隨著導(dǎo)航定位精度的提高，用戶對(duì)電子地圖也提出了更高的要求，尤其是在地圖的鮮度及地圖的更新方式。目前業(yè)內(nèi)通用的地圖更新的方式不能滿足用戶的需求，在此基礎(chǔ)上，論文提出了基于差分技術(shù)的電子地圖的發(fā)布與管理模型，通過(guò)數(shù)據(jù)分層、數(shù)據(jù)分塊、數(shù)據(jù)版本管理、更新數(shù)據(jù)傳輸、地圖連續(xù)性處理的方法實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)的發(fā)布與管理。

　　文/郗默洋 呂子平 中寰衛(wèi)星導(dǎo)航通信有限公司

　　目前，隨著導(dǎo)航定位精度的提高，用戶對(duì)電子地圖也提出了更高的要求，尤其是在地圖的鮮度及地圖的更新方式。

　　目前的更新方法是，一年更新一次到兩次的全國(guó)范圍的道路背景文字?jǐn)?shù)據(jù)，這樣的更新頻率明顯不能滿足很多應(yīng)用。為了縮短更新時(shí)間的間隔，提高更新的頻率，我們必須能夠提供輕量的，用于更新的地圖數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)寬帶或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳到導(dǎo)航終端，把舊版本的地圖升級(jí)到新版本的地圖。

　　由此看來(lái)，目前的方式不能滿足用戶的需求，在此基礎(chǔ)上本文提出了基于差分技術(shù)的電子地圖的發(fā)布與管理模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)的發(fā)布與管理。

　　動(dòng)態(tài)的更新數(shù)據(jù)是基于對(duì)象的更新數(shù)據(jù)，它包括道路，背景與文字，POI數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)的更新數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)布平臺(tái)，將數(shù)據(jù)傳到導(dǎo)航終端(具有通信能力的車(chē)載機(jī)，手持設(shè)備或者PC等)，導(dǎo)航終端獲得更新數(shù)據(jù)以后將該數(shù)據(jù)與舊版本的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，生成新版本數(shù)據(jù)，以支持客戶的應(yīng)用，包括位置定位，路徑計(jì)算，路徑引導(dǎo)等。

　　1電子地圖發(fā)布與管理模型框架

　　導(dǎo)航應(yīng)用程序得益于或需要實(shí)時(shí)更新的地圖。實(shí)時(shí)更新地圖可以通過(guò)在線的更新方式，將更新數(shù)據(jù)與導(dǎo)航終端上已經(jīng)存在的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行合并來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的更新發(fā)布管理框架如圖1所示。

　　如圖1所示，我們分析了完成地圖實(shí)時(shí)更新所面臨的各種限制條件，并根據(jù)每種限制條件給出了解決方案和具體實(shí)現(xiàn)方式，下面我們將具體介紹實(shí)現(xiàn)方式(Realization)中所涉及的內(nèi)容。

　　2數(shù)據(jù)分層

　　將在導(dǎo)航終端上地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分層管理是目前很流行的一種做法。將地圖從低到高分層，數(shù)據(jù)從詳細(xì)到概略，這樣相當(dāng)于給數(shù)據(jù)建立索引，加快數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。上下層之間的相同對(duì)象是通過(guò)ID來(lái)訪問(wèn)的。

　　為了順應(yīng)終端的這種分層的結(jié)構(gòu)，在發(fā)布模型也需要將地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分層。其中分層的層數(shù)及原則與終端要對(duì)應(yīng)，否則不能進(jìn)行更新。分層的數(shù)據(jù)更新有兩種方式：上層數(shù)據(jù)在終端生成；上層數(shù)據(jù)在服務(wù)中心生成。

　　3 數(shù)據(jù)分塊

　　3.1 PSF(物理存儲(chǔ)格式)的數(shù)據(jù)分塊

　　為了提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度，加快數(shù)據(jù)檢索，PSF被設(shè)計(jì)成分層，分塊的結(jié)構(gòu)。PSF一般來(lái)說(shuō)主要包含主要地圖數(shù)據(jù)及路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)。主要地圖數(shù)據(jù)里面包含道路數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)、文字?jǐn)?shù)據(jù)、引導(dǎo)數(shù)據(jù)等信息。路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)里面包含節(jié)點(diǎn)信息、路段信息、費(fèi)用信息、限制信息等。

　　主要地圖數(shù)據(jù)是反映了真實(shí)地物的形狀屬性特征，而路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)則是抽象了地物的概念，只保留他們的路徑計(jì)算所需的信息。

　　對(duì)主要地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下的數(shù)據(jù)分塊處理，其中塊的單位，稱之為格網(wǎng)。

　　對(duì)于路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)，分塊是不規(guī)則的，用對(duì)象外接矩形來(lái)管理該對(duì)象，形成R樹(shù)的索引結(jié)構(gòu)。

　　而規(guī)劃數(shù)據(jù)又是分層的，在每一層上的規(guī)劃數(shù)據(jù)的劃分如圖5所示。

　　這樣在上下層之間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)可以通過(guò)R數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)檢索變得很快。

　　3.2基于格網(wǎng)的差分更新

　　路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)可以根據(jù)主要地圖數(shù)據(jù)生成，因此路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)不作為更新數(shù)據(jù)來(lái)傳輸。

　　數(shù)據(jù)更新的基本單位是格網(wǎng)。數(shù)據(jù)更新的內(nèi)容如下。

　　(1)頭信息部；

　　(2)以格網(wǎng)為單位存放更新的數(shù)據(jù)；

　　(3)每個(gè)格網(wǎng)里存放了3種類型的差分?jǐn)?shù)據(jù)：刪除，新增，變更；

　　(4)每種類型的差分?jǐn)?shù)據(jù)是以永久ID來(lái)識(shí)別的，對(duì)于新增或變更操作包括所更新的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。

　　圖6更新數(shù)據(jù)的構(gòu)成

　　4更新數(shù)據(jù)傳輸

　　4.1目標(biāo)

　　(1)車(chē)載機(jī)與服務(wù)中心的交互能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)載機(jī)的請(qǐng)求與服務(wù)中心的響應(yīng)；

　　(2)滿足當(dāng)前帶寬的要求能夠錯(cuò)誤重傳，支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮；

　　(3)差分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)將差分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)一定的信道從服務(wù)中心傳到車(chē)載機(jī)；

　　(4)數(shù)據(jù)驗(yàn)證能夠保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)正確無(wú)誤；

　　(5)數(shù)據(jù)重傳能夠支持只重傳錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而不是將全部重新傳輸；

　　(6)信道無(wú)關(guān)性能夠運(yùn)行在多種信道上，而不是局限于某一特定的信道。比如GSM，GPRS，UMTS，WIFI，BLUETOOTH等；

　　(7)安全性能夠支持對(duì)傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行加密。

　　4.2傳輸流程

　　(1)車(chē)載機(jī)提出數(shù)據(jù)差分更新的請(qǐng)求；

　　(2)地圖服務(wù)中心根據(jù)車(chē)載機(jī)的請(qǐng)求生成差分?jǐn)?shù)據(jù)，差分?jǐn)?shù)據(jù)可能包含多個(gè)格網(wǎng)，及同一個(gè)格網(wǎng)的多個(gè)版本的差分?jǐn)?shù)據(jù)；

　　(3)將所有的格網(wǎng)的所有版本的差分?jǐn)?shù)據(jù)合并成一個(gè)傳輸文件，以便于傳輸；

　　(4)對(duì)傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行加密壓縮，這個(gè)可以根據(jù)具體需要進(jìn)行(可選)；

　　(5)通過(guò)一定的傳輸信道，將傳輸文件傳送到車(chē)載機(jī)上；

　　(6)車(chē)載機(jī)接收到傳輸文件，通過(guò)處理生成差分?jǐn)?shù)據(jù)，并利用差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行版本更新；

　　(7)車(chē)載機(jī)將更新完成通知中心。

　　5地圖連續(xù)性

　　5.1現(xiàn)象

　　如圖8所示，左邊的地區(qū)被更新了，右邊的地區(qū)沒(méi)有更新，就會(huì)造成路段B和C之間的中斷。要從P1到P2，C，D的路段沒(méi)有更新而不能使用，因此如果從P1到P2要繞遠(yuǎn)路。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，是不能容忍這種結(jié)果。

　　圖8造成地圖不連續(xù)的現(xiàn)象

　　5.2解決方案

　　雖然用戶沒(méi)有請(qǐng)求更新右邊的地區(qū)，但是為了防止上述問(wèn)題的發(fā)生，我們必須將右邊地區(qū)的路段C，D更新到導(dǎo)航終端。而為了盡可能的減少更新的數(shù)據(jù)量，不造成道路斷開(kāi)的道路則不予更新。

　　另外，對(duì)于最低等級(jí)的道路，即使發(fā)生道路中斷的情況也不作更新。如圖9所示。

　　圖9地圖不連續(xù)的解決辦法

　　從圖9可以看出，右邊地區(qū)的縣道被更新了，而詳細(xì)道路沒(méi)有被更新。在前文的版本管理中，我們?cè)?jīng)描述過(guò)道路的版本，像縣道就屬于類型1的道路，而詳細(xì)道路就是類型2的道路。這樣，由于每個(gè)TYPE的道路都有自己的版本，是可以實(shí)現(xiàn)上述的更新方法的。

　　參考文獻(xiàn)

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　　郗默洋：長(zhǎng)期致力于衛(wèi)星定位導(dǎo)航領(lǐng)域的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，曾參與了多項(xiàng)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家科技部的重大項(xiàng)目的建設(shè)，包括衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用示范性工程、中歐伽利略計(jì)劃“漁業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目”、北京科委“導(dǎo)航服務(wù)產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)體系建設(shè)及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)造”項(xiàng)目、北京奧運(yùn)服務(wù)車(chē)輛監(jiān)控調(diào)度綜合管理系統(tǒng)等。

　　呂子平：現(xiàn)任中寰衛(wèi)星導(dǎo)航通信有限公司總經(jīng)理。