导航电子地图增量更新技术研究范文

1导航电子地图时空数据模型设计

导航电子地图时空数据模型的设计分为两部分，分别为传统导航数据部分和时空增量数据部分的模型设计。

1.1传统导航数据模型设计

传统导航数据模型设计参考目前在国内外已被广泛应用的地图标准：GDF（v3.0/4.0）和KIWI（v1.22），分别用于导航数据的交换格式和物理格式设计。

1）导航数据交换格式设计基于GDF（GeographicalDataFile）的导航数据交换格式采用ASCII码编码，以单个文件的形式存储，可用于通常方式压缩。每个GDF都被分为多个分区，分区包括信息单元和载体单元，信息单元包含载体单元中具体数据的信息，载体单元由Volume和Album组成，Volume是基本的数据组织单位，Album是Volume的集合。对于模型中的要素属性进行全面定义，例如对Road的定义中包括长度单位、道路材质、道路方向、建筑情况、自然障碍物、路面高度、平均时速、最高限速、最大承重等，同时定义各种要素间的关系。

2）导航数据物理格式设计

物理格式设计将导航数据的逻辑结构与其物理存储相联系，可以做到在不同Level层之间做快速的数据引用。参照KIWI格式，导航数据物理格式设计包含分块和分层2个方面。分块设计把用于显示的地图数据和用于导航的数据紧密结合起来，并将数据按照分块方式以四叉树的数据结构形式保存于物理介质中，不同用途的信息存储在不同的块中，从而使数据适合于实时高效应用的要求，其中很多信息以Bit为单位存储，并以Offset量提取其索引，加速数据的引用和压缩数据的量。分层设计采用不同尺度的图层结构来组织地图，针对不同的应用目的或不同级别的用户，可以使用或提供不同抽象层次的数据，例如，对于导航应用提供精度相对较高的立交桥数据，而对于一般应用只需把立交桥表示为若干道路结点就行了。与此同时，在采用了分层次的数据参考后，会使查询、路径分析、连通性分析等各种算法更加快速。

1.2时空数据增量模型设计

面向动态导航的导航电子地图数据除了具有基本的导航要素信息之外，还具有明显的生命周期，在生命周期内导航空间数据的属性、功能、空间关系（几何拓扑、逻辑拓扑、相邻关系）均可能变化，某种导航对象在属性、功能、关系上的变化还可能引起另一种数据的变化。导航线数据的时空变化过程，导航电子地图时空数据增量模型需要首先记录导航线数据在属性、功能、空间关系的变化过程，然后通过增量包的形式将这些变化信息完整地记录下来，以便快速地给客户。

2基于时空数据模型的增量更新流程设计

基于时空数据增量更新模型，可以将导航变化信息发现、导航变化信息分析处理、导航变化信息外业采集、导航数据产品制作和导航电子地图应用首尾相连，构成导航电子地图数据增量更新闭环服务模式。要将导航数据生产和导航数据应用服务构成导航电子地图数据增量更新的闭环服务体系，其关键就在于将导航数据服务的一部分用户作为导航要素变化的发现者和信息提供者，导航数据的一部分用户通过Web地图标记、用户反馈等方式提供了导航变化数据，这部分数据可以作为导航数据生产单位进行导航数据生产的数据源或作为数据采集指引。在最为核心的数据更新环节，本文设计了如下的更新流程：

1）原始数据以非增量模式入库，如果该数据已经是完整的，直接导出bin或Mid/Mif文件作为初始文件包；

2）以增量的模式编辑数据，涉及到以下3种操作：增加（A）：在相应的表中插入新记录（图形、属性），并将Status字段设为A；修改（M）：在写入新值时判断Status字段的值，如果为A或M，不修改；如果为null，将Status设为M；删除（D）：删除相应的记录。如果编辑状态不为A，则在D表中记录删除字段的ID、删除时间、类型、操作员；否则直接删除记录。关系的修改以上3种形式进行操作。若需要导出块，则在发生以上3个动作时将相应的SECHREC_*表的Status字段修改为1。

3）数据检查在检查数据遇到增、删、改时依据步骤2）进行处理。

3导航空间关系维护关键工艺设计

导航数据中任何一种信息的变化（属性、功能、空间关系）均可能引起空间关系的变化，导航控件关系维护的目的是在导航数据维护过程中实时维护其几何拓扑关系和逻辑拓扑关系。以导航线要素为例，目前导航电子地图中导航线拓扑关系采用的方法有全局拓扑构建和局部拓扑构建2种方法。本文采用局部拓扑构建法，即在编辑导航线的同时维护导航线与结点的拓扑关系，并用上一结的总路线维护导航线与结点的时空关系。如图3所示，以新增导航线为例（方向看板、交通规制等要素的维护过程类似）说明其维护过程，在添加导航线之后，通过空间关系，自动编号，实现结点之间关系的拓扑维护。算法实现如下：

1）预加载格网的所有拓扑信息。建立显性拓扑关系，通过指针实现结点指向弧段，弧段指向结点。

2）插入弧段坐标，生成要素，给要素分配新的ID号。查找弧段起点的坐标，如果找到，修改连接关系，如果找不到，生成一个新结点，查找终点的坐标，原理同起结点。

3）插入信息到数据库表里边。先插入弧段，如果是修改，找到弧段的要素表编号，通过要素表编号直接插入关系。“ID”“STARTNODE"和"ENDNODE”，再插入结点，填充“ID”“SNLinks”和“SNLinkNum”。在图4所示的例子中，路段1001是新增路段，结点3是新增结点，结点1原来只连接路段1000一条路段，编辑后连接路段1000和路段1001两条路段。另外，在编辑导航线时除了动态维护拓扑关系外，行政区、几何特征属性也自动维护，与POI的维护以半自动的方式维护。

4导航电子地图增量更新技术的实现

以前述的时空数据增量更新模型和技术研究为基础，将理论研究的成果应用于导航电子地图增量更新平台系统的设计与实现，首先分析了系统需求及其对数据模型的要求，然后基于业务需求进行系统总体结构的设计，接下来进行导航时空数据增量模型中每一个要素的设计与建库，并根据增量模型的要求实现了增量更新生产流程和局部拓扑关系的重构。该系统的实现进一步验证了理论的实用性。目前基于时空数据模型的导航电子地图增量更新技术已在多个产品中应用，效果良好。

5结束语

动态导航路径规划的关键技术之一是导航电子地图的增量更新，其目的是将道路网的实时交通信息融合到已有的导航电子地图数据中。但是现有的导航电子地图数据模型难以实现动态信息的增量更新。本文提出的基于时空数据模型的导航电子地图增量更新模型和流程符合增量更新的技术要求，应用效果较好。但是本文模型和技术方法重点在于增量更新技术流程的设计，所提出的模型是导航要素某一时间段内在数据库中的快照，段内的导航信息不能反映时间的变化，且存在不变空间状态数据的冗余存储问题。在后续的研究中需要进一步改进。

作者：朱靖李飞单位：广东瑞图万方科技股份有限公司