GDF导航电子地图标准

GDF导航电子地图标准张力2007.7•什么是GDF？•GDF数据模型•GDF逻辑结构•GDF推荐的交换文件格式•GDF标准的应用情况什么是GDF?历史1984年欧洲标准化委员会CEN开始制定适于车辆自动导航系统的数据内容、数据表示方式以及数据结构：GeographicDataFiles地理数据文件之后，在十年的推广应用过程中，历经GDF1.0、2.0、2.1、2.2、3.0、4.0等版本的演变，2003年成为ISO14825国际标准。我国于2000年启动导航电子地图的标准化工作。经过5年的努力，在GDF3.0和4.0的基础上，融合我国道路交通的具体情况，在2005年颁布了国家标准GB/T19711-2005《导航地理数据模型和交换格式》。学习GDF标准的意义GDF标准是世界上迄今最好的导航电子地图数据模型。它全面的、深刻的反映了汽车驾驶活动对道路交通的导航需求。学习GDF标准，将使我们掌握导航电子地图的基本理论，感受这个理论在欧美地区的生动实践，以及近年来在我国的实践活动。从而，为我们今后在更广阔的领域（人行导航、LBS服务、汽车信息服务、安全辅助驾驶等等）设计创新型的导航电子地图打下扎实的理论基础。另一方面，欧美市场上绝大多数导航地图产品都是GDF标准的产品。在从图商，到车载导航仪制造商，到汽车制造商的产业链中，GDF标准贯穿始终。如果我们的地图产品想进入欧美市场，就必须生产出符合GDF标准的地图。GDF标准的基本思想是针对汽车导航应用的电子地图数据模型突出道路和与之相关的交通数据，淡化背景数据把道路放入交通运输的环境中考察从汽车旅行的需要出发建立道路与其它地理实体的关系把多个国家而不仅是单一国家作为统一的地图产品单位便于数据的阅读和交换GDF在导航地理数据体系中的位置和周边标准地理数据资料：地形图专题图航片卫片社会生活和行业资料导航地理数据交换格式：DRM导航地理数据GDF导航地理数据ITS地理数据库LBS位置服务地图车载导航数据物理存储格式：KIWISDALCarIN西门子AFADAS先进驾驶辅助系统地图TRAVELPILOT其它的国家/行业标准：导航电子地图数据分类与编码卫星导航电子地图元数据车载导航电子地图数据质量规范导航电子地图图形符号GDF标准的层次结构交换文件物理结构逻辑结构数据模型不但需要详细描述构成道路网本身的各类要素（如行车路线、道路交叉口、立交桥等），还需要以道路网为框架描述与交通行为相关的各类空间要素（如车站、交通信号灯、各类单位及商业服务点等）。不但要描述道路网及相关空间要素的地理位置及形状，还要表达它们的空间关系及其在交通网络中的交通关系。GDF标准的实质•什么是GDF？•GDF数据模型•GDF逻辑结构•GDF推荐的交换文件格式•GDF标准的应用情况GDF数据模型GDF数据模型现实世界的地理对象要素地理对象的特征要素的属性地理对象之间的联系要素之间的关系道路与车渡要素土地利用与覆盖要素服务（POI）要素道路属性：名称、等级、车道等绿地属性：名称等POI属性：名称、类别、服务状态等道路沿线的服务关系关系属性：出入口标识、开放时间等要素现实世界中的地理对象被模型化成要素。GDF从汽车导航的需要出发，把现实世界中的一个个独立地理对象归纳为道路与车渡等12个主题要素和一个自定义主题要素。每个主题又被细化为若干种类。构成“主题—种类”层次结构。主题要素和每个主题下的要素种类代表了现实世界的客体，例如道路、路口、交通设施、POI、行政区划、水系、铁路、土地利用等等。由于GDF是面向汽车导航应用的，所以对地理对象的要素划分与定义着重于道路交通实体和与之密切相关的地点、服务、道路附属设施等实体。GDF要素被分划为13个要素主题要素道路与车渡主题服务主题行政区划主题命名区域主题公共交通主题道路附属设施主题用户自定义主题通用要素主题链参考要素主题土地利用与覆盖主题构造物主题水系主题铁路主题道路与车渡主题服务主题道路附属设施主题要素主题的划分原则汽车导航有密切的关系，我们可以这样理解13个要素主题：道路与车渡主题—规划最短路径的需求服务主题行政区划主题—检索目的地的需求命名区域主题公共交通主题—公交换乘的需求土地利用与覆盖主题—显示背景的需求水系主题，铁路主题道路附属设施主题，构造物主题—道路引导的需求链参考要素主题通用要素主题—特殊应用的需求用户自定义主题—扩展应用的需求要素主题的划分与欧美人的驾车习惯和社会人文环境有着密切的关系。例如：1）欧美的城市布局采用完善的门址系统，因而大大降低了POI的作用。所以GDF不使用复杂的POI，而是使用简单的服务要素。2）欧美人习惯于利用道路沿途的里程牌估算行程，所以GDF建立了对应的链参考要素模型。3）欧美人注重旅途中的风景区、湿地等信息的了解和观赏，所以GDF建立了门类丰富的背景模型。4）欧美人除了利用门址系统，还广泛的使用行政区、邮编区、消防区、选举区等命名区域对地理位置定址。所以GDF建立了复杂的命名区域主题要素。以上现象与我们东方文化和社会环境有着明显的区别。所以，我们在利用GDF标准建立符合中国国情的导航地图数据模型时，以及我们将来生产制作欧美地区的地图时都要引起注意。避免出现张冠李戴的错误。高速公路的紧急通道紧急通道的出入口高速公路的SOS站市内道路的自行车专用左转线市内道路的隧道内环岛市内街道的门址指示路牌道路与车渡主题的要素种类该主题细分成12个要素种类。其中适合我们中国道路体系的种类用黄色标出。要素种类要素代码简单／复杂表达层道路元素RoadElement４１１０简单１连接点Junctions４１２０简单１车渡联络线FerryConnection４１３０简单１封闭交通区域EnclosedTrafficArea４１３５简单１地址区域边界元素AddressareaBoundaryElement４１６５简单１地址区域AddressArea４１６０简单１路段RoadSegment４１４０复杂２交叉口Intersection４１４５复杂２车渡口Ferry４１５０复杂２聚合路AggregatedWay４１７０复杂２汇交路口Interchange４１８０复杂２环岛Roundabout４１９０复杂２道路与车渡主题的数据模型位于…边界上被…界定包含属于1-层属于包含2-层道路元素（ID）连接点（ID）渡口联络线（ID）界定开始于界定结束于包含属于属于包含开始于界定结束于界定包含属于地址区域边界元素（ID）包含属于属于包含界定开始于界定终止于包含属于封闭交通区域（ID）地址区域（ID）界定被界定包含属于路段（ID）渡口（ID）交叉口（ID）开始于界定结束于界定界定开始于界定结束于聚合路（ID）汇交路口（ID）环岛（ID）包含属于要素的四种表达方式仅仅把地理实体模型化为简单的要素概念还不够。要素概念仅反映了地理实体的物理特性，如道路、水系等等。并没有反映出地理实体的具体形状、空间位置、相邻实体之间可能存在的拓扑关系等。另外也没有对复杂的地理实体做进一步的概括。只有对要素概念做更细致的建模，才能满足地理实体在计算机环境中的地图显示和道路计算等数据处理的需要。GDF在对地理实体做“主题—种类”要素建模的基础上，进一步的从以下四个方面细化要素的模型：几何类型图元拓扑类型表达层次线要素点要素复杂要素复杂要素每一个具体的地理实体总可以归纳成点、线、面这三种几何类型。我们把所有具象的地理实体模型化为简单要素。简单要素分成点要素、线要素和面要素。但现实世界中有些地理实体是若干具象实体的综合体。例如一个结构复杂的路口被视作若干个道路线的综合体，从远视点看到的若干水塘被综合成一个更大的水塘。我们把这类由几个简单要素合成的综合性要素称为复杂要素。复杂要素没有几何类型的单一性，它的几何类型是由所构成的全体简单要素决定的。要素的几何类型分为：简单要素——点要素、线要素、面要素复杂要素——简单要素和/或其它复杂要素的组合要素的几何类型建模道路实体简单要素复杂要素的渐次模型化过程道路实体简单要素复杂要素要素几何类型的数据模型图简单要素用于表达道路结构的细节，复杂要素是对道路结构细节部分的概括性表达。例如一个平交十字路口被概括为一个复杂要素，这个复杂要素就包括了4个点要素和4个线要素。并非所有的简单要素都需要有对应的复杂要素。线要素复杂要素点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含于要素复杂要素模型简单要素模型要素仅表达地理实体的存在性，不考虑具体的形状和空间位置。为了在计算机环境中实现对地理实体的图形显示，必须对要素的具体形状和空间位置建立图元模型。图元称作基本图形构造块，是简单要素的形状和位置表达。拓扑型简单要素的图元包括：0维节点、1维边、2维面非拓扑型简单要素的图元包括：点、多义线、多边形线要素点要素1维的边0维的节点与河流相交的节点与边界相交的节点要素的图元建模要素图元的数据模型图要素的几何类型用于表达道路网的实在性，要素的图元模型用于表达道路网的具体形状和空间位置。表达被表达结点边拓扑线要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素图元模型简单要素模型道路网中的各个要素之间存在着表征连通性的拓扑关系。对拓扑关系建模是计算机解算行车最短路径的必要条件。连通拓扑是：“边-节点”的非平面拓扑关系引用边的起止节点引用线要素的起止点要素引用复杂要素的起止复杂要素图元层简单要素层复杂要素层要素的拓扑建模要素连通拓扑类型的数据模型图仅对道路相关的要素建立拓扑模型。其余的要素不建立拓扑模型。表达被表达界定结束于界定开始于结点边拓扑线要素复杂要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含要素复杂要素点要素线要素面要素节点边面点多义线多边形Level-2Level-1Level-0要素的表达层次模型要素被分配到不同的表达层次，这是在计算机环境中有效组织导航数据的方法。地理实体的图形表达地理实体的功能表达地理实体的综合表达要素四种表达方式的统一模型图表达层模型-2表达层模型-1表达层模型-0图元模型拓扑模型几何类型模型表达被表达界定结束于界定开始于结点边拓扑线要素复杂要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含要素复杂要素简单要素拓扑图元存储在*.map文件中要素表达方式的实际案例：属性地理实体的各种物理特性被模型化成要素的属性。GDF针对所有要素总共定义了500余种属性。其中有关道路的属性就多达100多种。典型的属性种类包括：与道路相关的属性：街道地址，名称，道路形态，功能等级，交通流方向，车道数，坡度，车速限制，收费费用…与POI服务相关的属性：名称，门牌号码，重要性…与道路附属设施相关的属性：交通标志，目的地信息，出口编号，路线编号…与水系相关的属性：名称，水体类型…属性属于具有要素属性的模型比较复杂，GDF从以下4个方面构造属性模型：属性类型简单属性与复合属性的层次树结构线要素中的分段属性结构限制性子属性属性类型属性按属性类型来分类。每个属性类型对应于现实世界对的一个特定的性质，如道路名称、门牌号码、出口编号等等。每个属性类型都附加以一个或多个属性值，可视为一个属性类型的特定实例，如：颜色具有“红”、“绿”等值。属性可能的取值称为属性的域。每个属性类型有一个属性类型名称。包含复合属性类型属于简单属性类型包含属于限制性子属性类型属性类型包含属于受限于限制简单属性和复合属性属性可分为简单属性与复合属性。一个简单属性只有一个组件。而一个复合属性有多个组件，每个组件称为一个子属性。复合属性的子属性可以是简单属性或复合属性。因而一个复合属性可视为只由简单属性构成的层次化属性树。属性类型、简单属性和复合属性的模型限制性子属性一些属性类型不能独立的表示要素的某个特性，它必须与相关的属性结合在一起，形成一个复合属性，共同描述要素的某种特性。这类属性在复合属性中起到限制相关子属性的有效性的作用。因而这类属性称为限制性子属性。限制