導航電子地圖增量更新技術研究范文

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1導航電子地圖時空數據模型設計

導航電子地圖時空數據模型的設計分為兩部分，分別為傳統導航數據部分和時空增量數據部分的模型設計。

1.1傳統導航數據模型設計

傳統導航數據模型設計參考目前在國內外已被廣泛應用的地圖標準：GDF（v3.0/4.0）和KIWI（v1.22），分別用于導航數據的交換格式和物理格式設計。

1）導航數據交換格式設計基于GDF（GeographicalDataFile）的導航數據交換格式采用ASCII碼編碼，以單個文件的形式存儲，可用于通常方式壓縮。每個GDF都被分為多個分區，分區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據的信息，載體單元由Volume和Album組成，Volume是基本的數據組織單位，Album是Volume的集合。對于模型中的要素屬性進行全面定義，例如對Road的定義中包括長度單位、道路材質、道路方向、建筑情況、自然障礙物、路面高度、平均時速、最高限速、最大承重等，同時定義各種要素間的關系。

2）導航數據物理格式設計

物理格式設計將導航數據的邏輯結構與其物理存儲相聯系，可以做到在不同Level層之間做快速的數據引用。參照KIWI格式，導航數據物理格式設計包含分塊和分層2個方面。分塊設計把用于顯示的地圖數據和用于導航的數據緊密結合起來，并將數據按照分塊方式以四叉樹的數據結構形式保存于物理介質中，不同用途的信息存儲在不同的塊中，從而使數據適合于實時高效應用的要求，其中很多信息以Bit為單位存儲，并以Offset量提取其索引，加速數據的引用和壓縮數據的量。分層設計采用不同尺度的圖層結構來組織地圖，針對不同的應用目的或不同級別的用戶，可以使用或提供不同抽象層次的數據，例如，對于導航應用提供精度相對較高的立交橋數據，而對于一般應用只需把立交橋表示為若干道路結點就行了。與此同時，在采用了分層次的數據參考后，會使查詢、路徑分析、連通性分析等各種算法更加快速。

1.2時空數據增量模型設計

面向動態導航的導航電子地圖數據除了具有基本的導航要素信息之外，還具有明顯的生命周期，在生命周期內導航空間數據的屬性、功能、空間關系（幾何拓撲、邏輯拓撲、相鄰關系）均可能變化，某種導航對象在屬性、功能、關系上的變化還可能引起另一種數據的變化。導航線數據的時空變化過程，導航電子地圖時空數據增量模型需要首先記錄導航線數據在屬性、功能、空間關系的變化過程，然后通過增量包的形式將這些變化信息完整地記錄下來，以便快速地給客戶。

2基于時空數據模型的增量更新流程設計

基于時空數據增量更新模型，可以將導航變化信息發現、導航變化信息分析處理、導航變化信息外業采集、導航數據產品制作和導航電子地圖應用首尾相連，構成導航電子地圖數據增量更新閉環服務模式。要將導航數據生產和導航數據應用服務構成導航電子地圖數據增量更新的閉環服務體系，其關鍵就在于將導航數據服務的一部分用戶作為導航要素變化的發現者和信息提供者，導航數據的一部分用戶通過Web地圖標記、用戶反饋等方式提供了導航變化數據，這部分數據可以作為導航數據生產單位進行導航數據生產的數據源或作為數據采集指引。在最為核心的數據更新環節，本文設計了如下的更新流程：

1）原始數據以非增量模式入庫，如果該數據已經是完整的，直接導出bin或Mid/Mif文件作為初始文件包；

2）以增量的模式編輯數據，涉及到以下3種操作：增加（A）：在相應的表中插入新記錄（圖形、屬性），并將Status字段設為A；修改（M）：在寫入新值時判斷Status字段的值，如果為A或M，不修改；如果為null，將Status設為M；刪除（D）：刪除相應的記錄。如果編輯狀態不為A，則在D表中記錄刪除字段的ID、刪除時間、類型、操作員；否則直接刪除記錄。關系的修改以上3種形式進行操作。若需要導出塊，則在發生以上3個動作時將相應的SECHREC_*表的Status字段修改為1。

3）數據檢查在檢查數據遇到增、刪、改時依據步驟2）進行處理。

3導航空間關系維護關鍵工藝設計

導航數據中任何一種信息的變化（屬性、功能、空間關系）均可能引起空間關系的變化，導航控件關系維護的目的是在導航數據維護過程中實時維護其幾何拓撲關系和邏輯拓撲關系。以導航線要素為例，目前導航電子地圖中導航線拓撲關系采用的方法有全局拓撲構建和局部拓撲構建2種方法。本文采用局部拓撲構建法，即在編輯導航線的同時維護導航線與結點的拓撲關系，并用上一結的總路線維護導航線與結點的時空關系。如圖3所示，以新增導航線為例（方向看板、交通規制等要素的維護過程類似）說明其維護過程，在添加導航線之后，通過空間關系，自動編號，實現結點之間關系的拓撲維護。算法實現如下：

1）預加載格網的所有拓撲信息。建立顯性拓撲關系，通過指針實現結點指向弧段，弧段指向結點。

2）插入弧段坐標，生成要素，給要素分配新的ID號。查找弧段起點的坐標，如果找到，修改連接關系，如果找不到，生成一個新結點，查找終點的坐標，原理同起結點。

3）插入信息到數據庫表里邊。先插入弧段，如果是修改，找到弧段的要素表編號，通過要素表編號直接插入關系?！癐D”“STARTNODE"和"ENDNODE”，再插入結點，填充“ID”“SNLinks”和“SNLinkNum”。在圖4所示的例子中，路段1001是新增路段，結點3是新增結點，結點1原來只連接路段1000一條路段，編輯后連接路段1000和路段1001兩條路段。另外，在編輯導航線時除了動態維護拓撲關系外，行政區、幾何特征屬性也自動維護，與POI的維護以半自動的方式維護。

4導航電子地圖增量更新技術的實現

以前述的時空數據增量更新模型和技術研究為基礎，將理論研究的成果應用于導航電子地圖增量更新平臺系統的設計與實現，首先分析了系統需求及其對數據模型的要求，然后基于業務需求進行系統總體結構的設計，接下來進行導航時空數據增量模型中每一個要素的設計與建庫，并根據增量模型的要求實現了增量更新生產流程和局部拓撲關系的重構。該系統的實現進一步驗證了理論的實用性。目前基于時空數據模型的導航電子地圖增量更新技術已在多個產品中應用，效果良好。

5結束語

動態導航路徑規劃的關鍵技術之一是導航電子地圖的增量更新，其目的是將道路網的實時交通信息融合到已有的導航電子地圖數據中。但是現有的導航電子地圖數據模型難以實現動態信息的增量更新。本文提出的基于時空數據模型的導航電子地圖增量更新模型和流程符合增量更新的技術要求，應用效果較好。但是本文模型和技術方法重點在于增量更新技術流程的設計，所提出的模型是導航要素某一時間段內在數據庫中的快照，段內的導航信息不能反映時間的變化，且存在不變空間狀態數據的冗余存儲問題。在后續的研究中需要進一步改進。

作者：朱靖李飛單位：廣東瑞圖萬方科技股份有限公司