导航电子地图基本结构和新技术应用

卫星导航技术与导航地图基础知识我国主流导航电子地图基本结构和新技术应用•我国主流导航电子地图基本结构•多源数据采集技术•分词技术在地址索引和POI分类中的应用•动态交通信息数据结构•3D导航技术•行人导航技术我国主流导航电子地图基本结构国际上，导航电子地图产生于90年代初。由于那个时代无论在我国还是在欧美和日本，卫星导航技术和汽车导航市场都处于初级阶段。导航电子地图技术和产品还处于萌芽状态。日本当时在推动发展导航电子地图技术、产品和标准化方面处于世界领先地位。这与日本大力发展汽车导航技术和市场密不可分。我国真正进入规模化导航电子地图的研发、生产和商业化始于2003年左右。这与当时丰田公司将车载导航技术和产品引入中国汽车市场有着直接的关系。我国导航电子地图的数据结构和生产工艺也由此深受日本的影响。这种影响一直延续到今天。我国导航电子地图的产生和发展条件国内有11家具备导航电子地图生产资质的单位。其中8家企业生产全国导航电子地图产品。地图的生产工艺、数据模型、地图产品技术规范基本一致。产品质量相差较大。我国导航电子地图企业的基本情况序号资质单位地图品质规模1北京四维图新导航信息技术有限公司全国范围，品质好规模化生产2易图通科技（北京）有限公司全国范围，品质好规模化生产3高德软件有限公司全国范围，品质好规模化生产4北京长地万方科技有限公司全国范围，品质较好规模化生产5深圳市凯立德计算机系统技术有限公司全国范围，品质较好中等规模6北京城际高科信息技术有限公司全国范围，品质一般中等规模7北京灵图软件技术有限公司全国范围，品质一般中等规模8北京科菱航睿空间信息技术有限公司全国范围，品质一般小规模9国家基础地理信息中心工程项目10浙江省第一测绘院工程项目11武汉立得空间信息技术发展有限公司工程项目数据内容和文件组织国内导航电子地图的数据内容分为四类基本数据：道路数据背景数据注记数据索引（POI）数据此外，为了数据组织的便利性和数据内容的扩展性，不同的图商和产品还要附加一些新的数据内容，例如行政区划和要素名称词典等。以上四类基本数据和扩展数据分别组织到分簇交换文件中。这些文件通常采用GIS通用格式文件，如SHAP、MID/MIF等互换性较强的文件。以某厂家的产品为例：道路簇文件由13个文件组成，分别表示道路的：空间与核心属性拓扑关系道路名属性通行限制引导信息高度层空间与核心属性：R拓扑关系：N道路名属性：R_LNameR_Name通行限制：CCondCNLCR引导信息：ICDrLnR_LZone高度层：Z_Level背景簇文件由6个文件组成，分别表示：背景点、线、面的空间、属性和拓扑关系背景中的线与面的关系属于同一实体的面组合区县级行政区划面背景点：BN背景线：BL背景面：BP线面关系：BPL组合面：BP区县级面：D注记簇文件由1个文件组成：自然和地物的名称显示文字：T索引簇文件由4个文件组成。分别表示：POI的空间、属性、父子关系和引导线关系位置点的邮编和行政区划编码位置点的地理信息（行政、居民点、人口）地址索引：A交叉点索引：AcPOI数据：P邮编数据：Z道路路段文件R道路数据道路等级通行方向空间层交通禁行限速车道数道路等级属性：•高速道路•城市高速•国道，省道，县道•市镇村道：城市内部主要交通干道、连接乡镇之间或乡镇与村的道路•其它道路：包括有门或门卫的道路，道路狭窄或路况很差的道路，其他无法通车的道路•九级辅路：非机动车辆通行的辅路我们定义为九级辅路•航线：供车辆渡过河流、湖泊、海峡等水域的路线•人行道路道路形态属性：IC：连接高速和其它等级道路的路JCT：同等级高速之间连接的道路上下线分离：物理上有隔离带或地面画有双黄线标志的SA：服务区PA：停车区环岛：空间层（5层路网拓扑层）：1：城市之间的连接道路，包括穿过城市的道路。这种道路是全封闭的。2：值为1的道路之间的连接道路，车辆能够以较短的时间通过或到达城市。3：高等级道路的连接路，能够提供较大的机动性，但不如值为2的道路提供的机动性高。4：能够容纳较多车辆、并且能够以适中的速度运行。是高等级道路之间的连接道路。5：在车辆数和速度上都小于其他等级的道路，并且包含了人行道。与高等级的道路形成最细的路网，主要用于短距离引导。节点文件R种别代码值：节点类型路口类型路口关联的路段组道路名称属性：路段-名称文件R_Lname名称文件R_Name路段对应的路名指针路名性质路名路名解析路口禁行/限行属性：路口限行关系文件CAB顺行CD顺行路口交通禁行关系描绘限行路线图的文件Cond描绘限行路线图的文件CNL禁止调头提供可用于绘制真实路线或示意路线引导牌的道路线空间数据和转角数据限行时间段的文件CR每星期三到星期五的7:30到12:00和14:00到20:00:[(h7m30)(h12)]*(t4t5t6),[(h14)(h20)]*(t4t5t6)每天4:30到7:30道路顺方向行驶:[(h4m30)(h7m30)]2008年的8月8号到2009年的4月30号，其中每天的7:00到22:00:[(y2008M8d8)(y2009M4d30)]*[(h7)(h22)]为路段文件、路口限行文件和限行路线图文件提供限行时间信息。道路引导关系：IC路段（高速路与普通路的连接路）上的引导文件CR在这个交叉口上给出离开高速路的引导信息（语音和路标图）在IC路分叉处设立的引导标牌指针在IC路分叉处开始的引导路径JCT路段（高速路之间的连接路）上的引导文件Dr在这个交叉口上给出沿出口道路方向的方面地点引导信息（语音和路标图）在JCT路分叉处设立的引导标牌指针在JCT路分叉处开始的引导路径Link1是进入线，Link2、Link3、Link4为退出线。Link1车道信息见下图，车道号码L1，L2，L3，L4分别为第一车道、第二车道、第三车道和第四车道（第四车道为附加车道）。车道的通行方向以时钟顺时针方向所对应的数字表示：描述路口位置的车道信息文件Ln背景数据点文件BN线文件BL面文件BN点状背景种类线状背景种类面状背景种类注记数据注记文件T路名、地名、水系、绿地等注记类型不同缩放尺度下的可显性显示级别：一般提供4种基本的索引数据：POI索引邮编索引地点索引道路交叉口索引索引数据POI索引文件P指的是一块区域本身不属于某个行政区划，但人们认为其属于某个行政区划，为了在人们认为的行政区划中能够检索到该POI，就在这里加入这个行政区划的名称。如河北廊坊的某个滑雪场，其名称为北京**滑雪场，人们都认为该滑雪场属于北京，但其实这个滑雪场属于河北不属于北京，为了人们在北京的行政区划中能够检索到该POI，就在这个字段中加入北京的行政区划号，这样在河北和北京两个行政区划中都可以检索到该POI。POI索引：POI分类POI属性POI位置POI属性POI父子关系POI与邻近道路关系邮编索引文件Z地点索引文件A邮编索引：地点索引：道路交叉口索引文件Ac由要素名称字典提供道路名称要素名称ID名称类型名称…1066612东风大街1066613勤民路1066613南山路东方大街勤民路南山路交叉点序号10666要素名称词典文件Fname:交叉口索引：•我国主流导航电子地图基本结构•多源数据采集技术•分词技术在地址索引和POI分类中的应用•动态交通信息数据结构•3D导航技术•行人导航技术多源数据采集技术我国早期导航电子地图的生产采用比较单一的外业数据采集方式。汽车轮采道路，自行车轮采POI是主要的技术手段。这种作业方式效率低，质量差，成本高。随着技术进步，现在已经发展到多种数据源的综合采集作业方式。例如高精度外业采集车，高分辨率影像资料分析技术，多渠道点信息综合技术等。这些来源多样化的外业数据和新技术的运用，大大丰富了外业采集手段，提高了外业数据质量。从单一外业向多源数据的转变高精度外业采集车利用航测技术开发的导航电子地图外业采集系统把传统GPS道路采集技术的数据精度从20米左右提高到厘米级。作业中：录入道路属性：计算出地物坐标、路宽、道路中心线根据两侧匹配点（像平面）计算出来的道路线（摄影基线）右图像计算出来的矢量地图：左图像3.038m5077.9975844.74312.8125081.0345844.68312.738利用航测技术，从现场的视频数据和GPS+DR定位数据综合分析道路两侧边崖线的坐标值：匹配点采集作业系统：产品：高分辨率影像资料分析利用影像资料把传统GPS道路采集技术的数据精度从20米左右提高到10米以内。从影像资料与GPS采集道路轨迹的对比中观察传统作业的数据误差：根据影像资料采集出来的道路数据：根据影像资料制作的背景数据：根据影像资料制作的导航电子地图产品在导航仪中的应用：多渠道POI数据采集处理技术从单一渠道的外业“扫马路”发展到影像资料、电信运营商、商务网站、电话外呼等多种渠道的采集方式。从多源数据输入，到内业融合处理的深度POI生产平台：内容采集单条/批量运营情报采集PDA情报采集地址编码：根据地址匹配坐标内容排重：排查重复的内容多源数据统一规范来自运营商的数据来自外业队的数据内容整合作业员任务领取内容整合：逐条POI信息的属性整合任务提交内容审核作业员任务领取内容审核：用电话询问方式核实数据任务提交•我国主流导航电子地图基本结构•多源数据采集技术•分词技术在地址索引和POI分类中的应用•动态交通信息数据结构•3D导航技术•行人导航技术分词技术在地址索引和POI分类中的应用自动分词就是将用自然语言书写的文章、句段经电子计算机处理后，以词为单位给以输出，为后续加工处理提供先决条件。此技术对于信息分析、情报检索、机器翻译、数据库管理和人工智能等IT应用方面有着关键性的作用。自动分词的实现，对于拉丁语系来说并不困难，其语言文字的形成结构中，词与词之间本身就有着明显的间隔符（如：空格、标点符号等），但对于中文来说，就是一个至今仍未能得以很好解决的技术难题，中文词与词之间没有着明显的间隔符，甚至连标点符号都没有的古文更是为难了。当今，国内外IT界的一些仁人志士们还在为此技术不懈努力着。分词技术对POI名称和地址进行自动分词，为POI的自动分类和自动聚类提供支持。例如：北京协和医院北京（行政区划），医院（医疗类），协和（特定称呼）易图通科技（北京）有限公司北京（行政区划），公司（企业类），易图通（特定称呼）河北保定城南区新华大街12号河北·保定·城南区（行政区划），大街（道路），新华（名称），12号（门牌）导航电子地图的POI名称和地址的自动分词1）POI数据自动聚类对分词后的名称进行统计分析，寻找新发现的POI类别，并把相应的POI条目自动聚合到这个新类。例如，通过扫描数据库中的1200多万条POI，程序自动找相互重叠的词，经过统计分析，结果发现了一个事先未规定的类别“必胜客”。将这些包含“必胜客”的POI自动组织为一个新的类别“必胜客”。这是一种智能挖掘方法。2）POI坐标自动生成技术对于车载地图POI，名称和坐标是必采的数据。对于运营POI，名称和地址是必采的数据。由于运营POI数据源没有坐标值，但有地址信息。而自采POI数据源有坐标值，也可能有地址信息。再加上存在的道路空间信息，就可以实现POI坐标值的自动生成。系统有一个基础坐标库，以自采的POI地址和道路数据的坐标为基本。数据源的位置通过其地址信息与这个基础坐标库进行匹配。分词技术在POI采集中的的应用分词技术在道路名称检索中的应用道路全称：海淀中关村北大街名称前缀：海淀基本名：中关村街道类型：大街名称后缀：北分词技术引入道路名称的检索机制，有利于道路名的分类索引和快速搜索。•我国主流导航电子地图基本结构•多源数据采集技术•分词技术在地址索引和POI分类中的应用•动态交通信息数据结构•3D导航技术•