导航电子地图设计与实现

3 科技资讯 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2008 NO.30 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 高 新 技 术 移动目标导航和无线手持终端定位服 务LBS(Location Based Service)是利用电子地 图来实现智能手持终端、掌上电脑等便携 设备的导航定位功能,结合了电子地图、 GPS、无线网络、掌上电脑等技术,最终提 供给用户基于位置信息的移动服务。利用 卫星导航定位GPS(Global Position System)和 嵌入GIS技术构建Mobile GIS环境,开发具 有个性的应用,具有非常广阔的应用前景。 1 导航电子地图关键技术问题 导航电子地图是以普通电子地图为基 础,与一般电子地图有很大区别,主要区别 是移动目标导航用的数据主要是电子地图 和GPS定位信号。地图进入系统需要经过 原始地图采集、编辑、现势性更新、G P S 定位校正、交通信息改正加入、道路网修 编等。导航电子地图在普通电子地图基础 上还要加上许多专业数据和建立各种检索 查询索。导航电子地图数据的组织结构与 通常方法也大不一样,主要是考虑移动目 标或行驶的特殊性。 为实现在便携设备上全方位、全时域 移动空间位置信息,需要解决下列关键技 术问题:合理有效的组织电子地图数据;提 高定位系统的可靠性和定位精度;快速得 到用户指定的目的地。 2 解决方法 2.1电子地图的数据组织 电子地图中的数据可分为空间数据和 属性两大类,空间数据结构包括图形数据 和图像栅格及图形栅格一体化结构三种; 属性数据可以采用层次模型、网络模型、 关系模型、面向对象等模型,地图数据的 组织方式直接影响了电子地图的运行效 果。面向对象的数据组织方法和基于树的 动态数据组织方法是当前电子地图数据库 较为合理有效的组织方法。 ①面向对象的数据组织方法。 ②基于树的动态数据组织方法。 2.2地图匹配 地图匹配是一种基于软技术的定位修 正方法,其基本思想是将移动目标定位轨迹 与数字地图中的道路网信息联系起来,并由 此确定移动目标相对于地图的位置。通过 使用地图匹配的方法,利用地图数据的已有 信息,提高定位系统的可靠性和精度。本文 采用概率统计算法,基于模糊逻辑的地图匹 配方法,以上两种地图匹配算法的基本思路 如下:道路网数据以若干节点(node)的形式 存储,在每两个节来之间,道路都以直线近 似,忽略道路的宽度。在每个节点处设立一 个判断区域,当移动目标在域外行驶时, 可 以认为其运动轨迹是一条直线;当进入判断 域时,移动目标将有可能作角运动。此时, 利用定位传感器的输出来判断移动目标是 否开始转弯,若没有,则认为移动目标还没 有达到路口,进行地图匹配修正;若有角运 动,则在更小的判断域内作进一步判断。当 移动目标开出判断域后,根据转弯的角度和 路网信息确定下一条行驶路线,在新的路线 上进行位置匹配。 2.3路径规划 路径规划是帮助驾驶员在旅行前或旅 行中规划行驶线路的过程,是移动目标导 航内的一个基本问题,它也是实现导航功 能的前提条件。按照规划目的不同,路径 规划可分为多移动目标路径规划和单移动 目标路径规划,前者多用于车队调度和交 通管制,后者则广泛应用于各种导航系统。 移动目标定位导航系统的路径规划属于单 移动目标规划的范畴,它要解决的主要问 题是在给定道路网中寻找从出发点到目的 地之间的最优路径。 针对实际应用的不同要求,在路径规 划中可以采用的优化标准有很多,如最短 行车距离、最少旅行时间、最低通行收费 等。无论采用何种标准,最优路径规划最 终都可以归结为:在特定道路网中寻找具 有最小代价的最短路径问题,即图论中的 最短路问题。 在移动目标导航中,根据电子地图的 数据结构,采用Dijkstra最短路径算法、启 发式搜索算法和多级搜索技术,从而有效 地加速最优化路径的搜索。 3 导航电子地图设计与实现 根据软件总体设计原则和功能需求, 进行地图数据模块、地图匹配和导航模 块、路径规划模块的设计如图1 。 图1导航电子地图设计图 应用层模块可划分为四个部分。 3.1外部接口 导航电子系统是由外部接口驱动的。 外部接口的每一个模块基本上都是和硬件 直接通信,按照硬件设备的不同可以划分 为:通信模块、人机交互模块和定位模块。 3.2主程序 建立外部接口和内部数据处理上的桥 梁。通过合理的调度、组织各个模块的功 能,使软件的功能得以实现,并且保持稳定。 3.3数据处理 数据处理部分是整个系统的核心所 在。路径规划模块根据用户所指定的路径 搜索条件得到从出发地到目的地的最佳路 径;地理信息系统引擎负责地图数据的显 示、查询等功能;路径引导模块负责更具 用户所设定的路径,在从出发地到目的地 的过程中通过图形和语音进行动态导引。 地图匹配模块利用地图数据,使提供的定 位坐标更加可靠、准确。 3.4导航电子地图数据库 负责高效稳定的存储和管理地图数据, 满足数据处理部分各个模块对地图数据的 不同需要。主要功能模块包括地图数据模 块,地图匹配和导航模块,路径规划模块。 4 结语 导航电子地图主要用来对车辆等移动 目标进行导航,其主要特征为能实时准确 地显示车辆位置,跟踪车辆行驶过程;数据 库结构简单,拓扑关系明确,可计算出发地 和目的地之间的最佳线路;数据存储冗余 小,软件运行速度快,空间数据处理与分析 操作时间短;包含车辆导航所需的交通信 息,如限速标志、交叉口转弯限制、信号灯 等;息查询灵活、方便。 无线移动服务与空间信息服务的有机 结合,充分利用了无线移动的方便性、灵 活性,也体现了大部分信息与位置有关的 客观事实。随着技术的迅速发展,使用嵌 入技术的 P D A在性能上越来越与计算机 相差无几,价格越来越能被广大用户群所 接受,所能匹配的外围设备越来越齐全,如 卫星定位系统、微型数码相机、微型打印 机、无线/有线MODEM等,使其具备了流 动办公和进行LBS的能力。 参考文献 [1] 苏洁,周东方.GPS车辆导航中的实时地 图匹配算法[J].测绘学报,2001,8. [2] 乐阳,龚健雅.Dijkstra最短路径算法的 一种高效率实现[J].武汉测绘科技大学 学报,1999,3. 导航电子地图设计与实现 李文国 (广州市城市规划勘测设计研究院 广州 510060) 摘 要:移动位置服务可广泛应用于移动目标导航,军事、野外测绘、医疗等领域,是当前地理信息技术发展的一个热点。论文以电 子地图和GPS定位技术为基础,研究了基于智能手持终端、掌上电脑和便携机的导航电子地图设计和实现方法,提供用户全方位、全时 域空间移动位置信息服务。 关键词:嵌入式GIS 导航电子地图 GPS 智能交通系统 地理信息系统 中图分类号:P28 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2008)10(c)-0003-01