短路径计算程序
（最短路径搜索算法）计算出最佳路径，发给游客机显示。5、景点介绍，在自
助导游中，景点的介绍工作需要由导游机来完成，若要实现智能导游，景点的自
动识别和介绍是必须的。游客机将游客的 GPS定位数据经 GPRS传输到主机端，
由服务器计算游客位置坐标，若主机检测到游客位置坐标与景点的位置坐标小于
某一值（依设备的 GPS定位精度而定），则主机会向游客机发送播放命令，游客
机会根据主机发来的数据中包含的景点编号播放对应的景点介绍。6、信息存储
更新，地图信息，景点信息，景点介绍的多媒体数据等需要事先在游客机中存储
好，这需要对游客机中各种信息进行管理，并在必要时对信息进行更新。
图 游客机功能图
监控中心主机组成与功能
监控中心主机的组成
监控中心主机包括应用服务器（包括通信服务器、GIS地理信息服务器和数
据库服务器）、监控终端、数据输出和备份设备（打印机和磁带机）组成。如图
所示。
本系统中游客机信息处理能力有限，因此需要做到“瘦”客户端模式，将路
径分析、信息查询等计算量较大的工作放到主机端来完成。这就需要系统中服务
器端必须具有大吞吐量的数据处理和传输能力，还需要有完备的数据存储和管理
能力。
系统中的通信服务器通过 DDN专线与 GPRS无线通信服务的提供商通信服务
器高速连接，专门负责与移动通信服务器之间的数据传输。GIS地理信息服务器
安装 GPS数据处理软件和地理信息系统平台，负责将从通信服务器发来的游客位
置信息进行处理后存入数据库，同时一方面将处理好的游客位置信息经通信服务
器打包处理后发给游客机显示，另一方面通过内部网络将游客坐标显示在监控终
端的电子地图上。数据库中的信息定期通过磁带机进行备份以待日后统计分析，
并由打印机输出日志文件。
生成
通 信
服务器
GIS 地理信
息服务器
对各种数据信
息进行处理
专门进行通信
拥有公网 IP 地址通
过 DDN 专 线 与
Internet 高速连接
信息数据库
存储数据有待
以后统计分析
打印机和
磁带机
日志文件
监控终端
值班人员
监控席
图 监控中心主机构成
监控中心主机的功能
监控中心主机的功能如图 所示。监控中心主要由三个模块组成，即通信
模块、GIS管理模块和信息数据库及信息备份模块。
通信模块功能是对游客机发来的信息数据包进行校验、解码，然后分发到 GIS
服务器相应的数据单元进行处理，处理后的数据经通信服务器按照事先拟定好的
通信协议进行编码后发给游客机。
GIS管理模块是本系统的核心，它一方面负责处理游客机发来的服务请求（主
要是计算路径和查询），另一方面 GIS模块需要对整个景区内的游客机进行监控，
显示游客的位置，并适时指示游客机播放景点介绍。另外还要求实现一些 GIS基
本操作，如放大、缩小、漫游等操作。
信息数据库主要完成信息的存储和管理工作，存放游客管理信息（身份识别、
住宿餐饮服务请求信息、投诉等）、游客位置信息、历史纪录等。信息数据库每
日自动形成日志文件并由打印机打印。一些有分析价值的数据由磁带机备份，这
样既可以留作日后对各景点进行评估分析，又提高了系统的安全性。
图 监控中心主机功能图
4 电子导游系统详细设计
旅游信息数据库的建立
数据库的数据组织和管理是信息系统的基础核心，它直接影响其工作效率和
用户的使用。因此，数据库的建立是旅游信息系统建设的一项最基本和最重要的
任务。
基础图库的建立
在电子导游系统中所用到的电子地图是矢量图，主要图层表如表 所示
表 系统图层
Rode
Cross
Scenery
Hotel
Market
折线形式
点形式
点形式
点形式
点形式
道路网络图
十字路口图
景点分布图
宾馆分布图
商场分布图
图层名称 地图形式 存储名称
与地理坐标关联的旅游信息图网建立方法是：在 MapInfo 中对本地区比例
旅游图的扫描图上进行道路、景点的矢量化并建立相应的库表，通过地理编码和
编程给图中对象的 x、y 坐标字段赋值。表 是道路网络图层的表结构。
表 道路网络图的表结构
与图形无关的属性表，如旅游资源信息、景区内交通信息、住宿餐饮娱乐信
息等，采用数据库表结构。
属性数据库的建立
景区内旅游属性数据库信息大致分为以下几类：
1、旅游资源信息：旅游景区、景点的名称、分类、等级、景点特征与简介、
开放时间等。
2、景区内交通信息：景区内交通信息包括游览公交的车辆类别、数量、费
用、行车路线等。还包括一些特殊交通方式，如缆车的运营信息等。
3、住宿信息：包括宾馆种类、名称、等级、价格、位置、电话及客房预订
情况等。
4、餐饮信息：包括餐饮种类、名称、烹饪种类、规模、位置、电话、营业
时间等。
5、娱乐信息：包括游乐园、游乐设施，位置等。
6、紧急情况处理信息：包括报警点位置、报警电话、警种、急救药品、失
物招领信息等。
对这些属性信息按类分级进行编码，保存在各自的数据库中如表 所示。
地图信息（交通图、景点分布图，设施分布图等）按图层存储；图片、视频、语
音等经格式转换后编号，以单个文件形式存储。
表 旅游信息编码
1 旅游资源 11 自然风光 111 水文景观 11101 瀑布名
……….. ………… ………...
2 交通信息 21 景区内交通 211 公路网 21101 公路名
………… ………...
3 餐饮住宿 31 餐饮 311 餐馆 31101 餐馆名
………..
32 住宿 321 宾馆 32101 宾馆名
……….
4 娱乐 41 游乐场 4101 游乐场名
………. ………..
5紧急情况处理 51报警 511火警 51101报警点名
…………
512盗警 51201报警
点名
…………
52 急救 5201 急救点名
………….
53 失物招领 5301 招领处
一级分类码 二级分类码 三级分类码 四级分类码
游客机终端和监控中心服务器的通信协议
通信协议是游客终端和监控中心进行数据信息交换的技术标准和规范。本论
文给出的协议是一个基于 UDP协议的基础参考协议，具体通信协议需要在进行系
统开发时依据具体需要制定。另外，系统中需要传输一些其它信息，如游客的服
务请求，主机的服务回复等，需要按一定格式另外加入协议中，使通信协议的功
能描述更加完善。
规范说明
字符和汉字采用的编码：字符采用 ASCII编码，每个字符占用一个字节；汉
字采用 GB2312编码，每个汉字占用两个字节。
整型和浮点型数据的存放顺序：采用 Little Endian模式。字符串存放顺序：
按字节出现顺序从低到高的存放，未使用的空间用 0填充。
MAC地址采用 BCD码。其存放顺序：高位存放高地址区，如 0x
023562706943,存放成：
0x43 0x69 0x70 0x62 0x35 0x02
UDP命令包可靠传输的解决方法：通过回传“序列号回复包”来确认命令包
是否发送成功。如果在规定的时间内仍未接收到回复包，就重新发送命令包，同
时为了防止同一条命令被重复执行多次，对重复发送的命令包的序列号保持不变。
对每个游客终端设备采用停等的通讯方式来发送数据。每个 UDP数据包最大长度
是 1024Byte，超过 1024Byte数据要采用分包传输。
命令包格式
在 UDP通讯下，采用的命令包格式：
地址 内容 字节数 备注
00 命令头 1 数据头是 0x7E
01 版本号 1 协议版本号
02 命令类型 1 BIT7—BIT4命令属性, BIT6保留
BIT7表示命令是否需要回复，1/0表示需要/不需要
BIT3—BIT0命令组别，当命令很多时，对命令分组
有两种类别命令，1-基础命令 2-扩展命令
03 命令字 1 包命令字（可以和命令组别一起构成唯一的命令字）
04~05 序列号 2 数据范围 0~65535
06~14 MAC地址 9 游客终端 IMSI号，采用 BCD码。如设备 IMSI号是：
460020542002393，在内存中数据存放格式是：0x93 0x23
0x00 0x42 0x05 0x02 0x60 0x04 0x00（地址从低到高）
15~16 数据长度 2 是“数据”内容的长度
帧头
17 头校验和 1 从地址 01开始到该字节前的所有字节 XOR和
数据 18~n-1 数据 由具体的命令包确定
帧尾 n 命令尾 1 数据尾是 0x7E
为了命令包分割的方便，除命令头和命令尾外，命令包的中间部分都要采用
数据转义，转义规则如下：
协议内容中出现 0x7E时，转义成 0x7D、0x5E两个字节，其中：
0x5E = 0x7E ^ 0x20
协议内容中出现 0x7D时，转义成 0x7D、0x5D两个字节，其中：
0x5D = 0x7D ^ 0x20
在发送命令包时，要做上面规则的变换。在接收到命令包时，遇到转义字符
0x7D时，则下面一个字符就^0x20进行数据还原。
没有定义的字段都用 0填充。
字符串都是采用 GB2312编码，以‘\0’结尾，除特殊声明部分。
协议保持向前兼容，对原有的命令新增加的内容都放在原有字段后面，终端
设备支持在原有命令后面添加新的内容。
GPS数据格式
GPS数据中的日期时间数据、经度、纬度、速度、角度都是采用 BCD码，不
足部分用 0填充，如经度格式是 DDDMM:MMMM，采用 5个字节存储，高位存放在
低地址，格式如：
0D DD MM MM MM
具体格式如下：
名称 字节数 内容
日期时间 6 YY:MM:DD HH:MM:SS，是北京时间
纬度 4 DDMM:MMMM
经度 5 DDDDMM:MMMM
速度 2 ，单位：海里/小时，精度：海里/小时，范围：~
角度 2 ，单位：度，精度：度，范围：~
信息标志 1 0~3Bit表示 GPS收到的卫星数，范围：0~16；4Bit表示补传数据和正常数据的标
志，0标志正常数据，1标志补传数据；5Bit表示东/西经，0表示东经，1表示西
经；6Bit表示南/北纬，0表示北纬，1表示南纬；7Bit表示定位标志，1表示定
位，0表示未锁定。
游客状态标
志
n 依实际情况而定，一般为几个字节，标示游客的状态，如报警、紧急情况处理等
信息。
单位换算：1海里 = 公里；1度 = 60分；1分 = 60秒
上传命令
游客机 PING中心服务器的命令包
版本号：0x01
命令类型：0x81
命令字：0x21
序列号确认：无
数据内容如下：（地址是帧内数据的地址相对值，以下相同）
地址 内容 字节数 备注
00 标志信息 1 上传一些附加信息
游客终端每隔 2秒钟和监控中心服务器通过 PING包联系一次，如果终端收
到服务器的 PING命令回复，则游客终端和服务器连接正常，否则表示终端和服
务器已断开连接。
回复命令包：命令包。
GPS定位数据命令包
版本号：0x01
命令类型：0x01
命令字：0x22
序列号确认：无
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00~23 GPS数据 24 具体信息见
GPS定位数据要优先发送，确保其实时传输。在传输图片数据、盲区补传等
大数据量，GPS定位数据可以穿插其中发送。（先不考虑）
序列号回复命令包
版本号：0x01
命令类型：0x01
命令字：0x23
序列号确认：无
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00 命令类型 1 命令类型
01 命令字 1 命令字
02~03 包序列号 2 是需要回复该命令的命令包的序列号
终端系统信息命令包
版本号：0x01
命令类型：0x01
命令字：0x24
序列号确认：无
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00 标志 1 终端系统信息组号
01~ 系统信息 n 0组：硬件版本号,软件版本号
系统信息是采用字符串返回，用“,”作为分隔符。
盲区补传命令包
版本号：0x01
命令类型：0x81
命令字：0x25
序列号确认：有
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00~01 组号 2 用来区分不同组的数据包
02~03 总包数 2 整个盲区数据可以分成多少个包
04~05 当前包号 2 当前发送的包在总包中的序号
06~ GPS数据 24*n 补传 GPS数据，每个包中含有整数条 GPS数据
开放数据通道命令包
版本号：0x01
命令类型：0x81
命令字：0x20
序列号确认：有
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00~ 用户自定义数据 n 用于为用户自定义数据开辟一个数据通道
下发命令
中心服务器回复终端 PING命令包
版本号：0x01
命令类型：0x01
命令字：0x71
序列号确认：无
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00 标志信息 1 下发一些附加信息
是 命令包的回复包，用来保持游客和监控中心的连接的。
序列号回复命令包
版本号：0x01
命令类型：0x01
命令字：0x72
序列号确认：无
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00 命令类型 1 命令类型
01 命令字 1 命令字
02~03 包序列号 2 是需要回复该命令的命令包的序列号
开放数据通道命令包
版本号：0x01
命令类型：0x81
命令字：0x70
序列号确认：有
数据内容如下：
地址 内容 字节数 备注
00~ 用户自定义数据 n 用于为用户自定义数据开辟一个数据通道
监控中心主机和游客机的导游主程序流程
主机端的主程序流程
主机端包括多台服务器，由高速交换机通过内部网络连接成一个整体系统。
为提高兼容性，各台服务器使用相同的操作系统。同时需要一个主程序来协调各
个服务器工作。主机端导游过程的主程序如图 所示。
首先进入主程序入口，读取配置文件，初始化各台服务器，建导游线程池。
另建发送数据的线程，连接发送端口。此时各台服务器进入监听服务请求状态。
当有游客机发来服务请求时，服务器从线程池中调空闲线程分配给处理服务请求
的进程，若需要读写数据库，数据库服务器需要将所需数据发给 GIS服务器。处
理完成后的数据发给发送端口并释放线程。发送端口监听到有需要发送的数据，
则将数据打包并连接通讯设备后发送出。
开始
主函数
数据
有效？
据
分配线程
数据处理
释放线程
初始化
监听有无待发
送数据
连接发送端口
发送给游客机
读取配置文
件，初始化，
建线程池。
从线程池中调空
闲线程
把空闲线程
放入线程池
另开控制线程
数据有效？
监听 Internet 通
讯数据端口
是
否
访信息数据
库？
由GIS 服务器完
成
数据读取/写入由信息数据库
服务器完成
是
完成处理并送数据
到发送端口
否
是
否
连接通讯设备
图 主机端主程序流程
客户端的主程序流程
游客机使用嵌入式 Linux作为操作系统，程序使用 JAVA进行编写，以
JBuilder或其它工具作为程序开发工具，使用 jar 包封装。客户端使用矢量数
据。导游主程序流程如图 所示。
图 游客机端主程序流程
程序开始后进入主函数入口，先初始化微处理器、GPRS模块、GPS模块、显
示屏等各个部件，系统各个部分进入工作状态。此时 GPS模块等待卫星发来定位
数据，GPRS通信模块向主机发送开通数据通道请求，同主机进行无线连接，同
时建立游客进程监听游客的服务请求操作。由通信模块接收到的命令信号及 GPS
模块接收到的 GPS信号送信息处理模块进行处理，并将回复信息送发送栈等待发
送。主机端根据游客机发来的定位信息与景点位置进行比较，从而向游客机发送
播放相应景点介绍的命令。
最佳路径搜索算法
为了实现电子地图的“最佳路径的搜索”必须用图论的思想设计它的存储拓
扑结构。通常的最短路径算法，往往是建立在抽象的数学模型之上，即网络模型。
在这种网络模型上，实际的路径被抽象为网络中的一条边，实际路径的长度与网
络边的长度可以不成比例，以边的权值来表征路径的长度(或其它特征)，在该网
络上求某点到其它任一点的最短路径的方法，被称为最短路径算法。
建立数学模型
在地理信息系统中，给定连接若干景点的公路网，找出一条给定二景点间最
佳的行进路线，这个问题的数学模型如下：以景点为结点，公路线为边，构造无
向图 G，W(G)为图 G 的权。我们要求取满足某种条件的子图 H，且使得 W(H)＝∑
w(e)＝min 其中 H 包含于 G，具有某种性质。上述公路上最佳通路问题即在连
通图 G 中的任给定二项 μ 、v 之间找一条通路 P0(μ ,ν )，使得 W(P0 ) =
min{W(P)}, P ∈T(μ ,ν )其中 W(P0)为 μ 与ν 的距离，记成 d(μ ,ν )。
另外，边的权值，在地理信息系统中，是以二景点间公路的长度和此路段的属性
权值的乘积作为边的权。所以先要进行公路线段属性权值的模型设计与计算。
公路线段属性权值的模型设计与计算
此模型的主体部分是一个算法，模型的输入是公路段除长度外的各种属性，
输出是关于是否可约的判断、数据可依赖程度值和属性权值。这就是著名的层次
分析法。
具体算法：
1)根据公路段属性信息构造判断矩阵 A，各种属性对公路的影响力度是不同
的，我们用其影响力度与各属性值的乘积的和值作为指标，构造判断矩阵 A。
2)检测 A 的可约性，如果具有可约性，则输出可约性信息后退出。
3)构造辅助矩阵 A~ 根据算法具体实现的需要，我们利用普通的等价变换技
巧，使判断矩阵 A 变换成具有逆称性质的辅助矩阵 A~。
4)计算的特征向量 w 和主特征根λmax。
最佳路线的算法描述
根据建立的数学模型，以及连通图边的权值的确定，依据已经有的条件引用
著名的迪杰斯特拉(Dijkstra)算法。先构造以景点总数为维数的多维矩阵。有公
路相连的相邻景点，在矩阵中赋以公路性能值，不相邻景点间赋以∞。设定初始
景点索引和结尾景点索引。以初始景点为对象转换矩阵，使初始景点置于矩阵初
始元素，引用迪杰斯特拉算法便能计算从初始景点到其余各景点间的最短路径及
行进路线(及相继经过的景点)，最后将其输出。
数学描述如下：
1）令 l(μ0 ) = 0 ； μ0 ≠ν
2）l(ν ) = ∞， S0 = {μ0}，i = 0
3）对每个ν ∈ Si （Si 指 Si 之外的顶所成的顶子集），用：
min{l(ν ),l(μi )+ w(μiν )}代替 l(v)；设μi+1 是使 l(w)取最小值的 Si
中的顶，令 Si+1 =Si∪{μi+1}。
4）若 i = V ︱(G)︱-1，停止；
若 i < V ︱(G)︱-1，用 i+1 代替 i，转 3）。
景区道路网最短路径算法
模型的建立
景区内交通主要由道路和河流组成，但重点为道路的集合。交通图主要由众
多道路相交、相连而构成，并组成纵横交织、错综复杂的景区交通网络图。在交
通网络图中，道路间的地理位置关系相当复杂，一条道路可能与若干条道路相交、
相连，且其相交、相连的模式复杂。为了避免过多地考虑道路间的拓扑关系，在
本文中抽取交通网络图中道路交叉路口作为分析的对象之一，并对分析的另一对
象——道路，以交叉路口为点进行分割，成为路段。这样，整个网络图将由交叉
路口点和路段组成，并定义交叉路口点为网络的节点，路段为网络的边。在一张
景区交通网络图上，从自然的角度可得出以下特点:
1)网络中节点和边的数目都远在 100 个以上；
2)在景区 1:1000(或以上)的地图上，路段(网络边)是近似直线或弧度数不
大的；
3)网络的拓扑关系复杂；
4)边通常是双向可通的。
根据以上景区交通网络的特点，可做如下的分析假设：
1)所有的路段(边)都是直线。对于弧度数稍大的路段，为了求解弧段间夹角
的方便并使所得的夹角能正确反映弧段间的相对位置关系，可通过在路段的拐点
处加一个节点的方法来减小弧度数，如图 所示，节点 1、2 之间的路段的
弧度较大，在路段上加一节点 3，把原来的路段分割为两个弧度相对较小的路段。
即在网络中增加一个节点，把一条边分为两条边，每条边都可看做直线进行求角
度的运算，但边的其它属性(如长度)仍由弧段的属性(如曲线长度)来表征；
2)边都是双向可通的；
3) 节点都为实节点。
图 增加节点以减少弧度
景区交通网络图是一张矢量化的景区道路交通地图。在桌面地理信息系统软
件 MapInfo 中对景区道路交通地图的扫描图进行矢量化处理，抽取出景区交通
网络的节点和边，即地图中的路段交叉点和路段。网络中节点和边的拓扑关系通
过节点和边的属性字段值来定义，即在节点的属性字段中有相交边的信息，以及
节点的相对地理坐标(X，Y)；在边的属性字段中有边的起、止节点的信息以及该
边的权值(如长度)。这些属性值的赋予，可通过 MapInfo 的编程语言
MapBasic 编程实现。在 MapInfo 中打开地图窗口。即可看到一张清晰的景区交
通电子地图。
准备算法
从几何学中知道，两点间直线最短。在错综复杂的道路网上，任选两点，其
最短的路径可暂设为一条从起点到终点的直线，但实际上这条直线作为一段道路
存在的可能性极小，但这条从起点到终点的直线代表了一个路线的趋势，顺着这
个方向的某条道路是最短路径的可能性较大。
在图 中，求 A 点到 B 点的最短路径，AB 是连接起点 A 和终点 B 的
直线，AB 的长度应为 A 点到 B 点的最短路径长的下限值，如果 AB 直线作为
网络的一条边存在，则 AB 直线即为 A 点到 B 点的最短路径；如 AB 不是网络
中的一条边，则在准备算法中，从起点 A 出发找到一条边，该边与 AB 的夹角
最小，即取：
其中，D 为所有与 A 点相连的节点的数目，f(l1，l2)为求直线 l1，l2的夹角的
函数。
A
B
P3(P)
P1
P2
粗线为求得的最短路径
图 从 A到 B的最短路径的准备算法
取 P 为当前起点，替换 A 点，找下一个与 PB 直线夹角最小的边，如此反
复直至所得当前起点 P 与终点 B 重合。这样得到的一组路段即是起、止点间最
短路径的一个解。
优化算法
1、算法原理
准备算法中每经过一个节点只选中与起、止直线夹角最小的一条边，虽然考
虑了路段的方向性特征，但取的是局部最优解而非全局最优解，从而造成结果不
够理想。如果在经过每一个节点的同时进行起、止点直线左右两边各一条夹角最
小的边的搜寻，即搜索一条二叉树，就会提高解的精确性，但同时增加了搜索的
时间。求 A 点到 B 点的最短路径，设有一路径队列，最先放有起点 A。取出
A 作为当前节点，D1为所有与 A 点相连且 AD1与 AB 的夹角为负的节点，D2
为所有与 A 点相连且 AD2 与 AB 的夹角为正的节点，即：
在 D1 和 D2 中分别找出 P1 和 P2，它们的父亲都为 A，把 P1，P2放入路
径队列。依次取出队列中的节点作为考虑对象，找出它们的子节点并放入队列，
如此反复，直至队列为空。每个当前节点将最多有两个子节点。为了减少时间花
费，并使构造的二叉树最小，采用以下几种方法:
1)用准备算法所得的最差解作为优化算法的最短路径长的初始值 Lmax；
2)采用标号法，使对路径的距离体现在节点上，即用起点到该点的当前累加
距离标注该点，如初始时 A 点的累加长度为 0，B 点的累加长度为 Lmax；
3)对二叉树的遍历，采用广度优先的方法，尽量减少二叉树的结点遍历数；
4)对子节点 P1，P2，在加入路径队列前，进行判断。如果为终点 B 或为
已经访问过的节点，则不加入路径队列，但要对其影响的节点和子节点的累加长
度标志进行改变；如果该子节点当前的累加长度加上该点到终点 B 的直线距离
大于终点 B 当前的累加长度，则也不加入路径队列，即不作为二叉树的分叉。
2、算法描述
1)定义 Node[]为具有以下结构的数组:
Node[].no 节点的编号
Node[].len 节点的当前累加长度
Node[].father 节点的父节点
turn 为当前访问到的 Node[]数组的序号
num 为 Node[]中加入的节点的总数.
2)初始化
Node[begin].no=起点编号；
Node[begin].len=0；
Node[begin].father=″0″；
Node[end].no=终点编号；
Node[end].len=准备算法中得到的最短路最差解(已做过准备算法)或为无穷
大；
turn=0；
num=1；
3)终止条件
如 num<turn，表示 Node[]数组中的节点都已被处理了，终止循环。此时的
Node[end]。len 就是所得的最短路径长，输出最短路径长并通过 father 找到
求得的最短路径，在地图上显示，程序终止。否则循环执行以下步骤。
4)循环执行
turn 加 1；找与 Node[turn]。no 相交的边；计算每条边与起、止点直线
L 的夹角，找出直线两边各自夹角最小的边；得到这些边的端节点的编号，判断
所得的端节点为以下情况:
a.为终点。如该端节点的累加长度小于 Node[end]。len，则把该端节点的
累加长度赋给 Node[end]。len,并且 Node[end]。father=Node[turn]。no。此
端节点不加入 Node[]数组中。
b.为已访问过的点。如该端节点的累加长度小于原已访问的点,则把该端节
点的累加长度赋给已访问过的点的 len,把 Node[turn]。no 赋给已访问过的点
的 father,并改变所有已访问过点的子节点的累加长度，该端节点不加入
Node[]数组。
c.该端节点的累加长度加上该端节点到终点的直线距离大于 Node[end]。
len，则不加入 Node[]数组。
d.不符合以上 c 点的端节点，加入 Node[]数组，使 num 加 1，并把
Node[num]的 no，len，father 赋为相应的值。
5 总结
在梁晓林老师的悉心指导下，通过三个多月的认真学习，同时在查阅了大量
的资料基础上，论文《电子导游系统初探》基本完成了。在毕业设计的这段时间
内，感觉四年所学的知识得到了很好的发挥，最重要的是学到了很多对自己今后
的发展起推动作用的东西。
本文主要论述了基于 GPS卫星定位和 GPRS无线通信的电子导游系统的初步
设计，同时讨论了最佳路径搜索算法在景区导游地图应用中的优化。由于时间和
能力有限，本文未对系统设计的细节作深入讨论，但本文给出的框架结构和提出
的一些理论对电子导游系统的开发可以起到很好的指导做用。本文给出的游客终
端与主机进行通信的协议包含了 GPRS无线通信的基本部分，在实际开发中，可
以在 GPRS通信标准协议的框架下加入客户需要的功能协议部分。
随着电子技术的不断进步，将来的电子导游系统功能还会更加完善，技术也
会更加成熟。基于 GPS定位技术的电子导航、导游产品也会更加多样化、更加智
能化。电子导游技术会与旅游业相互促进，共同推动我国的旅游产业发展。
由于时间仓促，加之开发水平有限，本论文还有很多不完善的地方，有错误
和不妥之处的存在也在所难免，在此诚恳的希望各位老师和同学们提出宝贵意见。
总之，在整个毕业设计期间，我既有很大的收获，也发现了自己许多不足。
今后，我一定更加努力，弥补自己的不足，充实自己的知识，提高自己的专业水
平，一点点的来完善自己。只要坚持，一定会有收获的。
最后，恳请各位评审老师不吝赐教，多提宝贵意见。
致谢
本论文是在梁晓林老师的严格要求和指导、帮助下完成的。梁老师严谨求实
的治学作风，一丝不苟的工作精神，良好的为人师表风范，给我们留下深刻的印
象，时时影响着我，让我受益匪浅。
感谢北京的陈子岳先生在 GPS定位技术和 GPRS通信技术方面的大力支持和
无私帮助，让我增长了很多通信方面的知识并顺利完成本论文。
感谢我的家人，你们是我克服一切困难，勇往直前的动力。
感谢我所有的老师、同学、朋友，感谢你们对我自始至终的支持和鼓励。
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