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导航电子地图是整个导航系统中地理信息传递的媒介,在系统中起核心作用,其存储技术的优劣直接影响着系统的品质。导航电子地图记录的数据绝大多数是空间数据,所以本文研究的中心问题可以概括为:解决资源极端受限环境下空间数据的高效访问。本文将该问题细化为数据物理模型,路网计算模型,数据更新技术等三个子课题进行研究。
在数据物理模型方面,本文在四叉树索引基础上提出了一种高效的分层格网索引(MSG),以之为基础本文进一步提出了导航数据存储物理模型——NDF模型。
在路网计算模型方面,本文结合通达度(Reach)概念提出了通达覆盖分层网络模型一—RCHiTopo模型,该模型较以往的分层模型具有以下三点改进:1)模型从数学上保证路径分析结果的准确性;2)兼容各种分析模式;3)更新子网是可控的从而避免了拓扑编辑产生的“雪崩效应”。
在更新技术方面,本文在分层网络模型的基础上,提出了一种基于线形参照系的弧段分层编码模型——DyHiRD模型。由于弧段编码蕴含了上下层弧段的包含关系,因此DyHiRD模型减少了由于记录关系产生的数据冗余。由于拓扑结构的局部更新并不会破坏弧段编码的连续性,所以DyHiRD模型的弧段编码具有稳定性。
本文通过一系列实验对以上研究工作进行实际验证。地图显示测试证明MSG索引的空间查询性能较通用的R树索引有明显的提高,平均查询速度是R树索引的10到15倍。两点问路径分析试验证明RCHiTopo模型具备理想的搜索空间压缩能力,平均搜索空间是传统自然分层模型的1/12,而平均路径K度是自然分层模型的1/2。通过接入北京市真实路况数据来验证DyHiRD模型的更新效率,实验结果显示DyHiRD模型每千条路况信息更新时间小于5秒,这表明该模型的更新效率完全能够满足大城市动态导航的需要。
本文共分五章,第一章引言,介绍本文的研究目的、内容、实验方法以及成果。第二章研究综述,从通用地理信息存储技术和道路交通数据存储技术两个角度,对导航存储技术相关领域的研究进展进行综述。随后三章分别是本文研究的三个子课题。第三章重点论述本文提出的物理存储模型,并列举地图显示实验结果以及分析参数对模型性能的影响。第四章介绍本文提出的通达覆盖分层网络模型及其路径分析算法,通过多组实验验证了该计算模型的效率和针对不同分布特征网络的适应性。第五章分别从实时更新和增量更新两个方面对更新技术的展开论述,并且以北京路况信息为试验数据,对DyHiRD模型的更新效率进行了测试。最后第六章对全文进行总结和展望。
本研究作为国家发改委“卫星导航产业标准化研究”重大专项的组成部分,以上大部分成果已被国家《车载导航电子地图应用存储格式》标准采纳。