导航电子地图增量更新机制与核心技术的研究

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1、导航电子地图增量更新机制与核心技术的研究黄栋1，刘正2，彭建3(1．北京四维图新导航信息技术有限公司上海研发中心，上海200040；2．全日本国际徽商协会，4740025)摘要：目前中国大约有多于10万台的以cD或啪为存储介质的车载导航仪．现实世界地理信息每天都在不断更新，对于维持车载导航电子地图的鲜度及精度来说是一个艰巨的任务．在本文中我们创新提出了籼^Hierarchy模型，探讨了针对车载数字导航电子地图进行动态增量更新的机制．这个机制的实现将对未来车载数字导航电子地图的开发和品质起到关键作用．关键词：啪DAHierarchy模型；KI_1

2、3．O，PsI；增量更新：车载导航数据库；数据一致性；版本控制；数据冗余一、地图的更新方式和技术趋势现实世界中，时刻存在着大量新道路开通和废止、以及为适应交通流量增加问题进行的道路加宽和规制变更的现象。据统计国内道路的年变化率在30％左右，而对照现实中公开出版的各种标示为最新的导航电子地图，内容并不是最新的，一般情况下年内的变化根本没有反映出来。究其原因主要有三个方面：1)数据采集周期长。从成本上来说，导航数据提供商一般采用按行政区域单位进行数据采集的模式，只能做到每隔数年沿着每一条道路重新跑一遍，因此无法及时捕获变化并出版新的数据。为此，地图

3、数据提供商正在考虑采用与往日不同的策略：等级越高的道路采集更新周期越短，如高速／国道等主要道路的更新周期为7天，而一般道路的更新周期是1年。2)编译周期长。以最关键的拓扑关系处理为例，当局部一些实体发生变动时，整体拓扑关系将不得不重建。这样牵一发而动全身，在维护和扩展方面需要更多的工作量。3)更新手段单调。传统的导航数据更新方法中，一般有整体更新，区域更新或一时更新三种。地图整体更新是替换整个数据库；区域更新包括更新对象的基于分区单位的数据，具体地说，是以区域为单位的数据更新；临时更新情报是随时间变化，一定时间后将废止或再次更新的数据，目前主要

4、是动态交通情报。目前导航数据提供商主要采用CD、VcD方式进行地图整体更新。这种方法从编辑数据到制成导航设备制造商的专用格式数据，一般需要3个月到半年以上的周期。为保障地图更新的要求，国际导航业界的一些标准组织和企业，在增量更新的研究和开发工作中投入了核心力量。目前比较瞩目的有日本K1wI协会主导的K1w13．0和欧洲主导的PSI(PSFStandardisationInitiative)体系。这些增量更新体系的目标是建立一个高效的增量更新机制，实现无缝和快速更新，以满足客户对数据现势性要求，缩短更新周期，降低更新成本。K1w13．0在原KIW

5、I规格基础上加入了可更新型地图的格式扩展以及地图更新方式的提案。K1wI规格于10年前设计完成，从本质上来说是一个静态导航电子地图规格，主要优点是有利于导航功能的开发和资源的硬件资源的有效利用。目前已有一些日本企业以类似K1w13．O的架构开发出下一代可更新型导航系统，并在日本国内量产并发售，例如丰田公司今年5月发表新的名为“G—B00Km)【”的tele眦tics服务和本田将于今年秋天发布的“主要道路实时地图更新”的新一代导航系统。欧洲PsI目前拥有19个成员，包括汽车整车厂商B唧，V01kswagen，导航系统提供商SiemensVD0，B

6、osch，DENSO，Ha瑚anBecker，Panasonic，地图提供商NAvTEQ，TeleAtlas，ZENRIN等。PSI组织设置了5个工作组，预计2008年中期完成规格发布。PSI的主要设计目标如下：1)应用软件和地图数据的分离；2)基于PSI架构的系统间保证兼容性和数据可交换性；3)在各厂家私有数据方面的灵活性和可扩展性；4)支持不同的数据分布和存储媒体；5)格式的紧缩性和有效性；6)支持增量更新机制；7)防止非法拷贝；8)全球通用性。MoDAHierarchy是笔者提出的具有完全自主的知识产权的导航电子地图模型。除适合增量地图数

7、据115更新外，本模型的一个重要优点和创新点是：最优化。传统道路阶层模型采用按道路的重要度(一般是道路功能等级的方法，由地图供应商认定)对道路进行拓扑等级划分。这种分层方法一般会造成路径规划的最后结果与正确结果有偏差。据报导，这个偏差有时可能超过10％，已到了不容忽视的程度。而MoDAHierarchy完全根据道路在路径规划中的作用计算等级，可以在路径规划过程中在加速的同时保持路径规划结果的最优性。有关最优化的详细介绍请跟踪笔者的后期论文。二、KIWl3．0架构体系概要由于存在大量既存用户，K1w13．0体系的设计者希望对原有导航应用系统和PS

8、F格式作尽可能小的修改。在这个前提下，一些日本企业采用了图l架构：，‘⋯’‘。⋯‘⋯‘’。。‘。‘’‘‘。。‘‘。’。⋯。⋯’‘、●，l中心数据库；●