導(dǎo)航電子地圖增量更新技術(shù)研究范文

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1導(dǎo)航電子地圖時(shí)空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

導(dǎo)航電子地圖時(shí)空數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)分為兩部分，分別為傳統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)部分和時(shí)空增量數(shù)據(jù)部分的模型設(shè)計(jì)。

1.1傳統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)參考目前在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用的地圖標(biāo)準(zhǔn)：GDF（v3.0/4.0）和KIWI（v1.22），分別用于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交換格式和物理格式設(shè)計(jì)。

1）導(dǎo)航數(shù)據(jù)交換格式設(shè)計(jì)基于GDF（GeographicalDataFile）的導(dǎo)航數(shù)據(jù)交換格式采用ASCII碼編碼，以單個(gè)文件的形式存儲(chǔ)，可用于通常方式壓縮。每個(gè)GDF都被分為多個(gè)分區(qū)，分區(qū)包括信息單元和載體單元，信息單元包含載體單元中具體數(shù)據(jù)的信息，載體單元由Volume和Album組成，Volume是基本的數(shù)據(jù)組織單位，Album是Volume的集合。對(duì)于模型中的要素屬性進(jìn)行全面定義，例如對(duì)Road的定義中包括長(zhǎng)度單位、道路材質(zhì)、道路方向、建筑情況、自然障礙物、路面高度、平均時(shí)速、最高限速、最大承重等，同時(shí)定義各種要素間的關(guān)系。

2）導(dǎo)航數(shù)據(jù)物理格式設(shè)計(jì)

物理格式設(shè)計(jì)將導(dǎo)航數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與其物理存儲(chǔ)相聯(lián)系，可以做到在不同Level層之間做快速的數(shù)據(jù)引用。參照KIWI格式，導(dǎo)航數(shù)據(jù)物理格式設(shè)計(jì)包含分塊和分層2個(gè)方面。分塊設(shè)計(jì)把用于顯示的地圖數(shù)據(jù)和用于導(dǎo)航的數(shù)據(jù)緊密結(jié)合起來(lái)，并將數(shù)據(jù)按照分塊方式以四叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式保存于物理介質(zhì)中，不同用途的信息存儲(chǔ)在不同的塊中，從而使數(shù)據(jù)適合于實(shí)時(shí)高效應(yīng)用的要求，其中很多信息以Bit為單位存儲(chǔ)，并以O(shè)ffset量提取其索引，加速數(shù)據(jù)的引用和壓縮數(shù)據(jù)的量。分層設(shè)計(jì)采用不同尺度的圖層結(jié)構(gòu)來(lái)組織地圖，針對(duì)不同的應(yīng)用目的或不同級(jí)別的用戶(hù)，可以使用或提供不同抽象層次的數(shù)據(jù)，例如，對(duì)于導(dǎo)航應(yīng)用提供精度相對(duì)較高的立交橋數(shù)據(jù)，而對(duì)于一般應(yīng)用只需把立交橋表示為若干道路結(jié)點(diǎn)就行了。與此同時(shí)，在采用了分層次的數(shù)據(jù)參考后，會(huì)使查詢(xún)、路徑分析、連通性分析等各種算法更加快速。

1.2時(shí)空數(shù)據(jù)增量模型設(shè)計(jì)

面向動(dòng)態(tài)導(dǎo)航的導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)除了具有基本的導(dǎo)航要素信息之外，還具有明顯的生命周期，在生命周期內(nèi)導(dǎo)航空間數(shù)據(jù)的屬性、功能、空間關(guān)系（幾何拓?fù)洹⑦壿嬐負(fù)洹⑾噜応P(guān)系）均可能變化，某種導(dǎo)航對(duì)象在屬性、功能、關(guān)系上的變化還可能引起另一種數(shù)據(jù)的變化。導(dǎo)航線(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)空變化過(guò)程，導(dǎo)航電子地圖時(shí)空數(shù)據(jù)增量模型需要首先記錄導(dǎo)航線(xiàn)數(shù)據(jù)在屬性、功能、空間關(guān)系的變化過(guò)程，然后通過(guò)增量包的形式將這些變化信息完整地記錄下來(lái)，以便快速地給客戶(hù)。

2基于時(shí)空數(shù)據(jù)模型的增量更新流程設(shè)計(jì)

基于時(shí)空數(shù)據(jù)增量更新模型，可以將導(dǎo)航變化信息發(fā)現(xiàn)、導(dǎo)航變化信息分析處理、導(dǎo)航變化信息外業(yè)采集、導(dǎo)航數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作和導(dǎo)航電子地圖應(yīng)用首尾相連，構(gòu)成導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)增量更新閉環(huán)服務(wù)模式。要將導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)構(gòu)成導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)增量更新的閉環(huán)服務(wù)體系，其關(guān)鍵就在于將導(dǎo)航數(shù)據(jù)服務(wù)的一部分用戶(hù)作為導(dǎo)航要素變化的發(fā)現(xiàn)者和信息提供者，導(dǎo)航數(shù)據(jù)的一部分用戶(hù)通過(guò)Web地圖標(biāo)記、用戶(hù)反饋等方式提供了導(dǎo)航變化數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以作為導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位進(jìn)行導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)源或作為數(shù)據(jù)采集指引。在最為核心的數(shù)據(jù)更新環(huán)節(jié)，本文設(shè)計(jì)了如下的更新流程：

1）原始數(shù)據(jù)以非增量模式入庫(kù)，如果該數(shù)據(jù)已經(jīng)是完整的，直接導(dǎo)出bin或Mid/Mif文件作為初始文件包；

2）以增量的模式編輯數(shù)據(jù)，涉及到以下3種操作：增加（A）：在相應(yīng)的表中插入新記錄（圖形、屬性），并將Status字段設(shè)為A；修改（M）：在寫(xiě)入新值時(shí)判斷Status字段的值，如果為A或M，不修改；如果為null，將Status設(shè)為M；刪除（D）：刪除相應(yīng)的記錄。如果編輯狀態(tài)不為A，則在D表中記錄刪除字段的ID、刪除時(shí)間、類(lèi)型、操作員；否則直接刪除記錄。關(guān)系的修改以上3種形式進(jìn)行操作。若需要導(dǎo)出塊，則在發(fā)生以上3個(gè)動(dòng)作時(shí)將相應(yīng)的SECHREC_*表的Status字段修改為1。

3）數(shù)據(jù)檢查在檢查數(shù)據(jù)遇到增、刪、改時(shí)依據(jù)步驟2）進(jìn)行處理。

3導(dǎo)航空間關(guān)系維護(hù)關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)

導(dǎo)航數(shù)據(jù)中任何一種信息的變化（屬性、功能、空間關(guān)系）均可能引起空間關(guān)系的變化，導(dǎo)航控件關(guān)系維護(hù)的目的是在導(dǎo)航數(shù)據(jù)維護(hù)過(guò)程中實(shí)時(shí)維護(hù)其幾何拓?fù)潢P(guān)系和邏輯拓?fù)潢P(guān)系。以導(dǎo)航線(xiàn)要素為例，目前導(dǎo)航電子地圖中導(dǎo)航線(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系采用的方法有全局拓?fù)錁?gòu)建和局部拓?fù)錁?gòu)建2種方法。本文采用局部拓?fù)錁?gòu)建法，即在編輯導(dǎo)航線(xiàn)的同時(shí)維護(hù)導(dǎo)航線(xiàn)與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，并用上一結(jié)的總路線(xiàn)維護(hù)導(dǎo)航線(xiàn)與結(jié)點(diǎn)的時(shí)空關(guān)系。如圖3所示，以新增導(dǎo)航線(xiàn)為例（方向看板、交通規(guī)制等要素的維護(hù)過(guò)程類(lèi)似）說(shuō)明其維護(hù)過(guò)程，在添加導(dǎo)航線(xiàn)之后，通過(guò)空間關(guān)系，自動(dòng)編號(hào)，實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的拓?fù)渚S護(hù)。算法實(shí)現(xiàn)如下：

1）預(yù)加載格網(wǎng)的所有拓?fù)湫畔ⅰ＝@性拓?fù)潢P(guān)系，通過(guò)指針實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)指向弧段，弧段指向結(jié)點(diǎn)。

2）插入弧段坐標(biāo)，生成要素，給要素分配新的ID號(hào)。查找弧段起點(diǎn)的坐標(biāo)，如果找到，修改連接關(guān)系，如果找不到，生成一個(gè)新結(jié)點(diǎn)，查找終點(diǎn)的坐標(biāo)，原理同起結(jié)點(diǎn)。

3）插入信息到數(shù)據(jù)庫(kù)表里邊。先插入弧段，如果是修改，找到弧段的要素表編號(hào)，通過(guò)要素表編號(hào)直接插入關(guān)系。“ID”“STARTNODE"和"ENDNODE”，再插入結(jié)點(diǎn)，填充“ID”“SNLinks”和“SNLinkNum”。在圖4所示的例子中，路段1001是新增路段，結(jié)點(diǎn)3是新增結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)1原來(lái)只連接路段1000一條路段，編輯后連接路段1000和路段1001兩條路段。另外，在編輯導(dǎo)航線(xiàn)時(shí)除了動(dòng)態(tài)維護(hù)拓?fù)潢P(guān)系外，行政區(qū)、幾何特征屬性也自動(dòng)維護(hù)，與POI的維護(hù)以半自動(dòng)的方式維護(hù)。

4導(dǎo)航電子地圖增量更新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

以前述的時(shí)空數(shù)據(jù)增量更新模型和技術(shù)研究為基礎(chǔ)，將理論研究的成果應(yīng)用于導(dǎo)航電子地圖增量更新平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先分析了系統(tǒng)需求及其對(duì)數(shù)據(jù)模型的要求，然后基于業(yè)務(wù)需求進(jìn)行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，接下來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)空數(shù)據(jù)增量模型中每一個(gè)要素的設(shè)計(jì)與建庫(kù)，并根據(jù)增量模型的要求實(shí)現(xiàn)了增量更新生產(chǎn)流程和局部拓?fù)潢P(guān)系的重構(gòu)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了理論的實(shí)用性。目前基于時(shí)空數(shù)據(jù)模型的導(dǎo)航電子地圖增量更新技術(shù)已在多個(gè)產(chǎn)品中應(yīng)用，效果良好。

5結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)態(tài)導(dǎo)航路徑規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)之一是導(dǎo)航電子地圖的增量更新，其目的是將道路網(wǎng)的實(shí)時(shí)交通信息融合到已有的導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)中。但是現(xiàn)有的導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)模型難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息的增量更新。本文提出的基于時(shí)空數(shù)據(jù)模型的導(dǎo)航電子地圖增量更新模型和流程符合增量更新的技術(shù)要求，應(yīng)用效果較好。但是本文模型和技術(shù)方法重點(diǎn)在于增量更新技術(shù)流程的設(shè)計(jì)，所提出的模型是導(dǎo)航要素某一時(shí)間段內(nèi)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的快照，段內(nèi)的導(dǎo)航信息不能反映時(shí)間的變化，且存在不變空間狀態(tài)數(shù)據(jù)的冗余存儲(chǔ)問(wèn)題。在后續(xù)的研究中需要進(jìn)一步改進(jìn)。

作者：朱靖李飛單位：廣東瑞圖萬(wàn)方科技股份有限公司