導(dǎo)語：車載導(dǎo)航電子地圖管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】本文論述了現(xiàn)有電子地圖存在的問題,提出建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫來完善電子地圖,使之適合于車載導(dǎo)航系統(tǒng)的需要。文中論述了路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成,建立及其優(yōu)點(diǎn)。

電子地圖是車載導(dǎo)航系統(tǒng)中除導(dǎo)航定位設(shè)備外最重要的組成部分。它應(yīng)具備以下功能:地圖顯示、地址匹配、地圖匹配、最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航等。本文主要從完成最佳路徑搜索的角度進(jìn)行論述。

一、現(xiàn)有電子地圖存在的問題

1.圖幅接邊?，F(xiàn)有電子地圖基本上都是數(shù)字化得來的。由于對原有紙質(zhì)地圖或航片的數(shù)字化是分幅進(jìn)行的,各幅圖間的接邊問題沒有得到很好的解決。跨越圖幅的道路,在接邊處會出現(xiàn)扭曲錯位。雖然可以人工修整,但花費(fèi)的工作量大,并且不能從根本上杜絕錯位的發(fā)生。一旦某條道路發(fā)生了錯位,當(dāng)

進(jìn)行地圖匹配、最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航時,得到的必然是錯誤的結(jié)果,嚴(yán)重影響了車載導(dǎo)航系統(tǒng)的質(zhì)量。

2.難于管理地圖信息?，F(xiàn)有電子地圖大多將所有信息放在圖面上,不便于信息的獲取。導(dǎo)航定位設(shè)備傳來的是坐標(biāo),用戶需要得到的是實(shí)體信息。即存在(x,y)坐標(biāo)值與道路名等信息的關(guān)聯(lián)問題。若僅僅將道路名寫在地圖上,雖然可以直接從圖上讀取

信息,但這僅僅是地圖顯示,不能實(shí)現(xiàn)地圖匹配、最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)不能管理坐標(biāo)間、實(shí)體間、坐標(biāo)和實(shí)體間各種現(xiàn)實(shí)存在的復(fù)雜關(guān)系。這嚴(yán)重阻礙了車載導(dǎo)航系統(tǒng)各種功能的實(shí)現(xiàn)。

3.信息量少且難于更新。將信息固定在圖面上,僅僅含有原紙質(zhì)地圖、航片的信息,不能加入諸如路況信息等內(nèi)容。而路況信息對于最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航具有重要作用。因為實(shí)際應(yīng)用中的最佳路徑搜索,多是時間最短而非距離最短。而行車時間不僅與距離有關(guān),還與道路是否堵塞,車道情況等路況信息有關(guān)。在大城市中,路況信息的重要性更為明顯。在圖面上是難于保存路況信息等非可視化信息的。此外,現(xiàn)有電子地圖一旦制成,其所含的信息就固定不變了,這與現(xiàn)實(shí)情況中信息的多變性不適應(yīng)。難于從這些過時的信息中得出正確的結(jié)論。

二、路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

為了解決上述問題,我們通過建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫來管理電子地圖中的實(shí)體信息與坐標(biāo)信息,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接。首先,用戶對道路信息的需求是復(fù)雜多樣的:既需要知道當(dāng)前目標(biāo)的位置等信息,還需要了解目標(biāo)所在路段,路的擁擠情況。所以,需要對道路中不同層次上的實(shí)體分別進(jìn)行描述,包含所需的各類信息。其次,道路信息,特別是實(shí)時路況信息更新比較頻繁,需要對已有數(shù)據(jù)實(shí)時更新。需要更新的數(shù)據(jù)中,既有大范圍信息(如整條路塞車嚴(yán)重),也有針對個別位置的信息(如某點(diǎn)正在施工)。要快速地更新相應(yīng)數(shù)據(jù),只有對不同實(shí)體分別描述,根據(jù)實(shí)體之間的關(guān)系,查找到相應(yīng)實(shí)體后進(jìn)行更新。由此,我們建立了路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,包含5個表,如圖1所示。

圖1路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

信息表

信息ID

信息指針

信息分類號

線表

線ID

線名

起點(diǎn)指針

終點(diǎn)指針

點(diǎn)表

點(diǎn)ID

點(diǎn)名

X坐標(biāo)

Y坐標(biāo)

節(jié)點(diǎn)性質(zhì)

相關(guān)信息

路段表

路段ID

路段名

正行線集

正行信息集

逆行線集

逆行信息集

分區(qū)編碼

相關(guān)信息

路表

路名ID

路名

正行路段集

正行信息集

逆行信息集

分區(qū)編碼

相關(guān)信息

如圖2所示,路表包括網(wǎng)中的各條道路,路由路段組成。兩個路*點(diǎn)間所有的線組成路段,線則由起始點(diǎn)、終止點(diǎn)組成。節(jié)點(diǎn)分為交*路口節(jié)點(diǎn)與一般節(jié)點(diǎn)。路表中的“正行路段集”由一系列指針組成。這些指針分別指向路段表中相應(yīng)路段,且將這些指針正序排列而成(可定義沿此路由東至西,由南至北為正,反之為逆)。“逆行路段集”僅需將“正行路段集”

反序即可得出,無需單獨(dú)列出?！罢行畔ⅰ迸c“逆行信息”分別指向信息表中相應(yīng)記錄。如是否為單行線、正行方向堵塞情況等信息。由記錄的信息分類號得出其是哪類信息,按相應(yīng)規(guī)則對這些信息進(jìn)行判

讀處理,供導(dǎo)航系統(tǒng)的相應(yīng)功能使用?！跋嚓P(guān)信息”指向信息表中與此路有關(guān)的其他信息記錄,可根據(jù)具體的需要進(jìn)行補(bǔ)充。路段表、線表、點(diǎn)表中的信息項也同路表中的近似,只是作用范圍不同,信息的類別也可能不同?！胺謪^(qū)編碼”用于快速查找此路的位置,便于查詢。

圖2數(shù)據(jù)庫各表關(guān)系示意圖

路段表通過對路的細(xì)分,進(jìn)一步控制線表。由于正行、逆行在線表中以不同的線來表示,故路段表中加入了“逆行線集”指向逆行時經(jīng)過的線。線表控制點(diǎn)表。點(diǎn)表中交*路口節(jié)點(diǎn)與一般節(jié)點(diǎn)通過“節(jié)點(diǎn)性質(zhì)”來加以區(qū)分。前者構(gòu)成路網(wǎng)主干,用于提供最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航等的節(jié)點(diǎn)信息。后者起輔助功能,用于勾勒出道路的實(shí)際性狀,起加密作用,當(dāng)然在這些節(jié)點(diǎn)上也可以加入特定信息,以供查詢。

三、路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的建立

路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的建立,依賴于程序自動判讀,通過數(shù)據(jù)庫查詢語言,尋找已有數(shù)據(jù),組成新的數(shù)據(jù)。可以從紙質(zhì)地圖數(shù)字化開始建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,也可以利用已有的電子地圖來建立。

若已經(jīng)有了顯示用的電子地圖,將其顯示在屏幕上,運(yùn)用屏幕數(shù)字化的方式采集節(jié)點(diǎn),生成節(jié)點(diǎn)表中的數(shù)據(jù)。程序在得到一個節(jié)點(diǎn)后,提示輸入此節(jié)點(diǎn)的各種信息。然后,根據(jù)此節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值,找出已存在

于節(jié)點(diǎn)表中的相鄰節(jié)點(diǎn),詢問與誰生成線;自動填充線表中相應(yīng)項并提示輸入線表中的其他信息。繼而詢問是否生成新的路段。若是,就生成新的路段,填充各項信息并進(jìn)一步提示是否生成新的路;若否,則加入到已有的線段,并更新此路段信息中的相應(yīng)項。

程序流程如圖3所示。

圖3路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的建立

否

加入到

已有路

段,修

改段路

表中相

應(yīng)項

加入到

已有路

段,修

改路段

表中相

應(yīng)項

否

是

是

結(jié)束

生成新的路

是否生成新的路

生成路段,填充路段表各項

是否生成新的路段

生成線,填充線各項

找出相鄰節(jié)點(diǎn),詢問與誰生成線

填充節(jié)點(diǎn)表中各項

開始

四、路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用一旦建立了路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,在最佳路徑搜索、路徑導(dǎo)航中就可以利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的功能。下面即應(yīng)用路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫完成最佳路徑搜索。

1.獲取起始點(diǎn)名與終止點(diǎn)名。最佳路徑搜索始末點(diǎn)的輸入形式多種多樣:若提供起始路口名與終止路口名,則可以直接加以運(yùn)用;若提供的點(diǎn)名不是交*路口名,則需要合理歸化到相應(yīng)交*路口名。當(dāng)

然,若將一般節(jié)點(diǎn)與交*路口點(diǎn)不加區(qū)分,都參與最佳路徑搜索,則無需歸化到交*路口點(diǎn);若是直接在電子地圖上點(diǎn)取始末點(diǎn),則須將它們歸化到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。

2.查詢得到點(diǎn)ID。對輸入的始末點(diǎn)名,通過在數(shù)據(jù)庫點(diǎn)表中查詢“點(diǎn)名”=輸入點(diǎn)名,得到始末點(diǎn)的點(diǎn)ID。

3.將此時路表,路段表中的路況信息分解到相應(yīng)的線表并與線表上的路況信息加和,取權(quán)后輸出。信息根據(jù)其范圍不同放在路表,路段表和線表中的信息集中。路表根據(jù)路段集將相應(yīng)信息分解到相應(yīng)

的路段上并與此路段上的信息進(jìn)行加和,再將路段上的信息根據(jù)線集分解到線表上,再次進(jìn)行加和。最后將各條線的信息聯(lián)合線長評權(quán)后連同線起始點(diǎn)ID一起輸出。

4.利用相應(yīng)的最佳路徑搜索程序?qū)κ寄c(diǎn)的點(diǎn)ID在(3)的輸出文件中進(jìn)行搜索,最后得到最佳路徑的節(jié)點(diǎn)序列。

5.將最佳路徑在電子地圖上表示出來。依次在點(diǎn)表中根據(jù)(4)中返回的節(jié)點(diǎn)序列中的點(diǎn)ID,得到相應(yīng)的實(shí)地坐標(biāo),進(jìn)行與圖面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后在圖上表示出來,并與其后的點(diǎn)連線。若只將交*路口點(diǎn)參與最佳路徑搜索,則還須在返回的節(jié)點(diǎn)序列中插入一般節(jié)點(diǎn)后再進(jìn)行繪圖。這需要由點(diǎn)ID查詢相

應(yīng)的線ID,由線ID查詢相應(yīng)的路段。在路段表中的線集中得到相應(yīng)的線ID,依次再返回至線表,匹配線的始末點(diǎn)是否為最佳路徑搜索得到的節(jié)點(diǎn)序列中的下一個點(diǎn)ID,若是則依次輸出路段表中的線集,

得到線表中的點(diǎn),繪制在圖上。若否,則還須進(jìn)行下一條線包含的點(diǎn)的匹配。

五、實(shí)例

運(yùn)用上述方法,我們建立了上海部分區(qū)域路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,并在其上進(jìn)行了最佳路徑搜索(這里進(jìn)行的是距離最短意義下的最佳路徑搜索,也就是將距離項的權(quán)取為1,其余各項的權(quán)為0;改變相應(yīng)的權(quán)配

置,可以得到不同意義下的最佳路徑搜索結(jié)果),得到如圖4所示的結(jié)果。從結(jié)果看,基本滿足了設(shè)計要求。同樣,地址匹配、地圖匹配、路徑導(dǎo)航等功能也可以在路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。

六、路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫連接。雖然生成的路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫是在分幅的電子地圖上進(jìn)行屏幕數(shù)字化的,但在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)再無分幅的概念,只是通過坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了無縫連接。

2.集成了實(shí)體信息與坐標(biāo)信息。將實(shí)體與坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)表中記錄聯(lián)系起來了,有著高度的集成性,保證了導(dǎo)航系統(tǒng)各項功能的實(shí)現(xiàn)。

3.可方便地進(jìn)行查詢。通過數(shù)據(jù)庫查詢語言,靈活地查找出需要找的路、路段、線和點(diǎn)的信息,并可進(jìn)行關(guān)聯(lián),及時提供相應(yīng)信息。

4.較強(qiáng)的可操作性與可維護(hù)性。只要擁有相應(yīng)權(quán)限,可方便地通過查詢找出所需數(shù)據(jù),并進(jìn)行修改,可增刪數(shù)據(jù),快速更新相應(yīng)數(shù)據(jù),保證電子地圖的實(shí)時性。圖4路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫用于最佳路徑搜索

5.較強(qiáng)的數(shù)據(jù)安全性。引入數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)庫的安全機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的安全。綜上所述,通過建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,將圖面信息與實(shí)體屬性信息緊密相連,實(shí)現(xiàn)了實(shí)體的各級信息間的相互關(guān)聯(lián),便于完成電子地圖的各項功能,完善了車載導(dǎo)航系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

1易玉丹.車載GPS定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的建立:[碩士論文].

上海:同濟(jì)大學(xué),1997

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