2021年7月20日

基于GIS的智慧景区导览路径实时优化

作者 导览管理员

从智慧景区建设的真实情况以及游客对景区智慧服务的实际需求出发,对当前景区可用的导览路径计算方法进行分析,确定景区对路径分析算法的需求与适用性,并对路径分析实时优化算法进行研究,建立了符合智慧景区特性的最佳路径求解方案和流程,以某景区为具体研究对象,运用了 Dijkstra算法给出导览路径分析优化实例。所设计的思路和方法在一定程度上降低了景区游玩的风险,同时也在一定程度上提升了游览质量和效率。

智慧景区是指在智慧城市和智能旅游总目标的指导下,以地理信息系统(GIS)、高性能信息处理等现代通信技术和信息技术为基础,以游客的旅行需求为重点,以提高旅游者的体验质量为目的,结合创新的服务管理理念,业务流程、运营管理优化再造,最后,可以更透彻地理解景区的社会、经济和环境方面,更广泛的互连和更深入的智能景区。

导览路径分析功能是智慧景区服务系统的重要功能之一。最佳导览路径问题是在预先计划的景区道路收集上寻觅起点到终点之间(或路线最短、或包含符合特殊游览需求景点)的路径。最佳路径分析也称为最优路径分析,它是基于最短路径分析的基本原理,其一直是计算机科学、地理信息科学、交通工程等领域的热门研究方向。最优路径不但指平常意义上的距离最短,而且可以用最经济的成本、最短的时间、最大的资金流和最高的路径利用率来衡量,不管实际问题的判断标准和约束条件怎样变化,实现的核心方法都称为最佳路径算法。

智慧景区最优路径分析算法的钻研重点并不完全在于升级算法的时间效力和空间效力,而是充分顾及景区的景点服务质量,通过改良某种单一算法或是将分歧算法组合利用的方法,结合有游客的智能化需求去实现这个目标。大量的最优路径分析算法钻研的工作,并未彻底解决最优路径的核心问题,而当前最优路径分析算法的重点应该主要集中在:依据最优路径分析算法分类的相关体系,总结出不同算法的适用范围、时空效率以及搜索策略等特点,找出问题的具体根源,并用于景区路径规划。

一、智慧景区对实时路径分析方法的需求


(1) 信息化需求


距离、方位关系,道路、景点、危险区域的拓扑导览关系需求。在旅游景区的景观路线规划及旅行社旅游线路设计的过程中,旅游线路占据极其重要的地位。游览线路的合理计划可以降低游客的旅游本钱、提高日程安排的效率,并能在面临突发事件时实时优化相关线路。在景区规划设计中,应充分考虑景区线路空间布局的合理性和科学性,在服务管理中要考虑游客的合理分流及人流密度的管控这两个关键问题。导览路径问题对景区游览的质量和效率问题不言而喻。数学在旅游业中有广泛的应用,利用运筹学进行游览路线的分析更是可以获得不少定量成果, 可是整体水平仍然很低。游客在游玩时,会遇到忘记自己具体位置的情况,因此,需要旅游系统增加位置查询的需求。景点及物联网信息推送也尤为重要,当游客进入或者靠近景区某个景点时,通过后台位置服务器,可以推送该景点及物联网的相关服务信息,以满足智能化、人性化的旅游需求。


(2)便捷化需求

景区在地形的复杂程度上远远高于城市地区,它以形式内容多变的自然风景、文化社会景观为主体,地理位置地形起伏较大,相较地势不如城市平缓;而且面积通常很大,游客的安全也存在一定的隐患,具有脆弱性、危险性、管理规模大、管理难度大等特点。不论是在游览景区的景观线路过程中,还是在旅行社导览路线规划过程中,导览或游览线路都是出现频率很高的一个词;对旅行社来说,都希望在降低成本、提高收益的前提下,为游客提供快捷、高效的导览导游服务,并可面对突发事件及时调整线路。智慧景区的地图服务功能是基于 GIS 软件工具,从而让地图可以通过 Web 给予用户访问权力的方法,以 ESRI的 ArcGIS 的 软 件 平 台 为 例, 同 时 允 许 多 个 用 户 分 别 在ArcMap、WEB 应用程序、ArcGIS 在线和移动端使用的地图服务。本文方法需要对景区进行路径分析,路径分析需要使用到的数据为网络地图数据。


(3)智能化需求

景区中路径的选取不同于城市中的路线分析。在城市中选取路线一般更注重路程的长短。而在旅游景区中,需要根据用户的体验以及安全对路线选取进行相应的调整和改变。路径分析方法有待向人类大脑信息处理能力和思维过程演变,即采取某些智能方法。通过分析各个景点的实时人数(景点热力图)、人流量数据、景点空间分布特点、危险区域等因素,合理地提供浏览景点的顺序以及路线。这样可以有效地规避某个景点旅客拥挤,其他景点旅客稀疏的情况,防止或缓解因拥挤导致踩踏等危险事件的发生。同时景区地形复杂,难免会产生很多突发事件,危及旅客的人身安全。因此路径分析方法要做到根据事发地点的地理位置、影响范围等因素,快速计算新的路线让游客避开危险,同时为管理人员提供前去事发地点的安全通道,以便及时有效地处理事件。

二、适合于景区导览服务的路径分析算法

景区导览实时路径服务

目前国内外地图服务软件,提供不同的导航导览服务,可以实现语音播报和电子地图及摄像头导航,百度、高德、腾讯、谷歌、搜狗五种导航地图的特点和不足之处显著,特点如下:
(1)百度地图的地址和位置,地理信息都会更具体,资料更新,信息最全,见表一中某景区的实测数据。尤其是室内导航,它会发挥出很好的效果,具有摄像头导航功能;但在导航中,特别是在航路计算中略逊一筹;
(2)高德曾提供专业的导航服务,所以高德地图的最佳之处自然是导航导览,特别是在航路计算算法方面,但是它在测速判断方面不是十分准确,只能满足基本的出行需求;
(3)腾讯地图:在聊天地点,位置是基于腾讯地图,但是在封闭环境下,腾讯地图的灵敏度会下降;
(4)谷歌地图在卫星图像方面有着最大的优势,除了估计最新路线和给用户提供宝贵建议外,还覆盖了很大的空间范围,但谷歌没有离线地图,每次打开地图,它必须重新加载数据,优点是全球覆盖;

(5)搜狗地图和腾讯的地图相似,仍然是基于用户输入的数据分析和匹配查找路线,优点是地标库存相当可观,但在景区中未展现出该显著特点。四种导航地图在景区中应用的不足如下:
(1)考虑到景区的地形等原因,更注重于城市地理信息的百度地图若被应用于智慧景区的导航服务,则会因数据不够完善,导致导航的失败;
(2)专业于导航事业的高德地图在测速上的弊端会在景区中被无限放大,在本就局限于小范围定位导航的前提下,测速不准,位置移动更新慢,会让游客被景区导航错误指引,导致不良后果;
(3)腾讯地图更适合于发送定位,在导航过程中容易让游客产生出迷茫进而变得焦虑愤怒的负面情绪;
(4)谷歌地图虽然比卫星地图有着巨大的优势,但是其服务在国内已经停止供应,游客使用受限;
(5)搜狗地图与高德地图和百度地图相比,更新速度相对较慢,离线地图包过大,且有时会出现下载卡顿现象,影响用户使用。

路径分析实时优化方法景区几何拓扑图层的建立对景区道路(road 图层)建立几何网络,用于导览路径分析,首先建立路网拓扑关系。
(1)构建拓扑关系
拓扑表达的是地理空间要素之间的相邻、包含、关联等空间关系,建立拓扑关系可以使地理数据库更真实的表达地理空间要素。而创建地图拓扑也是做路径分析不可缺少的一个步骤。对景区创建拓扑时,需要在 ArcScess 中创建个人地理数据库,设置其地理和投影坐标系为垂直坐标系,并设置容差为 0.001。其后,通过拓扑法则确定拓扑等级,完成拓扑关系构建。拓扑在路径分析中可以解决 route 数据层中的连通、邻近和重叠等问题,在一定程度上能保证数据质量,提高景区导览路径分析的能力。
(2)建立几何网络
基于上述建立个人地理数据库的 route 要素构建一个几何网络,并按坡度、长度等分配网络权重用于分析坡度等要素对路径分析时的影响,同时创建网络连通性规则用于构建景区道路的的网络连接完整性,完成几何网络的创建。

具体优化方法

(1)路线景点优化分析
在景区道路线要素矢量化过程中,首先选择的是道路的中心线,然后添加一个字符串类型的字段来存储道路的属性信息;添加一个浮点类型字段来存储道路的长度信息,作为后续阻抗分析的数据。线的矢量化是最优路径选择的主要分析方法。由于本文假设的前提条件是景区道路,无交通方面的限制,因此需要构建转弯模型。在连通性参数设置时,并且景区道路都是在同一水平面上,不存在类似立交桥的空间叠加道路(即在地图上看是两条路有交点,实际却不能连通的道路),因此,连接策略由任何结点连接。在建立景区网络的阻抗数据集(属性)时,可以将长度或坡度等作为阻抗因素。最短路径,不仅限于路线的距离最短这一条件,还应满足整体路线的阻碍最小这一要求。
(2)路径优化前分析
在不考虑任何影响因素下,首先将显示导航从广西某景区“小广寒”景点至“喜武阁”景点的路径,采用 Dijkstra算法计算导览路径,作为优化后路径的参考比较,见图 1。
(3)景区多停靠点路径优化分析
智慧景区路径优化分析的服务对象是在景区内的游客,所以优化景点路线必须以游客意愿为出发点,最大限度的满足游客的需求。所以景区导航路线分析不同于普通的导航路
线——它不仅需要找到两点间最短的道路,还必须要经过一定数量的旅游景点。因为旅游主要是以游览观光为基础,所以在景区中,游客最希望获得路线最短且不重复路线下尽可能的抵达更多的景点。因此,应科学地安排同一路线上的旅游景点的顺序,尽量遵循不重复、景点多样性和合理时间的原则,避免重复路线。在设置景区停靠点时,应至少设置 5个左右的停靠点,以便求出途经多个景点的最短路径,结果见图 2、3。
(4)顾及特殊游客群体危险路径提醒
我国南方很多山水景区都伴有危险,游客在享受大自然的美丽的同时,随之而来的是潜伏着的安全隐患。当景区内危险地区的相关安全措施没有做好,如摆放警示牌、拉警戒线等导致游客误入危险区而陷入危险时,加上景区范围较大并且景点内的旅游活动较分散,管理人员和安保人员较少,所以当突发紧急危险事件时不能得到及时的帮助和救治,可能会危及游客性命安全。因此,景区路线优化时,还要考虑增加禁止型隐患点、重新规划路线、避开带有隐患的地区。当有带着儿童的游客或老年人群在景区游览时,可以选择避开带有安全隐患的地方,这样就能较好地保证游客在游玩时候的实时安全。

三、结语


随着时代的进步和旅游技术的发展,旅游者越来越重视旅游的效率和质量。路径分析方法着眼于“最佳”,包括最短的距离、最少的成本、最高的效率和高质量的线路利用率,在很大程度上帮助游客提高了景区游览质量。路径分析算法的前景十分光明,结合景区的特殊需要,可以满足不同游客的需求。本文分析了游客对景区导览的实际需求,结合需求研究了景区导览路径分析算法在智慧景区技术研发过程中做出适当景区的功能化调整与方法优化,满足了信息化、便捷化、智 能 化 的 需 求。 该 研 究 方 法 可 以 转 移 到 ArcGIS Server 服务中,采用客户端 / 服务器(C/S)或浏览器 / 服务器(B/S)结构实施最佳的实时导览路线分析服务。

研究利用 GIS 技术求解了在智慧景区中的最佳导览路径分析问题。在结合智慧景区独有的特点的前提下,通过构建转弯模型、连通性、网络数据集的阻抗、导航等网络数据集参数、停靠点及阻强设置,为景区用户提供最佳和最安全的游玩路线。在研究中发现的主要问题如下。在创建网络数据集的过程中,由于缺少该景区的小尺度精细地形坡度数据,研究未考虑地形坡度对分析结果的影响。在某种特殊情况下,例如,当特殊游客如残障生病人士不想经过复杂地形景点时,路线计算结果会出现一些偏差。因此,后续的优化思路可以从地形数据分析入手,在导览路径分析时充分考虑高程、地形坡度对游客路径规划心理的影响,提高路径规划的准确性,从而规划出更符合用户需求和实际需要的导览路径。

 

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