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1導航電子地圖時空數(shù)據(jù)模型設計

導航電子地圖時空數(shù)據(jù)模型的設計分為兩部分，分別為傳統(tǒng)導航數(shù)據(jù)部分和時空增量數(shù)據(jù)部分的模型設計。

1.1傳統(tǒng)導航數(shù)據(jù)模型設計

傳統(tǒng)導航數(shù)據(jù)模型設計參考目前在國內(nèi)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(shù)據(jù)的交換格式和物理格式設計。

1）導航數(shù)據(jù)交換格式設計基于GDF（GeographicalDataFile）的導航數(shù)據(jù)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(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(zhì)、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(shù)據(jù)物理格式設計

物理格式設計將導航數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與其物理存儲相聯(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，導航數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和用于導航的數(shù)據(jù)緊密結(jié)合起來，并將數(shù)據(jù)按照分塊方式以四叉樹的數(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在不同的塊中，從而使數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的引用和壓縮數(shù)據(jù)的量。分層設計采用不同尺度的圖層結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)，例如，對于導航應用提供精度相對較高的立交橋數(shù)據(jù)，而對于一般應用只需把立交橋表示為若干道路結(jié)點就行了。與此同時，在采用了分層次的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)增量模型設計

面向動態(tài)導航的導航電子地圖數(shù)據(jù)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(nèi)導航空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的變化。導航線數(shù)據(jù)的時空變化過程，導航電子地圖時空數(shù)據(jù)增量模型需要首先記錄導航線數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型的增量更新流程設計

基于時空數(shù)據(jù)增量更新模型，可以將導航變化信息發(fā)現(xiàn)、導航變化信息分析處理、導航變化信息外業(yè)采集、導航數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作和導航電子地圖應用首尾相連，構(gòu)成導航電子地圖數(shù)據(jù)增量更新閉環(huán)服務模式。要將導航數(shù)據(jù)生產(chǎn)和導航數(shù)據(jù)應用服務構(gòu)成導航電子地圖數(shù)據(jù)增量更新的閉環(huán)服務體系，其關鍵就在于將導航數(shù)據(jù)服務的一部分用戶作為導航要素變化的發(fā)現(xiàn)者和信息提供者，導航數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)可以作為導航數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位進行導航數(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)，本文設計了如下的更新流程：

1）原始數(shù)據(jù)以非增量模式入庫，如果該數(shù)據(jù)已經(jīng)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(shù)據(jù)，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(tài)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(fā)生以上3個動作時將相應的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、改時依據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(gòu)建和局部拓撲構(gòu)建2種方法。本文采用局部拓撲構(gòu)建法，即在編輯導航線的同時維護導航線與結(jié)點的拓撲關系，并用上一結(jié)的總路線維護導航線與結(jié)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(guī)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(xiàn)結(jié)點之間關系的拓撲維護。算法實現(xiàn)如下：

1）預加載格網(wǎng)的所有拓撲信息。建立顯性拓撲關系，通過指針實現(xiàn)結(jié)點指向弧段，弧段指向結(jié)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(jié)點，查找終點的坐標，原理同起結(jié)點。

3）插入信息到數(shù)據(jù)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。“ID”“STARTNODE"和"ENDNODE”，再插入結(jié)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(jié)點3是新增結(jié)點，結(jié)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(tài)維護拓撲關系外，行政區(qū)、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(xiàn)

以前述的時空數(shù)據(jù)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(tǒng)的設計與實現(xiàn)，首先分析了系統(tǒng)需求及其對數(shù)據(jù)模型的要求，然后基于業(yè)務需求進行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設計，接下來進行導航時空數(shù)據(jù)增量模型中每一個要素的設計與建庫，并根據(jù)增量模型的要求實現(xiàn)了增量更新生產(chǎn)流程和局部拓撲關系的重構(gòu)。該系統(tǒng)的實現(xiàn)進一步驗證了理論的實用性。目前基于時空數(shù)據(jù)模型的導航電子地圖增量更新技術已在多個產(chǎn)品中應用，效果良好。

5結(jié)束語

動態(tài)導航路徑規(guī)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(wǎng)的實時交通信息融合到已有的導航電子地圖數(shù)據(jù)中。但是現(xiàn)有的導航電子地圖數(shù)據(jù)模型難以實現(xiàn)動態(tài)信息的增量更新。本文提出的基于時空數(shù)據(jù)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(nèi)在數(shù)據(jù)庫中的快照，段內(nèi)的導航信息不能反映時間的變化，且存在不變空間狀態(tài)數(shù)據(jù)的冗余存儲問題。在后續(xù)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