车载导航电子地图.doc

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国外的空间数据处理，特别是导航电子地图的标准与规范制定，经历了较长时间的发展，相关的主要行业标准化组织有ISO TC204/WG3等，它是国际标准化组织专门讨论制定用于汽车导航电子地图存储格式的工作组。 目前世界上最主要的导航电子数据标准/格式有以下几种：GDF(v3.0/ 4.0)、KIWI(v1.22)、NavTech(v3.0)。 1GDF格式 GDF（Geographical Data File）是欧洲交通网络表达的空间数据标准，用于描述和传递与路网和道路相关的数据。它规定了获取数据的方法和如何定义各类特征要素、属性数据和相互关系。主要用于汽车导航系统，但也可以用在其他交通数据资料库中。GDF格式已为CEN（Central European Normalization）所认可，并已提交ISO TC204/ WG3，最新版本的GDF 4.0极有可能被ISO采纳，而成为国际标准。 GDF用ASCII码编码，以单个文件的形式存储，可用通常方式压缩。 每个GDF都被分为多个分区，分区包括信息单元和载体单元。信息单元包含载体单元中具体数据的信息，载体单元由Volume和Album组成，Volume是基本的数据组织单位， Album是Volume的集合。 GDF对要素属性的定义非常全面，仅对Road的定义中就包括了长度单位、道路材质、道路方向、建筑情况、自然障碍物、（高架）路面高度、平均时速、最高限速、最大承重等20多项，同时还定义了各种要素间的关系。 另外，GDF还提供了评价电子地图数据质量及精度的标准和依据，使电子数据生产过程中的质量控制有据可循。任何公司都可生产GDF格式的数据，GDF标准采用ISO2859质检规范，以保证所有GDF数据的质量精度。 2KIWI格式 KIWI格式是由KIWI-W Consortium制定的标准，它是专门针对汽车导航的电子数据格式，旨在提供一种通用的电子地图数据的存储格式，以满足嵌入式应用快速精确和高效的要求。该格式是公开的，任何人都可使用。 KIWI-W Consortium成立于2001年7月，致力于制定汽车导航用电子地图物理存储格式（PSF）的行业标准。KIWI格式目前在ISO TC204 / WG3中是PSF标准的有力竞选者。 PSF的主要载体是CD、DVD和HDD，与KIWI类似的还有许多不同格式，如NRNE等，都是不同公司的自有格式。KIWI格式的最新版本是1.22，可从KIWI-W Consortium的官方网站上下载。 KIWI的特点是把用于显示的地图数据和用于导航的数据紧密结合起来，并将数据按照分块方式以四叉树的数据结构保存于物理介质中，不同用途的信息存在不同的块中，从而使数据适合于实时高效应用的要求，其中很多信息以Bit为单位存储，并以Offset量提取其索引。这也就是KIWI在技术上的目标，即加速数据的引用和压缩数据的量。 KIWI最重要的特点是其将数据物理存储和数据逻辑结构相结合的优越的机制。KIWI按分层结构来组织地图，并且这种层的逻辑结构与其物理存储也是相联系的。它可以做到在不同的Level层之间做快速的数据引用。因此，针对不同的应用目的或不同级别的用户，可以使用或提供不同抽象层次的数据，例如，对于导航应用提供精度相对较高的立交桥数据，而对于一般应用只需把立交桥表示为若干道路结点就行了。而这两份不同抽象等级的数据完全可以由同一份地图数据按要求提取生成。与此同时，在采用了分层次的数据参考后，会使查询、路径分析、连通性分析等各种算法更加快速。 3NavTech的数据格式 NavTech公司致力于生产大比例尺的道路网商用数据，包括详细的道路、道路附属物、交通信息等，这些数据主要用于车辆导航应用。NavTech公司自有的商用地理数据库的数据格式是SDAL（Shared Data Access Library），通过SDAL编译器，可以把一般的电子地图数据转换为SDAL格式，进而可以由SDAL程序接口调用SDAL格式数据用于各种车辆导航应用。 SDAL格式本身提供了对地图快速查询和显示的优化，可提高路径分析和计算速度，并可存储高质量的语音数据为用户提供语音提示。SDAL格式的标准也是公开的。 NavTech还为导航应用提供了一套NAVTOOLS工具，可以较方便地进行基于SDAL格式数据的导航应用开发。NAVTOOLS提供了地图显示、车辆定位、路径计算等多种功能。当然，也可直接由SDAL开发导航应用。 汽车导航是集GIS、GPS、通信、嵌入式软硬件技术为一体的高度综合性的高技术产品。作为一种高技术含量的产品，日本及欧美国家经历了10多年的发展过程，才取得了今天的成就。在这一过程中，有很多成功的经验，也有不少失败的教训。正是在这些经验和教训的基础上，才有了今天的导航电子地图标准化研究成果。 随着中国经济快速、持续的发展，中国的汽车工业亦呈现出蓬勃发展之势，从而使汽车导航技术引起了人们的极大关注。可以预计，在今后的几年中，汽车导航市场必将迅速崛起。为了迎接中国汽车导航产业的兴起，导航电子地图的标准化研究与标准的制定是我们必须重视的工作。令人欣慰是，我国交通、测绘等部门的有关研究机构已经积极地参与了ISO TC204/WG3的有关工作，我国自己的汽车导航电子地图标准也已经完成草案。所有这些工作必将为促进我国汽车导航产业的快速、健康发展起到积极的指导作用。 早在1999年2月10日，欧盟执行机构欧洲委员会（EC）公布了欧洲导航卫星系统“伽利略”计划。该系统是与美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星系统。欧盟之所以进行“伽利略”计划，主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖，打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断，在使欧洲获得工业和商业效益的同时，赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件。 其实，欧空局（ESA）早在1990年就决定研制全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），并分为两个阶段，第一阶段是建立一个与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统以及三种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统（GNSS-1），第二阶段是建立一个完全独立于GPS系统和GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统（GNSS-2）。由于GNSS-1主要是利用GPS等已经建成的系统，因此，其主要工作是在欧洲建立30座地面站和4个主控制中心，系统在2002年部署完毕，2004年将完成运营试验。欧洲的长远目标是拥有自己的独立的全球导航卫星系统，即GNSS-2，也就是“伽利略”系统。 近来流行的“网络汽车”或“数字汽车”概念更突出语音指令控制能力。所谓“网络汽车”，是指传统汽车技术与现代信息技术高度结合的产品，汽车与网络的高度整合是网络汽车最显著的特征。“网络汽车”一般都装有声音辨认系统和卫星接收器与数据链，这是由于人们为了保证安全驾驶，无法在同一时间内既注意路况又操作键盘和鼠标，因此，声控软件是最好的解决之道。目前，汽车电脑可以对大约200个声音指令做出反应，而福特公司正在试验的一种更为复杂的声音辨认系统甚至可以通过装在轮胎上的微型麦克风来辨别路面状况和发动机的异响。通过声音辨认系统，驾车者可以与汽车对话，用声音来控制车内仪器，还可以通过卫星数据链连接Internet，收发电子邮件或上网冲浪。 网络技术在汽车上的高度应用，不仅可以大大提高汽车的综合性能，提高行车质量，减轻驾驶者的负担，而且还可以使驾驶者始终保持与外界的紧密联系。在行驶过程中，驾驶者可以充分利用GPS实时接收汽车所处位置周围的路况，然后由计算机根据车流的密度选择出最佳的行车路线，并将行车路线的指令传递给车辆导向系统。同时，无所不包的网络还会大大缓解人们在道路阻塞或长途行车中的寂寞感与孤独感。在“网络汽车”上不仅可以收看到电视节目、玩电子游戏、观看DVD节目，而且还可以接收到互联网上的信息。特别是当有人通过电子邮件与驾驶者联系时，电脑会及时提醒驾驶者，而且还可以读出电子邮件上的内容。当汽车发生故障或紧急情况时，电脑会通过网络通知有关的汽车服务人员，并通过GPS帮助汽车服务人员查找到该车具体的方位，以便及时给予救助。据有关资料显示，在如今的汽车整车成本中，计算机及其相关部件已占到30以上，而且目前还有进一步上升的趋势，特别是随着环境保护、行驶中的路况监测、外部通信功能等一系列要求的提高，汽车对计算机和网络的依赖程度也越来越大。据悉，为了开发“网络汽车”，通用汽车公司和IBM公司、网景公司，福特与Intel公司已经分别结成了战略联盟，准备研制开发多种型号的“网络汽车”。 KIWI与GDF最关键的不同就在于PSF。GDF仅定义了数据的组织和表达，而其物理存储只是简单地采用ASCII码的单文件形式，并没有对物理存